CN103224287A - 一种水力射流循环厌氧生物滤池处理有机废水的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水力射流循环厌氧生物滤池处理有机废水的装置及其方法，属于环境保护领域。该装置包括池体、进水管、出水管和滤池滤料，还包括回流管、射流进水管、射流喷嘴、射流喉管、射流扩散管、循环回流上升管、滤料洗涤分离管、进水套管、滤料洗涤分离管回流窗口、喇叭口、气体逸散管、水槽、三通管件、隔板、放空管接口、沼气管接口、液位传感器接口和检查孔。该方法包括步骤为A)废水处理、B)清洗和C)回流。本发明实现连续进水条件下厌氧生物膜剥落更新和分离排放，有效解决了传统生物滤池堵塞问题，实现了进水与滤料生物膜的更新同时进行。
Description
技术领域
本发明属于环境保护领域，更具体地说，涉及一种水力射流循环厌氧生物滤池处理有机废水的装置及其方法。
背景技术
厌氧生物滤池是一种内部装填滤料作为厌氧微生物载体的厌氧生物反应器，由滤料、布水系统和沼气收集系统等组成。厌氧微生物附着生长在滤料上形成厌氧生物膜，污水流经挂有生物膜的滤料时，水中的有机物扩散到生物膜表面，被生物膜中的微生物降解，净化后的水经滤池排出，厌氧反应生成的沼气被收集利用。厌氧滤池具有剩余污泥量少，水力负荷高，处理效果稳定的优点。滤料为微生物生长提供载体，是厌氧生物滤池的核心单元。由于附着在滤料上的生物膜不断生长，容易出现滤料堵塞问题，导致处理水量和处理效果显著降低。针对厌氧生物滤池易堵塞的问题，现常用反冲洗技术来实现生物膜滤料的更新（邹振裕，罗永恒，水厂滤池自动反冲洗控制的优化研究，工业水处理，Vol.31No.174-76，Jan.2011）。反冲洗是利用水流对滤料的摩擦和剪切作用使老化生物膜和截留悬浮物与滤料相分离，并随水流带出滤池。反冲洗技术是目前滤料更新的常规方法，但存在滤料更新效果较差，费水费电；反冲洗强度难以精准控制，常导致滤池内滤料流失严重；进水与生物膜滤料更新无法同时进行，即生物膜滤料更新时不能处理污水等问题，并且在实际运行过程中需配备多组厌氧滤池并联运行，存在操作复杂、运行难度大、投资费用高等问题。
例如中国专利号：201110021745.2，公开日2011-06-29，公开了一份名称为一种曝气生物滤池设备的专利文件，该发明曝气生物滤池设备是一种多级串联组合式工艺的集成式污水处理设备，其包括池体、填料层、承托层、污泥斗、进出水系统、反冲洗系统、各种控制阀门和计量设备。整个设备以同心圆的形式，由内向外依次分为缺氧区滤池、第一和第二好氧区滤池。设备运行时，污水从内层缺氧区底部进入，然后相继以上向流、下向流和上向流的方式通过各个滤池，最后在池顶集水槽内汇集排出。进水同时，向好氧池下部的微孔曝气软管通入空气，提供分解有机物所需的氧气。在反冲洗阶段，好氧区滤池的反冲洗气、水合用一套穿孔管，采用气-水-气三步冲洗的方式，厌氧段滤池利用进水穿孔管进行反冲洗，全程仅用水冲。在上向流水冲结束后，进行下向流水冲，将老化的生物膜除去，保证滤池稳定运行。但是本发明还是存在滤料更新效果较差、费水费电、反冲洗强度难以精准控制、操作复杂、运行难度大、投资费用高等问题。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有厌氧生物滤池处理有机废水时存在易堵塞及进水与滤料生物膜更新不能同时进行，操作复杂，投资费用高等问题，本发明提供一种水力射流循环厌氧生物滤池处理有机废水的装置及其方法，用于有机废水的处理，有效地解决了传统生物滤池易堵塞及进水与滤料生物膜更新无法同时进行的问题。