CN101781016A - 一种三相生物流化床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相生物流化床，包括导流筒、三相分离器、挡板、隔板、进水口、进气口和板式布气器；所述三相分离器和挡板设置在导流筒上部，三相分离器和导流筒顶部构成气液分离区，挡板和导流筒内壁之间构成固液分离区；所述隔板设置在导流筒中部，隔板与导流筒内壁之间构成降流区，隔板之间构成升流区；所述板式布气器、进水口和进气口从上至下依次设置在导流筒底部。该流化床具有一定的抗水力负荷、水质负荷冲击能力，而且恢复速度较快。流化床出水中TSS量较大，通过沉淀池处理后，各项指标基本正常。整套系统最后处理效果：COD去除率75％左右，SS去除率50％左右，色度去除率50％左右，达到预期效果。

Description

一种三相生物流化床

技术领域：

本发明属于废水处理领域，涉及一种工业废水处理装置，尤其是一种三相生物流化床处理造纸废水的装置。

背景技术：

造纸行业是传统的用水大户，也是造成水污染的重要原因之一。随着国民经济的发展，企业日益面临水资源短缺、原料匮乏的问题，另一方面，水污染越来越严重。造成造纸行业水污染的主要原因就是来自洗选漂工段的中段废水的处理，中段废水主要污染物为蒸煮残夜、漂白溶出物及短小纤维等。制浆造纸中段水有多种有机物质，这些物质大多是由蒸煮时产生的，其中以木素及其衍生物、纤维素、半纤维素及其水解产物为主。

随着造纸工业的发展和环保要求的严格化，中段废水处理面临问题越来越严峻。目前，对于中段废水的治理技术虽然多样化，其研究范围几乎涉及物理、化学和生物法的各种处理工艺。但是，仍都存在着处理效果不佳、或是实际应用性不好等缺点。基于以上分析，我们以强化生物处理为指导思想，将一种高效的生物反应器——内循环三相生物流化床引入中段废水的处理中，配搭沉淀池工艺，弥补生物流化床工艺的不足，使之达到处理要求。并且针对麦草浆中段废水的特点，争取摸索出一些适应其本身的处理方法和经验。

生物流化床是将流态化技术移植到废水生物处理领域而开发出来的新工艺技术。生物流化床技术的开发始于20世纪70年代，当时一些科学家欲改善废水生物处理构筑物的净化效率，以使容积更小，占地面积更少。他们发现若采用砂或其他表面粗糙的细小颗粒作为支持生物质生长填料的生物反应器，废水处理效率可以比传统的生物处理法大大提高。

美国和日本首先开创了生物流化床(Biological Fluidized Beds简称BFBs)，对污水进行深度处理(硝化、脱氮)，随后又应用于污水的二级处理(有机物氧化、部分硝化)。BFBs具有效率高，占地少，投资省等优点，引起了人们很大的兴趣。之后，美国通用汽车公司对好氧生物流化床法(Aerobic Biological Fluidized Beds简称ABFBs)作了大量的中试研究。据文献报道，ABFBs具有水力停留时间短，而对有机物氧化和氨氮的硝化效果好的特点。随着ABFBs技术的发展，衍生出多种新技术。按照载体流化态的推动力，生物流化床可以分为以液相流动为推动力的两相流化床和以气体流动为主要推动力的三相流化床两大类。一股厌氧流化床中只有当厌氧微生物产气量非常大时才可能形成三相流化床。所谓三相生物流化床是指气(空气或纯氧)、液(污水)、固(带生物膜的载体)同时在流化床中进行生物反应，不需要另外的充氧设备。由于空气的搅动，载体之间的摩擦较为强烈，一些多余老化的生物膜在填料流化过程中脱落，故不需要特别的脱膜装置。但有小部分的载体可能从流化床中带出，故需回流载体。三相生物流化床的技术关键之一是防止气泡在床内互相并合，形成许多巨大的鼓气泡，而影响充氧效率。

