处理高含盐有机废水的固定化光合细菌生物转刷反应器
阅读说明：本技术 处理高含盐有机废水的固定化光合细菌生物转刷反应器 (Immobilized photosynthetic bacteria biological rotating brush reactor for treating high-salt-content organic wastewater ) 是由 孔秀琴 杨廷文 张亚玲 赵霞 贾小宁 张庆芳 李仕国 狄成功 万宏亮 朱建国 马 于 2021-10-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了处理高含盐有机废水的固定化光合细菌生物转刷反应器,包含反应池和转刷装置,反应池为矩形钢筋混凝土构筑物,毛刷辊平行于反应池的宽边且安装在反应池的水面,毛刷辊一半浸没在水中,一半暴露在空气中,主轴的一端通过轴承、密封套管、联轴器、传动装置与电动机连接,主轴的另一端与轴承座连接,主轴带动毛刷辊转动,电动机及轴承座底部设置有基础支撑座。本生物转刷反应器提高了光合细菌生物量,通过慢速转动进行微量曝气,便于菌体回收。在转动的过程中,辊表明毛刷上会形成光合细菌固定化生物膜,并随转动循环接收光照和吸收氧气,降解有机物,使得耐盐性光合细菌优势生长,适用于处理高含盐有机工业废水。(The invention discloses an immobilized photosynthetic bacteria biological rotating brush reactor for treating high-salt organic wastewater, which comprises a reaction tank and a rotating brush device, wherein the reaction tank is a rectangular reinforced concrete structure, a brush roller is parallel to the wide edge of the reaction tank and is arranged on the water surface of the reaction tank, one half of the brush roller is immersed in water, the other half of the brush roller is exposed in air, one end of a main shaft is connected with a motor through a bearing, a sealing sleeve, a coupler and a transmission device, the other end of the main shaft is connected with a bearing seat, the main shaft drives the brush roller to rotate, and a base support seat is arranged at the bottom of the motor and the bearing seat. The biological rotating brush reactor improves the biomass of photosynthetic bacteria, and micro aeration is carried out through slow rotation, so that the recovery of thalli is facilitated. In the rotating process, the roller shows that the brush can form a photosynthetic bacteria immobilized biomembrane, circularly receives illumination and absorbs oxygen along with rotation, degrades organic matters, enables the salt-tolerant photosynthetic bacteria to grow dominantly, and is suitable for treating high-salt organic industrial wastewater.)
技术领域
本发明涉及污水处理装置，具体为处理高含盐有机废水的固定化光合细菌生物转刷反应器。
背景技术
高含盐废水的含盐量通常在5％～20％，COD含量大于1000mg/L，如染料化工废水、石油加工废水，海水冲厕废水等，普通生物反应器中的微生物难以适应这样的高盐环境，需要在稀释并长期驯化条件下，经厌氧、好氧等工艺多次分级处理才能达标排放，存在工艺流程复杂，占地面积大，投资及运行费用高，抗冲击负荷低，污泥产生量大等缺点，影响了生物法在高含盐类废水净化中的应用。
