CN105198069B - 一种废水深度生物处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种废水深度生物处理方法和装置，第一步，待处理废水与来自充氧器的回流水混合形成混合废水，通过循环泵送入生物反应器，第二步，混合废水进入生物反应器后，依次经过布水器、布气器、承托层、填料层和分离区，再从生物反应器的顶部出口形成溢流水，溢流水自流进入充氧器，第三步，溢流水在充氧器内分成两股，一股溢流水通过充氧器的溢流管作为出水被排放；另外一股溢流水在充氧器内曝气充氧，然后作为第一步所述的来自充氧器的回流水，第四步，定期对生物反应器进行反冲洗以维持生物反应器的处理效果。本发明所述的废水深度生物处理方法和装置，具有处理负荷高、出水水质好、反洗周期长、占地面积小、抗冲击能力强等优点。

Description

一种废水深度生物处理方法和装置

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体说是一种废水深度生物处理方法和装置。

背景技术

从19世纪末开始，废水生物处理技术即开始应用于生产。经过一百多年的发展，生物处理技术已成为当今世界范围内应用最为广泛的废水处理技术。随着生物处理技术在生产实践中的应用和不断改进，多种生物处理技术应运而生。

根据微生物生存的环境是否需要氧的存在，废水的生物处理法可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。好氧生物处理的前提是必须在有氧的情况下进行，而厌氧生物处理则必须保证无氧环境。厌氧生物处理的对象主要是中、高浓度有机物废水和污水处理中所产生的污泥，好氧生物处理则多用于处理中等浓度以下的城市污水和工业废水。

按照废水好氧生物处理反应器中微生物的生长状态，好氧生物处理还可以具体划分为悬浮生长工艺和附着生长工艺，前者以活性污泥为代表，而后者则以生物膜法为代表。

另外，按照处理后出水水质的情况，好氧生物处理还可以大致划分为二级生物处理和三级生物处理。目前，二级生物处理技术应用十分普遍，例如氧化沟、AB法、SBR法、A/O法、A²/O法等活性污泥法以及塔式生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等生物膜法都是较为常见的二级生物处理技术。随着人们对环境保护要求的不断提高，近年来在二级生物处理技术的基础上又逐步开发出一些三级生物处理技术，以获得更好的出水水质和更高的处理效率。

在三级生物处理技术当中，目前研究和应用较为广泛的当属曝气生物滤池(BAF)。BAF具有处理负荷高、出水水质好、占地面积小、抗冲击能力强等优点，但同时也存在滤料容易板结、反冲洗频繁甚至跑料等问题，因而还有许多不尽人意的地方。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种废水深度生物处理方法和装置，针对BAF的缺点进行工艺改进，并形成一种独特的废水深度生物处理技术，可以应用于废水的三级生物处理。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种废水深度生物处理方法，其特征在于，包含如下步骤：

