公布日：2023.04.04
申請(qǐng)日：2021.08.23
分類號(hào)：C02F3/08(2006.01)I;C02F3/10(2006.01)I;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/38(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種處理工業(yè)廢水的好氧膨脹床裝置，進(jìn)而公開了一種利用該好氧膨脹床裝置進(jìn)行廢水處理的方法及它們?cè)谔幚碛袡C(jī)廢水中的應(yīng)用。本發(fā)明通過(guò)引入空氣帶動(dòng)局部水體擾流，進(jìn)而使填料層處于“攪拌-紊流”狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)相互摩擦、自動(dòng)脫模，無(wú)需設(shè)置循環(huán)水回流裝置和三相分離器，同時(shí)使塔頭體積減小，相較于傳統(tǒng)好氧流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，提高了反應(yīng)器有效體積且大幅降低了運(yùn)行成本。同時(shí)，本發(fā)明通過(guò)將廢水從反應(yīng)器頂部通入，有效防止了反應(yīng)器底部承托層過(guò)度長(zhǎng)膜，可避免頻繁反洗。
權(quán)利要求書
1.一種處理工業(yè)廢水的好氧膨脹床裝置，其包括好氧膨脹床反應(yīng)器，所述好氧膨脹床反應(yīng)器自上而下包括塔頭和塔身；所述塔身底部設(shè)有用于通入空氣的進(jìn)氣口；所述塔頭頂部設(shè)有用于通入廢水的進(jìn)水口和用于氣體排出的排氣口，所述塔頭還設(shè)有用于排出廢水處理后出水的出水口；所述塔身內(nèi)下端還設(shè)有布?xì)夥植计鳎霾細(xì)夥植计魑挥谒鲞M(jìn)氣口上方且在所述塔身內(nèi)布?xì)夥植计魃戏竭�自下而上依次設(shè)有顆粒承托層和填料區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述塔身自上而下包括直管段塔身和塔底，所述布?xì)夥植计魑挥谒鲋惫芏嗡淼撞�，�?yōu)選地，所述塔頭與所述直管段塔身的體積比為1:4-1:6；更優(yōu)選地，所述填料區(qū)高度占所述好氧膨脹床反應(yīng)器總高度的1/2-2/3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述好氧膨脹床反應(yīng)器還設(shè)有溢流槽，所述溢流槽圍繞所述塔頭外側(cè)設(shè)置，所述出水口位于所述溢流槽側(cè)壁，優(yōu)選所述溢流槽還設(shè)有用于排出洗脫污泥的排泥口；更優(yōu)選地，所述裝置還包括循環(huán)水泵，所述循環(huán)水泵用于將溢流槽中的處理出水與廢水混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述填料區(qū)上方還設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)，優(yōu)選所述過(guò)濾網(wǎng)的網(wǎng)孔孔徑為0.6mm-2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述承托層包括由8-10mm承托顆粒構(gòu)成的大顆粒承托層和由3-5mm承托顆粒構(gòu)成的小顆粒承托層；所述小顆粒承托層位于所述大顆粒承托層上部，優(yōu)選地，所述大顆粒承托層的承托顆粒為惰性磁球，和/或所述小顆粒承托層的承托顆粒為陶粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述布?xì)夥植计鳛闂l孔板，所述條孔板的條形孔寬度小于所述填料區(qū)的填料的粒徑，優(yōu)選為1mm-2mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括空壓機(jī)和氣體流量計(jì)，所述空壓機(jī)與所述氣體流量計(jì)連通，所述氣體流量計(jì)與所述進(jìn)氣口相連。優(yōu)選地，所述裝置還包括為所述填料區(qū)提供熱量的加熱系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述加熱系統(tǒng)為加熱循環(huán)水系統(tǒng)，所述加熱循環(huán)水系統(tǒng)包括加熱罐、加熱泵和夾套，所述夾套套于所述填料區(qū)的外部且所述夾套側(cè)壁下端設(shè)有加熱循環(huán)水進(jìn)水口和所述夾套側(cè)壁上端設(shè)有加熱循環(huán)水出水口；所述加熱罐的出水口與所述加熱泵相連，所述加熱泵與所述加熱循環(huán)水進(jìn)水口相連，所述加熱循環(huán)水出水口與所述加熱罐相連。