光合细菌(PSB)是从海水中分离提取培养出来的，具有一定的耐盐能力，适合在较高含盐量的环境中生存，PSB是一类具有原始光能合成体系的原核微生物，属革兰氏阴性菌，形态有杆状、球状、半环状和螺旋状，直径为0.3—2.6μm，光合细菌细胞内具有能进行光合作用的载色体，这些载色体是由细胞膜分化而成的直径约600～1000A的球状或胞状体，其中包含着细菌叶绿素和类胡萝卜素，可进行光合磷酸化反应和光氧化还原反应。在好氧黑暗下，细菌缺少这种载色体，此时通过TC(三羧酸循环)循环来进行有机酸代谢；在厌氧光照时，又很快形成载色体，并迅速转换代谢途径，把有机酸异化和同化的氧化还原反应和光氧化还原反应紧密结合起来。常用于废水处理的是红螺菌科的一些种，其细胞结构及独特的物质、能量代谢使之能在高浓度含盐有机废水处理中显示出其他菌种无法比拟的优越性。同时光合细菌具有较高的经济价值，可回收利用，光合细菌细胞的蛋白质含量达到细胞干重的30％～80％，辅酶Q10质量浓度达到88.8mg/g，还含有5-ALA及色素等，是可应用在健康和医疗方面的优质生物材料。
光合细菌反应器需满足以下条件：(1)光照：适当强度的光照是培养光合细菌、以及菌体复壮的必要条件，光照与厌氧条件相结合可以促进光合细菌生长和繁殖。(2)供氧：微量供氧是保证光合细菌优势生长的重要条件，微量供氧一方面可以有效抑制厌氧细菌生长和硫酸盐还原，另一方面还可以限制好氧细菌过快生长，保持碱性和好氧细菌适量生长，分解大分子有机物，为光合细菌生长创造良好的环境条件。光合细菌在微氧(0.5～1.0mg/L)条件下，能够在反应器中保持优势生长。(3)菌体回收：反应器构造应能方便光合细菌的收集浓缩。
目前报道的光合细菌反应器主要有完全混合悬浮态反应器，浸没式生物接触固定膜反应器，生物转盘反应器，生物转笼反应器等，其中完全混合式反应器，浸没式生物接触固定膜反应器存在因为水深阻碍，光照穿透深度有限，光合细菌光照不足的问题；而生物转盘反应器则存在盘面附着的生物膜量小，易脱落，菌体易杂化等问题；生物转笼反应器则是在笼内装填大量填料，光合细菌也存在光照不足的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供处理高含盐有机废水的固定化光合细菌生物转刷反应器，以解决上述背景技术中现有反应器存在因为水深阻碍，光照穿透深度有限，光合细菌光照不足、菌体易杂化等问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：处理高含盐有机废水的固定化光合细菌生物转刷反应器包含反应池和转刷装置，所述的转刷装置由电动机、传动装置、联轴器、主轴、毛刷辊、轴承、密封套管和轴承座构成，反应池为矩形钢筋混凝土构筑物，毛刷辊平行于反应池的宽边且安装在反应池的水面，毛刷辊一半浸没在水中，一半暴露在空气中，主轴的一端通过轴承、密封套管、联轴器、传动装置与电动机连接，主轴的另一端与轴承座连接，主轴带动毛刷辊转动，电动机及轴承座底部设置有基础支撑座。
优选的，所述的反应池根据相关生物反应器污泥有机负荷或者水力停留时间参数进行设计计算，可多个反应器并联或串联运行，单个反应池建议尺寸：长：5000～10000mm，宽：2000～3000mm，有效水深2000～3000mm，池顶超高：400mm。
优选的，所述的毛刷辊的外径为500～700mm，其外表面栽植聚氨酯毛刷丝，长度150mm，辊轴外径200～400mm。
优选的，所述的毛刷辊的长度按照反应池宽度灵活确定，与池壁留有100mm的空隙，所述的毛刷辊的辊轴为中心埋设铁管的硬质PVC。
优选的，所述的毛刷辊在反应池内平行布置若干组。
优选的，所述的电动机的功率根据毛刷辊长度确定，在7.5～11kw之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本生物转刷反应器克服了上述反应器光合细菌反应器光照不足的问题，提高了光合细菌生物量，并能通过慢速转动进行微量曝气，便于菌体回收，其关键部件为调速电机带动的毛刷辊，在转动的过程中，辊表明毛刷上会形成光合细菌固定化生物膜，其一半浸没在水中，一半暴露在空气中，并随转动不断更替，光合细菌可反复接收光照、吸收氧气，降解有机物，维持优势生长；
该反应器具有以下优点：1、毛刷暴露在空气中时，微生物可吸收大气中的氧气进行污染物代谢活动，并通过转刷转动将氧气带入到污水中；毛刷进入水中时，微生物在黑暗微氧条件下降解有机物，从而减少了废水生物处理过程中机械曝气所引起的费用支出；
2、盘面毛刷上的光合细菌在转动的过程中可以反复利用空中光照进行生长繁殖，解决光照吸收不足的问题。
3、毛刷为聚氨酯类丝状体，不易腐蚀，重量轻，且其丝状体比表面积大，能够附着的生物膜量较大；
