CN103910471A

CN103910471A - 一种船用内外循环三相生物流化床一体化复合结构

Info

Publication number: CN103910471A
Application number: CN201410140256.2A
Authority: CN
Inventors: 张侯国; 李时权
Original assignee: SHANGHAI HUAYE WATER TREATMENT ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI HUAYE WATER TREATMENT ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2014-04-09
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2014-07-09

Abstract

本发明涉及船用内外循环三相生物流化床一体化复合结构，由外循环三相生物流化床(TBFB)、内循环三相生物流化床(也可称为气提升内循环悬浮填料流化床，ACFB)、悬浮填料、气泵组成，外循环三相生物流化床由主床、通过上连通管及下连通管与主床相连的副床组成，主床底部设置污水进水口；内循环三相生物流化床包括嵌套设置的主床及副床，主床嵌套在副床内部，副床通过上方设置沉淀床或者内部设置沉淀棒作为出水口，下方设置固液分离斗，外循环三相生物流化床与内循环三相生物流化床的主床均与气泵连接经气泵提供动力，副床融合为一体，内部充填着含生物菌种的悬浮填料。本发明具有结构紧凑、高效率、低能耗、可产业化、具有硝化反硝化功能等优点。

Description

一种船用内外循环三相生物流化床一体化复合结构

技术领域

本发明涉及一体化污水处理设备，尤其是涉及一种船用内外循环三相生物流化床复合结构。

背景技术

20世纪70年代，以生物膜法为基础，吸取了化工操作中的流态化技术，形成了一种高效的废水处理工艺，三相生物流化床。按其生物膜特性等因素可分为好氧生物流化床和厌氧生物流化床两大类；按其循环结构来说可分为外循环生物流化床和内循环生物流化床两大类。厌氧生物流化床可视为特殊的气体进口速度为零的三相流化床。

好氧生物流化床适用于各种可生化降解的有机废水处理，主要用于去除中、低浓度的有机碳化合物，以及好氧硝化去除NH₃-N，对各类生活污水及工业废水均有良好的处理效果。厌氧生物流化床既适于高浓度的有机废水，又适于中、低浓度的有机废水处理，它的有机容积负荷(以BOD₅计)可达2-10kg/(m³.d)，由于所需氮磷营养较少，尤适于处理氮磷缺乏的工业废水。处理的工业废水包括含酚废水、α-萘磺酸废水、鱼类加工废水、炼油污水、乳糖废水、屠宰场废水、煤气化废水等，处理的城市污水包括家庭废水、粪便废水、市政污水、厨房废水等。

生物流化床的优点：

1、容积负荷高，抗冲击负荷能力强

由于生物流化床是采用小粒径固体颗粒作为载体，且载体在床内呈流化状态，因此其每单位体积表面积比其它生物膜法大很多。这就使其单位床体的生物量很高，加上传质速度快，废水一进入床内，很快地被混合和稀释，因此生物流化床的抗冲击负荷能力较强，容积负荷也较其它生物处理法高。

2、微生物活性强

由于生物颗粒在床体内不断相互碰撞和摩擦，其生物膜厚度较薄，对于同类废水，在相同处理条件下，其生物膜的呼吸率约为活性污泥的两倍，可见其反应速率快，微生物的活性较强。这也是生物流化床负荷较高的原因之一。

3、传质效果好

由于载体颗粒在床体内处于剧烈运动状态，气-固-液界面不断更新，因此传质效果好，这有利于微生物对污染物的吸附和降解，加快了生化反应速率。

目前在国内外的船用生活污水处理设备中，三相生物流化床技术并没有获得工业性应用，目前建造的船舶绝大部分都安装了船用生活污水处理装置，但是污水处理装置在船舶的安装和使用中还很不规范、处理结果未能达标。原因如下：

1、当前处理装置大多只是简单地照搬城市生活污水处理工艺，或者盲目追求对黑水处理尚未成熟的膜生物反应器技术(MBR)。

2、传统生物学水力停留时间(HRT)所需要的处理装置体积，对船舶有限的机舱空间来说，其安装、布局存在很大的困难。

3、由于船体摇晃和水力冲击负荷的影响，将可能致使出水的SS指标值(30mg/L)大大超标。

故而对一些船舶而言，其处理装置的可靠性、经济性、可操作性都不能很好地满足实际生活污水处理的需求。因此，将不同类型的生物流化床复合或将生物流化床与其它生化处理反应器复合，便形成复合生物流化床。这样可以兼顾不同流化床的特点，提高处理效果，这种复合已经成为生物流化床的一个新发展方向。

