申请日1990.02.16
公开(公告)日1993.05.19
IPC分类号C02F3/08; C02F3/10
摘要
本发明涉及一种海绵载体生物流化床处理废水方法及其装置。
在改进型三相生物流化床反应器内，布有活性炭/细孔橡胶海绵载体，在常压或加压条件下进行穿孔管曝气或射流曝气，同时进行好氧和兼氧生化反应对废水进行处理。本发明以散式流化方式处理废水，其载体不易流失，不用脱膜机，能耗低，可操作性强。适用于大中型化工、石化、制药、印染、食品等厂矿企业的废水处理。
権利要求書
1、一种三相生物流化床处理废水的方法，其特征在于：在三相生物流化床反应器内，置有容积比为20～40%的活性炭/细孔橡胶海绵载体3，使载体表面和海绵内部生成生物膜，空气在常压或加压条件下通过曝气，气水体积比为10～20∶1，空气泡自环隙10鼓泡，再提升至内筒4后，沿内筒4下降又进入环隙10循环流动，在活性炭/细孔橡胶海绵内部进行脱氮、脱磷兼氧生化反应;所述的活性炭/细孔橡胶海绵载体其活性炭吸附在细孔橡胶海绵片内，活性炭和细孔橡胶海绵的用量的重量比为1∶025～0.40;所述的活性炭/细孔橡胶海绵载体3与处理水、污泥通过筛孔板13分离;所述的曝气强度为：深层曝气的强度为10m3/m2，h以上，或穿孔管曝气的强度为10～20m3/m2·h，或射流曝气的强度为20～50m3/m2·h。
2、按照权利要求1所述的方法处理废水的三相生物流化床反应器，包括流化床周边、流化床内筒、流化床底板、布气管、进水口、出水口，其特征在于：在三相生物流化床反应器内置有容积比为20～40%的活性炭/细孔橡胶海绵载体3，在流化床周边上方出水口5处置有使活性炭/细孔橡胶海绵载体3与处理水、污泥分离的筛孔板13，流化床底板9向内筒4方突出呈流线形凸起11，流化床周边与内筒4之间的环隙10底部即在流线形凸起11的四周布有一～三环状布气管12，内筒4与流化床环隙10的面积比为1∶2～4;所述的活性炭/细孔橡胶海绵载体3的形状呈不同厚度的长方形或正方形或多边形，堆比重为10～20kg/m3;所述的筛孔板13的孔径为4-6mm，孔的分布密度为2～6×103孔/m2;所述的一～三环状布气管上布有通气小孔。
说明书
本发明涉及的是一种生物流化床处理废水技术，尤其涉及到以海绵为载体的生物流化床处理废水方法及其装置。
目前，处理污水的方法很多，其中降解有机物以生化处理最为普遍，既经济又适合于大水量处理。生物处理分厌氧法与好氧法两种。前者能耗少，适用于COD高的污水，但停留时间长，投资高，出水水质与排放标准差距很大。后者相反，适用于低浓度污水，出水干净，可望达到国家排放标准。
好氧生化技术分为活性污泥法和生物膜法两大类。前者投资低，但生物量较少，装置体积大，占地多，污泥易膨胀。生物膜法有生物滤池，生物转盘，接触氧化法。这些方法由于MLVSS的含量高，容积负荷也较大，操作稳定。但生物膜法具有不易长膜或膜长得太盛，更新困难，甚至堵塞，液固接触不良。为克服上述缺点，出现了生物流化床法。生物流化床法是七十年代发展起来的一项新技术，它以生物膜法为基础，吸取化工操作的流态化技术，是当今生化处理废水中较为理想的方法。生物流化床通常用小颗粒(0.1～1mm)的砂子、炭、陶瓷、人造树脂、玻璃微孔等为载体[“生物流化床处理废水试验研究”一文，作者：北京化工研究院环保所，提供单位：上海科技情报所，索取号：283285]，它虽然克服了前述生物膜法的一些缺点，但自身也存在一些弱点，如需要配以脱膜装置;如颗粒细小、密度低，容易流失;如果载体粒度大，密度高，而且能耗较 大[“生物流化床法处理废水技术发展概况”作者：兰化化工研究院环保所崔连起、莫光成。兰化科技第4卷第一期P47-52]。而且颗粒流化床在操作上保持良好的散式流化也非易事。
