CN101402510B

CN101402510B - 单筒式厌氧-好氧复合微囊化生物流化床自控设备

Info

Publication number: CN101402510B
Application number: CN 200810235113
Authority: CN
Inventors: 李朝霞; 丁成; 吴俊峰; 许晓琴; 郁倩; 许琦; 吴玉辉
Original assignee: YANCHENG HAIDENENG WATER-TREATMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING Co Ltd; Yangcheng Institute of Technology
Current assignee: Yancheng Haideneng Water-treatment Environmental Engineering Co., Ltd.; Yangcheng Institute of Technology
Priority date: 2008-11-14
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2028-11-14
Also published as: CN101402510A

Abstract

本发明公开了一种单筒式厌氧-好氧复合微囊化生物流化床自控设备。厌氧流化床本体即为反应区，由下至上依次设有进(出)水口、布水器、电热管、格栅、溢流口、照明装置、取样口、自动化检测装置以及进料、排气装置。水源通过紫外线灭菌器由厌氧流化床底部进入，利用水流带动微生物胶囊处于流化态。厌氧流化床中的污水由水泵经底部的出水管直接流入排污池或好氧流化床。好氧流化床本体与厌氧流化床类似，不同之处主要是用曝气盘取代布水器，以气流带动微生物胶囊处于流化态。厌氧流化床及好氧流化床因其通路中设有单向阀而可独立工作。本发明在节省动力的条件下实现较高浓度污染废水的高效脱氮、除磷和排污达标，且设备结构简单，操作自动化。

Description

单筒式厌氧-好氧复合微囊化生物流化床自控设备

技术领域

本发明属于资源与环境领域，主要涉及一种单筒式厌氧-好氧复合微囊化生物流化床自控设备。

背景技术

在经济持续增长、资源环境形势面临巨大压力的情况下，在遏制“环境污染加剧”趋势的同时，追求环境与经济双赢，是“十一五”期间环境保护工作的战略目标。当前，我国经济发展正处于工业化快速发展阶段，许多污染行业造成的环境问题正在加剧生态环境的恶化。本发明就是针对污水处理中有机污染物去除困难的实际问题，开发单筒式厌氧-好氧复合微囊化生物流化床自控设备，以提高污水处理效果。

生物流化床污水处理工艺是将传统活性污泥法和生物膜法相结合并引入化工流态化技术应用于污水处理的一种新型生物处理装置。它具有处理效率高、容积负荷大、抗冲击能力强、设备紧凑、占地少等优点。国内外许多研究机构对它进行了深入地研究。近年来，我国对生物流化床进行了不少的试验研究工作，在石化废水、印染废水、制药废水等的试验中均取得了良好的效果。生物流化床反应器具有大的比表面积、微生物的浓度高、容积负荷率和污泥负荷率高、传质快、耐冲击负荷能力强、净化能力强的特点。但对日益严峻的水污染问题，传统的生物流化床的不足也日益暴露出来，如能耗大、流化床内部的流态化特性十分复杂给放大设计造成了困难、泥水分离靠重力作用以致分离效率依赖活性污泥沉降性能的问题。研究人员还发现，固定化微生物载体的密度、粒度、机械强度、形状以及表面粗糙度、疏水或亲水性质是影响生物流化床启动性能的因素，而且更深入的研究表明，多孔载体的孔径大小机分布，一方面可提供更好的流体力学环境，另一方面将影响固定膜密度。近年来，国内外为生物流化床研制开发众多载体品种的大多数为无机载体，其中效果较好且应用广泛的是颗粒活性炭，然而无机载体的共同缺点是密度大、实现流化的能耗高，其表面性质形状和孔结构难以人工控制改造，所以目前研究人员正在寻找用高分子合成技术，筛选合适的材料寻求最佳成型工艺，开发综合性能优良的载体。因此在目前急切需要开发新技术，新工艺的水处理方面，特别是生物流化床方面，利用壳聚糖制作的微胶囊作为微生物载体的创新已经迫在眉睫，同时也必将有着非常宽阔的前景。生物流化床最大的特点就是气体、液体及载体在装置中循环流动，有利于微生物和液体的充分接触，具有良好的传质效果。由于载体在装置中剧烈翻动，在载体颗粒生物膜形成的初期，生物膜容易脱落，极难成膜。因此对流化床载体表面吸附性的要求比其它装置中的填料要高。

