申请日2019.10.24
公开(公告)日2019.12.24
IPC分类号C02F9/14; C02F3/08; C02F101/16
摘要
本发明公开一种好氧生物流化床污水处理装置，包括密封的反应器，所述反应器从下至上分别布置曝气单元、中心筒、三相分离单元;所述中心筒上设置有进水管，进水管穿过反应器和中心筒进入到中心筒内部;所述曝气单元的曝气朝向中心筒外壁与反应器内壁之间;所述三相分离单元与反应器的内壁、密封顶面围成出水沉淀区;所述三相分离单元与反应器的内壁、底面围成反应区，且所述反应区内盛装有固定化微生物载体;所述出水沉淀区上部的反应器上连接出水单元;所述三相分离单元与反应器接触的密封顶面上连接排气单元。本发明装置结构简单、能耗低、污水处理效率高且载体分离效率高。同时提供了相应的处理工艺，可充分保障污水处理的高效率及有效运行。
权利要求书
1.一种好氧生物流化床污水处理装置，其特征在于：
包括密封的反应器，所述反应器从下至上分别布置曝气单元、中心筒、三相分离单元;所述中心筒上设置有进水管，进水管穿过反应器和中心筒进入到中心筒内部;所述曝气单元的曝气朝向中心筒外壁与反应器内壁之间;
所述三相分离单元与反应器的内壁、密封顶面围成出水沉淀区;所述三相分离单元与反应器的内壁、底面围成反应区，且所述反应区内盛装有固定化微生物载体;
所述出水沉淀区上部的反应器上连接出水单元;
所述三相分离单元与反应器接触的密封顶面上连接排气单元。
2.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于：
所述三相分离单元包括三相分离罩、设于三相分离罩上且与其连通的筛网;
所述三相分离罩的底部固定在反应器内壁上，顶部固定在反应器的密封顶面上，且在密封顶面上设有用于与排气单元连接的排气口，用于排放污水中的尾气;所述三相分离罩外壁与反应器的内壁、密封顶面之间的区域为出水沉淀区，出水沉淀区上部设有与出水单元连接的集水口;并且，所述出水沉淀区的底部设有与排泥单元连接的排泥口，用于定期将沉淀下来的污泥排出系统。
3.根据权利要求2所述的污水处理装置，其特征在于：
所述三相分离罩设为顶部直径小、底部直径大的圆台形;
所述反应器为圆柱形;
所述三相分离罩的底部直径与反应器的内径适配，从而与反应器的内壁密封固连为一体。
4.根据权利要求2所述的污水处理装置，其特征在于：
所述筛网与三相分离罩通过法兰连接;和/或，
所述筛网设为楔形丝筛网，且丝缝隙为2～3mm。
5.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于：
所述固定化微生物载体为聚乙烯醇材质水凝胶球形颗粒;和/或，
所述固定化微生物载体的颗粒粒径为3～10mm;和/或，
所述固定化微生物载体的比重1.0～1.1g/cm3;和/或，
所述固定化微生物载体内部为多孔介质，孔径10～50μm，孔隙率95～98%;和/或，
所述固定化微生物载体的装填量为反应区有效体积的8～15%。
6.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于：
所述中心筒处于反应器的中心轴，所述中心筒的外壁通过筋条与反应器内壁固定连接;和/或，
所述进水管出口沿着中心筒的中心朝下。
7.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于：
所述曝气单元包括空气曝气器;
所述空气曝气器包括空气进气管、与空气进气管连通的气体分配管和安装在气体分配管上的空气曝气盘;且所述空气曝气盘布置在中心筒外壁和反应器内壁之间，并且呈环状均匀分布;
所述曝气单元还包括位于空气曝气器上方且同轴而设的氧气曝气器;