第一步，待处理废水与来自充氧器的回流水混合形成混合废水，该混合废水通过循环泵送入生物反应器底部，

第二步，混合废水进入生物反应器后，依次经过布水器、布气器、承托层、填料层和分离区，再从生物反应器的顶部出口形成溢流水，溢流水自流进入充氧器，

第三步，溢流水在充氧器内分成两股，一股溢流水通过充氧器的溢流管作为出水被排放；另外一股溢流水在充氧器内曝气充氧，然后作为第一步所述的来自充氧器的回流水，

第四步，定期对生物反应器进行反冲洗以维持生物反应器的处理效果。

在上述技术方案的基础上，第三步中，充氧器曝气充氧所需要的空气来自风机，

第四步中，反冲洗时所需要的空气也来自为充氧器提供曝气充氧所需要的空气的风机。

在上述技术方案的基础上，第一步中，待处理废水的BOD₅为10～100mg/L，

循环泵出水中溶解氧含量为2～7mg/L。

在上述技术方案的基础上，第一步中，待处理废水的BOD₅为10～80mg/L，

循环泵出水中溶解氧含量为3～7mg/L。

在上述技术方案的基础上，第二步中，布水器用于实现生物反应器进水的均匀分配，采用穿孔管式布水器，

承托层具有支撑填料、进一步均匀分配废水的功能，采用砾石或瓷球，

填料层是进行好氧生物反应的主要场所，采用核桃壳，

分离区既要保证填料层水流的均匀性还要实现废水中所携带填料的分离，采用降低废水上升流速的措施或过滤措施或二者的结合。

在上述技术方案的基础上，布水器优选带有分支管的穿孔管式布水器。

在上述技术方案的基础上，所述砾石或瓷球的粒径为3～25mm，

承托层采用2～3级级配。

在上述技术方案的基础上，所述砾石或瓷球的粒径为4～25mm，

承托层采用3级级配。

在上述技术方案的基础上，核桃壳采用抛光的核桃壳；

填料的粒径为1.5～3mm。

在上述技术方案的基础上，填料的粒径为2～3mm。

在上述技术方案的基础上，在除反冲洗状态之外的运行状态时，填料层的膨胀率为0.5～50％。

在上述技术方案的基础上，在除反冲洗状态之外的运行状态时，填料层的膨胀率为5～40％。

在上述技术方案的基础上，为既要保证填料层水流的均匀性还要实现废水中所携带填料的分离，先采取扩大分离区直径的措施，然后在分离区设置出水堰，并在出水堰后进行过滤。

在上述技术方案的基础上，生物反应器的出水中溶解氧含量为0.01～2mg/L。

在上述技术方案的基础上，生物反应器的出水中溶解氧含量为0.5～1.5mg/L。

在上述技术方案的基础上，第三步中，回流水的溶解氧含量为4～8mg/L。

在上述技术方案的基础上，第三步中，回流水的溶解氧含量为5～7mg/L。

在上述技术方案的基础上，第四步中，反冲洗包括气水联合洗和水洗两个步骤；

在运行过程中，当填料层膨胀率达到预先设定的数值时，开始对填料和承托层进行反冲洗，目的是洗掉其上附着的一部分生物膜；

反冲洗空气亦进入生物反应器底部，并通过布气器和承托层来实现进气均匀。

一种用于上述废水深度生物处理方法的装置，其特征在于，包括：

循环泵，其进水口与待处理废水输送管路连通，

生物反应器，其底部的进水口通过管路连接到循环泵的出水口，其顶部的出水口通过溢流管路连接到充氧器，

充氧器设有溢流管路和回流管路，回流管路通过三通接头连接到待处理废水输送管路，

生物反应器和充氧器分别设有反洗水排放管路，

风机，分别与生物反应器和充氧器连接，为充氧器提供曝气充氧所需要的空气，为生物反应器提供反冲洗时所需要的空气。

在上述技术方案的基础上，生物反应器中由下至上依次设有布水器、布气器、承托层、填料层和分离区。

本发明所述的废水深度生物处理方法和装置，具有处理负荷高、出水水质好、反洗周期长、占地面积小、抗冲击能力强等优点。

附图说明

本发明有如下附图：

图1本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明所述的废水深度生物处理方法，包含如下步骤：

第一步，待处理废水与来自充氧器的回流水混合形成混合废水，该混合废水通过循环泵送入生物反应器底部，

第二步，混合废水进入生物反应器后，依次经过布水器、布气器、承托层、填料层和分离区，再从生物反应器的顶部出口形成溢流水，溢流水自流进入充氧器，

第三步，溢流水在充氧器内分成两股，一股溢流水通过充氧器的溢流管作为出水被排放；另外一股溢流水在充氧器内曝气充氧，然后作为第一步所述的来自充氧器的回流水，

充氧器曝气充氧所需要的空气来自风机，

第四步，定期对生物反应器进行反冲洗以维持生物反应器的处理效果，反冲洗时所需要的空气也来自为充氧器提供曝气充氧所需要的空气的风机。

在上述技术方案的基础上，第一步中，待处理废水的BOD₅为10～100mg/L，优选为10～80mg/L；BOD₅为用微生物代谢作用所消耗的溶解氧量来间接表示水体被有机物污染程度的一个重要指标；

