CN102417235A

CN102417235A - 气提连续式曝气生物滤池处理污水装置

Info

Publication number: CN102417235A
Application number: CN2011104346255A
Authority: CN
Inventors: 陈卫国; 张玉霞; 周德鸿; 陈超举; 湛永航; 朱锡海
Original assignee: National Sun Yat Sen University
Current assignee: Sun Yat Sen University; National Sun Yat Sen University
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2031-12-22
Also published as: CN102417235B

Abstract

本发明公开了一种廉价的、机械强度较高的、除有机污染专用的生物填料粒及其制备方法，还提供了一种气提连续式曝气生物滤池处理污水装置（BACR），包括生物滤池，生物滤池内部有多个上述生物填料粒，所述生物滤池内部设有生物填料粒清洗装置，把生物滤池分为反应区间和清洗区间；所述的生物填料粒清洗装置还设有循环设备，生物填料粒通过循环设备在生物滤池的反应区间和清洗区间之间循环流动。所述的生物填料粒清洗装置还设有灭泡沫设备，以消除在清洗生物填料粒的过程中产生的泡沫。本发明通过生物滤池提料技术、洗料技术、均匀布水布气技术、灭泡沫技术，实现生物滤池连续处理污水的目的。

Description

气提连续式曝气生物滤池处理污水装置

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种曝气生物滤池法处理污水的装置。

背景技术

曝气生物滤池技术是80年代末在欧美发展起来的一种集过滤、吸附和生物氧化三合一的新型污水处理技术。它可同时起到普通曝气池、二沉池和砂滤池的作用，具有去除SS、BOD、硝化脱氮等多种功能，该技术已被证明是一种高效能、低成本和占地小的污水处理技术，其应用前景广阔。

然而由于曝气生物滤池没有在线清洗填料粒的功能，极易出现填料粒堵塞，最终出现污水处理效率大幅度下降的明显缺陷。因此，以该工作原理制作的装置在处理污水时，必须定期对曝气生物滤池进行反冲洗，使填料得到清洗，恢复其除污能力，这是维持曝气生物滤池功能至关重要的。若反冲洗不充分，滤池运行周期将缩短；若反冲洗过量，微生物数量不足，生化处理效能下降，出水水质会变差。但是由于反冲洗方式、冲洗周期和冲洗强度因污水不同而变化，较难控制和掌握，如何使填料粒在装置运行过程中始终保持高生物活性，成为这一技术领域面临着的一大难题，这制约了曝气生物滤池技术的推广应用。发明人在中山大学原有发明专利《一种三维电极的粒子电极催化剂填料及其制备方法》（ZL200410077704.5）的基础上，研制了新型的生物填料粒，并通过对中山大学原有发明专利《一种在线清洗催化粒的废水处理装置》（ZL200920263896.7）基础上的技术架接改造，研究制造了适用于曝气生物滤池连续处理污水的新装置。

发明内容

本发明的目的是克服上述曝气生物滤池的问题，提供一种具有在线清洗填料粒功能的、可实现曝气生物滤池连续处理污水的气提连续式曝气生物滤池处理污水装置（BACR）。本发明还提供了一种廉价的、机械强度较高的、除有机污染专用的生物填料粒及其制备方法。

本发明提供的生物填料粒，按重量百分比计算，由活性炭60~70％、粘结剂15~20％、10~15％铁的氧化物制备而成。

上述的粘结剂为木质素磺酸钙。

上述的生物填料粒的制备方法具体如下：按所需配比将铁的氧化物、活性炭以及粘结剂加水混合均匀，挤压切粒，自然干燥，然后在450±30℃和缺氧条件下，加热炭化、活化2~3小时。制得的生物填料粒颗粒大小为4~6mm。