所述氧气曝气器包括氧气进气管、与氧气进气管连接的气体分配管和安装在气体分配管上的氧气曝气盘;且所述氧气曝气盘布置在中心筒外壁和反应器内壁之间，并且呈环状均匀分布。
8.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于：
所述反应器上还设置便于观察的人孔;和/或，
所述反应器上还设置用于监测反应器内溶氧量的溶解氧仪;和/或，
所述反应器上还设置用于监测反应器内PH的PH计。
9.一种好氧生物流化床污水处理工艺，利用权利要求2～8任一项所述的污水处理装置，其特征在于，包括如下的步骤：
S1、由进水管送入的污水进入中心筒内部后出口朝下，在水流带动下均匀的从中心筒底部向四周排出进入中心筒外壁和反应器内壁之间;由风机送来的空气通过空气曝气器进入中心筒外壁和反应器内壁之间，根据固定化微生物载体填充量调整气水比(4～8):1，促进固定化微生物载体在污水中的流化;
S2、中心筒外壁和反应器内壁之间的污水经过曝气，水流密度降低，并且在上升气体的带动下，污水夹带着固定化微生物载体向上流动，并达到三相分离罩，引导污水及固定化微生物载体向内聚拢;到达三相分离罩顶部后：气体从反应器密封顶部的排气口排出;排出气体后的污水密度增大，从而夹带着固定化微生物载体向下进入中心筒回流，然后从中心筒底部出口出来后随着曝气重新进行向上流动，从而形成内循环流动，同时，污水及脱落的生物膜通过筛网后进入出水沉淀区，脱落的生物膜经自然沉降后落入底部形成污泥，并通过排泥单元进行排泥;上层经过沉降后的水通过出水单元排出。
10.根据权利要求9所述的污水处理工艺，其特征在于：
步骤S1中，氧气通过在空气曝气器上侧的氧气曝气器进入中心筒外壁和反应器内壁之间，为固定化微生物载体中的好氧生物提供反应所需的额外氧气;
通过溶解氧仪监测反应器中溶解氧浓度，调节氧气流量控制剩余溶解氧在2～5mg/l。
说明书
一种好氧生物流化床污水处理装置及工艺
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种好氧生物流化床污水处理装置及工艺。
背景技术
生物流化床技术是70年代开始研究应用与污水处理的一种高效生物处理技术，它是借助流体(液体、气体)使表面生长着微生物的载体呈流态化，同时进行有机污染物降解的生物膜法处理技术。好氧生物流化床技术的特点是，微生物附着在载体上，随着载体在反应器内循环，因此不会产生微生物流失的问题，微生物在反应器的浓度高，提高了装置的容积负荷，同时能够延长增殖速度慢的微生物(如硝化菌)和特种微生物在反应器中的停留时间，有利于提高系统硝化效率和难降解物质的处理效率。
但是目前好氧生物流化床技术的缺点也比较明显，为了保持载体的充分流化，曝气量较多，能耗较大，主要原因是固定化微生物载体选用陶粒，橡胶的比重较大1.3～1.5g/cm3，而且载体的投加量大，在15～30%，容易产生堆积，导致处理效果难以达到要求，此外通常好氧生物流化床采用迷宫载体分离器，如中国专利文献CN03123800.9，其结构是采用三层相互交错的三角形反射锥构成，反射锥采用等腰直角三角形结构，反射锥滑落坡面较小，不利于载体的滑落，同时反射锥的表面腐蚀毛糙、结构复杂导致的加工误差大等综合因素，影响载体分离效果影响，导致载体流失等问题。
中国专利文献CN201458905U提供了一种生物滤池和好氧流化床耦合的反应器，生物滤池设置在好氧流化床的上方，生物滤池利用了好氧流化床的尾气作为氧源，使曝气进行了充分的利用，而且避免了载体流失的问题，但是由于该反应器将好氧流化床设置在生物滤池下方，因此无法对生物滤池进行冲洗，使用一段时间后就会造成反应器堵塞，且采用的填料为圆柱形聚丙烯，容易产生堆积和漂浮的问题。