循环泵出水中溶解氧含量为2～7mg/L，优选为3～7mg/L。

在上述技术方案的基础上，第二步中，布水器用于实现生物反应器进水的均匀分配，采用穿孔管式布水器，优选带有分支管的穿孔管式布水器；

承托层具有支撑填料、进一步均匀分配废水的功能，采用砾石或瓷球，优选瓷球；

所述砾石或瓷球的粒径为3～25mm，优选4～25mm；

承托层采用2～3级级配，优选3级级配；

填料层是进行好氧生物反应的主要场所，采用核桃壳，优选经过抛光的核桃壳；填料的粒径为1.5～3mm，优选为2～3mm；

在除反冲洗状态之外(在反冲洗状态，由于有空气扰动，膨胀率不易测定)的运行状态时，填料层的膨胀率为0.5～50％，优选5～40％；

在填料种类及粒径一定的条件下，通过控制水流速度来控制填料膨胀率；

分离区既要保证填料层水流的均匀性还要实现废水中所携带填料的分离，采用降低废水上升流速的措施(例如扩大分离区直径)或过滤措施或二者的结合，优选二者的结合；

例如：先采取扩大分离区直径的措施，然后在分离区设置出水堰，并在出水堰后进行过滤。所述“扩大分离区直径”，是相对于反应区而言，分离区直径大于反应区直径。

生物反应器的出水中溶解氧含量为0.01～2mg/L，优选0.5～1.5mg/L。

在上述技术方案的基础上，第三步中，回流水的溶解氧含量为4～8mg/L，优选为5～7mg/L。

第三步中，作为出水被排放的一股溢流水的量等于待处理废水进水流量；另外一股溢流水的流量根据膨胀率的控制要求来确定。

在上述技术方案的基础上，第四步中，反冲洗包括气水联合洗和水洗两个步骤；

在运行过程中，当填料层膨胀率达到预先设定的数值时，开始对填料和承托层进行反冲洗，目的是洗掉其上附着的一部分生物膜；

反冲洗空气亦进入生物反应器底部，并通过布气器和承托层来实现进气均匀。

以填料层膨胀率而非填料层压降来作为主要的反冲洗判据是本发明与BAF的一个显著区别，因为在本发明的操作条件下，监测填料层膨胀率的变化要比监测填料层压降的变化更为灵敏。

本发明所述的废水深度生物处理方法和装置，首次公开了把核桃壳当作填料来使用，其具有以下优点：

(1)核桃壳的真密度约为1250kg/m³，属于轻质填料，由于填料轻，所以可以在填料粒径的选择上有更大的灵活性；对核桃壳而言，粒径范围可以是1.5～3mm。由于填料粒径较大，所以其承托层也相对比较容易解决，进而其布水布气的均匀性也比较容易解决。

(2)核桃壳本身具有亲水性，容易挂膜。

本发明所述的废水深度生物处理方法和装置，根据所使用的核桃壳填料，把整个生物反应器的内部情况进行了协同考虑，从而得到了优化条件。

本发明所述的废水深度生物处理方法和装置，处理负荷高、出水水质好、反洗周期长、占地面积小、抗冲击能力强、易于放大。

本发明所述的废水深度生物处理方法和装置，创造性地将两相生物流化床技术以及曝气生物滤池技术的优势有机结合起来，同时又有效克服了上述两项技术存在的严重不足，从而形成了一种独特的生物处理技术。具体来讲：

本发明相对于两相生物流化床技术而言具有以下特点：

(1)应用领域不同，已公开的两相生物流化床技术主要着眼于废水的二级生物处理，而本发明主要着眼于废水的三级生物处理；

(2)填料脱膜方式不同，已公开的两相生物流化床技术多采用机械连续脱膜方式，而本发明则主要采用曝气生物滤池通常采用的气水联合反冲洗方式来间歇脱膜；

(3)已公开的两相生物流化床技术往往带有配套的沉淀池，用以实现废水和污泥的分离，而本发明的生物反应器出水由于污泥含量很低，所以不需要配套沉淀池。本发明由于运行过程中没有进行强制脱膜，所以填料上的生物膜基本上不会脱落；而两相生物流化床采用连续机械脱膜，脱落的生物膜会随水流出。

