CN102225803A - 生物膜反应器、废水处理系统及废水的处理方法 - Google Patents

生物膜反应器、废水处理系统及废水的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种生物膜反应器，包括：底部设置有进水口和出水口的外筒；设置在所述外筒内的内筒，所述内筒的两端均与所述外筒相通，所述内筒的顶端低于所述外筒的顶端；填充在所述内筒内部的生物接触氧化池用填料；填充在所述内筒与所述外筒之间的生物滤池用滤料；设置在所述外筒底部的曝气装置，所述曝气装置与所述内筒相通。本发明还提供了一种废水处理系统及废水的处理方法。本发明提供的生物膜反应器兼具生物接触氧化池和生物滤池的作用，在曝气装置的推动作用下，废水在内筒和外筒之间形成环流，并依次经过生物接触氧化池用填料和生物滤池用滤料的净化处理，从而提高了废水的处理效果。

Description

生物膜反应器、废水处理系统及废水的处理方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，尤其涉及一种生物膜反应器、废水处理系统及废水的处理方法。
背景技术
污水处理或废水处理是指采用物理、化学或生物方法对废水或污水进行净化，使其达到排放或者回收利用标准的处理过程，广泛应用于建筑、农业、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域。
生物膜法是一种常用的废水生物处理技术，主要是利用附着于固体介质表面的微生物进行有机废水的处理。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自固体介质向外可分为厌氧层、好氧层、附着水层和运动水层，其原理为：生物膜首先吸附附着水层有机物，由好氧层的好氧菌将其分解，再进入厌氧层进行厌氧分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复从而达到净化废水的目的。
生物膜法包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池和生物流化床等，其中，生物滤池由于具有处理效果好、不产生二次污染、运行稳定、易于管理等优点而获得了广泛的应用。但是，生物膜上微生物的不断生长繁殖以及生物膜截留的污物会增加过滤阻力，甚至阻塞滤料，尤其当废水预处理不充分或者生物滤池受到负荷冲击时，滤料极易发生堵塞，从而造成处理效果低下甚至无法处理等后果。现有技术一般通过设置反冲洗机构对生物滤池进行冲洗，以降低过滤阻力、防止滤料堵塞。
如申请号为200610068949.0的中国专利文献公开了一种曝气生物滤池，包括滤池、设置在滤池内的曝气装置、设置在滤池内的过滤装置和与滤池底部相通的脉冲式反冲洗装置，该脉冲式反冲洗装置能够对滤层进行多次脉冲冲洗，具有良好的冲洗效果。但是，本发明提供的生物滤池本身依然较易堵塞，需要频繁进行反冲洗，在对生物滤池进行反冲洗时，首先关闭废水进水管阀门，再采用清水对所述曝气生物滤池进行反冲洗，不仅浪费水气资源，而且降低了废水处理效率。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种生物膜反应器、废水处理系统及废水的处理方法，本发明提供的生物膜反应器用于处理废水时能耗低、不易堵塞、抗负荷冲击能力强，具有较好的污染物去除效果。
本发明提供了一种生物膜反应器，包括：
底部设置有进水口和出水口的外筒；
设置在所述外筒内的内筒，所述内筒的两端均与所述外筒相通，所述内筒的顶端低于所述外筒的顶端；
填充在所述内筒内部的生物接触氧化池用填料；
填充在所述内筒与所述外筒之间的生物滤池用滤料；
设置在所述外筒底部的曝气装置，所述曝气装置与所述内筒相通。
优选的，所述外筒上还设置有通风口。
优选的，还包括设置在所述生物滤池用滤料上方的布水器。
优选的，所述生物接触氧化池用填料为半软性填料。
优选的，所述生物滤池用滤料为页岩陶粒。
优选的，所述外筒的高径比为4～8。
优选的，所述内筒与所述外筒的直径比为(0.5～6)∶(0.8～7)。
优选的，所述内筒底端与所述外筒底端的距离为0.1m～0.7m，所述内筒顶端与所述外筒顶端的距离为0.1m～0.7m。