上述的生物填料粒作为一种生物滤池的除有机污染物专用生物填料粒，可用于高效处理有机污染物废水。

本发明提供的气提连续式曝气生物滤池处理污水装置，包括生物滤池，生物滤池内部有多个生物填料粒和生物填料粒清洗装置，生物填料粒清洗装置把生物滤池分为生化反应区间和清洗区间；所述的生物填料粒清洗装置还设有循环设备，生物填料粒通过循环设备的驱动，在生物滤池的生化反应区间和清洗区间之间循环流动，所述的生物填料粒清洗装置还设有泡沫灭除罩，以消除在清洗生物填料粒的过程中产生的泡沫。生物填料粒为上述配比和方法制备而得的生物填料粒，其用量与污水之间的质量比为1：2。

生物填料粒清洗装置包括位于生物滤池内部上端的洗料器，洗料器中设有隔板，将洗料器内部分隔为内围的清洗区域和外围的排污区域。清洗区域是生物填料粒停留及被清洗的区域，其底部有落料口，已使经过清洁的生物填料粒可以重新落入生物滤池的反应区间；排污区域是经过清洗从生物填料粒上脱离出来的生物老化污泥排经的区域，其底部有排污口，将生物老化污泥排出生物滤池外部。

生物填料粒清洗装置还包括有提料管，提料管从生物滤池底部一直延伸到所述洗料器内部的清洗区域。提料管还连接有气提器。压缩空气通过气提器的射流喷嘴射入提料管，将催化池底部的脏的生物填料粒提升到提料管顶部出口，在提料管内料粒与水强烈混合，生物填料粒得到一次清洗，然后落入洗料器，进入洗料器中的生物填料粒还可进行二次清洗过程。在清洗生物填料粒的过程中产生的泡沫，由泡沫灭除罩灭泡。安装泡沫灭除罩的效果在于能有效地灭除因曝气产生的泡沫，使之重新回到水体中，而从防止泡沫溢出主体设备外。

连接提料管的气提器、提料管、洗料器及洗料器中的落料口共同组成了生物滤池中的的循环设备，使得生物填料粒在反应区间和清洗区间之间循环流动。

由于生物填料粒的密度高，生物污泥的密度较低，为了使得干净的生物填料粒与污泥的分离，以及污泥的有效排出，洗料器中的隔板高度低于洗料器的外围板的高度，经过清洗后，生物填料粒沉于清洗区域的底部，进而从落料口在重力作用下重新回到池体内，而生物污泥则漂浮于水面进入排污区域。

为了使得排污区域中的污物可以有效地排出，排污口的水平位置应低于生物滤池中反应区间水体的水位。因此，生物滤池上端设有出水口，并且该出水口应位于高于所述洗料器排污口的水平高度上。在水位差的作用下,一部分经处理后的清洁水将提料管中的冲洗水及悬浮物顶出洗料器的清洗区域，进入排污区域，进而从排污口排出。

生物滤池下端设有进水口，废水通过此处进入生物滤池内，其附近还有曝气进口，位于进水口下端。生物滤池底部为锥形的，并设有排渣口。

提料管下端外侧有落料档板，延伸至进水口的下方。生物填料粒从洗料器中重新落入池体时，受到落料档板的作用而均匀地回到生物填料区，同时也避免了生物填料因清洗过程中，随水流动会进入设备浓水区或出水区的可能。

在处理污水过程中，污水在泵的推力下，由落料档板上方的进水口进入生物滤池，并以上升流的方式向出水口方向流动，同时通过落料档板上方的曝气进口管通入空气, 使污水中的有机污染物在微生物作用下完成降解过程。最后，经处理后的污水被连续地通过出水口排出生物滤池外。

本发明尤其适用于中水回用中对有机物进行处理。先通过采用发明专利《一种三维电极的粒子电极催化剂填料及其制备方法》（ZL200410077704.5）和专利《一种在线清洗催化粒的废水处理装置》（ZL200920263896.7）描述的有机物水处理电化学高级氧化OFR技术来提高污水的可生化性，然后采用本发明的BACR生物降解去除污水中的有机物及氨氮等污染物，并巧妙通过气提方式实现在线自动清洗填料粒及排污操作，使OFR+BACR+RO组合技术能得以连续运行，从而实现了一种在常温常压下不加化学试剂、绿色经济的，可实现连续处理工业排放出水的中水回用新方法。