对于船用生活污水治理工艺，不仅要考虑晃动、体积、运行费用，还要考虑与使用环境的协调、美化，更不能有噪音和臭味气体发生。另外，由于污水中含有粪便黑水、厨房油水和洗衣灰水，均含较多氮磷物质。因此，采用的工艺必须具有脱氮、除磷功能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构紧凑、高效率、低能耗、可产业化、具有硝化反硝化功能的船用内外循环三相生物流化床一体化复合结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种船用内外循环三相生物流化床一体化复合结构，由外循环三相生物流化床、内循环三相生物流化床、悬浮填料、为流化床提供动力的气泵组成；

所述的外循环三相生物流化床由主床、通过上连通管及下连通管与主床相连的副床组成，所述的主床与气泵连接经气泵提供动力，所述的副床的底部设置污水进水口；

所述的内循环三相生物流化床包括嵌套设置的主床及副床，所述的主床嵌套在副床内部，副床通过上方设置沉淀床或者内部设置沉淀棒作为出水口，下方设置固液分离斗；

所述的外循环三相生物流化床与内循环三相生物流化床的主床均与气泵连接经气泵提供动力，副床融合为一体，内部充填着含有生物菌种的悬浮填料。

所述的外循环三相生物流化床的主床及副床内均存在气、液、固三相的循环运动，加强氧化，提高氧气的利用率。

所述的外循环三相生物流化床的主床从河道中直接进水，作为外循环流程的一部分。

所述的内循环三相生物流化床的主床与副床之间的直径比为0.5～1.0∶1。

所述的内外循环三相生物流化床内填充着悬浮填料，比重96％，填充率为15～30％。

所述的内循环三相生物流化床的主床为升流区，副床为降流区。

所述的内循环三相生物流化床控制曝气强度、流化床内的容积比和水力条件来控制流化床内的溶解氧浓度分布，使流化床内存在厌氧、缺氧、好氧的不同区域。

所述的曝气强度为气水比8～12∶1，内外循环三相生物流化床的气量比为2～4∶2，流化床内主副床的直径比为1∶0.4～0.8，容积比为1∶0.2～0.4，水力条件为主床曝气而副床不曝气所形成的循环。

与现有技术相比，本发明流化床内混合性能好、传质速率快、污泥浓度大、有机物负荷高的优点，同时具有以下新特点：

1)可控制生物膜厚度的过度增长。

在传统三相生物流化床中，气速和液速均不能很大，如果大大地超过载体的终端沉降速度，则由于载体只作单项上流运动，生物粒子将大量进入沉淀分离区，因此极易带出流化床外。为了防止载体的流失，流化床内流体的剪切力不能有效地控制过度增长的生物膜。而在船用内外循环三相生物流化床i-eTBFB结构中，由于气、液、固在升流区和降流区之间循环流动，循环速度很大，载体却不易被带出流化床外，在一般情况下，循环速率远大于载体终端沉速，流体造成的剪切作用可有效地控制生物膜厚度，以避免过厚的生物膜引起的内传至阻力增大，使循环式流化床中生物膜保持较高的活性。

2)载体流化性能好。

传统三相生物流化床为保证载体的充分流化，在不进行回流的情况下必须采用较大的高径比，即流化床的直径必须较小，高度较大。而船用内外循环三相生物流化床iTBFB结构只要升流筒直径合适，这样非常适合船体空间低矮特点，并保证一定的表观气速，就可实现良好的载体分流。同时，载体在升流区和降流区之间循环流动，所受到的摩擦、剪切力基本相同，不存在传统三相流化床中的载体分层现象，载体流化具有良好的均匀性，这对生物膜的良好生长十分有利。

3)氧的转移效率。

传统三相生物流化床气体全部从流化床顶部溢出，而在船用内外循环三相生物流化床iTBFB结构中，液体在升流管和降流管之间循环流动，循环液体将升流管中的一些小气泡夹带进入降流管，只有部分气体从顶部溢出，使气液接触时间延长，故充氧效率高。内外循环流化床由于取消了升流区和降流区的过渡管段，故结构更合理，而具有以下优点：流动阻力小，在维持同样循环速度的情况下供气量可减小，从而降低了运行费用；流化床起始流化较容易，减小了操作运行的复杂性；由于结构更加紧凑，可减小所占空间及地面。

4)化间断使用为连续处理、抗冲击能力强。

船用与一般家用一样，白天用水量较大，夜间几乎无污水排放，用水量的时变系数很大，易形成水质水量的冲击。船用内外循环三相生物流化床i-eTBFB结构是一种生物膜法，是一种根据冲击而自适应的内循环运行方式，比较适合小型生活污水处理的工艺技术，更易于抗冲击、维护运行、节能省电、占地面积小、污泥量少、具有以污水中的有机物作为反硝化碳源的优点。一体化设备内部采取常压出水，不需要二沉池，与传统的活性污泥法相比，处理与安装空间要小得多。

