CN101172702A - 加压固定床生物膜反应器污水处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在密闭的固定床生物膜反应器内采用加压曝气运行的污水处理工艺。该污水处理工艺反应器是由反应器主体和压力控制和调节系统组成，其特点是自下而上分别为缓冲区、承托滤板配水配气系统、颗粒填料层、清水区、压力空气区以及由管道连接的气水分离器组成；在缓冲区与颗粒填料层之间设有承托滤板配水配气系统；气水分离器通过管道与清水区相连；在压力空气区中安装用来显示和控制空气压力的压力控制和调节系统，可自动动态调整空气压缩机的转速，使其供给的气量和压力恰好满足运行设定要求。采用该加压固定床生物膜反应器污水处理工艺可显著提高污(废)水处理效率，在污水处理应用中具有较大的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种在密闭的固定床生物膜反应器内采用加压(非常压)曝气运行的污水处理工艺，能将生活污水和有机工业废水处理至回用或达标排放标准。
背景技术
生活污水和有机工业废水是导致我国水污染的主要因素，该类污(废)水量大且分散，污(废)水中主要含有的有机污染物和氮元素等排入地表水体后会进行氧化分解，在分解过程中消耗了水体中的大量溶解氧，最终使水体产生缺氧而使生活在水体中的鱼类等水生动物无法呼吸而死亡，其尸体在水中厌氧分解产生硫化氢、甲烷等恶臭气体，同时使水体发臭、发黑，使该水体流域环境状况发生恶化，水体不断受到污染导致我国很多地方出现了水源性缺水，大量污水的排放除导致水体污染外，也导致了水资源的浪费，所以采用合适的水处理工艺处理污水并将处理后的污水直接回用于生活或工业生产将十分必要，符合我国建设节约型社会的要求，也符合循环经济的要求。
长期以来我国对水污染问题非常重视，建设了大量的采用普通固定床生物膜反应器工艺的污水处理厂。
普通固定床生物膜反应器以颗粒填料及其上附着生长的微生物膜为主要处理介质，充分发挥微生物膜的生物代谢作用，并在外界依靠鼓风机鼓入空气的供氧条件下，实现微生物在好氧条件下将有机污染物和氮在同一单元反应器内的去除，空气中的氧向水中的传递量是控制有机物和氨氮生物降解反应的主要因素。
但现有的普通固定床生物膜反应器是在常压状态下通过鼓风机提供氧源，其供氧能力有限。因为空气成分中氧气的重量比为21％，而空气从鼓风机鼓入并通过曝气器释放成小气泡开始至气泡上升到液面破裂的过程中，气泡中的氧转移到污水中约只占了空气重量的5％，而占空气重量约16％的氧未被利用而重新回到了大气中，使得氧向污水中的转移效率不高，一方面使得空气中的氧未被充分利用，为达到一定的处理效果需增加氧的供给，从而增加了能耗；另一方面由于好氧生物反应速率受到污水中溶解氧浓度的限制，使得反应器有机负荷、生物降解效率不高，从而导致处理系统庞大，投资和运行费用增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高污水中的饱和溶解氧浓度，优化反应器内微生物需氧环境，在同一反应器内部实现对碳化和硝化效率的进一步提高的固定床生物膜反应器污水处理工艺。
本发明污水处理工艺的技术方案是由加压固定床生物膜反应器主体和压力控制和调节系统组成，加压固定床生物膜反应器主体为密闭压力容器，自下而上分别为缓冲区、承托滤板配水配气系统、颗粒填料层、清水区、压力空气区以及由管道连接的气水分离器组成；其中缓冲区位于反应器的下部，在缓冲区与颗粒填料层之间设有承托滤板配水配气系统，气水分离器通过管道与清水区相连，在压力空气区中安装用来显示和控制空气压力的压力控制和调节系统，来自动动态调整空气压缩机的转速，使其供给的气量和压力恰好满足运行设定要求。
本发明污水处理工艺如下：
1、污水由进水管泵入加压固定床生物膜反应器下部的缓冲区，同时来自压缩空气进气管的压缩空气也同时进入缓冲区，气、水混合并经承托滤板配水配气系统将气、水混合物均匀分布于整个反应器截面并向上流动，流过承托滤板配水配气系统上部填装的密度大于水的颗粒填料层，通过颗粒填料层的过滤作用使出水清澈，使得最终出水中的有机物、氨氮、SS等指标达到回用或达标排放标准，从而使污水得到净化进入清水区并由出水管导出并经气水分离器后由排水管排放或回用。
2、压缩空气从下至上经颗粒填料层从清水区水面溢出后，滞留在压力空气区，并通过压力控制和调节系统来稳定压力空气区中的气压，使加压固定床生物膜反应器运行时处于加压状态，以增大反应器内气泡(气相主体)的氧分压来提高气泡中的氧向水中传递的速率和量，从而提高氧在污水中的饱和溶解度，在压力空气区中的气体压力超过设定的工作压力时会自动开启泄压，保证反应器不会因过压而损害。