具体方案如图5所示：

废水站排出的达标出水(COD<90mg/L)，先泵入OFR进行深度氧化处理去除部分COD。该设备的优势在于，利用电激发在装置内使进入的空气中的氧生成初生态过氧化氢(H₂O₂)并使之产生一定数量的具极强氧化性能的羟基自由基（·OH），与废水中的有机污染物发生强烈催化氧化分解作用，使分子量大难生物降解的有机污染物分解成分子量小的易生物降解的有机污染物，大幅度提高废水中有机污染物的可生化性。

经OFR后出水以自流方式进入BACR生物滤池，通过滤料的过滤、吸附作用截留、微生物的降解作用，去除废水中的有机污染物。经两道单元工序处理后，水体中的COD已降至50mg/L以下，这样就延长了后续中水回用系统中膜的使用寿命。

经两道单元工序处理后的出水，随后再进入超滤（UF）+反渗透（RO）膜系统。经过膜系统后的出水即可达到中水回用标准，回用于车间。

系统产生的生物污泥排入污泥贮池中。由于中水回用的污水属于微污染深度处理，生物滤池排出的生物污泥浓度极低，可以与超滤系统排出的反洗水一起，汇入污泥贮箱中，再经泵排入原废水处理系统污水池。

RO系统反洗水可用于浇花、冲厕；而盐份较高的RO浓水（约占总处理水量的20-30%）则流入缓冲水箱4#中，然后再泵入另一套独立的OFR+BACR组合单元的二级处理系统，通过两次深度氧化及微生物的吸附降解作用，大大削减了浓水中的有机污染物，经处理后的出水可达到《地表水环境质量标准》中的四类水标准，也实现了环保达标排放要求。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1. 本发明采用气提方式，既保证了曝气生物滤池处理污水的高效稳定性，又实现了在线自动清洗填料粒及排污操作，保证了装置工作连续畅通。

2. 本发明结构简单，在原有的生物滤池装置的基础上加以技术架接改进，便可实现高效连续的去污功能。

3. 本发明通过生物滤池提料技术、洗料技术、均匀布水布气技术及灭泡沫技术的巧妙设计实现曝气生物滤池法连续处理污水的目的。克服了生物滤池降解过程中，生物填料粒因老化的生物污泥难以用反冲洗方式去除而造成水处理效率不高的缺陷。

4. 本发明在中水回用中的应用，取代了现今劳动强度大、运行费用高的多级活性炭吸附剂处理的方法，解决了集成膜RO工艺技术应用中必须要配置辅助设施对进水水源进行有机物预处理来延长提高膜使用寿命的问题；另一方面，对集成膜RO工艺技术自身存在的排出盐份较高的浓水，同样免去了劳动强度大、运行费用高的多级活性炭吸附剂处理的方法，而是通过OFR+BACR技术处理后，出水可达到《地表水环境质量标准》中的四类水标准，也实现了环保达标排放要求。

附图说明

图1为气提连续式曝气生物滤池处理污水装置的结构示意图；

图2为旧生物滤池应用旧生物填料处理含酚废水的现场动态试验结果；

图3为本发明的生物滤池应用旧生物填料处理含酚污染物的现场动态试验结果；

图4为本发明的生物滤池应用本发明的生物填料处理含酚污染物的现场动态试验结果；

图5为本发明的生物滤池在工业排放出水的中水回用中应用的方法示意图。

具体实施方式

实施例1

设备的构建及运行。

如图1所示，生物滤池11由支架6支撑，生物滤池11底部为排渣口7，池体内部布满生物填料粒3，生物滤池内部上端设有洗料器13，其中设有隔板将洗料器13内部分隔为内围的清洗区域和外围的排污区域，隔板上端又与泡沫灭除罩1相连；清洗区域底部有落料口2，排污区域底部有排污口12。提料管4从生物滤池底部一直延伸到所述洗料器13内部的清洗区域，提料管4还连接有气提器8。提料管4下端外侧有落料档板5。