本发明还提供了一种废水处理系统，包括：
初沉池；
上述技术方案所述的生物膜反应器，所述生物膜反应器的进水口与所述初沉池的出水口相连；
二沉池，所述二沉池的进水口与所述生物膜反应器的出水口相连。
本发明还提供了一种废水的处理方法，包括以下步骤：
a)提供废水，所述废水中包括有机污染物；
b)将所述废水通入生物膜反应器中进行内循环净化处理，所述内循环净化处理中，单个净化处理过程包括依次经过生物接触氧化法处理和生物滤池处理。
与现有技术相比，本发明提供的生物膜反应器包括底部设置有进水口和出水口的外筒，设置在外筒内部、且两端均与外筒相通的内筒，设置在外筒底部、且与内筒相通的曝气装置，填充在所述内筒内部的生物接触氧化池用填料和填充在所述内筒和所述内筒之间的生物滤池用滤料。本发明提供的生物膜反应器兼具生物接触氧化池和生物滤池的作用，在曝气装置的推动作用下，废水在内筒和外筒之间形成环流，废水在内筒和外筒之间依次经过生物接触氧化池用填料和生物滤池用滤料的净化处理，从而提高了废水的处理效果。由于废水首先在内筒内经过生物接触氧化法处理，大部分污染物得到分解，再经过外筒进行生物滤池净化时，污染物含量少，即使有冲击负荷时，也不易发生堵塞。由于本发明提供的生物膜反应器不易发生堵塞现象，无需频繁进行反冲洗，节省了处理成本，提高了处理效率。在本发明中，所述曝气装置除了充氧外，还能够使废水在内筒和外筒之间形成环流，在外筒形成较强的拔风状态，使氧气在生物接触氧化池用填料和生物滤池用滤料之间均得到充分利用，从而实现自然复氧，能够降低能耗，提高废水处理效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的生物膜反应器的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种生物膜反应器，包括：
底部设置有进水口和出水口的外筒；
设置在所述外筒内的内筒，所述内筒的两端均与所述外筒相通，所述内筒的顶端低于所述外筒的顶端；
填充在所述内筒内部的生物接触氧化池用填料；
填充在所述内筒与所述外筒之间的生物滤池用滤料；
设置在所述外筒底部的曝气装置，所述曝气装置与所述内筒相通。
参见图1，图1为本发明实施例提供的生物膜反应器的结构示意图，其中，11为外筒，12为设置在外筒11内部的内筒，13为填充在内筒12内部的生物接触氧化池用填料，14为填充在内筒12和外筒11之间的生物滤池用滤料，15为设置在外筒11底部、且与内筒12相通的曝气装置。
外筒11底部分别设置有进水口111和出水口112，为便于进行废水处理，进水口111高于出水口112。在本发明中，外筒11的高径比为4～8，能够形成较强的拔风状态，使氧气得到充分利用。
内筒12位于外筒11内部，内筒12的两端均与外筒11相通，且内筒12的顶端低于外筒11的顶端，即内筒12为两端开口的筒状结构，其两端均不与外筒11的两端相接触，且其顶端低于外筒11的顶端。为了使所述生物膜反应器具有更好的水处理效果，内筒12与外筒11的直径比为(0.5～6)∶(0.8～7)。
在本实施例中，外筒11与内筒12同轴，外筒11的高度为0.5m～6m，外筒11的直径为0.8m～7m，内筒的直径为0.5m～6m，内筒12底端与外筒11底端的距离为0.1m～0.7m，内筒12顶端与外筒11顶端的距离为0.1m～0.7m。
内筒12内填充有生物接触氧化池用填料13，即内筒12与填料13形成生物接触氧化池，废水流经内筒12及填料13时，通过生物接触氧化法得到净化处理。在本发明中，生物接触氧化池用填料13可以为半软性填料，其填充率为60％～80％。
内筒12与外筒11之间填充有生物滤池用滤料14，即外筒11与滤料14形成生物滤池，废水流经外筒11及滤料14时，通过生物滤池法得到净化处理。在本发明中，生物滤池用填料14可以为页岩陶粒填料，粒径为3mm～6mm，堆积密度为0.85g/cm3～0.95g/cm3，比表面积≥1000m2/m3，孔隙率为70％～80％。
曝气装置15设置在外筒11底部，且与内筒12相通，曝气装置除了充氧之外，还能够使废水在内筒和外筒之间形成环流，废水在内筒和外筒之间依次经过生物接触氧化池用填料和生物滤池用滤料的净化处理，增强了废水的处理效果。
