CN103130319B - 曝气载体组合体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种曝气装置，特别是一种曝气载体及应用曝气载体的生物污水处理装置。曝气载体包括微孔薄片，框体，中间隔条，框体呈一边带有缺口的四边形结构，中间隔条中的横向隔条从缺口内通过并与横向隔条两侧的纵向隔条连接；微孔薄片连接框体和中间隔条；中间隔条与框体之间存在的间隙构成气体通道。应用曝气载体的生物污水处理装置，包括沉淀池，曝气载体，曝气载体置于沉淀池内，曝气载体的入口通过输送管与气体流量控制器连接，曝气载体的出口与尾气排放管连接。曝气气体停留在曝气载体内部，曝气载体内部的气体压强大于外侧的水压强，一旦发生破损立刻就能通过气泡的出现及时修复；实现同步去除SS、BOD、TN。

Description

曝气载体组合体

技术领域

本发明涉及一种曝气装置，特别是一种曝气载体及应用曝气载体的生物污水处理装置。

背景技术

污水生物净化技术是对自然水体自净能力的人工模拟和强化。从原理可以分为物理和生物两类，其中物理净化过程主要是利用固体杂质（以SS为代表）与水的密度差利用沉淀、气浮等手段将其与液体（水）分离；而生物净化则是利用大量培养的微生物将可生物分解的溶解态和胶体状污染物质分解,达到净化污水的目的。构成污水的主要成分可以分为有机碳（以BOD为代表）、含氮污染物（以TN为代表）和含磷污染物（以TP代表之），其中前两种可以通过生物分解达到去除的目的。但是能够分解BOD和TN不是同一种微生物；分解BOD的微生物包括好氧微生物和厌氧微生物，二者都能实现分解BOD、净化污水的目的。但是分解含TN的过程分为两个步骤，前一个步骤利用好氧的硝化微生物将TN氧化成硝态氮，然后利用厌氧的反硝化微生物将硝态氮还原成氮气和水，一般将前者称为硝化，后者称为反硝化；两个步骤合并称为脱氮。由于这个原因，当前多数的污水生物净化工艺将去除BOD和TN在空间或时间上分开进行。就是在两个或两个以上的反应空间（反应池等）分别创造好氧或厌氧条件使硝化和反硝化依次序进行，或者在一个反应空间内通过控制向水中通气充氧（曝气）的强度和时间，在不同的时段内创造好氧或厌氧条件，从而实现脱氮。目前常用的AO法、A ² O法及其一些变形工艺就是这类工艺的应用。另外，由于曝气气泡对于水体的扰动，无法通过利用沉淀、气浮等手段将ss同步去除；再有，曝气气泡在水中停留的时间仅限于从产生到上升至水面的时段，曝气效率很低。这类工艺方法都存在净水设备数量繁多、体积庞大、运行管理复杂和能耗巨大的问题。

膜曝气生物膜工艺可以解决上述技术无法解决的问题。它的作法一般利用能让氧气通过的中空纤维膜作为生物膜的充氧元件和载体；在中空纤维膜的内部充入空气或纯氧，利用膜阻止水进入中空纤维膜内部。而氧气可以透过膜进入水体实现但不形成气泡，即所谓无泡曝气。微生物附着在中空纤维膜表面形成生物膜。在生物膜内部与中空纤维膜接触的区域能够获得通过中空纤维膜的氧气，所以是好氧状态。随着微生物的消耗，距此区域较远的部位就得不到氧气供给，从而形成厌氧区域，自动形成了硝化与反硝化微生物的合理分布。所以得到同步去除BOD和TN的功能。由于是无泡曝气，曝气对水体没有扰动，有可能将沉淀与生物处理过程同步进行。中空纤维膜内的气体流速是可控的，有可能实现根据生物膜的需要按需供氧，提高曝气效率降低能耗。但是膜曝气生物膜工艺也有其不足之处：首先，膜材料价格较高；其次，将中空纤维膜制成间距适宜、密封良好的组件非常困难；再次，当前应用的中空纤维膜多是疏水材料，实用中为实现无泡曝气，组件部分或全部内部压力低于水压力，一旦这些部位出现破损，水将进入组件导致整个系统的损坏；还有，中空纤维膜对于曝气气体的洁净程度要求较高，否则会影响其使用寿命。

发明内容

本发明的目的就是提供一种造价低廉、运行简便、能够将污水中的SS、BOD、TN、TP高效同步去除的曝气载体及应用曝气载体的生物处理装置。

本发明采用如下技术方案：

一种曝气载体，包括微孔薄片，框体，中间隔条，框体呈一边带有缺口的四边形结构，中间隔条中的横向隔条从缺口内通过并与横向隔条两侧的纵向隔条连接；其中一侧的纵向隔条置于框体内并与框体之间留有间隙，框体的两端面分别通过微孔薄片与中间隔条的两端面连接；微孔薄片、中间隔条与框体三者之间存在的间隙构成气体通道。