本发明相对于曝气生物滤池技术而言具有以下特点：

(1)生物反应器内相态不同，曝气生物滤池在运行状态下有空气、水、填料三相，而本发明的生物反应器在运行状态(非反洗状态)下只有水和填料两相；

(2)生物反应器内填料状态不同，曝气生物滤池在运行状态下填料固定不动，而本发明的生物反应器在运行过程中填料处于膨胀状态，而且床层膨胀率处于不停的变化状态(本发明在运行过程中废水升流速度基本恒定，但是填料上的生物膜的状态在不停变化，从而导致填料层的膨胀率不停变化，从反洗结束开始到开始进行反洗这段时间，床层膨胀率总体上处于不断增大的状态，通过反洗，可以让床层膨胀率降低。)，这样就能够有效克服曝气生物滤池填料床层易板结、反洗频繁的缺点，能够有效延长填料的反洗周期；

(3)反冲洗主要判据不同，曝气生物滤池基本上都是以反应器压降作为主要反洗判据(压降达到一定值时开始进行反冲洗)，而本发明则采用填料层膨胀率作为主要反冲洗判据(填料层膨胀率达到一定值时开始进行反冲洗)，因为在本发明的操作条件下，监测填料层膨胀率的变化要比监测填料层压降的变化更为灵敏；

(4)填料反冲洗方式不同，虽然曝气生物滤池和本发明都采用了气水联合洗和水洗操作，但曝气生物滤池往往还需要在气水联合洗之前增加单独气洗操作，本发明则不需要单独气洗操作。在填料板结的情况下，单独气洗是必要的；但本发明基本不存在填料板结的情况，所以没有必要进行单独气洗。

以下为实施例。

实施例1

某公司废水COD为153mg/L、BOD₅为80mg/L，该废水与来自充氧器的回流水混合后溶解氧控制为6～7mg/L，经循环泵送入生物反应器的布水器，生物反应器的布水器采用带有分支管的穿孔管式布水器，废水自布水器流出后，依次流经瓷球直径为20-25mm的瓷球层、瓷球直径为10-13mm的瓷球层、瓷球直径为4-6mm的瓷球层和核桃壳粒径为2-3mm的核桃壳层，然后进入分离区，经出水堰和过滤网后流入充氧器，床层膨胀率、出水水质及反应器COD容积负荷随时间的变化情况如下(时刻0为反应器反洗结束的时间)：

当床层膨胀率达到42.1％时，开始对反应器进行反洗。

实施例2

某公司废水COD为76mg/L、BOD₅为33mg/L，该废水与来自充氧器的回流水混合后溶解氧控制为4～5mg/L，经循环泵送入生物反应器的布水器，生物反应器的布水器采用带有分支管的穿孔管式布水器，废水自布水器流出后，依次流经砾石直径为16-25mm的砾石层、砾石直径为8-12mm的砾石层、砾石直径为3-6mm的砾石层和核桃壳粒径为2.5-3mm的核桃壳层，然后进入分离区，经出水堰和过滤网后流入充氧器，床层膨胀率、出水水质及反应器COD容积负荷随时间的变化情况如下(时刻0为反应器反洗结束的时间)：

当床层膨胀率达到32.0％时，开始对反应器进行反洗。

表中的“容积负荷”数值就是处理负荷高的具体数据。

表中的“出水COD”数值就是出水水质好的具体数据。

表中的“时间”数值就是反洗周期长的具体数据。

抗冲击能力强是所有生物膜法的共同优势，本发明属于生物膜法的一种具体形式。

填料粒径选择与填料种类有一定的关联性，对核桃壳而言，粒径范围可以是1.5～3mm。由于填料粒径较大，所以其承托层也相对比较容易解决，进而其布水布气的均匀性也比较容易解决。易于放大主要是指这两个环节。其他环节的放大可以依靠现有技术解决。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (19)