生物滤池下端设有进水口10，进水口10下端设有曝气进口9。

生物滤池上端设有出水口14，出水口14位于高于所述洗料器13的排污口12的水平高度上。

工作时，压缩空气通过气提器8的射流喷嘴射入提料管4，将生物滤池11锥底的脏料提升到提料管4顶部出口，在提料管4内生物填料粒3与水强烈混合，得到一次清洗，然后落入洗料器13，进入洗料器13中的生物填料粒3还可进行二次清洗过程。在清洗生物填料粒3的过程中产生的泡沫，由泡沫灭除罩1灭泡。在洗料器13中出水水位与提粒管4出水水位的水位差的作用下，一部分经处理后的清洁水将提料管4中的冲洗水及悬浮物顶出洗料器13，进入洗料排污口12排出生物滤池11；而清洗干净的生物填料粒3则经洗料器13的落料口2在重力作用下重新回到池体内，达到工作时料粒自动清洗循环畅通的目的。在处理污水过程中，污水在泵的推力下，由落料档板5上方的进水口10进入池体11，并以上升流的方式向出水口方向流动，同时通过落料档板5上方的曝气进口管9通入空气, 使污水中的有机污染物在微生物作用下完成降解过程。最后，经处理后的污水被连续地通过出水口14排出池体11外。

实施例2

按重量百分比计算，以70％活性炭为基体，以16％氧化铁，以14％木质素磺酸钙为粘结剂加水混合均匀，然后挤压切粒，再自然风干，最后在470℃和缺氧的条件下，加热炭化、活化3个小时，制成粒径为4~6mm的BACR专用生物填料粒。

采用实施例1的装置。其中生物填料粒与装置中的污水之间的质量比例关系为1：2。

与旧生物填料、旧生物滤池的效果做对比实验。本实验的旧生物填料为传统的活性炭填料，其生物滤池也采用传统的旧生物滤池( 详见朱雷，裴玉娇. 水处理技术，《2级竹炭曝气生物滤池处理生活污水试验研究》, 2011,Vol.37 No.6, PP76-76)。本发明的生物滤池和旧生物滤池中，在采用本发明的生物填料粒和旧生物填料下，除含酚污染物的现场动态试验（COD浓度在75.0-88.0 mg/L之间,处理量200L/h）的应用结果如图2-4所示，结果表明，在气水体积比为5:1，温度为25.0～36.0℃，水力负荷为1.2m³·m^-2·h^-1的条件下，采用旧生物填料时，本发明的BACR生物滤池比传统的生物滤池相比处理效率更高；而且在BACR运行中，采用本发明的生物填料粒，其处理效果进一步提高，比传统装置的去除率高30%左右。

实施例3

采用如实施例1的装置和如实施例2的生物填料粒，其中生物填料粒与装置中的污水之间的质量比例关系为1：2。

本发明在处理生活污水现场（原水COD120-160mg/L，处理量200L/hr，已稳定运转约1年）应用结果表明，采用三级曝气生物滤池连续处理污水的装置（BACR），当在一级、二级、三级气水体积比分别为5:1、2:1、1:1，温度为15.0～36.0℃，水力停留时间3小时，水力负荷为1.2m³·m^-2·h^-1的条件下，出水COD、浊度、氨氮和TN的最终去除率分别为高于85.0%、90.0%、80.0%和40.0%，出水COD、浊度及氨氮含量均满足GB/T18918－2002规定的一级排放B标准要求。

