公布日：2023.04.04
申請日：2021.08.23
分類號：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
本發明公開了一種處理工業廢水的好氧膨脹床裝置，進而公開了一種利用該好氧膨脹床裝置進行廢水處理的方法及它們在處理有機廢水中的應用。本發明通過引入空氣帶動局部水體擾流，進而使填料層處于“攪拌-紊流”狀態，從而實現相互摩擦、自動脫模，無需設置循環水回流裝置和三相分離器，同時使塔頭體積減小，相較于傳統好氧流化床反應器結構簡化，提高了反應器有效體積且大幅降低了運行成本。同時，本發明通過將廢水從反應器頂部通入，有效防止了反應器底部承托層過度長膜，可避免頻繁反洗。
權利要求書
1.一種處理工業廢水的好氧膨脹床裝置，其包括好氧膨脹床反應器，所述好氧膨脹床反應器自上而下包括塔頭和塔身；所述塔身底部設有用于通入空氣的進氣口；所述塔頭頂部設有用于通入廢水的進水口和用于氣體排出的排氣口，所述塔頭還設有用于排出廢水處理后出水的出水口；所述塔身內下端還設有布氣分布器，所述布氣分布器位于所述進氣口上方且在所述塔身內布氣分布器上方還自下而上依次設有顆粒承托層和填料區。
2.根據權利要求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，所述布氣分布器位于所述直管段塔身底部，優選地，所述塔頭與所述直管段塔身的體積比為1:4-1:6；更優選地，所述填料區高度占所述好氧膨脹床反應器總高度的1/2-2/3。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述好氧膨脹床反應器還設有溢流槽，所述溢流槽圍繞所述塔頭外側設置，所述出水口位于所述溢流槽側壁，優選所述溢流槽還設有用于排出洗脫污泥的排泥口；更優選地，所述裝置還包括循環水泵，所述循環水泵用于將溢流槽中的處理出水與廢水混合。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的裝置，其特征在于，所述填料區上方還設有過濾網，優選所述過濾網的網孔孔徑為0.6mm-2mm。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述承托層包括由8-10mm承托顆粒構成的大顆粒承托層和由3-5mm承托顆粒構成的小顆粒承托層；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.根據權利要求1-5中任一項所述的裝置，其特征在于，所述布氣分布器為條孔板，所述條孔板的條形孔寬度小于所述填料區的填料的粒徑，優選為1mm-2mm。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括空壓機和氣體流量計，所述空壓機與所述氣體流量計連通，所述氣體流量計與所述進氣口相連。優選地，所述裝置還包括為所述填料區提供熱量的加熱系統，優選地，所述加熱系統為加熱循環水系統，所述加熱循環水系統包括加熱罐、加熱泵和夾套，所述夾套套于所述填料區的外部且所述夾套側壁下端設有加熱循環水進水口和所述夾套側壁上端設有加熱循環水出水口；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水進水口相連，所述加熱循環水出水口與所述加熱罐相連。
8.一種廢水處理方法，其使用如權利要求1-7中任一項所述的裝置，包括以下步驟：(1)廢水從所述好氧膨脹床反應器頂部進入并向下進入填料區，使空氣通過所述進氣口進入好氧膨脹床反應器，后向上經布氣分布器和承托層進入填料區，使填料區中的填料處于膨脹狀態；(2)在填料區中，所述廢水與處于膨脹狀態的填料接觸以進行污水處理并得到處理出水；(3)所得處理出水經出水口排出，所述好氧膨脹床反應器中的氣體從所述好氧膨脹床反應器頂部排出。
9.根據權利要求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，優選所述核桃殼進行了拋光和脫脂前處理；更有選地，步驟(1)中，進入好氧膨脹床反應器的空氣強度為2-5L/m2/s。
10.如權利要求1-7中任一項所述的裝置或如權利要求8或9所述的方法在處理有機廢水中的應用。
發明內容
針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種處理工業廢水的好氧膨脹床裝置，進而提供一種利用該好氧膨脹床裝置進行廢水處理的方法及它們在處理有機廢水中的應用。本發明裝置無需設置循環水回流裝置和三相分離器，同時可使塔頭體積減小，相較于傳統好氧流化床反應器結構簡化，提高了反應器有效體積且大幅降低了運行成本。且本發明通過將廢水進水位置設置于反應器頂部，有效防止了反應器底部承托層過度長膜，可避免頻繁反洗。