8.一種廢水處理方法，其使用如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的裝置，包括以下步驟：(1)廢水從所述好氧膨脹床反應(yīng)器頂部進(jìn)入并向下進(jìn)入填料區(qū)，使空氣通過(guò)所述進(jìn)氣口進(jìn)入好氧膨脹床反應(yīng)器，后向上經(jīng)布?xì)夥植计骱统型袑舆M(jìn)入填料區(qū)，使填料區(qū)中的填料處于膨脹狀態(tài)；(2)在填料區(qū)中，所述廢水與處于膨脹狀態(tài)的填料接觸以進(jìn)行污水處理并得到處理出水；(3)所得處理出水經(jīng)出水口排出，所述好氧膨脹床反應(yīng)器中的氣體從所述好氧膨脹床反應(yīng)器頂部排出。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述填料為核桃殼，所述填料的直徑為0.8mm-2.0mm，優(yōu)選所述核桃殼進(jìn)行了拋光和脫脂前處理；更有選地，步驟(1)中，進(jìn)入好氧膨脹床反應(yīng)器的空氣強(qiáng)度為2-5L/m2/s。
10.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的裝置或如權(quán)利要求8或9所述的方法在處理有機(jī)廢水中的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種處理工業(yè)廢水的好氧膨脹床裝置，進(jìn)而提供一種利用該好氧膨脹床裝置進(jìn)行廢水處理的方法及它們?cè)谔幚碛袡C(jī)廢水中的應(yīng)用。本發(fā)明裝置無(wú)需設(shè)置循環(huán)水回流裝置和三相分離器，同時(shí)可使塔頭體積減小，相較于傳統(tǒng)好氧流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，提高了反應(yīng)器有效體積且大幅降低了運(yùn)行成本。且本發(fā)明通過(guò)將廢水進(jìn)水位置設(shè)置于反應(yīng)器頂部，有效防止了反應(yīng)器底部承托層過(guò)度長(zhǎng)膜，可避免頻繁反洗。
本發(fā)明第一方面提供了一種好氧膨脹床裝置，其包括好氧膨脹床反應(yīng)器，所述好氧膨脹床反應(yīng)器自上而下包括塔頭和塔身；
所述塔身底部設(shè)有用于通入空氣的進(jìn)氣口；
所述塔頭頂部設(shè)有用于通入廢水的進(jìn)水口和用于氣體排出的排氣口，所述塔頭還設(shè)有用于排出廢水處理后出水的出水口；
所述塔身內(nèi)下端還設(shè)有布?xì)夥植计�，所述布�(xì)夥植计魑挥谒鲞M(jìn)氣口上方且在所述塔身內(nèi)布?xì)夥植计魃戏竭�自下而上依次設(shè)有顆粒承托層和填料區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明，所述塔頭頂部的用于通入廢水的進(jìn)水口和用于氣體排出的排氣口及塔頭上設(shè)有的排出廢水處理后出水的出水口并不局限于以獨(dú)立分隔開的方式設(shè)置，可以分別設(shè)置，也可以例如使塔頭頂部整個(gè)敞開以滿足廢水進(jìn)水、氣體排出和廢水處理后出水溢流而出的需要。
根據(jù)本發(fā)明，由于所述進(jìn)水口位于反應(yīng)器頂部，從而廢水從反應(yīng)器頂部通入，向下進(jìn)入填料區(qū)，因此反應(yīng)器內(nèi)掛膜區(qū)域大都位于填料區(qū)填料層，顆粒承托層掛膜量低，可以保證長(zhǎng)時(shí)間過(guò)水通暢，因此可以大幅減少反洗頻次，降低日常操作強(qiáng)度。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述塔身自上而下包括直管段塔身和塔底，所述布?xì)夥植计魑挥谒鲋惫芏嗡淼撞俊８鶕?jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述塔底為碗形塔底。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述塔頭與所述直管段塔身的體積比為1:4-1:6，在一些實(shí)施例中，所述塔頭與所述直管段塔身的體積比為1:5。在一些實(shí)施例中，所述塔頭為直管型，例如圓柱體。