纵观国内外文献资料，通常反应器主要由五部分组成：进水分配系统、反应区、三相分离区、出水系统、排泥系统及气体收集系统。根据不同的废水性质，反应器的构造有所不同，主要或分为开放式和封闭式两种。开放式的特点是反应器的顶部不封顶，不收集气体。这种反应器主要是用于处理中低浓度的有机废水，中底浓度的废水经反应区处理后，出水中的有机物浓度已较低，所以在沉淀区产生的气量较少，一般不需要回收。这种形式的反应器结构比较简单，易于施工安装和维修。封闭式的特点是反应器的顶部是密封的。三相分离器的构造和开放式不同，不需要专门的集气室，而是在液面与池面之间形成一个大的集气室，可以同时收集反应区和沉淀区的生物气。这种形式的器适用于处理高浓度有机废水或含硫酸盐较多的有机废水。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型单筒式厌氧-好氧复合微囊化生物流化床自控设备。厌氧和好氧流化床具有反应器本体，而且本体只设有一个反应区。厌氧流化床本体由下至上依次设有进(出)水口、布水器、电热管、筛网、溢流口、照明装置、检测装置以及进料、排气装置，反应器本体的取样口设在出水管处。在流动相的各流程中均采用了定量、定时控制装置并对各项生物反应条件(如温度、湿度、压力、pH、溶解氧、水流量、气流量、水力停留时间等)进行自动化检测。待处理的水源通过紫外线灭菌器由厌氧流化床底部进入，厌氧流化床本体中微生物胶囊的流化状态采用水泵直接从本体上部吸水实现水循环，并通过调节水的流量大小来控制。厌氧反应时间通过时间继电器控制。厌氧反应结束后，厌氧流化床中的初级处理污水由水泵经底部的出水管直接向好氧流化床供水。好氧流化床本体与厌氧流化床类似，不同之处除其总体积较厌氧流化床的要大得多外，主要是用曝气盘取代布水器，以曝气时的气流量带动微生物胶囊循环，将氧气的供给和微生物胶囊的流化状态合二为一，曝气盘中的气体由气源供给装置(或由储气罐和空气压缩机)实现供给，并通过管路中的节流阀调节空气的流量大小。厌氧流化床及好氧流化床之间的通路中设有单向阀，可实现厌氧段和好氧段的独立工作。

所述的厌氧和好氧流化床的反应本体均为反应区，且高径比小于2(好氧部分总体积约为厌氧部分总体积的1.5～2倍)。在厌氧流化床反应本体外壁顶端设有U型溢流管(辅以滤网或小格栅和储液箱)(13)形成液封，进水、出水段平齐，管径10～20mm。厌氧反应本体底部设有布水器(21)，以水流带动生物微胶囊形成流化态；而好氧反应本体底部设有曝气盘(33)，以气流带动生物微胶囊形成流化态。布水器、曝气盘设有向上、向下的微孔，孔径1～3mm，相互错开，间隔5～8mm。厌氧和好氧流化床的反应本体底部均设有可调圆盘形格栅(19，31)，格栅的网格间距为2～3mm，格栅最大倾斜的角度为20°。两反应本体四周均匀分布有四根光照管(11，29)和可活动的遮光罩(12，28)，根据需要可以调光源和光强。取样口(18，30)设在两反应本体反应区的中部，孔口设有滤网，滤网孔径2～3mm，取样口直径10～30mm。两反应本体密封顶部开有带圈密封料斗(14，24)，孔径2～3cm；排气口(17，27)，孔径1～2cm；pH计插入管(15，25)，孔径1.8～2cm；人工热电偶(16，26)。与物料流路上的流量计(4，35)、压力表(7，34)、节流阀(3，9，36)、单向阀(6，8，23，42)和换向阀(38，41，44)一起实现了反应主体各种反应条件的自动化检测和控制。

