[发明专利]气囊隔离水封净化型载体厌氧生化性能检测装置及使用方法

权利要求书

1.气囊隔离水封净化型载体厌氧生化性能检测装置，其特征在于该检测装置包括柱体反应系统、配气系统、配水系统、排水系统、集气系统、气体回收系统及水封净化系统；所述柱体反应系统包括DO、pH监测仪(19)、温控仪(20)、反应柱(21)、支撑板(22)、曝气器(24)、水样采集阀(27)、载体(28)及承托层(29)，所述反应柱(21)内壁底部设有所述支撑板(22)，所述支撑板(22)上开有直径为5～8mm的通孔，所述曝气器(24)在所述支撑板(22)下方靠近所述反应柱(21)的底部，所述反应柱(21)侧部设有多个结构相同的所述水样采集阀(27)，所述承托层(29)放置在所述支撑板(22)上，所述载体(28)放置在所述承托层(29)上；所述配气系统包括氮气瓶(11)、减压总阀(12)、进气管(13)、第一气体分配器(14)、第一气管接头(15)、第一转子流量计(16a)、配气管(17)及配气阀(18)，所述氮气瓶(11)经所述减压总阀(12)接所述进气管(13)，所述进气管(13)通过所述第一气体分配器(14)接所述配气管(17)，所述配气管(17)经三通与所述曝气器(24)相连，所述配气管(17)上设有所述第一转子流量计(16a)，所述第一转子流量计(16a)出口设所述配气阀(18)，所述第一气体分配器(14)上设有多个结构相同的所述第一气管接头(15)；所述配水系统包括配水箱(1)、水箱阀(2)、进水泵(3)、进水总管(4)、分流器(5)、水管接头(6)、配水管(7)及下端进水阀(8)，所述配水箱(1)经所述水箱阀(2)接所述进水泵(3)的吸水口，所述进水泵(3)的出口通过所述进水总管(4)接所述分流器(5)的进口，所述分流器(5)的出口经所述水管接头(6)接所述配水管(7)，所述配水管(7)上设有所述下端进水阀(8)，所述配水管(7)经三通与所述反应柱(21)底部的进出水口相连，所述分流器(5)上设有多个结构相同的所述水管接头(6)；所述排水系统包括下端排水管(9)、下端排水阀(10)、敞口水箱(44)、敞口水箱排水阀(45)、第二存水弯(26)、反冲洗排水阀(30)及反冲洗排水管(31)，所述下端排水管(9)的一端经三通连接所述配水管(7)及所述反应柱(21)底部的进出水口，所述下端排水管(9)的另一端与所述敞口水箱(44)的下部进水口相连，所述下端排水管(9)上设有所述下端排水阀(10)，所述敞口水箱(44)的出水口末端设有所述敞口水箱排水阀(45)，所述第二存水弯(26)的上端连接在所述反应柱(21)的中部，所述第二存水弯(26)的下端连接所述反冲洗排水管(31)，所述反冲洗排水管(31)的出口伸入所述敞口水箱(44)内的底部，所述反冲洗排水管(31)上设有所述反冲洗排水阀(30)；所述集气系统包括排气支管(38)、排气阀(39)、气体集气器(40)、排气总管(42)、排气总阀(43)、末端排水管(46)、末端排水阀(47)、第三存水弯(48)、密闭水箱(49)、注水阀(50)、注水管(51)、气囊进气管(52)、气囊进气阀(53)、弹性气囊(54)及检查口(55)，所述排气支管(38)的一端连接所述反应柱(21)的顶部，所述排气支管(38)的另一端经所述排气阀(39)连接所述气体集气器(40)，所述气体集气器(40)经所述排气总管(42)与所述密闭水箱(49)的下部进水口连接，所述排气总管(42)上设有所述排气总阀(43)，所述密闭水箱(49)上设有所述检查口(55)，当所述密闭水箱(49)中有沉淀物通过所述检查口(55)进行排除，所述末端排水管(46)一端出水口伸向所述敞口水箱(44)的底部，所述末端排水管(46)另一端经所述末端排水阀(47)与所述第三存水弯(48)连接后再与所述密闭水箱(49)的下部进水口连接，所述密闭水箱(49)的顶部接所述注水管(51)，所述注水管(51)经所述注水阀(50)与外界水源相连，所述密闭水箱(49)的顶部经所述气囊进气管(52)与所述弹性气囊(54)相连，所述气囊进气管(52)上设有所述气囊进气阀(53)；所述气体回收系统包括第一存水弯(23)、气体回流进气阀(25)、回流风机(32)、气体回流支管(33)、第二气体分配器(34)、第二气管接头(35)、气体回流总阀(36)及气体回流总管(37)，所述第一存水弯(23)的一端通过三通分别连接所述配气管(17)及所述曝气器(24)，所述第一存水弯(23)的另一端经所述气体回流进气阀(25)与所述回流风机(32)相连，所述回流风机(32)经所述气体回流支管(33)与所述第二气体分配器(34)相连，所述第二气体分配器(34)经所述气体回流总管(37)与所述密闭水箱(49)的顶部连接，所述气体回流总管(37)上设有所述气体回流总阀(36)；所述水封净化系统包括尾气处理管(56)、尾气处理阀(57)、透明管(58)、尾气处理池(59)及尾气处理池排水阀(60)，所述尾气处理管(56)一端接所述密闭水箱(49)顶部，所述尾气处理管(56)另一端经所述尾气处理阀(57)接所述透明管(58)，所述透明管(58)出气口伸向所述尾气处理池(59)的底部，所述尾气处理池(59)的末端排水管上设有所述尾气处理池排水阀(60)。