本发明中的曝气载体与现有技术相比，所需要的材料成本非常低廉，可用材料价格不及当前膜材料的1/3甚至更低，并且制作曝气载体的工艺方法非常简单；曝气载体对于曝气气体的质量要求不高，与膜材料相比较，使用寿命更长。

曝气载体的优选方案是：

框体是呈一边带有缺口的矩形结构。

中间隔条呈H型结构。

一端面的微孔薄片上设有连接另一端面微孔薄片的粘接点。

一种曝气载体组合体，包括框体，亲水性微孔薄片，中间隔条，框体呈带有敞口以及缺口的复合四边形结构，中间隔条中的其中一组横向隔条从缺口内通过并于横向隔条两侧的纵向隔条连接；其中一侧的纵向隔条置于框体内并与框体之间留有间隙，另一侧的纵向隔条置于框体外部；

另一组横向隔条置于框体的敞口处并与框体之间留有间隙，该另一组横向隔条上连接有的纵向延伸隔条，纵向延伸隔条置于框体的敞口端并与框体之间留有间隙，该另一组横向隔条的一端与前述另一侧的纵向隔条的尾端连接；

框体的两端面分别通过微孔薄片与中间隔条的两端面连接；微孔薄片、中间隔条与框体三者之间存在的间隙构成气体通道。

上述曝气载体组合体，与现有技术相比，所需要的材料成本非常低廉，可用材料价格不及当前膜材料的1/3甚至更低，并且制作曝气载体的工艺方法非常简单；曝气载体对于曝气气体的质量要求不高，与膜材料相比较，使用寿命更长。

曝气载体组合体的优选方案是：

另一侧纵向隔条的长度与复合四边形的最大长度相等。

框体内设置有呈十字交叉结构的纵向内置边和横向内置边；其中横向内置边一侧的纵向内置边与框体的外框连接；该一侧的纵向内置边上设有缺口；横向内置边另一侧的纵向内置边延伸至框体的敞口端。

置于密封隔条内的其中一侧纵向隔条平行设置为两层；另一组横向隔条上设置有两层纵向延伸隔条。

一种应用曝气载体的生物污水处理装置，包括沉淀池，曝气载体，气体流量控制器，混凝污水进水管，排泥管，絮凝剂箱，絮凝剂箱与混凝器连接，混凝器上连接污水入水管道，混凝器的污水出口与沉淀池连通；

曝气载体置于沉淀池内，曝气载体的入口通过输送管与气体流量控制器连接，曝气载体的出口与尾气排放管连接。

应用曝气载体的生物污水处理装置与现有技术相比，曝气气体能够停留在曝气载体内部，能够根据污水水质、通过控制曝气载体内曝气气体停留时间来实现按需曝气；曝气载体内部的气体压强大于外侧的水压强，一旦发生破损立刻就能通过气泡的出现发现问题并及时修复；能够实现同步去除SS、BOD、TN；结合化学除磷还可以实现同步去除TP。

应用曝气载体的生物污水处理装置的优选方案是：

混凝器污水出口与沉淀池底部的布水器连通，布水器置于沉淀池底部的污泥收集排放斗内，沉淀池的顶端与处理水收集器连接。

污泥收集排入斗与排泥管连接；混凝器通过絮凝剂输送管与调节控制器连接。

混凝器污水出口与沉淀池一侧的配水槽连接，配水槽位于沉淀池的一侧，沉淀池另一侧装有集水槽，集水槽置于沉淀池的上部；沉淀池下部设置有集泥槽。

集泥槽与排泥管相通；沉淀池内靠近配水槽的出口端装有挡水板。

附图说明

图1是曝气载体的结构示意图。

图2是图1中的A-A剖视图。

图3是图1中的B-B剖视图。

图4是曝气载体组合体的结构示意图。

图5是应用曝气载体的生物处理装置的一种实施例的结构示意图。

图6是应用曝气载体的生物处理装置的另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图及实施例详述本发明：