5)工艺简洁、流程简单、结构紧凑。

三段式工艺流程。

第一段是调节桶。其目的主要是调节河道海洋进水的水量和水质，预处理分为A级池和O级池两部分，也就是船用外循环三相生物流化床TBFB结构。A级池(副床)污水中有机物浓度较高，微生物处于缺氧状态，将污水中有机氮转化为氨氮，并利用有机碳源作为电子供体，将NO₂-N、NO₃-N转化为N₂，还利用部分有机碳源和氨氮合成新的细胞物质。O级池(主床)的臭氧，大大提高了溶氧量，在强氧化的作用下，污水中的氨氮转化为NO₂-N、NO₃-N。同时将水中难降解的有机物断链、开环，将大分子有机物氧化为小分子有机物，使原水中有机物的可生化得到增强，提高其可生化性。

第二段是降解有机物和除磷脱氮。也就是船用内循环三相生物流化床ACFB结构，是整个设备的重点结构，核心之处。

第三段是净化桶。一个桶内，负离子纤维过滤膜置于臭氧生物活性炭内。臭氧生物活性炭工艺OBAC可以把O₃氧化反应后生成O₂，为后续的活性炭中的微生物提供了足够的DO，促进了微生物的新陈代谢作用；O₃氧化可以把腐殖质降解成低分子物质。活性炭的作用在于吸附水中的有机污染物和O₃的氧化副产物；利用自身附着的微生物降解水中的有机物；去除水中残余的O₃。因此生物活性炭与一般活性炭的最大区别在于2～3年才需要更换。

6)利用河道作为调节池和回用水池，实现自然界大循环理念。

以流化床为中心，改变了以往将调节池为关键点之一的传统工艺。河道自身作为大调节池，其河流水源不仅可以起到调节水量作用，还可以起到湿地工程的部分作用。河道自身也可以作为大回用水池，在阳光和空气的影响下，也是一个净化水质、有氧保质的天然过程。

将河道纳入整个工艺流程后，实现了水力停留时间(HRT)与污泥停留时间(SRT)的完全分离。则设计标准规范化，零配件质量稳定，简化产品结构的同时也实现了节能和减排，这些将更利于在船舶方面的应用。总之，自动化程度高、运行噪音极低、设备体积小、处理效果不受断续水质和水量变化的影响、具有除磷脱氮功能、零部件更换采用标准化、完全可以批量生产，这就是本专利产品的特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为外循环三相生物流化床的结构示意图；

图3为内循环三相生物流化床的结构示意图。

图中，1为外循环三相生物流化床、11为主床、12为副床、13为上连通管、14为下连通管、2为内循环三相生物流化床、21为主床、22为副床、23为沉淀床、24为分隔固定片、25为固液分离斗、3为气泵、4为生活设备、5为河道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种船用内外循环三相生物流化床复合结构，其结构如图1所示，由外循环三相生物流化床1、内循环三相生物流化床2、为流化床提供动力的气泵3组成，其中外循环三相生物流化床1从河道5中进水，还可以通过连接管道与内循环三相生物流化床2相连接，生活设备4利用的是外循环三相生物流化床1的出水，排出的污水进入内循环三相生物流化床2，经处理后，内循环三相生物流化床2的排放水达标，可以直接排放到河道5中，或是出水至生活设备4中循环使用。

外循环三相生物流化床1由主床11、通过上连通管13及下连通管14与主床11相连的副床12组成，主床11与气泵3连接经气泵3提供动力，副床12的顶部设置出水口。在主床11及副床12内均存在气、液、固三相的循环运动，加强氧化，提高氧气的利用率。外循环三相生物流化床1的主床11从河道5中直接进水，从而可以使河道5作为外循环流程的一部分。在内外循环三相生物流化床内填充着悬浮填料，比重96％，填充率为15～30％。

由于外循环三相生物流化床1充分利用船舶行驶所离不开的河道，将河道作为外循环流程的一部分。大大简化了传统的调节池工艺流程，减轻了船用装置的重量，提高了污水处理效率，并能提供船舶冲厕、清洗甲板等初级用水。