根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)有技術(shù)中反應(yīng)器頂部往往會(huì)設(shè)置三相分離器，這致使反應(yīng)器塔頭直徑增加，但該區(qū)域并沒有去污作用，實(shí)際上降低了反應(yīng)器實(shí)際處理負(fù)荷，而本發(fā)明裝置無(wú)需設(shè)置三相分離器，塔頭體積大幅減小，有效提高了反應(yīng)器實(shí)際處理負(fù)荷。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述填料區(qū)高度占所述好氧膨脹床反應(yīng)器總高度的1/2-2/3。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述好氧膨脹床反應(yīng)器還設(shè)有溢流槽，所述溢流槽圍繞所述塔頭外側(cè)設(shè)置，所述出水口位于所述溢流槽側(cè)壁。所述溢流槽用于承接從反應(yīng)器頂部溢流出的物料。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，當(dāng)所述好氧膨脹床反應(yīng)器設(shè)有所述溢流槽時(shí)，所述反應(yīng)器塔頭頂部不設(shè)有頂蓋而是以敞開方式設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述溢流槽側(cè)壁還設(shè)有用于排出洗脫污泥的排泥口。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述裝置還包括循環(huán)水泵，所述循環(huán)水泵用于將溢流槽中的處理出水與待處理廢水混合。在一些實(shí)施方式中，多大胡循環(huán)水泵與所述溢流槽相連通。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述填料區(qū)上方還設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述過(guò)濾網(wǎng)位于所述好氧膨脹床反應(yīng)器的塔身部分。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述過(guò)濾網(wǎng)的網(wǎng)孔孔徑為0.6mm-2mm。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述過(guò)濾網(wǎng)為金屬過(guò)濾網(wǎng)。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在填料區(qū)上方增設(shè)過(guò)濾網(wǎng)，可以攔截上浮填料，避免在反洗過(guò)程中填料的流失。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述承托層包括大顆粒承托層和小顆粒承托層，且所述小顆粒承托層位于所述大顆粒承托層的上部。
根據(jù)本發(fā)明，所述大顆粒承托層指由8-10mm承托顆粒構(gòu)成的承托層，所述小顆粒承托層指由3-5mm承托顆粒構(gòu)成的小顆粒承托層。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述大顆粒承托層的承托顆粒為惰性磁球。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述小顆粒承托層的承托顆粒為陶粒。
根據(jù)本發(fā)明，空氣通過(guò)所述大顆粒承托層可均勻上流至小顆粒承托層，小顆粒承托層可以使氣泡進(jìn)一步均勻分布。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明通過(guò)設(shè)置所述大顆粒承托層和小顆粒承托層，較僅使用布?xì)夥植计骰蚴褂枚鄬恿较嗤w粒承托層的分布方法能更有利于實(shí)現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)處理以及達(dá)到更好的布?xì)庑Ч?/span>
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述布?xì)夥植计鳛闂l孔板，所述條孔板的條形孔寬度小于所述填料區(qū)的填料的粒徑。在一些實(shí)施方式中，所述條孔板的寬度為1mm-2mm。
根據(jù)本發(fā)明，所述條形孔布置越密，布?xì)庠骄鶆颍珬l形孔越密，加工越難，容易斷裂，因此基于布?xì)庑Ч图庸るy度，同時(shí)考慮到對(duì)填料攔截作用，本發(fā)明所述條孔板的條形孔的寬度為1mm-2mm，間隔為1.5-2.5mm。在一些實(shí)施例中，所述條形孔的寬度為1mm，間隔為2mm。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述條形孔孔道的長(zhǎng)度與所述條孔板尺寸相同。