中国专利文献CN203668099U公开了一种内循环好氧生物流化床，采用4块矩形隔板竖直、且横截面呈“十”字形安装于筒体内、将筒体中间部分均匀分隔成两块对角分布的上流区和另外两块对角分布的下流区，载体分离器由若干三角形反射锥交错组合成层状体，载体为陶瓷和TiO2多孔烧结为成，在运行过程中可以激发生产新生态的氧自由基。该方法采用的载体分离器同样由于结构复杂、分离效率低，不能避免载体流失的问题，载体为陶瓷和TiO2多孔烧结为成，不仅密度大，流化困难，产生的氧自由基是极强的氧化剂，对微生物也有杀菌作用。
因此，本领域技术人员亟需提供一种便于操作、能耗低、污水处理效率高且载体分离效率高的好氧生物流化床污水处理装置及工艺。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种操作简便、能耗低、污水处理效率高且载体分离效率高的好氧生物流化床污水处理装置及工艺。
为实现上述目的提供一种好氧生物流化床污水处理装置，本发明采用了以下技术方案：
一种好氧生物流化床污水处理装置，包括密封的反应器，所述反应器从下至上分别布置曝气单元、中心筒、三相分离单元;所述中心筒上设置有进水管，进水管穿过反应器和中心筒进入到中心筒内部;所述曝气单元的曝气朝向中心筒外壁与反应器内壁之间;
所述三相分离单元与反应器的内壁、密封顶面围成出水沉淀区;所述三相分离单元与反应器的内壁、底面围成反应区，且所述反应区内盛装有固定化微生物载体;
所述出水沉淀区上部的反应器上连接出水单元;
所述三相分离单元与反应器接触的密封顶面上连接排气单元。
优选的，所述三相分离单元包括三相分离罩、设于三相分离罩上且与其连通的筛网;
所述三相分离罩的底部固定在反应器内壁上，顶部固定在反应器的密封顶面上，且在密封顶面上设有用于与排气单元连接的排气口，用于排放污水中的尾气;所述三相分离罩外壁与反应器的内壁、密封顶面之间的区域为出水沉淀区，出水沉淀区上部设有与出水单元连接的集水口;并且，所述出水沉淀区的底部设有与排泥单元连接的排泥口，用于定期将沉淀下来的污泥排出系统。
进一步的，所述三相分离罩设为顶部直径小、底部直径大的圆台形;
所述反应器为圆柱形;
所述三相分离罩的底部直径与反应器的内径适配，从而与反应器的内壁密封固连为一体。
进一步的，所述筛网与三相分离罩通过法兰连接。
进一步的，所述筛网设为楔形丝筛网，且丝缝隙为2～3mm。
进一步的，所述筛网沿周向均匀分布在三相分离罩的内侧面上。
进一步的，所述三相分离罩与反应器内壁之间的夹角α为120～155°。
优选的，所述固定化微生物载体为聚乙烯醇材质水凝胶球形颗粒。
优选的，所述固定化微生物载体的颗粒粒径为3～10mm。
优选的，所述固定化微生物载体的比重1.0～1.1g/cm3。
优选的，所述固定化微生物载体的内部为多孔介质，孔径10～50μm，孔隙率95～98%。
优选的，所述固定化微生物载体的装填量为反应区有效体积的8～15%。
优选的，所述中心筒处于反应器的中心轴，所述中心筒的外壁通过筋条与反应器内壁固定连接;
所述进水管出口沿着中心筒的中心朝下。
优选的，所述曝气单元包括空气曝气器;
所述空气曝气器包括空气进气管、与空气进气管连通的气体分配管和安装在气体分配管上的空气曝气盘;且所述空气曝气盘布置在中心筒外壁和反应器内壁之间，并且呈环状均匀分布。
进一步的，所述曝气单元还包括位于空气曝气器上方且同轴而设的氧气曝气器;
所述氧气曝气器包括氧气进气管、与氧气进气管连接的气体分配管和安装在气体分配管上的氧气曝气盘;且所述氧气曝气盘布置在中心筒外壁和反应器内壁之间，并且呈环状均匀分布。
优选的，所述反应器上还设置便于观察的人孔。