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种水力射流循环厌氧生物滤池，包括池体、进水管、出水管和滤池滤料，所述的出水管接在池体的中上部的侧壁上；所述的滤池滤料位于池体的内部，还包括回流管、射流进水管、射流喷嘴、射流喉管、射流扩散管、循环回流上升管、滤料洗涤分离管、进水套管、滤料洗涤分离管回流窗口、喇叭口、气体逸散管、水槽、三通管件、放空管接口、沼气管接口、液位传感器接口和检查孔，所述的射流进水管插入到池体中的底部；所述的射流喷嘴位于射流进水管的顶端；所述的射流喷嘴的上方依次为射流扩散管、循环回流上升管，循环回流上升管的底端为喇叭口，射流扩散管的上端与循环回流上升管的喇叭口连接，射流扩散管的下端为射流喉管；所述的进水套管的底端也有喇叭口，进水套管的顶端通过三通管件与滤料洗涤分离管相连，三通管件的另一开口与进水管相连；所述的进水套管和滤料洗涤分离管套在循环回流上升管上，滤料洗涤分离管与循环回流上升管之间的空隙组成滤料洗涤分离管回流窗口；所述的滤料洗涤分离管的上端与水槽连接；所述的气体逸散管接在水槽的顶部，所述的回流管接在水槽的中下部的侧壁上；所述的沼气管接口和检查孔都接在池体的顶部；所述的液位传感器接口位于池体内部的顶端；所述的放空管接口位于池体的底部。
优选地，所述的射流喷嘴和射流喉管间距是射流喷嘴横截面直径的1-2倍。
优选地，所述的射流喉管与射流喷嘴横截面积比为1.5-3:1，射流喉管长度是其横截面直径的6-7倍。
优选地，所述的滤料洗涤分离管与循环回流上升管之间的直径比为1.5-2:1。
优选地，所述的滤池滤料采用无烟煤或沸石；所述的进水套管底端的喇叭口上部的滤池滤料的装填厚度为1-2m。
优选地，所述的回流管接在水槽上的高度低于出水管接在池体上的高度。
进一步优选地，还包括隔板，所述的隔板位于进水套管和滤料洗涤分离管之间。用于分隔进水和射流循环水。
一种水力射流循环厌氧生物滤池处理有机废水的方法，其步骤为：
A)废水处理，有机废水依次通过进水管和进水套管进入滤池滤料，废水经过滤池滤料处理后经过出水管排出；
B)清洗，开启射流进水管，清洗水通过射流喷嘴喷向射流喉管，在该过程中由于水力射流的强烈的湍流作用和动量传递作用，使滤池滤料相互碰撞、挤压、摩擦以及剧烈的水力剪切作用，实现老化生物膜的剥落，老化生物膜随清洗水进入循环回流上升管和滤料洗涤分离管，然后到达水槽，到达水槽后由于清洗水的上升流速大于生物膜的沉速，小于滤料的沉速，所以进入到水槽的滤料通过滤料洗涤分离管回流窗口沉降到滤池滤料的顶部，完成滤料的清洗，而剥落的老化生物膜通过回流管随清洗水排出；
C)回流，回流管流出的清洗水经过沉淀处理去除脱落的生物膜后通过进水管和进水套管进入滤池滤料进行净化处理。
优选地，所述的步骤B)清洗每隔一段时间启动一次，每次运行5-10分钟。间隔时间根据需要确定，既要保证滤料不发生堵塞，同时满足厌氧生物膜污泥龄的要求。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
（1）本发明操作简单，通过水力射流滤料循环技术，实现连续进水条件下厌氧生物膜剥落更新和分离排放，有效解决了传统生物滤池堵塞问题，实现了进水与滤料生物膜的更新同时进行；
（2）本发明回流管流出的清洗水经过沉淀处理去除脱落的生物膜后通过进水管和进水套管进入滤池滤料进行净化处理，有效防止滤层阻塞；射流喷嘴和射流喉管间距是射流喷嘴横截面直径的1-2倍，射流喉管与射流喷嘴横截面积比为1.5-3:1，射流喉管长度是其横截面直径的6-7倍，滤料洗涤分离管与循环回流上升管之间的直径比为1.5-2:1，在该比例下无烟煤或沸石的更新效果最好，在不浪费原料的情况下，无烟煤或沸石的使用效率达到最大化；
（3）本发明通过间歇水力射流循环作用，每隔一段时间启动一次清洗，每次运行5-10分钟，使厌氧生物膜加速更新，不仅能够提高厌氧生物膜的活性，防止滤层堵塞，还能实现生物膜脱膜和排泥，保障厌氧生物滤池的处理效率和效能；
（4）本发明可以根据不同类型污水形成的厌氧生物膜动力学特征，借助水力射流自动控制系统，优化滤料循环更新的周期，有利于滤料的充分利用，节约成本；