本发明旨在提供一种适于三相生物流化床处理废水用的活性炭/细孔橡胶海绵新型载体，建立一种与新型载体相适应的生物流化床处理废水方法及其与此方法相适应的新型废水处理装置。本发明不需要脱膜装置，载体不会流失，能耗低，能进一步提高生物流化床法处理废水的效率和降低运转成本。
本发明的生物流化床处理废水方法，是在改进型三相生物流化床反应器内，以活性炭/细孔橡胶海绵为载体，与废水共存条件下在其内表面和外表面生成生物膜，空气在常压或加压条件下通过穿孔管或射流曝气或深层曝气，气水比为10～20∶1(体积比)，空气自环隙鼓泡，再提升至内筒后，沿内筒下降又进入环隙循环流动，同时进行好氧与兼氧生化反应对废水进行处理。循环流动中，活性炭/细孔橡胶海绵载体亦随水液流动方向流动，带动了大量活性污泥与空气泡接触，加快了生化反应速率。载体在流动中或在剧烈的运动中相互碰撞、相互摩擦，使载体外部的生物膜脱落、更新，载体与处理水和污泥通过筛孔板分离。与此同时，其载体内部，亦产生兼氧生化反应，进行脱氧、脱磷。上述的穿孔管曝气强度为10～20m3/m2·h，射流曝气强度为30～50m3/m2·h，深层曝气强度为10m3/m2·h以上。
如上所述的三种曝气方式，鉴于对下述因素的考虑。三相生物流化床污泥量大，要求供给的氧量也大。在曝气方式选择上充分考虑了氧的利用率。在相同气量的条件下，气泡直径是影响氧传递的重要因 素。因此本发明选择了细微气泡曝气方式，采用罗茨风机压头为3～5m的穿孔管曝气，或利用加压生物接触氧化塔(CN8821135.8专利权人上海师范大学)的出水进行射流曝气和加压生物接触氧化塔顶部排出的尾气(1～3kg/cm2)进行深层曝气作为生物流化床反应器的循环动力和充氧源。计算公式为：
P=Ho+Hf+Hk(以水柱高计)
P-压缩空气出口风压
Ho-流化床静水面高度
Hf-经过曝气所损失压力。
为实现上述方法，本发明又提供了适用于本发明方法的改进型三相生物流化床反应器。它包括流化床周边、流化床内筒、流化床底板、布气管、进水口、出水口。其特征在于：三相生物流化床反应器内布有占容积为20～40%的活性炭/细孔橡胶海绵载体。在流化床周边上方出水口处置有使活性炭/细孔橡胶海绵载体与处理水、碎膜、污泥分离的筛孔板。流化床底板向内筒方向突出呈流线形凸起。在流化床周边与内筒之间的环隙底部即流线形凸起的四周布有一～三环状布气管。上述的改进型三相生物流化床反应器其内筒和环隙面积之比为1∶2～4。对大型化的三相生物流化床反应器(如数百立方米容积的装置)，可制成矩形体，其中分割成数拾格。单数格底部曝气，使处理水向上流动，再从不曝气的双数格下降，然后头尾相接构成回流。