本發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器，所述好氧膨脹床反應器自上而下包括塔頭和塔身；
所述塔身底部設有用于通入空氣的進氣口；
所述塔頭頂部設有用于通入廢水的進水口和用于氣體排出的排氣口，所述塔頭還設有用于排出廢水處理后出水的出水口；
所述塔身內下端還設有布氣分布器，所述布氣分布器位于所述進氣口上方且在所述塔身內布氣分布器上方還自下而上依次設有顆粒承托層和填料區。
根據本發明，所述塔頭頂部的用于通入廢水的進水口和用于氣體排出的排氣口及塔頭上設有的排出廢水處理后出水的出水口并不局限于以獨立分隔開的方式設置，可以分別設置，也可以例如使塔頭頂部整個敞開以滿足廢水進水、氣體排出和廢水處理后出水溢流而出的需要。
根據本發明，由于所述進水口位于反應器頂部，從而廢水從反應器頂部通入，向下進入填料區，因此反應器內掛膜區域大都位于填料區填料層，顆粒承托層掛膜量低，可以保證長時間過水通暢，因此可以大幅減少反洗頻次，降低日常操作強度。
根據本發明的一些實施方式，所述塔身自上而下包括直管段塔身和塔底，所述布氣分布器位于所述直管段塔身底部。根據本發明的一些實施方式，所述塔底為碗形塔底。
根據本發明的一些實施方式，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。在一些實施例中，所述塔頭為直管型，例如圓柱體。
根據本發明，現有技術中反應器頂部往往會設置三相分離器，這致使反應器塔頭直徑增加，但該區域并沒有去污作用，實際上降低了反應器實際處理負荷，而本發明裝置無需設置三相分離器，塔頭體積大幅減小，有效提高了反應器實際處理負荷。
根據本發明的一些實施方式，所述填料區高度占所述好氧膨脹床反應器總高度的1/2-2/3。
根據本發明的一些實施方式，所述好氧膨脹床反應器還設有溢流槽，所述溢流槽圍繞所述塔頭外側設置，所述出水口位于所述溢流槽側壁。所述溢流槽用于承接從反應器頂部溢流出的物料。根據本發明的一些實施方式，當所述好氧膨脹床反應器設有所述溢流槽時，所述反應器塔頭頂部不設有頂蓋而是以敞開方式設置。
根據本發明的一些實施方式，所述溢流槽側壁還設有用于排出洗脫污泥的排泥口。
根據本發明的一些實施方式，所述裝置還包括循環水泵，所述循環水泵用于將溢流槽中的處理出水與待處理廢水混合。在一些實施方式中，多大胡循環水泵與所述溢流槽相連通。
根據本發明的一些實施方式，所述填料區上方還設有過濾網。
根據本發明的一些實施方式，所述過濾網位于所述好氧膨脹床反應器的塔身部分。
根據本發明的一些實施方式，所述過濾網的網孔孔徑為0.6mm-2mm。
根據本發明的一些實施方式，所述過濾網為金屬過濾網。
根據本發明，通過在填料區上方增設過濾網，可以攔截上浮填料，避免在反洗過程中填料的流失。
根據本發明的一些實施方式，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。
根據本發明，所述大顆粒承托層指由8-10mm承托顆粒構成的承托層，所述小顆粒承托層指由3-5mm承托顆粒構成的小顆粒承托層。
根據本發明的一些實施方式，所述大顆粒承托層的承托顆粒為惰性磁球。
根據本發明的一些實施方式，所述小顆粒承托層的承托顆粒為陶粒。
根據本發明，空氣通過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一步均勻分布。實驗發現，本發明通過設置所述大顆粒承托層和小顆粒承托層，較僅使用布氣分布器或使用多層粒徑相同顆粒承托層的分布方法能更有利于實現廢水達標處理以及達到更好的布氣效果。
根據本發明的一些實施方式，所述布氣分布器為條孔板，所述條孔板的條形孔寬度小于所述填料區的填料的粒徑。在一些實施方式中，所述條孔板的寬度為1mm-2mm。
根據本發明，所述條形孔布置越密，布氣越均勻，但條形孔越密，加工越難，容易斷裂，因此基于布氣效果和加工難度，同時考慮到對填料攔截作用，本發明所述條孔板的條形孔的寬度為1mm-2mm，間隔為1.5-2.5mm。在一些實施例中，所述條形孔的寬度為1mm，間隔為2mm。根據本發明的一些實施方式，所述條形孔孔道的長度與所述條孔板尺寸相同。
根據本發明，所述條孔板的條形孔的寬度略小于填料區填料的粒徑，通過本發明設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性同時使進水能夠在反應器底部更均勻分布，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。
根據本發明的一些實施方式，所述裝置還包括空壓機和氣體流量計，所述空壓機與所述氣體流量計連通，所述氣體流量計與所述進氣口相連。