实施例1：

一种曝气载体，参见附图1至附图3，图中：中间隔条1、横向隔条101、一侧纵向隔条102、另一侧纵向隔条103；框体2、缺口201；微孔薄片3、

区域34、区域37；曝气气体入口4、第一通道401、第二通道402、第三通道403；曝气气体出口5；粘接点6。

本实施例中，框体2呈一边带有缺口201的四边形结构，中间隔条1中的横向隔条101从缺口201内通过并与横向隔条101两侧的纵向隔条连接；

框体2的两端面分别通过微孔薄片3与中间隔条1的两端面连接；微孔薄片3、中间隔条1与框体2三者之间存在的间隙构成气体通道。

微孔薄片3是亲水性的。

微孔薄片3将框体2和中间隔条1中的横向隔条101、一侧纵向隔条102和另一侧纵向隔条103连接；横向隔条101的上、下分别与缺口201之间的间隙分别构成气体通道：第一通道401和第四通道；

其中一侧纵向隔条102置于框体2构成的框架内，一侧纵向隔条102的两端并与框体2之间留有间隙，一侧纵向隔条102的两端与框体2之间的间隙分别构成气体通道：第二通道402和第三通道403。

另一侧纵向隔条103下端与框体2之间构成的空间作为曝气气体入口4；另一侧纵向隔条103上端与框体2之间构成的空间作为曝气气体出口5。

微孔薄片3是亲水性的，微孔薄片3将框体2与中间隔条1连接后构成回廊形空隙。

本实施例中，框体2是呈一边带有缺口201的矩形结构。

置于框体2外的另一侧纵向隔条103的高度与框体2的高度相等。

中间隔条1的整体呈H型结构。

一端面的微孔薄片3上设有连接另一端面微孔薄片3的粘接点6。粘接点6用于增强微孔薄片3的强度，降低两端面微孔薄片3充气时的总厚度；可以根据实际需要设置成数个。

亲水性的柔性微孔薄片3和中间隔条1围成了一个仅有下端曝气气体入口4、上端曝气气体出口5的回廊形空隙；将曝气载体整体垂直放入污水之中，然后向曝气气体入口4中通入曝气气体。

本实施例中的框体2和中间隔条1分别由三层结构连接构成，如图1至图3所示；微孔薄片3的边缘置于中间夹层的两端面上，增强微孔薄片3的粘接强度。

在浮力的作用下气流经第一通道401后，由于表面张力的作用，这部分亲水性的柔性微孔薄片3的微孔处形成凹向气体一侧的气、水界面。这个气、水界面可以承担一定的气体压强，这个压强的大小取决于亲水性的柔性微孔薄片3的亲水性和微孔的孔径，这个压强大小可以通过曝气气体占据的高度h表达；只要h小于某一数值，则气体的压强就小于气、水界面借助表面张力可以承担的压强，则在这个微孔处气体不会在水中形成能够脱离微孔薄片上浮的气泡；实现所谓的“无泡曝气”，此时的气体压强大于或等于界面水一侧的静水压强，水也不能通过微孔进入到微孔薄片3之间的空隙之中；所以这个界面是稳定的。随着曝气气体的不断进入，曝气气体将占据区域34的整个空间，此时曝气气体会通过区域34与相邻区域37之间的第二通道402进入区域37的上部，在余下的区域重复上述过程，最后通过曝气气体出口5流出曝气载体基本单元。

将曝气载体基本单元设计成回廊形是为了让曝气气体在其中蜿蜒流动，避免出现流动死角。设置了中间隔条1是为了保证曝气气体能够尽可能多的充满回廊形空隙。兼具支撑作用的密封粘结条2的作用之一保证曝气载体充气后能维持较薄的厚度，之二是保证密封粘结效果与强度。

实施例2：

一种曝气载体组合体，参见附图4；图中：中间隔条1、一组横向隔条1101、另一组横向隔条1102、一侧纵向隔条1201、另一侧纵向隔条1202、纵向延伸隔条1301；框体2、横向内置边2101、一侧纵向内置边2201、另一侧纵向内置边2202、缺口2301、第二缺口2302；敞口2401；微孔薄片3；粘接点6。

本实施例中，框体2呈带有敞口2301以及缺口2301的复合四边形结构，中间隔条1中的其中一组横向隔条1101从缺口2301内通过，并于该横向隔条两侧的纵向隔条连接；其中一侧纵向隔条1201置于框体2内；一侧纵向隔条1201的两端并与框体2之间留有间隙，构成气体通道。

另一侧纵向隔条1202置于框体2的外部。

另一组横向隔条1102置于框体2的敞口2401端并与密封粘接2之间留有间隙，敞口2301处与另一组横向隔条1102之间的间隙构成气体通道。

另一组横向隔条1102上连接有纵向延伸隔条1301，纵向延伸隔条1301置于框体2的敞口2401端，框体2内设置呈十字交叉结构的纵向内置边2201和横向内置2101边；其中横向内置2101边一侧的纵向内置边2201与框体2的外框连接；该一侧的纵向内置边2201上设有供一组横向隔条1101穿过的第二缺口2302；第二缺口2302与缺口2301呈平行状态；另一侧纵向内置边2202延伸至框体2的敞口2401端；另一侧纵向内置边2202与另一组横向隔条1102之间的间隙构成气体通道。