2.如权利要求1所述气囊隔离水封净化型载体厌氧生化性能检测装置的使用方法，其特征在于该方法具体步骤如下：

(1)检测装置的组装：

采用两套以上相同规格尺寸的柱体反应系统并联，将每套柱体反应系统经所述配水管(7)与所述配水系统的所述水管接头(6)相接，将每套柱体反应系统经所述下端排水管(9)与所述排水系统中的所述敞口水箱(44)的底部相接，将每套柱体反应系统经所述配气管(17)与所述配气系统的所述第一气管接头(15)相接，将每套柱体反应系统经所述排气支管(38)与所述集气系统的第三气管接头(41)相接，将每套柱体反应系统经所述反冲洗排水管(31)接至所述集气系统的所述敞口水箱(44)底部，将每套柱体反应系统经所述气体回流支管(33)与所述气体回收系统的所述第二气管接头(35)相连，构成气囊隔离水封净化型载体厌氧生化性能检测装置，然后在每套柱体反应系统的所述反应柱(21)内填充待测生物载体，并进行进水、排水、配气、集气和气体回收联动调试；

(2)挂膜启动：

每套柱体反应系统生化条件一致，每套柱体反应系统中按4000mg/L的浓度投加活性污泥，DO浓度控制在0.2mg/L以下，进水pH值控制在6.5～7.5，所述反应柱(21)置于室温为25±5℃的条件下，先闷曝 2天，采用厌氧序批式生物膜反应器工艺运行，每天运行两个周期，每个周期按照“进水0.5h、反应10h、排水、待机”的程序进行，其中第三天开始换水排泥运行，换水率为50％，每天排泥一次，排泥量为污泥总体积的1/15，第18天后每次换水前均放空所述反应柱(21)，再补充污水进入下一个周期的运行，取所述反应柱(21)每天运行第一个周期结束后的出水，即白天运行的周期结束后的出水水样，取样点为所述反应柱(21)下部位置的所述水样采集阀(27)，该处的所述水样采集阀(27)高于所述承托层(29)，检测其水质指标，当COD、NH₃-N去除率稳定并≥50％，且载体表面出现棕褐色的粘膜时挂膜启动完成；

(3)换水操作：

提前打开所述排气阀(39)、排气总阀(43)及所述尾气处理阀(57)，所述配水箱(1)中污水由所述进水泵(3)经所述进水总管(4)，在所述分流器(5)分配作用下经所述水管接头(6)及所述配水管(7)进入所述反应柱(21)内，所述反应柱(21)内污水液面高度上升到所述反应柱(21)顶部时 ，关闭所述下端进水阀(8)；打开所述氮气瓶(11)上的阀门，氮气经过所述减压总阀(12)及所述进气管(13)，在所述第一气体分配器(14)分配作用下经所述第一气管接头(15)、所述配气管(17)及三通进入所述反应柱(21)内，曝气结束关闭所述配气阀(18)、所述尾气处理阀(57)，打开所述气囊进气阀(53)，所述弹性气囊(54)由卷曲变为舒展状态；排空所述反应柱(21)内污水时，打开所述下端排水阀(10)，经所述下端排水管(9)直接排入到所述敞口水箱(44)；