（5）本发明的方法处理后的有机废水能达到各行业废水排放标准，出水的水质好。
附图说明
图1是本发明内部结构示意图；
图2是本发明外部结构示意图；
图3是本发明三通管件处结构的局部放大图；
图4是本发明喇叭口处结构的局部放大图。
图中：1、进水管；2、出水管；3、回流管；4、射流进水管；5、射流喷嘴；6、射流喉管；7、射流扩散管；8、循环回流上升管；9、滤料洗涤分离管；10、进水套管；11、滤料洗涤分离管回流窗口；12、喇叭口；13、滤池滤料；14、气体逸散管；15、厌氧滤池出水液面；16、水槽；17、三通管件；18、隔板；19、放空管接口；20、沼气管接口；21、液位传感器接口；22、检查孔。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
如图1、图2、图3和图4所示，一种水力射流循环厌氧生物滤池，包括池体、进水管1、出水管2和滤池滤料13，出水管2接在池体的中上部的侧壁上；滤池滤料13位于池体的内部，还包括回流管3、射流进水管4、射流喷嘴5、射流喉管6、射流扩散管7、循环回流上升管8、滤料洗涤分离管9、进水套管10、滤料洗涤分离管回流窗口11、喇叭口12、气体逸散管14、水槽16、三通管件17、隔板18、放空管接口19、沼气管接口20、液位传感器接口21和检查孔22，池体采用厚度为20mm的聚丙烯板材加工，滤池内工艺管道采用聚丙烯PPR材质，滤池外工艺管道采用硬聚氯乙烯UPVC材质，聚丙烯管道和硬聚氯乙烯管道连接采用法兰连接。射流进水管4插入到池体中的底部；射流喷嘴5位于射流进水管4的顶端；射流喷嘴5的上方依次为射流扩散管7、循环回流上升管8，循环回流上升管8的底端为喇叭口12，射流扩散管7的上端与循环回流上升管8的喇叭口12连接，射流扩散管7的下端为射流喉管6；进水套管10的底端也有喇叭口12，进水套管10的顶端通过三通管件17与滤料洗涤分离管9相连，三通管件17的另一开口与进水管1相连；进水套管10和滤料洗涤分离管9套在循环回流上升管8上，滤料洗涤分离管9与循环回流上升管8之间的空隙组成滤料洗涤分离管回流窗口11；滤料洗涤分离管9的上端与水槽16连接；气体逸散管14接在水槽16的顶部，回流管3接在水槽16的中下部的侧壁上；沼气管接口20和检查孔22都接在池体的顶部；液位传感器接口21位于池体内部的顶端。进水套管10的顶端与水槽16连接；放空管接口19位于池体的底部；还包括隔板18，隔板18位于进水套管10和滤料洗涤分离管9之间，用于分隔进水和射流循环水。滤池高4m，直径2.3m，容积约17m3，进水管1、出水管2和回流管3的外径为40mm，水力射流装置的射流喷嘴5的外径为20mm，射流喷嘴5和射流喉管6间距是射流喷嘴5横截面直径的2倍，射流喉管6与射流喷嘴5横截面积比为3:1，射流喉管6长度是其横截面直径的6倍。滤料洗涤分离管9外径90mm；滤料洗涤分离管9与循环回流上升管8之间的直径比为1.5:1。滤池滤料13采用粒径1-2mm的无烟煤颗粒，进水套管10底端的喇叭口12上部的滤池滤料13的装填厚度为2m；水力循环泵采用离心泵，水泵扬程20m。射流喷嘴5和射流喉管6间距是射流喷嘴5横截面直径的2倍，为40mm。回流管3接在水槽16上的高度低于出水管2接在池体上的高度。当更换滤料时，可以通过检查孔22来完成。当需要彻底清洗时，可以通过放空管接口19接通一根管道，将水中的液体排空。沼气管接口20负责排除沼气，达到资源高效利用的目的。本实施例中的隔板18位于进水套管10和滤料洗涤分离管9之间，用于分隔进水和射流循环水。
根据前面描述的设备，先详细描述其使用方法，一种水力射流循环厌氧生物滤池处理有机废水的方法，其步骤为：
A)废水处理，有机废水依次通过进水管1和进水套管10进入滤池滤料13，废水经过滤池滤料13处理后经过出水管2排出，水从进水套管10进入滤池滤料13，经过进水套管10的喇叭口12，喇叭口12将待处理水均布于滤池滤料13中，当池体中的水位厌氧滤池出水液面15超过出水管2时，处理后的水从出水管2中流出；