置于密封隔条内2的其中一侧纵向隔条1201平行设置为两层；另一组横向隔条1102上设置有两层纵向延伸隔条1301。

另一组横向隔条1102的一端与前述另一侧纵向隔条1202的尾端连接；

亲水性微孔薄片3连接框体2两端面和中间隔条1中所有横、纵向隔条的两端面；微孔薄片3、中间隔条1中的所有横、纵向隔条与框体2之间存在的间隙构成气体通道。

另一组横向隔条1102上连接有延伸隔条1301，延伸隔条1301的一端向上延伸与框体2之间留有间隙；间隙构成气体通道。另一侧纵向隔条1202的高度与复合四边形最大高度相等。

一端面的微孔薄片3上设有连接另一端面微孔薄片3的粘接点6。粘接点6用于增强微孔薄片3的强度，降低两端面微孔薄片3充气时的总厚度；可以根据实际需要设置成数个。

本实施例，是通过对实施例1不同的组合方式得到的任意宽度和高度的曝气载体，也可以设计成不同于本实施例附图4所示的其他结构，只要满足在框体与中间隔条之间存在间隙，并且能够让气体流通构成回廊形空隙，即认为是在本发明的保护范围之内。

实施例3：

一种应用曝气载体的生物污水处理装置，参见附图5，图中：污泥收集排放斗1、混凝污水进水管2、布水器3、混凝器4、污水入水管道5、絮凝剂输送管6、絮凝剂箱7、曝气气体输送管8、沉淀池9、气体流量控制器10、尾气排气管11、处理水收集器12、曝气载体13、排泥管14。

本实施例中，絮凝剂箱7通过混凝剂输送管6与混凝器4连接，混凝器4上连接污水入水管道5，混凝器4的污水出口与沉淀池9连通；混凝器4的污水出口通过混凝污水进水管2与置于沉淀池9底部的布水器3内的污泥收集排放斗1连通，污泥收集排放斗1底端与排泥管14连接，沉淀池9的顶端与处理水收集器12连接。曝气载体13置于沉淀池9内，曝气载体13的入口通过曝气气体输送管8与气体流量控制器10连接，曝气载体13的出口与尾气排放管连接11。

混凝器4通过絮凝剂输送管6与絮凝剂箱7连接。絮凝剂箱7上装有调节控制阀。

本实施例将曝气载体13置于一个升流式沉淀池9中，将生物处理过程与沉淀过程合并。

沉淀池9和污泥收集排放斗1构成了装置的主体，在沉淀池9的内部放置了足够多的曝气载体13。污水入水管道5内的原污水进入混凝器4后，并与来自絮凝剂箱7的絮凝剂混凝后通过混凝污水进水管2、布水器3由下向上缓慢流经曝气载体13，曝气气体通过气源及气体流量控制器10、曝气气体输送管8从下方注入曝气载体13，随着气体的注入，曝气载体13中的回廊形空隙充满了曝气气体。如前实施例1中所描述，由于表面张力的作用，在亲水性的柔性微孔薄片的微孔处会形成稳定的气、水界面，氧气等可溶性气体可以通过这个气、水界面进入水中，实现向水中供给氧气的目的，这样就构成可曝气的曝气载体13。污水中的微生物附着在曝气载体13的表面形成生物膜，其中好氧微生物附着在曝气载体13的表面，利用载体供给的氧气生长并分解污水中的BOD和进行硝化反应，微生物代谢后的气体产物、曝气后剩余的气体等组成曝气尾气从曝气尾气排气管11排出。随着微生物量的增加，生物膜越长越厚，离载体表面较远处因为溶解氧的消耗逐渐形成缺氧环境，这个环境下生长的是兼性微生物，其后溶解氧被完全消耗就形成了无氧的环境，厌氧微生物在这个环境下继续生长，在分解BOD的同时进行反硝化反应。最终形成了一个由好氧微生物和厌氧微生物合理组合、可以同时去除有机碳和脱氮的生物膜，在生物膜的作用下污水中的BOD和TN得以去除。因为曝气载体13的曝气过程没有气泡产生，曝气对水没有任何扰动，所以在生物分解的同时，污水中的ss经过混凝器4以及流量控制器混凝后形成絮体，在重力的作用下，与水流反向运动、下沉进入装置本体下方的污泥收集排放斗1，经由污泥排放控制阀及排泥管14排出。实现了将BOD、TN和SS同时去除的目的，经过上述处理的水经由处理水收集器12以及排放管排出。综上所述，本实施例生物污水处理装置是将曝气载体13置于一个升流式沉淀池中，将生物处理过程与沉淀过程合并。