上述的细孔橡胶海绵载体，可以是长方形、正方形、多边形的不同厚度的细孔橡胶海绵片，其外形尺寸、大小随好氧与兼氧速率比而 变化。由于把细孔橡胶海绵作载体，其表面观密度几乎与水相等，增加了其作为载体的实用性。把市售粉状活性炭与细孔橡胶海绵混合，活性炭颗粒很快能吸附于海绵的各细孔之中，即成活性炭/细孔橡胶海绵载体。当载体与污水共存时，在载体内、外表面可生长大量的微生物，随时间的推移，就可在载体外表面和内表面长成生物膜。此时长有生物膜的活性炭/细孔橡胶海绵载体的比重稍大于水，静水中它的自由沉降速度为1～2cm/s，因此，及易形成散式流化，仅依靠曝气的能量(曝气强度为10m3/m2·h以上)，就可以得到良好的流化效果。如采用射流曝气，在流化剧烈时，载体表面也易长膜。同时，较大的载体可携带部分气泡一起流动，促进气水分布，增大水中的溶氧量。
由于活性炭/细孔橡胶海绵载体占流化床反应器有效体积的20～40%，在载体的表面长有大量的微生物或生物膜，加之截面积很大，细孔海绵在水中运动，又带动水中大量的活性污泥一起运动而不会沉降，所以总的污泥量大大超过活性污泥法(一般为2～4g/L)，接触氧化法(4～6g/L)，可达到10～30g/L。本发明的改进型三相生物流化床反应器容积负荷很高，约达5kgCOD/m3·天以上，但污泥负荷仍较低。水中的微生物量大，而且采用内循环流化，水的流动模型为全混流，所以可承受较高浓度的废水，有很强的抗冲击能力。由于在反应器内活性炭/细孔海绵载体量较多，在水中作较快速度运动，其表面相互摩擦，表面生物膜更新极快。因此，本发明不需配置一般流化床所需的脱膜装置。
由于活性炭/细孔橡胶海绵载体表面微生物生长迅速，表面生物 膜更新快，海绵外表的生物膜厚度仅只有几个μm，所以废水中的有机物很容易透过薄膜进入海绵体内部，其内部附着的活性炭又提高了对有机物的富集与分解能力。因此，在海绵载体内部亦产生兼氧或厌氧反应，进行脱氮、脱磷。兼氧或厌氧生化反应的产物又容易向外部扩散，又回到活性炭/细孔橡胶海绵载体表面进行好氧生化反应。因此本发明方法可以处理难以降解的有机物(如：化工废水)，使出水COD含量低于100mg/L，获得较高的容积负荷和良好的处理效果。
由于活性炭/细孔橡胶海绵载体的单个体积大，很容易通过筛孔板与处理水等分离，避免了一般流化床载体容易流失或分离麻烦等缺点。载体用海绵为橡胶制品，具耐腐蚀，在无强光条件下，不会老化，寿命可达5年以上。由于本发明的海绵载体可以利用包装、加工行业废弃的边角料制成，因此，其载体的价格要比一般载体价格低廉。
本发明的改进型三相生物流化床反应器，其形状，结构都具有独特性。流化床底板，向内筒方突出呈流线形凸起，能有效地保证液、固、气三相物质在循环运动中的畅通和有效地防止出现底部反应死角。流线形凸起底板的设计公式为：
y= 1/(A) (1+cosBX)
A=0.1～1.0
B=0.1～1
- (π)/(2B) ≤X≤ (π)/(2B)
改进型三相生物流化床反应器的筛孔板，其孔径与孔的分布密度随好氧与兼氧速率比而变化。一般孔径可掌握在4～6mm。孔的 分布密度为(2～6)×103孔/m2。一～三环状布气管上的孔径与孔的分布密度随流化床反应器的容积、空气压力和水中有机物浓度的变化成正相关性。
综上所述，本发明的一种海绵载体生物流化床处理废水方法及其装置，具有如下优点：(1)单个载体截面积大，比重轻，载体不易流失。(2)挂膜、脱膜更新快，不需要用脱膜机。(3)散式流化易使反应器大型化。(4)气体只需克服水阻力，装置运行能耗低。(5)方法简便，装置结构简单，可应用于多种工艺流程，可操作性强。(6)装置生产成本低，不易磨损。本发明方法及其装置可广泛应用于化工、石化、制药、印染、食品等行业不同规模、不同浓度的废水处理。