内循环三相生物流化床2的结构如图2所示，包括嵌套设置的主床21及副床22，主床21嵌套在副床22内部，主床21为升流区，副床22为降流区。副床22上方设置沉淀床23，内部设置用于固定主床的分隔固定片24，下方设置固液分离斗25。内循环三相生物流化床2针对船体摇晃、难以沉淀的特点，可以快速高效地处理生活污水，大大减少水力停留时间，做到达标排放。内循环三相生物流化床2控制曝气强度、流化床内的容积比和水力条件来控制流化床内的溶解氧浓度分布，使流化床内存在厌氧、缺氧、好氧的不同区域。在好氧区以硝化为目的的自养硝化菌为优势菌属，在厌氧区以降解有机物和进行反硝化的异养菌为优势菌属，使生物膜在时间上交替处于A/O状态，使悬浮填料和活性污泥能在同一流化床中使两类不同性质的菌种同时工作，形成同步硝化反硝化。

结合一般船用五口之家的应用实例，对本发明的设计参数作进一步说明。

假定，整套设备高度限定在1.5米。人均污水量：0.18T/d，则每天的污水处理量为0.9立方。

1、HRT与日处理时间：

船用内外循环三相生物流化床复合结构TBFB+ACFB取8hr，OBAC结构取2hr，系统总体的HRT取10hr。

考虑到船舶的使用规律基本是白天忙、晚上休息，所以从节能和可靠性考虑，平均日处理时间为18个小时。

2、内外流化床、主副床直径比、高径比：

考虑到气量的分布和损失情况，内外流化床之间的直径比为0.6∶1。主副床之间的直径比选择为1∶3。

根据应用实例，流化床的高径比选择在2～5之间，尤其是船用，绝对不能低于2.5。

3、生物填料的充填率：

一般考虑均以好氧区的体积为计算依据，15～30％。总体设计时以20％为初期参考值。

4、气水比与曝气量：

按常规的8～12∶1的气水比计算，五口之家的污水处理设备的曝气量需要大于4m³/hr，即风机具有每分钟大于70L的曝气量。

Claims

1.一种船用内外循环三相生物流化床一体化复合结构，其特征在于，该结构由外循环三相生物流化床、内循环三相生物流化床、悬浮填料、为流化床提供动力的气泵组成；

所述的外循环三相生物流化床由主床、通过上连通管及下连通管与主床相连的副床组成，所述的主床与气泵连接经气泵提供动力，所述的主床底部设置污水的进水口；

所述的内循环三相生物流化床包括嵌套设置的主床及副床，所述的主床嵌套在副床内部，副床通过上方设置沉淀床或者内部设置沉淀棒，作为出水口，下方设置固液分离斗；

外循环三相生物流化床与内循环三相生物流化床的主床均与气泵连接经气泵提供动力，副床融合为一体，内部充填着含生物菌种的悬浮填料。

2.根据权利要求1所述的一种船用内外循环三相生物流化床一体化复合结构，其特征在于，所述的外循环三相生物流化床的主床及副床内均存在气、液、固三相的循环运动，加强氧化，提高氧气的利用率。

3.根据权利要求1所述的一种船用内外循环三相生物流化床一体化复合结构，其特征在于，所述的外循环三相生物流化床的主床从河道中直接进水，作为外循环流程的一部分。

4.根据权利要求1所述的一种船用内外循环三相生物流化床一体化复合结构，其特征在于，所述的内循环三相生物流化床的主床与副床之间的直径比为0.5～1∶1。

5.根据权利要求1所述的一种船用内外循环三相生物流化床一体化复合结构，其特征在于，所述的内外循环三相生物流化床内填充着悬浮填料，比重96％，填充率为15～30％。

6.根据权利要求1所述的一种船用内外循环三相生物流化床一体化复合结构，其特征在于，所述的内循环三相生物流化床的主床为升流区，副床为降流区。

7.根据权利要求1所述的一种船用内外循环三相生物流化床一体化复合结构，其特征在于，所述的内循环三相生物流化床控制曝气强度、主副床之间内的容积比和水力条件来控制流化床内的溶解氧浓度分布，使内循环三相生物流化床内存在厌氧、缺氧、好氧的不同区域。

8.根据权利要求7所述的一种船用内外循环三相生物流化床一体化复合结构，其特征在于，所述的曝气强度为气水比8～12∶1，内外循环三相生物流化床的气量比为2～4∶2，内循环与外循环流化床的直径比为1∶0.4～0.8，容积比为1∶0.2～0.4水力条件为主床曝气而副床不曝气所形成的循环。

9.根据权利要求7所述的一种船用内外循环三相生物流化床一体化复合结构，其特征在于，在好氧区以硝化为目的的自养硝化菌为优势菌属，在厌氧区以降解有机物和进行反硝化的异养菌为优势菌属，使生物膜在时间上交替处于A/O状态，使悬浮填料和活性污泥能在同一流化床中同时工作，形成同步硝化反硝化。