根據(jù)本發(fā)明，所述條孔板的條形孔的寬度略小于填料區(qū)填料的粒徑，通過(guò)本發(fā)明設(shè)置的條形孔孔道且使孔道均勻排列，一方面可以保證水流的通過(guò)性同時(shí)使進(jìn)水能夠在反應(yīng)器底部更均勻分布，另一方面也可以起到攔截生物填料，增高膨脹床容積有效利用率的作用。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述裝置還包括空壓機(jī)和氣體流量計(jì)，所述空壓機(jī)與所述氣體流量計(jì)連通，所述氣體流量計(jì)與所述進(jìn)氣口相連。
根據(jù)本發(fā)明，所述氣體流量計(jì)用于調(diào)節(jié)通過(guò)進(jìn)氣口進(jìn)入反應(yīng)器的氣體的流量，可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整氣體流量計(jì)相關(guān)參數(shù)。在一些實(shí)施方式中，所述氣體流量計(jì)為氣體質(zhì)量流量計(jì)。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述裝置還包括為所述填料區(qū)提供熱量的加熱系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述加熱系統(tǒng)為加熱循環(huán)水系統(tǒng)，所述加熱循環(huán)水系統(tǒng)包括加熱罐、加熱泵和夾套，所述夾套套于所述填料區(qū)的外部且所述夾套側(cè)壁下端設(shè)有加熱循環(huán)水進(jìn)水口和所述夾套側(cè)壁上端設(shè)有加熱循環(huán)水出水口；
所述加熱罐的出水口與所述加熱泵相連，所述加熱泵與所述加熱循環(huán)水進(jìn)水口相連，所述加熱循環(huán)水出水口與所述加熱罐相連。
根據(jù)本發(fā)明，所述加熱罐用于儲(chǔ)存和加熱循環(huán)水，所述加熱泵用于泵送熱水。
根據(jù)本發(fā)明，所述裝置還可以包括廢水處理的其他常規(guī)裝置，例如用于儲(chǔ)存廢水的進(jìn)水桶和用于泵送廢水的進(jìn)料泵等。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述好氧膨脹床反應(yīng)器可由鋼板、玻璃或其他材料制成。
本發(fā)明第二方面提供了一種廢水處理方法，其使用如本發(fā)明第一方面所述的裝置，包括以下步驟：
(1)廢水從所述好氧膨脹床反應(yīng)器頂部進(jìn)入并向下進(jìn)入填料區(qū)，使空氣通過(guò)所述進(jìn)氣口進(jìn)入好氧膨脹床反應(yīng)器，后向上經(jīng)布?xì)夥植计骱统型袑舆M(jìn)入填料區(qū)，使填料區(qū)中的填料處于膨脹狀態(tài)；
(2)在填料區(qū)中，所述廢水與處于膨脹狀態(tài)的填料接觸以進(jìn)行污水處理并得到處理出水；
(3)所得處理出水經(jīng)出水口排出，所述好氧膨脹床反應(yīng)器中的氣體從所述好氧膨脹床反應(yīng)器頂部排出。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，步驟(1)中，通過(guò)空壓機(jī)產(chǎn)生帶壓空氣，所述帶壓空氣經(jīng)氣體流量計(jì)調(diào)節(jié)流量后經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入所述好氧膨脹床反應(yīng)器。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，步驟(1)中，進(jìn)入好氧膨脹床反應(yīng)器的空氣強(qiáng)度為2-5L/m2/s。