所述的生物微胶囊为适宜于该生物流化床设备的生物微胶囊，其应适宜于微囊化活性污泥或各种降解菌使其在该生物流化床中高效处理各种有机废水，实现排放达标，并方便回收。

本发明与已有技术和设备相比具有以下优点：(1)具有单筒式好氧-厌氧复合生物流化床结构。目前已开发的各种好氧式、厌氧式和好氧-厌氧复合式生物流化床均为双筒结构，即在反应主体内部嵌套有内循环回流管或气提管。为增加三相分离效果，往往使用了较大的长径比。本新型设备仅有单筒式、低长径比(H/D＝1～2)反应主体容器，使得在相同的容积下，较已开发的其它生物流化床有更大的有效容积，具有创新性。(2)微囊化(微胶囊化)技术和生物流化床技术相结合。目前已开发的各种固定化生物流化床所用的固定化技术多为膜固定化或填填料固定化技术。本新型设备采用微胶囊技术将高效活性污泥或高效降解菌包埋入特定大小的生物微胶囊中，微胶囊具有适宜的密度，可以根据水流或气流的大小在反应器中上下循环流动。微胶囊具有适宜机械强度，可以在较长时间内承受流体对它的冲击、剪切等作用。微胶囊具有适宜的通透性，可以保证在好氧条件下各种降解底物和代谢产物的自由进出而微生物被固定其中。较已开发的其它生物流化床节省了相当大的三相分离容积，同时最大限度地降低污泥产量。微胶囊根据反应需要可以很方便地添加和回收，减少了环境污染，具有创新性。(3)实现了各种反应条件的自动化控制。目前已开发的各种生物流化床在自动化控制方面申明不多，本新型设备中充分考虑到操作人员的操作方便，在流动相的各种流程中均采用了自动化定量、定时控制装置并对各项生物反应条件(如温度、湿度、压力、pH、溶解氧、水流量、气流量、水力停留时间等)自动化检测与控制，具有创新性。(4)运行形式的多样性。根据实际需要，可通过各种阀门的控制，即可好氧流化床和厌氧流化床组合工作，也可分别独立工作。

附图说明

附图是单筒式厌氧-好氧复合微囊化生物流化床自控设备结构示意图：图中：(1)配水罐；(2，10，22)水泵；(3，9，36)节流阀；(4，35)流量计；(5)紫外线灭菌器；(6，8，23.42)单向阀；(7，34)压力表；(11，29)光照管；(12，28)遮光罩；(13)U型溢流管；(14，24)密封料斗；(15，25)pH计插入管；(16，26)人工热电偶；(17，27)排气口；(18，30)取样口；(19，31)格栅；(20，32)加热管；(21)布水器；(33)曝气盘；(37)气源供给装置；(38，41，44)换向阀；(39)清液罐；(40，43)截止阀。

具体实施方式

本发明重点考虑以下几个因素：(1)由于结合了生物微胶囊技术，本发明将整个流化床作为一个反应区，而无需另设专门的沉淀区、沉降区和泥水分离区。就克服了一般活性污泥生物流化床固、液、气三相难分离的缺点，考虑到一般活性污泥生物流化床具有大的高径比，造成了动力和有效容积的额外浪费，所以本发明中在同样的工作容积下，将流化床高径比设计为1.5～2，使得在较小的气流或水流作用下即可实现流化态。考虑到好氧一般处理量大，处理时间长，故将好氧部分的体积设计为厌氧部分的1.5～2倍。(2)在厌氧流化床中，设计一容量为泵流量2～4倍的小水箱，连接于U型溢流管和厌氧反应本体之间，以保证外循环水泵的正常工作，同时形成液保证反应本体的缺氧状态。相对于外源鼓入二氧化碳或氮气来制造厌氧条件而言更为经济，有效。(3)为了保证反应本体中水流均匀，在厌氧和好氧本体中分别设有设有向上、向下相互错开的微孔。(4)为方便微胶囊回收并防止生物微胶囊在反应本体中沉入底部死角，专门设计了可调圆盘形格栅。(5)为避免杂菌污染，在进水口均设有紫外线来菌，在进气口均设有空气过滤器，在微胶囊进料口设有火焰灭菌密封圈。(6)为方便人工操作和精密控制，对温度、pH、溶解氧、光强、气流量、水流量、压力、水力停留时间均有自动的检测控制和智能化数字显示。

厌氧和好氧流化床具有反应器本体，而且本体只设有一个反应区。厌氧流化床本体由下至上依次设有进(出)水口、布水器、电热管、筛网、溢流口、照明装置、检测装置以及进料、排气装置，反应器本体的取样口设在出水管处。在流动相的各流程中均采用了定量、定时控制装置并对各项生物反应条件(如温度、湿度、压力、pH、溶解氧、水流量、气流量、水力停留时间等)进行自动化检测。待处理的水源通过紫外线灭菌器由厌氧流化床底部进入，厌氧流化床本体中微生物胶囊的流化状态采用水泵直接从本体上部吸水实现水循环，并通过调节水的流量大小来控制。厌氧反应时间通过时间继电器控制。厌氧反应结束后，厌氧流化床中的初级处理污水由水泵经底部的出水管直接向好氧流化床供水。好氧流化床本体与厌氧流化床类似，不同之处除其总体积较厌氧流化床的要大得多外，主要是用曝气盘取代布水器，以曝气时的气流量带动微生物胶囊循环，将氧气的供给和微生物胶囊的流化状态合二为一，曝气盘中的气体由气源供给装置(或由储气罐和空气压缩机)实现供给，并通过管路中的节流阀调节空气的流量大小。厌氧流化床及好氧流化床之间的通路中设有单向阀，可实现厌氧段和好氧段的独立工作。