本发明提供的生物膜反应器的工作原理及工作过程如下：
废水从外筒11的进水口111进入，在曝气装置15的推动作用下进入内筒12的底端，流经内筒12内部的生物接触氧化池用填料13后从内筒12的顶端流出，进入内筒12与外筒11之间的生物滤池用滤料14，经过若干在内筒12和外筒11之间的内循环后，由出水口112流出，即在曝气装置15的推动作用下，废水在内筒12和外筒11之间形成环流，并能够在外筒11中形成较强的拔风状态，从而使氧气得到充分利用。
废水流经内筒12内部的生物接触氧化池用填料13时，填料13接种的活性污泥中的微生物利用曝气装置15供应的氧气将废水中的污染物氧化分解，从而实现第一步净化；废水流经内筒12和外筒11之间的生物滤池用滤料14时，滤料14接种的活性污泥中的微生物将经过第一步净化后的废水中的残余污染物氧化分解，从而实现第二步净化。在废水在所述生物膜反应器内停留的过程中，废水在曝气装置的作用下不断在内筒和外筒之间循环，从而不断经过生物接触氧化法处理和生物滤池处理，使得经过处理后的废水满足出水水质的需要。
由此可见，本发明提供的生物膜反应器兼具生物接触氧化池和生物滤池的优点，经过若干次循环的两步净化后，废水中的污染物被充分氧化分解，出水水质较好。另外，在本发明中，废水首先在内筒经过生物接触氧化法处理，大部分污染物被处理掉；然后再经过外筒的生物滤池进一步处理时，污染物含量较少，即使有冲击负荷时，也不易堵塞滤料。由于本发明提供的生物膜反应器不易发生堵塞现象，无需频繁进行反冲洗，节省了处理成本提高了处理效率。
在本发明的其他实施例中，外筒11上还设置有通风口，该通风口使外筒11和内筒12之间的区域与大气相通，从而形成更强的拔风状态，提高通风效果、降低能耗，使氧气得到充分利用。
在本发明的其他实施例中，生物滤池用滤料14上方还设置有布水器，经过生物接触氧化池用填料13后的废水首先经过布水器后再由上至下滴入生物滤池用滤料14中，布水器通过控制水流紊动使滤料14上的生物膜、污水和空气充分接触，提高充氧效果和污染物质传质速度，获得更好的废水处理效果。
在本发明提供的其他实施例中，生物膜反应器还可以包括反冲洗装置，用于对滤料或填料进行反冲洗，以提高生物膜反应器的使用寿命。
本发明还提供了一种废水处理系统，包括：
初沉池；
上述技术方案所述的生物膜反应器，所述生物膜反应器的进水口与所述初沉池的出水口相连；
二沉池，所述二沉池的进水口与所述生物膜反应器的出水口相连。
初沉池的作用在于对废水进行预沉淀，使废水中的悬浮物等固体颗粒物发生沉淀，减轻后续生物膜法处理的负担。
生物膜反应器的作用在于对经过预沉淀的废水进行生物膜法处理，将其中的有机污染物进行分解，以达到净化水质的目的。所述生物膜反应器为上述技术方案所述的生物膜反应器，其进水口与初沉池的出水口相连。
二沉池的作用在于对生物膜法处理后的废水进行固液分离，将污泥等固体物质沉淀，得到水质较好、符合排放标准或回收再利用标准的出水。所述二沉池的进水口与生物膜反应器的出水口相连。
在所述废水处理系统中，还可以包括污泥浓缩池，所述污泥浓缩池的入泥口与所述二沉池的出泥口通过污泥泵相连。污泥浓缩池将沉淀器得到的污泥进行浓缩，上清液排至集水池，浓缩的污泥定期进行清理。
本发明提供的废水处理系统的工作过程如下：
废水进入初沉池，粒径较大的悬浮物等固体颗粒物发生沉淀；
初沉后的废水进入生物膜反应器，经过生物膜法处理后，其中的有机污染物被分解；
经过生物膜法处理后的废水进入二沉池，进行泥水分离后，得到水质较好的出水。
在本发明提供的废水处理系统中，废水在生物膜反应器中经过了生物接触氧化法处理和生物滤池处理，污染物去除较为彻底，抗冲击负荷能力较好。
本发明还提供了一种废水的处理方法，包括以下步骤：
a)提供废水，所述废水中包括有机污染物；
b)将所述废水通入生物膜反应器中进行内循环净化处理，所述内循环净化处理中，单个净化处理过程包括依次经过生物接触氧化法处理和生物滤池处理。
本发明采用能够循环进行生物接触氧化法处理和生物滤池处理的生物膜反应器对废水进行净化处理，得到水质良好的出水。
本发明所述的废水中含有有机污染物，适于采用生物膜法进行处理，如含有低浓度有机污染物的雨水、生活污水等废水。