根據(jù)本發(fā)明，步驟(2)中，在填料區(qū)中，廢水中的大部分有機(jī)質(zhì)或氨氮物與填料區(qū)中處于膨脹狀態(tài)的填料充分接觸，其中，進(jìn)入反應(yīng)器的空氣帶動(dòng)廢水局部水體擾流，水體擾流使其周邊的填料發(fā)生微幅振動(dòng)，填料區(qū)填料處于一種“攪拌-紊流”狀態(tài)，從而相互摩擦、自動(dòng)脫膜，實(shí)現(xiàn)填料區(qū)填料表面生物膜掛膜與脫模的自平衡，實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷去除污染物的生化作用，得到經(jīng)去污處理后的處理出水。在現(xiàn)有三相生物流化床反應(yīng)器中，最基本的傳質(zhì)過(guò)程是氧從氣相傳遞到液相，氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從溶液傳遞到生物膜表面，以及在生物膜內(nèi)部的傳遞。而本發(fā)明無(wú)需設(shè)置循環(huán)水回流裝置進(jìn)行液相流化，僅依靠引入氣體實(shí)現(xiàn)填料層微幅振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)填料層表面生物膜掛膜與脫膜的自平衡。且由于反應(yīng)器內(nèi)生物載體始終處于互相碰撞、摩擦而自動(dòng)脫膜的狀態(tài)，因此可以大幅減少反洗頻次，降低日常操作強(qiáng)度。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，步驟(3)中所述處理出水向上溢流至溢流槽。在一些實(shí)施方式中，一部分處理出水經(jīng)循環(huán)水泵與待處理廢水進(jìn)水混合再次進(jìn)入反應(yīng)器，其余處理出水經(jīng)位于溢流槽的出水口排出。
根據(jù)本發(fā)明，通入空氣氣量越大，床體的膨脹加劇，填料間摩擦越劇烈。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)設(shè)置進(jìn)入好氧膨脹床反應(yīng)器的空氣強(qiáng)度為2-5L/m2/s，既可滿足好氧菌去除COD/氨氧的需求，同時(shí)又可使填料層膨脹，實(shí)現(xiàn)填料表面掛膜/脫膜自平衡。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述填料區(qū)的填料粒徑為0.8mm-2.0mm。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述填料區(qū)的填料為核桃殼，優(yōu)選所述核桃殼進(jìn)行拋光和脫脂前處理。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，步驟(2)中，所述污水處理的溫度為25-35℃，優(yōu)選為30-35℃。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，步驟(2)中，通過(guò)加熱循環(huán)水系統(tǒng)控制所述污水處理的溫度。
本發(fā)明第三方面提供了一種如本發(fā)明第一方面所述的裝置或如本發(fā)明第二方面所述的方法在處理有機(jī)廢水中的應(yīng)用。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述有機(jī)廢水為氨氮廢水，優(yōu)選所述廢水含氨氮濃度50-80mg/L。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明通過(guò)使用一定粒徑的特殊載體填料核桃殼，比表面積大，可提高反應(yīng)器的容積負(fù)荷，且僅通過(guò)通入空氣，無(wú)需循環(huán)水即可實(shí)現(xiàn)填料層膨脹。同時(shí)廢水從反應(yīng)器頂部通入，填料層可采用更細(xì)顆粒填料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：
(1)填料床正常運(yùn)行時(shí)呈膨脹狀態(tài)，避免固定床可能產(chǎn)生的水流短路，固、液、氣三相的流態(tài)有利于微生物與污水的接觸和傳質(zhì)，提高生物反應(yīng)效率及有機(jī)物和NH4-N去除負(fù)荷。
(2)反應(yīng)器內(nèi)僅通入空氣，無(wú)需循環(huán)水即可實(shí)現(xiàn)填料層膨脹，無(wú)需設(shè)置循環(huán)水回流裝置和三相分離器，同時(shí)使塔頭體積減小，相較于傳統(tǒng)好氧流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，提高了反應(yīng)器有效體積且大幅降低了運(yùn)行成本。
(3)填料床可采用細(xì)顆粒填料(填料直徑為0.8mm-2.0mm)，比表面積大，可有效提高單位體積填料內(nèi)的微生物量，進(jìn)而提高反應(yīng)器的容積負(fù)荷。
(4)大大提高填料床厚度，減少反應(yīng)器的占地面積。
(5)廢水從頂部進(jìn)入反應(yīng)器，可以避免承托層短期過(guò)度長(zhǎng)膜，大幅減少反洗頻次。
（發(fā)明人：張賓;程學(xué)文;王珺;莫馗;李海龍;高鳳霞;李宇）