B)清洗，开启射流进水管4，清洗水通过射流喷嘴5喷向射流喉管6，在该过程中由于水力射流的强烈的湍流作用和动量传递作用，使滤池滤料13相互碰撞、挤压、摩擦以及剧烈的水力剪切作用，实现老化生物膜的剥落，老化生物膜随清洗水进入循环回流上升管8和滤料洗涤分离管9，然后到达水槽16，到达水槽16后由于清洗水的上升流速大于生物膜的沉速，小于滤料的沉速，所以进入到水槽16的滤料通过滤料洗涤分离管回流窗口11沉降到滤池滤料13的顶部，完成滤料的清洗，而剥落的老化生物膜通过回流管3随清洗水排出；
C)回流，回流管3流出的清洗水经过沉淀处理去除脱落的生物膜后通过进水管1和进水套管10进入滤池滤料13进行净化处理。
间隔时间根据需要确定，既要保证滤料不发生堵塞，同时满足厌氧生物膜污泥龄的要求，本实施例每次运行5分钟。
具体实验工艺条件和工艺参数：厌氧生物滤池进水为经预处理的制革综合污水，CODCr、BOD5、SS平均浓度分别为2810mg/L、1176mg/L、221mg/L，进水流量12m3/d，进水CODCr容积负荷为1.98kg/(m3·d)，环境温度15.5度，步骤B）的清洗是每3小时启动5分钟；
本实施例试验数据如下：出水COD平均为1304mg/L，去除率为53.6%；BOD5平均为527mg/L，去除率为55.2%；SS平均为70.2mg/L，去除率为68.2%。
实施例2
同实施例1，所不同的是，射流喷嘴5和射流喉管6间距等于射流喷嘴5横截面直径。射流喉管6与射流喷嘴5横截面积比为1.5:1，射流喉管6长度是其横截面直径的7倍。滤料洗涤分离管9与循环回流上升管8之间的直径比为1.8:1。滤池滤料13采用沸石；进水套管10底端的喇叭口12上部的滤池滤料13的装填厚度为1.5m。
工艺条件和工艺参数：厌氧生物滤池进水为经预处理的制革综合污水，CODCr、BOD5、SS平均浓度分别为2230mg/L、956mg/L、189mg/L，进水流量18m3/d，进水CODCr容积负荷为2.36kg/(m3·d)，环境温度25.5度，步骤B）的清洗是每2小时启动10分钟；本实施例试验数据如下：出水COD平均为928mg/L，去除率为58.4%；BOD5平均为380mg/L，去除率为60.3%；SS平均为56.5mg/L，去除率为70.1%。
实施例3
同实施例1，所不同的是，射流喷嘴5和射流喉管6间距是射流喷嘴5横截面直径的1.5倍。射流喉管6与射流喷嘴5横截面积比为2:1，射流喉管6长度是其横截面直径的7倍滤料洗涤分离管9与循环回流上升管8之间的直径比为2:1。滤池滤料13采用无烟煤或沸石；进水套管10底端的喇叭口12上部的滤池滤料13的装填厚度为1m。
工艺条件和工艺参数：厌氧生物滤池进水为经预处理的制革综合污水，CODCr、BOD5、SS平均浓度分别为2630mg/L、1110mg/L、227mg/L，进水流量24m3/d，进水CODCr容积负荷为3.71kg/(m3·d)，环境温度32.5度，步骤B）的清洗是每1小时启动10分钟；
本实施例试验数据如下：出水COD平均为970mg/L，去除率为63.1%；BOD5平均为385mg/L，去除率为65.3%；SS平均为62.0mg/L，去除率为72.3%。
Claims (9)