根據本發明，所述氣體流量計用于調節通過進氣口進入反應器的氣體的流量，可以根據實際需要調整氣體流量計相關參數。在一些實施方式中，所述氣體流量計為氣體質量流量計。
根據本發明的一些實施方式，所述裝置還包括為所述填料區提供熱量的加熱系統，優選地，所述加熱系統為加熱循環水系統，所述加熱循環水系統包括加熱罐、加熱泵和夾套，所述夾套套于所述填料區的外部且所述夾套側壁下端設有加熱循環水進水口和所述夾套側壁上端設有加熱循環水出水口；
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水進水口相連，所述加熱循環水出水口與所述加熱罐相連。
根據本發明，所述加熱罐用于儲存和加熱循環水，所述加熱泵用于泵送熱水。
根據本發明，所述裝置還可以包括廢水處理的其他常規裝置，例如用于儲存廢水的進水桶和用于泵送廢水的進料泵等。
根據本發明的一些實施方式，所述好氧膨脹床反應器可由鋼板、玻璃或其他材料制成。
本發明第二方面提供了一種廢水處理方法，其使用如本發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器頂部進入并向下進入填料區，使空氣通過所述進氣口進入好氧膨脹床反應器，后向上經布氣分布器和承托層進入填料區，使填料區中的填料處于膨脹狀態；
(2)在填料區中，所述廢水與處于膨脹狀態的填料接觸以進行污水處理并得到處理出水；
(3)所得處理出水經出水口排出，所述好氧膨脹床反應器中的氣體從所述好氧膨脹床反應器頂部排出。
根據本發明的一些實施方式，步驟(1)中，通過空壓機產生帶壓空氣，所述帶壓空氣經氣體流量計調節流量后經進氣口進入所述好氧膨脹床反應器。
根據本發明的一些實施方式，步驟(1)中，進入好氧膨脹床反應器的空氣強度為2-5L/m2/s。
根據本發明，步驟(2)中，在填料區中，廢水中的大部分有機質或氨氮物與填料區中處于膨脹狀態的填料充分接觸，其中，進入反應器的空氣帶動廢水局部水體擾流，水體擾流使其周邊的填料發生微幅振動，填料區填料處于一種“攪拌-紊流”狀態，從而相互摩擦、自動脫膜，實現填料區填料表面生物膜掛膜與脫模的自平衡，實現高負荷去除污染物的生化作用，得到經去污處理后的處理出水。在現有三相生物流化床反應器中，最基本的傳質過程是氧從氣相傳遞到液相，氧和營養物質從溶液傳遞到生物膜表面，以及在生物膜內部的傳遞。而本發明無需設置循環水回流裝置進行液相流化，僅依靠引入氣體實現填料層微幅振動，實現填料層表面生物膜掛膜與脫膜的自平衡。且由于反應器內生物載體始終處于互相碰撞、摩擦而自動脫膜的狀態，因此可以大幅減少反洗頻次，降低日常操作強度。
根據本發明的一些實施方式，步驟(3)中所述處理出水向上溢流至溢流槽。在一些實施方式中，一部分處理出水經循環水泵與待處理廢水進水混合再次進入反應器，其余處理出水經位于溢流槽的出水口排出。
根據本發明，通入空氣氣量越大，床體的膨脹加劇，填料間摩擦越劇烈。
根據本發明，通過設置進入好氧膨脹床反應器的空氣強度為2-5L/m2/s，既可滿足好氧菌去除COD/氨氧的需求，同時又可使填料層膨脹，實現填料表面掛膜/脫膜自平衡。
根據本發明的一些實施方式，所述填料區的填料粒徑為0.8mm-2.0mm。
根據本發明的一些實施方式，所述填料區的填料為核桃殼，優選所述核桃殼進行拋光和脫脂前處理。
根據本發明的一些實施方式，步驟(2)中，所述污水處理的溫度為25-35℃，優選為30-35℃。
根據本發明的一些實施方式，步驟(2)中，通過加熱循環水系統控制所述污水處理的溫度。
本發明第三方面提供了一種如本發明第一方面所述的裝置或如本發明第二方面所述的方法在處理有機廢水中的應用。
根據本發明的一些實施方式，所述有機廢水為氨氮廢水，優選所述廢水含氨氮濃度50-80mg/L。
根據本發明，本發明通過使用一定粒徑的特殊載體填料核桃殼，比表面積大，可提高反應器的容積負荷，且僅通過通入空氣，無需循環水即可實現填料層膨脹。同時廢水從反應器頂部通入，填料層可采用更細顆粒填料。
本發明與現有技術相比，具有以下優勢：
(1)填料床正常運行時呈膨脹狀態，避免固定床可能產生的水流短路，固、液、氣三相的流態有利于微生物與污水的接觸和傳質，提高生物反應效率及有機物和NH4-N去除負荷。
(2)反應器內僅通入空氣，無需循環水即可實現填料層膨脹，無需設置循環水回流裝置和三相分離器，同時使塔頭體積減小，相較于傳統好氧流化床反應器結構簡化，提高了反應器有效體積且大幅降低了運行成本。
(3)填料床可采用細顆粒填料(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的微生物量，進而提高反應器的容積負荷。
(4)大大提高填料床厚度，減少反應器的占地面積。
(5)廢水從頂部進入反應器，可以避免承托層短期過度長膜，大幅減少反洗頻次。
（發明人：張賓;程學文;王珺;莫馗;李海龍;高鳳霞;李宇）