优选的，所述反应器上还设置用于监测反应器内溶氧量的溶解氧仪。
优选的，所述反应器上还设置用于监测反应器内PH的PH计。
本发明的目的之二是提供一种好氧生物流化床污水处理工艺，利用前述的污水处理装置，进行如下的步骤：
S1、由进水管送入的污水进入中心筒内部后出口朝下，在水流带动下均匀的从中心筒底部向四周排出进入中心筒外壁和反应器内壁之间;由风机送来的空气通过空气曝气器进入中心筒外壁和反应器内壁之间，根据固定化微生物载体填充量调整气水比(4～8):1，促进固定化微生物载体在污水中的流化;
S2、中心筒外壁和反应器内壁之间的污水经过曝气，水流密度降低，并且在上升气体的带动下，污水夹带着固定化微生物载体向上流动，并达到三相分离罩，引导污水及固定化微生物载体向内聚拢;到达三相分离罩顶部后：气体从反应器密封顶部的排气口排出;排出气体后的污水密度增大，从而夹带着固定化微生物载体向下进入中心筒回流，然后从中心筒底部出口出来后随着曝气重新进行向上流动，从而形成内循环流动，同时，污水及脱落的生物膜通过筛网后进入出水沉淀区，脱落的生物膜经自然沉降后落入底部形成污泥，并通过排泥单元进行排泥;上层经过沉降后的水通过出水单元排出。
优选的，步骤S1中，氧气通过在空气曝气器上侧的氧气曝气器进入中心筒外壁和反应器内壁之间，为固定化微生物载体中的好氧生物提供反应所需的额外氧气;
通过溶解氧仪监测反应器中溶解氧浓度，调节氧气流量控制剩余溶解氧在2～5mg/l。
优选的，对于有机物污水的处理：步骤S1中，水力停留时间为2～4hr;反应器的容积负荷为2～6kgCOD/(m3.d);对于氨氮污水的硝化处理：步骤S1中，水力停留时间12～24hr;反应器的容积负荷为0.15～0.35kgNH3-N/(m3.d)。
本发明的有益效果在于：
1)本发明在反应器内的曝气单元、中心筒、三相分离单元的上下顺序布置，使污水自进水管进入中心筒后首先在重力作用下落下，自中心筒外壁与反应器内壁溢出，从而带动固定化微生物载体接触曝气单元向上曝出的气体、对污水进行充分降解作用。并且在曝气单元上升气体的带动下，污水夹带着固定化微生物载体向上流动，并达到三相分离单元;到达三相分离罩顶部后气体从反应器密封顶面连接的排气单元排出，排出气体后的污水密度增大，进而夹带着固定化微生物载体向下进入中心筒回流，然后从中心筒底部出口出来后随着曝气重新进行向上流动，从而形成内循环流动;同时，污水及脱落的生物膜通过三相分离单元进入出水沉淀区，脱落的生物膜经自然沉降后落入出水沉淀区的底部形成污泥，并定期进行排泥，上层经过沉降后的水则通过出水单元排出。从而，本发明装置不仅结构设计简洁，而且巧妙的通过三相分离结构实现对污水的高效率处理分离，保证污水处理过程的稳定可靠性。相应的，本发明的处理工艺简单，能耗低，载体分离效率高，充分保障污水处理的高效率及有效运行。
2)本发明采用圆台形三相分离罩，可以有效的引导水流向反应器中部聚拢，增加内循环效果，从而减少所需的流化气体，降低了能耗并提高了有机污水的处理效率。
3)本发明反应器内曝气的作用在于提供流化所需的动力和供氧，通过分别设置空气曝气器和氧气曝气器，由空气曝气器提供流化所需的动力并承担部分供氧，主要的供氧由氧气曝气器提供，由于纯氧的传氧速率快，氧气利用率高，反应器的容积负荷大幅提升，而且与空气相比氧气的曝气量少，空气曝气器只需提供必要的流化所需气量，避免了过高的曝气强度导致载体破碎和流失等问题。
4)本发明中三相分离罩上设置的楔形丝筛网可以有效的将载体截留在反应器内，并允许污泥和污水通过，分离效率高且不易堵塞，结构简单。
5)本发明在经过载体固液分离后的污水进入污泥沉淀区后，进一步将污水中的悬浮污泥沉淀，出水无须进行沉降。（发明人朱洪;王日彩;马洪玺;王光昊）