将所述废水通入生物膜反应器中进行内循环的净化处理，即废水在生物膜反应器中进行循环，进行内循环净化处理时，单个净化处理过程包括依次经过生物接触氧化法处理和生物滤池处理。
在本发明中，所述废水在一个生物膜反应器中实现内循环净化处理，即废水在同一个生物膜反应器中依次经过生物接触氧化法处理和生物滤池处理。
本发明可以采用上述技术方案所述的生物膜反应器实现上述过程，也可以采用具有相同工作原理的生物膜反应器实现上述过程。
在本发明中，在将所述废水通入生物膜反应器进行内循环处理之前，优选还包括将所述废水进行初沉处理，将所述废水中的悬浮物等固体颗粒去除，以获得更好的水处理效果。
在本发明中，采用生物膜反应器对所述废水进行内循环处理后得到的出水优选再次经过沉淀处理，将其中的污泥等废弃物沉淀去除，得到满足排放标准或回收利用标准的出水。
与现有技术相比，本发明通过向生物滤池中设置内筒获得了兼具生物接触氧化池和生物滤池功能的生物膜反应器，使废水依次经过生物接触氧化法处理和生物滤池法处理，不仅提高了出水水质，而且降低了能耗、提高了抗负荷冲击能力、降低了发生堵塞的可能性。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的生物膜反应器、废水处理系统及废水的处理方法进行详细描述。
实施例1生物膜反应器
生物膜反应器结构如图1所示，包括外筒11、设置在所述外筒11内部的内筒12、填充在所述内筒12内部的半软性填料、填充在外筒11和内筒12之间的页岩陶粒滤料，设置在外筒11底部且与内筒12相通的曝气头，该生物膜反应器参数如下：
外筒：高度5.5m，直径2.8m，有效水深4.8m，有效容积30.0m3，水力停留时间为1.5h；
内筒：直径1.8m，内筒底端与外筒底端的距离为0.3m，内筒顶端与外筒顶端的距离为0.3m；
半软性填料为购自宜兴市易蓝环保设备填料有限公司生产的半软性悬挂填料，填料区高度为3.5m，填充率为75％，填料区上部稳定水层深0.5m，下部配水区高度为0.8m；
页岩陶粒滤料形成滤料区，滤料区高度为3.5m，体积为21.2m3，页岩陶粒的粒径为3mm～6mm，堆积密度为0.85g/cm3～0.95g/cm3，比表面积≥1000m2/m3，孔隙率为70％～80％，BOD5容积负荷为1.1kg/BOD5(m3.d)。
实施例2废水处理系统
废水处理系统包括：引水筒，进水口与引水筒的出水口相连的旋流分离器，进水口与旋流分离器的出水口相连的提升泵，进水口与提升泵的出水口相连的、实施例1提供的生物膜反应器，进水口与生物膜反应器出水口相连的斜板沉淀器，与斜板沉淀器出泥口相连的污泥回流泵，使用罗茨鼓风机进行曝气；其中，各设备参数如下：
引水筒：直径0.85m，长1.17m，容积0.66m3；
提升泵：流量20.0m3/h，扬程10.0m；
旋流分离器：处理能力20.0m3/h～29.0m3/h，直径273mm，高1350mm，水头损失4m～5m；
斜板沉淀器：2.5×2.2×4.8m，有效水深4.5m，表面负荷5.0m3/(m2.h)；
污泥回流泵：流量20.0m3/h，扬程7.0m；
鼓风机：罗茨鼓风机，型号为SSR-80，风压0.5kgf/cm2，1230rpm，风量为2.76m3/min，功率为4.0kW。
实施例3生物膜反应器
生物膜反应器结构如图1所示，包括外筒11、设置在所述外筒11内部的内筒12、填充在所述内筒12内部的半软性填料、填充在外筒11和内筒12之间的页岩陶粒滤料，设置在外筒11底部且与内筒12相通的曝气头，该生物膜反应器参数如下：
外筒：高度0.8m，直径0.5m，有效水深0.6m，有效容积117L，水力停留时间为4h；
内筒：直径0.5m，内筒底端与外筒底端的距离为0.1m，内筒顶端与外筒顶端的距离为0.1m；
半软性填料为购自宜兴市易蓝环保设备填料有限公司生产的半软性悬挂填料，填料区高度为0.3m，填充率为75％，填料区上部稳定水层深0.1m，下部配水区高度为0.2m；
页岩陶粒滤料形成滤料区，滤料区高度为0.3m，页岩陶粒的粒径为3mm～6mm，堆积密度为0.85g/cm3～0.95g/cm3，比表面积≥1000m2/m3，孔隙率为70％～80％，COD容积负荷为1.25kg/COD(m3.d)。