Claims

1.一种单筒式厌氧-好氧复合微囊化生物流化床自控设备，其特征在于：厌氧流化床本体处理的水源通过紫外线灭菌器由底部的布水器进入，水泵直接从反应器本体上部的U型溢流管循环吸水，同时排出反应器本体中的空气；节流阀调节布水器的水流速度和压力，控制格栅上的生物微胶囊的流化状态；开启水泵，可将厌氧流化床中的废水自底部的出水管流入好氧流化床；好氧流化床反应器本体直接采用气源供给装置供给空气或氧气，并通过管路中的节流阀调节曝气盘的气流量速度和压力，控制格栅上的微生物胶囊的流化状态；微生物胶囊由顶部的密封料斗进入，反应结束后格栅倾斜一定角度，胶囊即可由底部的截止阀取出；打开排气口的盖板可回收废气；两反应器本体的工作温度用加热管加热，通过人工热电偶的测量及反馈，并由恒温控制装置加以控制；反应器本体的遮光罩可活动，所需的光照由侧壁上的光照管提供；反应pH值由pH值插入管中的pH计测量；管路中设有单向阀和换向阀可使厌氧流化床及好氧流化床各自能独立工作。

2.如权利要求1所述的一种单筒式厌氧-好氧复合微囊化生物流化床自控设备，其特征在于厌氧和好氧流化床的反应器本体均为反应区，且高径比小于2，好氧部分总体积为厌氧部分总体积的1.5～2倍。

3.如权利要求2所述的一种单筒式厌氧-好氧复合微囊化生物流化床自控设备，其特征在于厌氧流化床反应器本体外壁顶端设有U型溢流管形成液封，进水、出水段平齐，管径10～20mm。

4.如权利要求1所述的一种单筒式厌氧-好氧复合微囊化生物流化床自控设备，其特征在于所述的生物微胶囊为适宜于该生物流化床设备的生物微胶囊，其应适宜于微囊化活性污泥或各种降解菌使其在该生物流化床中高效处理各种有机废水，实现排放达标，并方便回收。

5.如权利要求1所述的一种单筒式厌氧-好氧复合微囊化生物流化床自控设备，其特征在于所述的厌氧和好氧流化床的反应器本体底部均设有可调圆盘形格栅，格栅的网格间距为2～3mm，格栅最大倾斜的角度为20°，方便生物微胶囊的回收。

6.如权利要求1所述的一种单筒式厌氧-好氧复合微囊化生物流化床自控设备，其特征在于所述的厌氧反应器本体底部设有布水器，以水流带动生物微胶囊形成流化态；而好氧反应器本体底部设有曝气盘，以气流带动生物微胶囊形成流化态；布水器、曝气盘设有向上、向下的微孔，孔径1～3mm，相互错开，间隔5～8mm。

7.如权利要求1所述的一种单筒式厌氧-好氧复合微囊化生物流化床自控设备，其特征在于所述的厌氧、好氧反应器本体四周均匀分布有四根光照管和可活动的遮光罩，根据需要调光源和光强。

8.如权利要求1所述的一种单筒式厌氧-好氧复合微囊化生物流化床自控设备，其特征在于所述的厌氧、好氧反应器本体取样口设在反应区的中部，孔口设有滤网，滤网孔径2～3mm，取样口直径10～30mm。

9.如权利要求1所述的一种单筒式厌氧-好氧复合微囊化生物流化床自控设备，其特征在于所述的厌氧、好氧反应器本体密封顶部开有带圈密封料斗，孔径2～3cm；排气口，孔径1～2cm；pH计插入管，孔径1.8～2cm；人工热电偶与物料流路上的流量计、压力表、节流阀、单向阀和换向阀一起实现了反应器本体各种反应条件的自动化检测和控制。