实施例4：

一种应用曝气载体的生物污水处理装置，参见附图6，图中：混凝污水进水管2、混凝器4、污水入水管道5、絮凝剂输送管6、絮凝剂箱7、曝气气体输送管8、沉淀池9、气体流量控制器10、尾气排放管11、处理水收集器12、曝气载体13、排泥管14、挡水板15、配水槽16、集水堰18、集水槽19、排水管20、V形集泥槽20、吸泥管22。

絮凝剂箱7通过混凝剂输送管6与混凝器4连接，混凝器4上连接污水入水管道5，混凝器4的污水出口与沉淀池9连通；混凝器4的污水出口与沉淀池9一侧的配水槽16连接，曝气载体13置于沉淀池9内，曝气载体13的入口通过曝气气体输送管8与气体流量控制器10连接，曝气载体13的出口与尾气排放管连接11。

混凝器4通过絮凝剂输送管6与絮凝剂箱7连接。絮凝剂箱7上装有调节控制阀。

配水槽16位于沉淀池9的上部，沉淀池9的另一侧装有集水槽19，集水槽19一侧的沉淀池9上设有集水堰18，集水堰18的高度低于集水槽19的高度；集水槽19与排水管20连通，集水槽19置于沉淀池9的上部；沉淀池9下部设置有V形集泥槽20；V型集泥槽20的内装有与外界相通的吸泥管22。

形集泥槽20与排泥管14相通；沉淀池9内靠近配水槽16的出口端装有挡水板15。

本实施例是将曝气载体13平行于水流方向置于一个平流式沉淀池9中，将生物处理过程与沉淀过程合并。

原污水经污水入水管道5进入混凝器4后，与来自絮凝剂箱7内的絮凝剂混合后，通过混凝污水进水管2进入配水槽16，沿水平方向流经布设在装置内的大量曝气载体13（或采用曝气载体的组合体），利用曝气载体13去除污水所含的BOD和TN的实施方法与实施例3相同。SS经过混凝器4以及流量控制器混凝后形成絮体，在重力的作用下在水流水平流动的同时下沉，落入平行水流方向的V形集泥槽21内，经吸泥管22、污泥排放控制阀及排泥管14排除。处理后的水通过集水堰18、集水槽19、排水管20排放。

实施例5：

一种应用曝气载体的生物污水处理装置，其装置构成与实施例3完全相同。只是在絮凝剂箱内再加入化学除磷剂，化学除磷剂与污水中的磷污染物相遇后形成难溶的磷酸盐，从溶解状态转变成固态，即成为一种ss，自然也可以通过沉淀去除。

实施例6：

一种应用曝气载体的生物污水处理装置，其装置构成与实施例4完全相同。只是在絮凝剂箱内再加入化学除磷剂，化学除磷剂与污水中的磷污染物相遇后形成难溶的磷酸盐，从溶解状态转变成固态，即成为一种ss，自然也可以通过沉淀去除。

Claims (3)

1.一种曝气载体组合体，包括框体，微孔薄片，中间隔条，其特征在于：框体呈带有敞口以及缺口的复合四边形结构，中间隔条中的其中一组横向隔条从缺口内通过，并与该横向隔条两侧的纵向隔条连接；其中一侧纵向隔条置于框体内并与框体之间留有间隙，另一侧的纵向隔条置于框体外部；另一组横向隔条置于框体的敞口端并与框体之间留有间隙，该另一组横向隔条上连接有纵向延伸隔条，纵向延伸隔条置于框体的敞口端并与框体之间留有间隙，该另一组横向隔条的一端与前述另一侧的纵向隔条的尾端连接；框体的两端面分别通过微孔薄片与中间隔条的两端面连接；微孔薄片、中间隔条与框体之间存在的间隙构成气体通道。

2.根据权利要求1所述的曝气载体组合体，其特征在于：另一组横向隔条上连接的纵向延伸隔条的一端向上延伸至框体内部，并与框体之间留有间隙。

3.根据权利要求1所述的曝气载体组合体，其特征在于：框体内设置有呈十字交叉结构的纵向内置边和横向内置边；其中横向内置边一侧的纵向内置边与框体的外框连接；该一侧的纵向内置边上设有缺口；横向内置边另一侧的纵向内置边延伸至框体的敞口端。

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