3、为使最终处理出水稳定达标并节能，在加压固定床生物膜反应器上部的压力空气区中安装有压力控制和调节系统，该系统可自动动态调整空气压缩机的转速，使其供给的气量和压力恰好满足运行设定要求，使反应器始终处于稳压状态，在保证出水水质的条件下最大程度地节能。
加压固定床生物膜反应器工艺技术是依据亨利定律和双膜理论，通过对反应器的加压作用，以增大反应器内气泡(气相主体)的氧分压来提高气泡中的氧向水中传递的速率和量，从而提高氧在污水中的饱和溶解度，使生物反应速率加快并节省能耗；污水中饱和溶解氧浓度的增加还可以维持较高的微生物浓度，使单位体积颗粒填料上可生长更多的生物量，进而提高污(废)水处理效率。其原理如下：提高反应器内压力，可增加反应器内气泡(气相主体)的氧分压；氧分压的提高使更多的氧向污水中传递，使氧在污水液相中的饱和溶解度增大；压力越高，污水中饱和溶解氧浓度越大，氧向微生物膜内传递速率大大加快，同时氧可以深入到微生物膜内部，使内外微生物膜均处于良好的好氧状态，使微生物的活性大大增强，有机物和氨氮降解速率明显加快。另外，由于加压固定床生物膜反应器供氧充足，污水中的大部分有机物除可被生物降解外，其它一些不能被微生物直接吸收的大分子有机物还可以被直接化学氧化分解，进一步提高了反应器的降解效率，因此加压固定床生物膜反应器技术在污水处理应用中具有较大的经济潜力。
附图说明
图1是本发明污水处理工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明污水处理工艺作进一步说明。
本污水处理工艺由加压固定床生物膜反应器主体和压力控制和调节系统组成；加压固定床生物膜反应器主体为密闭压力容器，可采用方筒体或圆筒体形式，自下而上分别为缓冲区1、承托滤板配水配气系统2、颗粒填料层4、清水区5、压力空气区6以及由管道连接的气水分离器8组成，同时反应器顶部设有可拆卸的密封盖板7。其中缓冲区1位于反应器的下部，缓冲区1中下部设有污水进水管16和压缩空气进气管3；在缓冲区1与颗粒填料层4之间设有承托滤板配水配气系统2，该系统除承托其上部颗粒滤料的重力外还具有均匀的配水和配气功能；气水分离器8通过管道与清水区5相连，以达到稳定连续的出水；在压力空气区6中安装空气压力表15、压力传感器17和空气安全阀14组成的压力控制和调节系统，用来显示和控制空气压力，空气安全阀14在压力空气区6中的气体压力超过设定的工作压力时会自动开启泄压，保证反应器不会因过压而损害，同时压力传感器17将运行时压力空气区6中的动态压力由压力传感器17测定并连续反映给PLC计算机工作站18，由专门程序并通过控制电缆19由变频器20来自动动态调整空气压缩机21的转速，使其供给的气量和压力恰好满足运行设定要求；
本发明污水处理工艺步骤如下：
1、污水由进水管16泵入加压固定床生物膜反应器11下部的缓冲区1，同时来自压缩空气进气管3的压缩空气也同时进入缓冲区1，气、水混合并经承托滤板配水配气系统2将气、水混合物均匀分布于整个反应器截面并向上流动，流过承托滤板配水配气系统2上部填装的密度大于水的颗粒填料层4，该颗粒填料具有巨大的比表面积，表面毛糙且多孔，上面驯化附着有高密度的好氧微生物，污水流过颗粒填料层4时，其上附着生长的微生物吸收污水中的有机污染物和氨氮为营养源，吸收由压缩空气向水中传输的氧，使好氧微生物在好氧呼吸作用下，通过新陈代谢将污水中的有机污染物、氨氮进行氧化分解和转化，有机污染物最终分解为二氧化碳和水等无机物，氨氮氧化成硝酸盐，同时通过颗粒填料层4的过滤作用使出水清澈，使得最终出水中的有机物、氨氮、SS等指标达到回用或达标排放标准，从而使污水得到净化进入清水区5并由出水管13导出并经气水分离器8后由排水管12排放或回用。
2、压缩空气从下至上经颗粒填料层4从清水区5水面溢出后，滞留在压力空气区6，并通过调节控制阀9、控制阀10、出水控制阀22的开启度，来稳定压力空气区6中的气压，并将该气压在空气压力表15反映出，使加压固定床生物膜反应器11运行时处于加压状态，以增大反应器内气泡(气相主体)的氧分压来提高气泡中的氧向水中传递的速率和量，从而提高氧在污水中的饱和溶解度，空气安全阀14在压力空气区6中的气体压力超过设定的工作压力时会自动开启泄压，保证反应器不会因过压而损害。