4、生物量饱和时毛刷辊可以整体取下更换，并在适合的高速离心装置中离心收集光合细菌。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中主轴和毛刷辊连接结构示意图；
图3为本发明实施例中反应器启动成功后毛刷辊状态示意图；
图4为本发明实施例中PSB对高含盐有机废水-明胶生产废水COD去除情况示意图。
图中：反应池1、转刷装置2、电动机2-1、传动装置2-2、联轴器2-3、主轴2-4、毛刷辊2-5、轴承2-6、密封套管2-7、轴承座2-8。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本实施例中处理高含盐有机废水的固定化光合细菌生物转刷反应器包含反应池1和转刷装置2，所述的转刷装置由电动机2-1、传动装置2-2、联轴器2-3、主轴2-4、毛刷辊2-5、轴承2-6、密封套管2-7和轴承座2-8构成，反应池1为矩形钢筋混凝土构筑物，毛刷辊2-5平行于反应池1的宽边且安装在反应池1的水面，毛刷辊2-5一半浸没在水中，一半暴露在空气中，主轴2-4的一端通过轴承2-6、密封套管2-7、联轴器2-3、传动装置2-2与电动机2-1连接，主轴2-4的另一端与轴承座2-8连接，主轴2-4带动毛刷辊2-5转动，电动机2-1及轴承座2-8底部设置有基础支撑座a。
本实施例中所述的反应池1尺寸：长：5000mm，宽：2000mm，有效水深2000mm，池顶超高：400mm。
本实施例中的毛刷辊2-5的外径为500mm，其外表面栽植聚氨酯毛刷丝，长度150mm，辊轴外径200mm。
本实施例，所述的毛刷辊2-5在反应池内平行布置1组。
本实施例的工作原理为：启动本装置，电动机2-1带动毛刷辊2-5慢速转动进行微量曝气，在转动的过程中，毛刷辊2-5表面上会形成光合细菌固定化生物膜，其一半浸没在水中，一半暴露在空气中，并随转动不断更替；毛刷辊2-5暴露在空气中时，微生物可吸收大气中的氧气进行污染物代谢活动，并通过毛刷辊2-5转动将氧气带入到污水中；毛刷辊2-5进入水中时，微生物在黑暗微氧条件下降解有机物，从而减少了废水生物处理过程中机械曝气所引起的费用支出；且毛刷辊2-5上的光合细菌在转动的过程中可以反复利用空中光照进行生长繁殖，解决光照吸收不足的问题，便于光合细菌优势生长；毛刷辊2-5的毛刷为聚氨酯类丝状体，不易腐蚀，重量轻，且其丝状体比表面积大，能够附着的生物膜量较大；生物量饱和时毛刷辊2-5可以整体取下更换，并在适合的高速离心装置中离心收集光合细菌。
本实施例中反应器运行参数的设置：毛刷辊2-5转速：毛刷辊2-5采用低速旋转，毛刷外缘线速度小于0.2m/s，保证毛刷入水不引起水花飞溅，转速范围：0.5～3rpm。溶解氧：依靠转刷进行自然曝气，通过调节转速，保证溶解氧在0.5～1.0mg/L的微氧状态。光照：反应器白天采用自然光照，夜晚采用日光灯光照，光照强度：1600～2000Lx.
接种菌液：红螺菌科光合细菌液可通过商业渠道购买，首次接种量10％～20％(体积比)；
反应器启动：高含盐有机废水稀释至COD小于500mg/L，注入反应池至有效水深，启动电动机，接种光合细菌原菌液，先静水培养3d，后按梯度增加废水COD浓度至原浓度，低流速培养至7～15d，在毛刷上可观察到淡红色光合细菌生物膜，如下图3所示，可认为反应器启动成功。
光合细菌收集浓缩；转刷运行到一定时间后，可根据需要收集光合细菌。方法是更换新的转刷，从反应器取下的转刷放置到密闭的离心装置中，转速在500-1000rpm条件下，即可离心收集光合细菌。
验证本实施例反应器的高浓度含盐有机废水处理效果：
水样选择高浓度含盐有机废水，取自某明胶公司的磷酸氢钙生产废水，磷钙水原始水质见表1。
表1调节后的磷钙水水质
光合细菌(PSB)菌种来源，光合细菌来自某生物菌肥制品有限公司生产的光合细菌液体肥。
挂膜启动；PSB菌液接种投加比例为VPSB/V水＝1：9。
首先把原水样稀释3倍进行静态培养，3d后逐步增加磷钙水添加比例，待挂膜成功后后全部改为磷钙废水。
处理效果；COD的去除情况：采用两组光合细菌反应器PSB1和PSB2中进行平行试验，以相互印证，记为p1、p2.反应结果如图3所示。
图4为PSB对COD去除情况。
由图4可知，p1、p2两组平行试验，COD均随水力停留时间(HRT)的延长不断地降低，水力停留时间在60h，可使COD去除率达85％以上，至84h达92％以上，经96h反应，P1出水COD为189mg·L-1，P2为203mg·L-1，对于高浓度的磷钙废水，达到此处理效果是一个突破，说明光合细菌对磷钙水有较好的降解作用。
光合细菌对氯离子的耐受情况。从表1可以看出，磷钙废水中氯离子的浓度接近30000mg/L左右，但光合细菌在处理过程中氯离子并未对其表现出抑制作用，说明来自海洋的光合细菌可以耐受高浓度的Cl-，抗盐性能较强。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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