实施例4

采用如实施例1的装置和如实施例2的生物填料粒，采用图5的方法进行中水回用处理。废水站出水先泵入OFR进行深度氧化处理去除部分COD，经OFR后出水以自流方式进入BACR生物滤池，经两道单元工序处理后的出水，随后再进入超滤（UF）+反渗透（RO）膜系统。经过膜系统后的出水即可达到中水回用标准，回用于车间。

将合成的专用电催化料粒及生物填料粒分别装入OFR及BACR后，OFR在电压45V，反应时间30min；BACR在气水体积比1:1，温度为25.0～36.0℃，水力负荷为1.2m³·m^-2·h^-1的条件下，在不饱和聚酯树脂厂废水站最终出水口处的现场（污水浓度COD为80-90mg/L，处理水量1.0m³/hr,已稳定运转约三月）应用结果表明，本工艺技术组合通常COD污染物去除率>60% ,处理每吨废水运行费只有电耗一项，一般为2000-3000W，以绿色经济的方法取代了劳动强度大运行费用高的多级活性炭吸附剂处理的方法，为中水回用提供可靠的技术保障。

Claims

1. 一种用于生物滤池处理污水的生物填料粒，其特征在于按重量百分比计算，由活性炭60~70％、粘结剂15~20％、10~15％铁的氧化物组成。

2. 如权利要求1所述的生物填料粒，其特征在于粘结剂为木质素磺酸钙。

3. 如权利要求1所述的生物填料粒，其特征在于其制备方法为：按所需配比将铁的氧化物、活性炭以及粘结剂加水混合均匀，挤压切粒，自然干燥，然后在450±30℃和缺氧条件下，加热炭化、活化2~3小时。

4. 一种气提连续式曝气生物滤池处理污水装置，其特征在于包括生物滤池（11），生物滤池（11）内部有生物填料粒（3）以及生物填料粒清洗装置，生物填料粒清洗装置把生物滤池分为生化反应区间和清洗区间；所述的生物填料粒清洗装置还设有循环设备，生物填料粒通过循环设备的驱动，在生物滤池的生化反应区间和清洗区间之间循环流动；所述的生物填料粒清洗装置还设有泡沫灭除罩（1），以消除在清洗生物填料粒的过程中产生的泡沫；生物填料粒（3）为权利要求1~3所述的生物填料粒。

5. 如权利要求4所述的气提连续式曝气生物滤池处理污水装置，其特征在于所述生物填料粒的用量与污水之间的质量比为1：2。

6. 如权利要求4所述的气提连续式曝气生物滤池处理污水装置，其特征在于所述的生物填料粒清洗装置包括位于生物滤池（11）内部上端的洗料器（13），洗料器（13）中设有隔板将洗料器（13）内部分隔为内围的清洗区域和外围的排污区域，清洗区域底部有落料口（2），排污区域底部有排污口（12）；循环设备由连接提料管（4）的气提器（8）、提料管（4）、洗料器（13）及洗料器（13）中的落料口（2）组成；提料管（4）从生物滤池底部一直延伸到洗料器（13）内部的清洗区域。

7. 如权利要求5所述的气提连续式曝气生物滤池处理污水装置，其特征在于生物滤池下端设有进水口（10），生物滤池上端设有出水口（14）；出水口（14）位于高于洗料器（13）的排污口（12）的水平高度上。

8. 如权利要求7所述的气提连续式曝气生物滤池处理污水装置，其特征在于提料管（4）下端外侧有落料档板（5），延伸至进水口（10）的下方；生物滤池（11）内部还设有曝气进口（9），位于进水口（10）的下端。

9. 如权利要求4所述的气提连续式曝气生物滤池处理污水装置，其特征在于运行条件设置为：气水体积比为5:1~1：1，温度15.0～36.0℃，水力负荷为1.2m³·m^-2·h^-1。

10. 权利要求4所述的气提连续式曝气生物滤池处理污水装置在中水回用中的应用。