(4)运行调节：

进水使用碳酸氢钠和碳酸钠配置成的缓冲液，使进水pH值保持为6.5～7.5，反应器置于室温为25±5℃的条件下；所述敞口水箱(44)液面高于所述下端排水管(9)进入所述敞口水箱(44)底部的管口，所述敞口水箱(44)液面高于所述反冲洗排水管(31)伸入所述敞口水箱(44)的排水口，所述敞口水箱(44)液面高于所述末端排水管(46)伸入所述敞口水箱(44)的排水口，所述尾气处理池(59)的液面高于所述透明管(58)伸入所述尾气处理池(59)的出气口，所述透明管(58)管内液面高度低于所述尾气处理池(59)的液面高度，即保持所述反应柱(21)内部处于正压状态；

(5)反冲洗：

当填料运行一段时间出现板结需进行反冲洗，打开所述水箱阀(2)、所述下端进水阀(8) 及所述反冲洗排水阀(30)，关闭所述配气阀(18)、所述末端排水阀(47)、所述注水阀(50)及所述尾气处理阀(57)，打开所述气囊进气阀(53)、所述气体回流总阀(36)、所述气体回流进气阀(25)，启动所述进水泵(3)，将所述配水箱(1)中污水送到所述反应柱(21)中；启动所述回流风机(32)，将所述弹性气囊(54)中的气体送到所述反应柱(21)中，一边气液反冲洗，一边将反冲洗污水经所述反冲洗排水管(31)排入所述敞口水箱(44)中，所述反应柱(21)中剩余液体经所述下端排水管(9)排入所述敞口水箱(44)中，反冲洗结束后关闭所述下端进水阀(8)、所述下端排水阀(10)、所述配气阀(18)、所述反冲洗排水阀(30)、所述气体回流进气阀(25)及所述气体回流总阀(36)；

(6)储气、水封净化及排气：

反应过程产生的气体与反应前的氮气吹扫都暂时缓存于所述弹性气囊(54 )中，所述进水泵(3)停止进水后，先打开所述末端排水阀(47)，放空所述密闭水箱(49)后再关闭所述末端排水阀(47)，再打开所述气囊进气阀(53)，排出所述弹性气囊(54)中气体，气体经所述排气总管(42)、所述排气支管(38)回流到所述反应柱(21)，保证了反应器反应条件为厌氧状态；所述密闭水箱(49)中液体对反应过程产生的气体进行过滤；随着反应进行，所述弹性气囊(54)中气体增多，导致所述弹性气囊(54)内压不断增大，所述密闭水箱(49)顶部通过所述尾气处理管(56)连接的所述尾气处理池(59)，能够将所述弹性气囊(54)内多余的气体排出及过滤，起到对所述弹性气囊(54)的保护作用；

(7)曲线族检测：

每天运行2个周期，每个周期12个小时，每个周期按照“进水0.5h、反应10h、排水、待机”的程序进行，取所述反应柱(21)每天运行第一个周期结束后的出水，即白天运行的周期结束后的出水水样，当挂膜启动完成后继续检测出水COD、氨氮、硝态氮、亚硝态氮及生物相的变化情况，去除出水COD和NH₃-N浓度超出 出水均值的±15％范围的数据，直至系统稳定运行得出的有效数据不少于10组，然后再按由低到高或由高到低的顺序调整下一进水基质浓度并重复步骤(1)，直至进水基质浓度个数不少于5组；

(8)曲线族合成：

将步骤(2)进水基质浓度下对应出水不少于10组的COD、氨氮有效数据的均值作为出水浓度，以进水基质浓度为横坐标，出水浓度为纵坐标，拟合绘制所测载体随进水基质浓度变化出水浓度随之变化的对应关系曲线，即载体厌氧生化特性曲线，同种水质下不同载体的厌氧生化特性曲线构成曲线族。