1.一种水力射流循环厌氧生物滤池，包括池体、进水管（1）、出水管（2）和滤池滤料（13），所述的出水管（2）接在池体的中上部的侧壁上；所述的滤池滤料（13）位于池体的内部，其特征在于，还包括回流管（3）、射流进水管（4）、射流喷嘴（5）、射流喉管（6）、射流扩散管（7）、循环回流上升管（8）、滤料洗涤分离管（9）、进水套管（10）、滤料洗涤分离管回流窗口（11）、喇叭口（12）、气体逸散管（14）、水槽（16）、三通管件（17）、放空管接口（19）、沼气管接口（20）、液位传感器接口（21）和检查孔（22），所述的射流进水管（4）插入到池体中的底部；所述的射流喷嘴（5）位于射流进水管（4）的顶端；所述的射流喷嘴（5）的上方依次为射流扩散管（7）、循环回流上升管（8），循环回流上升管（8）的底端为喇叭口（12），射流扩散管（7）的上端与循环回流上升管（8）的喇叭口（12）连接，射流扩散管（7）的下端为射流喉管（6）；所述的进水套管（10）的底端也有喇叭口（12），进水套管（10）的顶端通过三通管件（17）与滤料洗涤分离管（9）相连，三通管件（17）的另一开口与进水管（1）相连；所述的进水套管（10）和滤料洗涤分离管（9）套在循环回流上升管（8）上，滤料洗涤分离管（9）与循环回流上升管（8）之间的空隙组成滤料洗涤分离管回流窗口（11）；所述的滤料洗涤分离管（9）的上端与水槽（16）连接；所述的气体逸散管（14）接在水槽（16）的顶部，所述的回流管（3）接在水槽（16）的中下部的侧壁上；所述的沼气管接口（20）和检查孔（22）都接在池体的顶部；所述的液位传感器接口（21）位于池体内部的顶端；所述的放空管接口（19）位于池体的底部。
2.根据权利要求1所述的一种水力射流循环厌氧生物滤池，其特征在于：所述的射流喷嘴（5）和射流喉管（6）间距是射流喷嘴（5）横截面直径的1-2倍。
3.根据权利要求1所述的一种水力射流循环厌氧生物滤池，其特征在于：所述的射流喉管（6）与射流喷嘴（5）横截面积比为1.5-3:1，射流喉管（6）长度是其横截面直径的6-7倍。
4.根据权利要求1所述的一种水力射流循环厌氧生物滤池，其特征在于：所述的滤料洗涤分离管（9）与循环回流上升管（8）之间的直径比为1.5-2:1。
5.根据权利要求1所述的一种水力射流循环厌氧生物滤池，其特征在于：所述的滤池滤料（13）采用无烟煤或沸石；所述的进水套管（10）底端的喇叭口（12）上部的滤池滤料（13）的装填厚度为1-2m。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种水力射流循环厌氧生物滤池，其特征在于：所述的回流管（3）接在水槽（16）上的高度低于出水管（2）接在池体上的高度。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种水力射流循环厌氧生物滤池，其特征在于：还包括隔板（18），所述的隔板（18）位于进水套管（10）和滤料洗涤分离管（9）之间。
8.一种水力射流循环厌氧生物滤池处理有机废水的方法，其步骤为：
A)废水处理，有机废水依次通过进水管（1）和进水套管（10）进入滤池滤料（13），废水经过滤池滤料（13）处理后经过出水管（2）排出；
B)清洗，开启射流进水管（4），清洗水通过射流喷嘴（5）喷向射流喉管（6），在该过程中由于水力射流的强烈的湍流作用和动量传递作用，使滤池滤料（13）相互碰撞、挤压、摩擦以及剧烈的水力剪切作用，实现老化生物膜的剥落，老化生物膜随清洗水进入循环回流上升管（8）和滤料洗涤分离管（9），然后到达水槽（16），到达水槽（16）后由于清洗水的上升流速大于生物膜的沉速，小于滤料的沉速，所以进入到水槽（16）的滤料通过滤料洗涤分离管回流窗口（11）沉降到滤池滤料（13）的顶部，完成滤料的清洗，而剥落的老化生物膜通过回流管（3）随清洗水排出；
C)回流，回流管（3）流出的清洗水经过沉淀处理去除脱落的生物膜后通过进水管（1）和进水套管（10）进入滤池滤料（13）进行净化处理。
9.根据权利要求7所述的一种水力射流循环厌氧生物滤池处理有机废水的方法，其特征在于：所述的步骤B)清洗每隔一段时间启动一次，每次运行5-10分钟。
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2013
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