传统的三相生物流化床系统由曝气装置、流化床及三相分离器8组成。工艺流程中不是在床外单独设置曝气充氧装置，而是设置在床内。空气从床的底部进入，废水也从底部进入。废水、空气、载体在床内剧烈混合、搅动，比两相流化床剧烈的多。通过载体与载体、载体与气体、载体与液体之间的碰撞、摩擦，而使生物膜从载体脱去，旧的生物膜脱落，从而在三相分离区使水、气、载体分离，出水外排。而本发明采取的是最新的内循环式三相好氧生物流化床。流化床内设有升流区5与降流区4，在升流区5内进行曝气充氧，水、气、载体在升流区5与降流区4之间产生密度差，乃进行循环流动。载体颗粒之间相互碰撞、摩擦，并受水流剪切力等的作用，各向基本上较均匀一致，载体上的膜厚均匀一致，载体也无分层现象，并使载体上生物膜的形成与脱落状况获得改善。

发明内容：

就目前现有技术而言，最大的不足之处在于溶氧浓度低和生物膜难以形成并易脱落，处理效果不佳。

本发明的目的是针对现有技术提出的一种全新好氧生物处理麦草浆中段废水的装置，采用流化床内在升流区5内进行曝气充氧，以提高溶氧浓度，采用棒状活性炭作为载体封闭和快速挂膜法相结合的办法，以改善生物膜的形成和脱落状况，从而达到更快更好的处理效果，以实现环境保护的目标。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种三相生物流化床，包括导流筒、三相分离器8、挡板6、隔板、进水口2、进气口1和板式布气器3；所述三相分离器8和挡板6设置在导流筒上部，三相分离器8和导流筒顶部构成气液分离区9，挡板6和导流筒内壁之间构成固液分离区7；所述隔板设置在导流筒中部，隔板与导流筒内壁之间构成降流区4，隔板之间构成升流区5；所述板式布气器3、进水口2和进气口1从上至下依次设置在导流筒底部。所述导流筒成漏斗形。

1.通过对焦炭和棒状活性炭两种载体的挂膜比较，认为在较强烈水力条件下，应该选择颗粒较大，吸附能力较强的载体，再通过实验数据的比较，最后选择棒状活性炭作为试验载体。

2.在挂膜驯化实验中，采用了封闭和快速挂膜法相结合的办法，先加入活性污泥闷曝两天(每天加15L污泥)，随后停止置换污泥，再闷曝，此方法缩短了挂膜时间，取得了比较好的效果。

3.找出了内循环三相生物流化床处理麦草浆中段废水的最佳参数：水力停留时间6h，供气量1500L/h。分析了操作条件对反应器效率的影响，发现：水力停留时间对反应器内生物膜浓度影响很大，水力停留时间过长，生物膜量下降，而悬浮微生物浓度上升较快，造成出水水质变差，而水力停留时间对COD去除率影响不大。供气量的增加会导致流化床水力作用增强，载体颗粒间碰撞更加激烈，出水TSS会大幅增加，而对COD去除率的影响不大。

4.连续进水实验，证明了该流化床具有一定的抗水力负荷、水质负荷冲击能力，而且恢复速度较快。流化床出水中TSS量较大，通过沉淀池处理后，各项指标基本正常。整套系统最后处理效果：COD去除率75％左右，SS去除率50％左右，色度去除率50％左右，达到预期效果。

附图说明：

图1为本发明的三相生物流化床结构示意图。

其中：1为进气口；2为进水口；3为板式布气器；4为降流区；5为升流区；6为挡板；7为固液分离区；8为三相分离器；9为气液分离区。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，一种三相生物流化床，包括导流筒、三相分离器8、挡板6、隔板、进水口2、进气口1和板式布气器3；所述三相分离器8和挡板6设置在导流筒上部，三相分离器8和导流筒顶部构成气液分离区9，挡板6和导流筒内壁之间构成固液分离区7；所述隔板设置在导流筒中部，隔板与导流筒内壁之间构成降流区4，隔板之间构成升流区5；所述板式布气器3、进水口2和进气口1从上至下依次设置在导流筒底部。所述导流筒成漏斗形。