3、为使最终处理出水稳定达标并节能，在加压固定床生物膜反应器11上部的压力空气区6中安装有空气压力传感器17，将压力空气区6中的动态压力数据反馈给本工艺的PLC计算机工作站系统18，由专门程序并通过控制电缆19由变频器20来自动动态调整空气压缩机21的转速，使其供给的气量和压力恰好满足运行设定要求，使反应器始终处于稳压状态，在保证出水水质的条件下最大程度地节能。
在正常运行时反应器顶部的密封盖板7为完全密封固定，只有在检修时才拆开以便内部设施的维修；采用这样的反应器结构和控制系统后，由于反应器顶部密封，可以在出水区自由水面上方的密闭空间内形成稳定的气压，这样可提高池体内部处理水的饱和溶解氧浓度，进而提高氧的利用效率；同时，因池体内部溶解氧浓度较高，污水中部分有机物可被直接氧化分解，显著提高污水处理的效率，具有节能，易实现等特点，同时通过颗粒填料层4的过滤作用使出水清澈，使得最终出水中的有机物、氨氮、SS等指标达到回用或达标排放标准。
试举一根据本发明工艺来实施将生活污水处理至回用标准的例子，加以说明：
某小区生活污水，污水流量为250m3/d，进入本工艺处理前污染物指标为：COD＝350mg/L，BOD＝120mg/L，氨氮＝25mg/L，SS＝120mg/L。该污水由水泵加压后进入加压固定床生物膜反应器，该反应器采用圆形钢制结构，总高4400mm，内径为1800mm，承托滤板配水配气系统距池底高度1000mm，即缓冲区高度为1000mm，滤板配水配气系统上安装有专用配水配气滤头，其上部装填2800mm高的直径∮2～3mm颗粒填料，颗粒填料层上部压力空气区高度为600mm，运行压力稳定控制在0.2MPa，水力停留时间HRT＝0.7小时，气水比4∶1，反应器内附着生长在颗粒填料上的专性好氧除碳微生物和硝化微生物对有机污染物和氨氮进行好氧分解，同时颗粒填料层对水中的悬浮物进行过滤，使最终出水的污染物指标为：COD≤15mg/L，BOD≤5mg/L，SS≤5mg/L，氨氮≤5mg/L，达到国家污水再生利用标准，并经消毒后直接回用。
Claims (3)
1.一种固定床生物膜反应器内采用加压曝气运行的污水处理工艺，其特征是该污水处理工艺的装置是由加压固定床生物膜反应器主体和压力控制和调节系统组成，加压固定床生物膜反应器主体为密闭压力容器，自下而上分别为缓冲区、承托滤板配水配气系统、颗粒填料层、清水区、压力空气区以及由管道连接的气水分离器组成；在缓冲区与颗粒填料层之间设有承托滤板配水配气系统，气水分离器通过管道与清水区相连；在压力空气区中安装用来显示和控制空气压力的压力控制和调节系统，来自动动态调整空气压缩机的转速，使其供给的气量和压力恰好满足运行设定要求；其污水处理工艺步骤如下：
a、污水由进水管泵入加压固定床生物膜反应器下部的缓冲区，同时来自压缩空气进气管的压缩空气也同时进入缓冲区，气、水混合并经承托滤板配水配气系统将气、水混合物均匀分布于整个反应器截面并向上流动，流过承托滤板配水配气系统上部填装的密度大于水的颗粒填料层，通过颗粒填料层的过滤作用使出水清澈，使得最终出水中的有机物、氨氮、SS等指标达到回用或达标排放标准，从而使污水得到净化进入清水区并由出水管导出并经气水分离器后由排水管排放或回用；
b、压缩空气从下至上经颗粒填料层从清水区水面溢出后，滞留在压力空气区，并通过压力控制和调节系统来稳定压力空气区中的气压，使加压固定床生物膜反应器运行时处于加压状态，以增大反应器内气泡(气相主体)的氧分压来提高气泡中的氧向水中传递的速率和量，从而提高氧在污水中的饱和溶解度，在压力空气区中的气体压力超过设定的工作压力时会自动开启泄压，保证反应器不会因过压而损害；
c、为使最终处理出水稳定达标并节能，在加压固定床生物膜反应器上部的压力空气区中安装有压力控制和调节系统，该系统可自动动态调整空气压缩机的转速，使其供给的气量和压力恰好满足运行设定要求，使反应器始终处于稳压状态，在保证出水水质的条件下最大程度地节能。
2.根据权利要求所述的加压固定床生物膜反应器污水处理工艺，其特征在于：其中缓冲区1位于反应器的下部，缓冲区中下部设有污水进水管和压缩空气进气管。
3.根据权利要求所述的加压固定床生物膜反应器污水处理工艺，其特征在于：在压力空气区中安装有空气压力表、压力传感器和空气安全阀组成的压力控制和调节系统，用来显示和控制空气压力，空气安全阀在压力空气区中的气体压力超过设定的工作压力时会自动开启泄压，保证反应器不会因过压而损害，同时压力传感器将运行时压力空气区中的动态压力由压力传感器测定并连续反映给PLC计算机工作站，由专门程序并通过控制电缆由变频器来自动动态调整空气压缩机的转速，使其供给的气量和压力恰好满足运行设定要求。
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