实施例4雨水的处理
收集初期雨水，对所述雨水进行检测，水质如下：80mg/L COD、50mg/LBOD5、6.6mg/L总氮(TN)、2.0mg/L总磷(TP)、33.5mg/L固体悬浮物(SS)；
向实施例2中的生物膜反应器中接种源自合肥市水处理厂的活性污泥后，采用实施例2提供的废水处理系统对所述初期雨水进行处理，过程如下：雨水首先经过旋流分离器，其中的固体悬浮物形成沉淀被分离；经过旋流分离器的雨水经提升泵提升后进入生物膜反应器进行生化处理，进行生化处理时，采用鼓风机进行曝气，气水比为8∶1，废水中的有机污染物经过两次氧化分解后被去除；生物膜反应器的出水进入斜板沉淀器进行固液分离，得到上清液和污泥，上清液达标后可进行排放，污泥用污泥泵送入污泥浓缩池。
对所述上清液进行检测，水质如下：42.7mg/LCOD、2.8mg/L总氮(TN)、13.9mg/L固体悬浮物(SS)。
由此可见，本发明提供的废水处理方法及废水处理系统能够有效去除废水中的COD、总氮和固体悬浮液。
实施例5生活污水的处理
提供生活污水，水质如下：200mg/LCOD、30mg/LTN、6mg/LTP和40mg/LSS；
向实施例3提供的生物膜反应器中接种源自合肥市水处理厂的活性污泥后，采用实施例3提供的生物膜反应器对所述生活污水进行生化处理，采用鼓风机进行曝气，气水比为10∶1；
所述生物膜反应器运行30天后，半软性填料和页岩陶粒滤料表面均形成了生物膜，采用显微镜观察所述生物膜，可见结构良好的菌胶团、并有钟形虫等原生动物出现，说明所述生物膜反应器挂膜成功，可进行稳定运行。
待所述生物膜反应器稳定运行后，检测其出水水质，平均水质如下：COD含量稳定在50mg/L以下，平均去除率为81.2％；总氮含量基本在5mg/L以下，平均去除率为86.9％；固体悬浮物平均浓度低于10mg/L，浊度小于5NTU。
所述生物膜反应器稳定运行二个月后，页岩陶粒滤料并未发生明显堵塞，出水水质并无明显变化；所述生物膜反应器稳定运行三个月时，页岩陶粒滤料出现轻微堵塞，出水水质略差。
由上述实施例可知，本发明提供的生物膜反应器、废水处理系统和废水处理方法可有效去除废水中的污染物，且不易发生堵塞，无需频繁进行反冲洗。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种生物膜反应器，包括：
底部设置有进水口和出水口的外筒；
设置在所述外筒内的内筒，所述内筒的两端均与所述外筒相通，所述内筒的顶端低于所述外筒的顶端；
填充在所述内筒内部的生物接触氧化池用填料；
填充在所述内筒与所述外筒之间的生物滤池用滤料；
设置在所述外筒底部的曝气装置，所述曝气装置与所述内筒相通。
2.根据权利要求1所述的生物膜反应器，其特征在于，所述外筒上还设置有通风口。
3.根据权利要求1所述的生物膜反应器，其特征在于，还包括设置在所述生物滤池用滤料上方的布水器。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的生物膜反应器，其特征在于，所述生物接触氧化池用填料为半软性填料。
5.根据权利要求1～3任意一项所述的生物膜反应器，其特征在于，所述生物滤池用滤料为页岩陶粒。
6.根据权利要求1所述的生物膜反应器，其特征在于，所述外筒的高径比为4～8。
7.根据权利要求6所述的生物膜反应器，其特征在于，所述内筒与所述外筒的直径比为(0.5～6)∶(0.8～7)。
8.根据权利要求7所述的生物膜反应器，其特征在于，所述内筒底端与所述外筒底端的距离为0.1m～0.7m，所述内筒顶端与所述外筒顶端的距离为0.1m～0.7m。
9.一种废水处理系统，包括：
初沉池；
权利要求1～8任意一项所述的生物膜反应器，所述生物膜反应器的进水口与所述初沉池的出水口相连；
二沉池，所述二沉池的进水口与所述生物膜反应器的出水口相连。
10.一种废水的处理方法，包括以下步骤：
a)提供废水，所述废水中包括有机污染物；
b)将所述废水通入生物膜反应器中进行内循环净化处理，所述内循环净化处理中，单个净化处理过程包括依次经过生物接触氧化法处理和生物滤池处理。
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