1、设计并制作内循环三相流化床反应器；设计参数为总高度1310mm，直径140mm，导流筒高度900mm，直径100.8mm有效容积28.3L。

2、内循环三相布气设备充氧能力的测试；分别在不同温度、供气量条件下的标准氧总转移系数，肯定了设计的合理性。

3、研究两种不同载体的挂膜情况；分别以焦炭和棒状活性炭为载体，采用封闭挂膜法，在供气量600L/h，进水COD浓度1000mg/L的条件下，缓慢加大进水。实验分别持续25天左右，期间测定COD去除率，生物膜量和悬浮生物量，通过实验期间的观察和综合进行比较。

4、挂膜并对生物膜进行驯化；在选定棒状活性炭作为载体后，采用自行摸索的挂膜方法，以城市污水处理厂氧化沟污泥为接种污泥，进行挂膜驯化。随着挂膜的不断进行，逐步增大水力负荷和麦草浆中段废水比例，使得微生物驯化。并且用显微镜观察了内循环三相生物流化床中生物膜生长情况，发现载体表面微生物相丰富。证明了挂膜和驯化的成功。

5、研究操作条件对流化床处理过程的影响；考察了内循环三相生物流化床处理麦草浆中段废水的主要影响因素，即水力停留时间(HRT)和供气量的研究。在最优工作条件下，进行麦草浆中段废水连续运行实验，测定出氧的利用率为0.57％。分别改变进水水质负荷和水力负荷，研究它们对内循环三相生物流化床运行及处理效果的影响。通过红外光谱研究流化床脱色机理，说明了废水中有部分带苯环物质被去除。最后，采用幅流式沉淀池，解决了出水悬浮污泥的问题，并且找出了实验过程中的泡沫多和生物膜脱落的处理办法。

流化床的基本工作过程：在流化床中投加一定量的微生物固定生长的微粒载体，污水和空气从流化床底部流入，借助中心筒内提升区的空气提升，使载体在提升区和回流区之间循环。污水中含有大量的微生物，当污水通过曝气区时，微生物附着在载体表面上，由于污水含有大量的悬浮物质和有机胶体物质，这些物质是微生物良好的营养物质，所以微生物栽在体表面很快地繁殖起来，繁殖起来的微生物又进一步地吸附污水中的悬浮胶粒、溶解性有机物和氨氮等物质，并对污染物质进行氧化分解。同时合成更多的生物细胞物质，使载体表面的细胞量增多并形成生物膜。附着生物膜的载体由于空气的提升作用，与水、气充分混合，同时满足微生物对氧和营养物质的摄取，从而完成生化过程，由于载体在曝气区循环流动，使增殖变厚，老化的生物膜在水、气流的撞击下自然脱落，随水流至沉淀区。载体则依靠重力作用，在分离区内与脱落生物膜分离并回流至曝气区。由于沉淀区的沉淀面积较大，因而水在沉淀区流动非常缓慢，故随水流出的老化脱落的生物膜就在沉淀区沉淀下来，而经沉淀后的水则从沉淀区顶部溢流排出，沉淀污泥则从沉淀区底部排出。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (2)

1.一种三相生物流化床，其特征在于：包括导流筒、三相分离器(8)、挡板(6)、隔板、进水口(2)、进气口(1)和板式布气器(3)；所述三相分离器(8)和挡板(6)设置在导流筒上部，三相分离器(8)和导流筒顶部构成气液分离区(9)，挡板(6)和导流筒内壁之间构成固液分离区(7)；所述隔板设置在导流筒中部，隔板与导流筒内壁之间构成降流区(4)，隔板之间构成升流区(5)；所述板式布气器(3)、进水口(2)和进气口(1)从上至下依次设置在导流筒底部。

2.如权利要求1所述一种三相生物流化床，其特征在于：所述导流筒成漏斗形。