1.一种废水深度生物处理方法，其特征在于，包含如下步骤：

第一步，待处理废水与来自充氧器的回流水混合形成混合废水，该混合废水通过循环泵送入生物反应器底部，

第二步，混合废水进入生物反应器后，依次经过布水器、布气器、承托层、填料层和分离区，再从生物反应器的顶部出口形成溢流水，溢流水自流进入充氧器，

第三步，溢流水在充氧器内分成两股，一股溢流水通过充氧器的溢流管作为出水被排放；另外一股溢流水在充氧器内曝气充氧，然后作为第一步所述的来自充氧器的回流水，

第四步，定期对生物反应器进行反冲洗以维持生物反应器的处理效果；

所述生物反应器在非反洗状态下只有水和填料两相；

第四步中，反冲洗包括气水联合洗和水洗两个步骤；

在运行过程中，当填料层膨胀率达到预先设定的数值时，开始对填料和承托层进行反冲洗，目的是洗掉其上附着的一部分生物膜；

反冲洗空气亦进入生物反应器底部，并通过布气器和承托层来实现进气均匀。

2.如权利要求1所述的废水深度生物处理方法，其特征在于：第三步中，充氧器曝气充氧所需要的空气来自风机，

第四步中，反冲洗时所需要的空气也来自为充氧器提供曝气充氧所需要的空气的风机。

3.如权利要求1所述的废水深度生物处理方法，其特征在于：第一步中，待处理废水的BOD₅为10～100mg/L，

循环泵出水中溶解氧含量为2～7mg/L。

4.如权利要求3所述的废水深度生物处理方法，其特征在于：第一步中，待处理废水的BOD₅为10～80mg/L，

循环泵出水中溶解氧含量为3～7mg/L。

5.如权利要求1所述的废水深度生物处理方法，其特征在于：第二步中，布水器用于实现生物反应器进水的均匀分配，采用穿孔管式布水器，

承托层具有支撑填料、进一步均匀分配废水的功能，采用砾石或瓷球，

填料层是进行好氧生物反应的主要场所，采用核桃壳，

分离区既要保证填料层水流的均匀性还要实现废水中所携带填料的分离，采用降低废水上升流速的措施或过滤措施或二者的结合。

6.如权利要求5所述的废水深度生物处理方法，其特征在于：布水器优选带有分支管的穿孔管式布水器。

7.如权利要求5所述的废水深度生物处理方法，其特征在于：所述砾石或瓷球的粒径为3～25mm，

承托层采用2～3级级配。

8.如权利要求7所述的废水深度生物处理方法，其特征在于：所述砾石或瓷球的粒径为4～25mm，

承托层采用3级级配。

9.如权利要求5所述的废水深度生物处理方法，其特征在于：核桃壳采用抛光的核桃壳；

填料的粒径为1.5～3mm。

10.如权利要求9所述的废水深度生物处理方法，其特征在于：填料的粒径为2～3mm。

11.如权利要求5所述的废水深度生物处理方法，其特征在于：在除反冲洗状态之外的运行状态时，填料层的膨胀率为0.5～50％。

12.如权利要求11所述的废水深度生物处理方法，其特征在于：在除反冲洗状态之外的运行状态时，填料层的膨胀率为5～40％。

13.如权利要求5所述的废水深度生物处理方法，其特征在于：为既要保证填料层水流的均匀性还要实现废水中所携带填料的分离，先采取扩大分离区直径的措施，然后在分离区设置出水堰，并在出水堰后进行过滤。

14.如权利要求1所述的废水深度生物处理方法，其特征在于：生物反应器的出水中溶解氧含量为0.01～2mg/L。

15.如权利要求14所述的废水深度生物处理方法，其特征在于：生物反应器的出水中溶解氧含量为0.5～1.5mg/L。

16.如权利要求1所述的废水深度生物处理方法，其特征在于：第三步中，回流水的溶解氧含量为4～8mg/L。

17.如权利要求16所述的废水深度生物处理方法，其特征在于：第三步中，回流水的溶解氧含量为5～7mg/L。

18.一种用于权利要求1所述废水深度生物处理方法的装置，其特征在于，包括：

循环泵，其进水口与待处理废水输送管路连通，

生物反应器，其底部的进水口通过管路连接到循环泵的出水口，其顶部的出水口通过溢流管路连接到充氧器，

充氧器设有溢流管路和回流管路，回流管路通过三通接头连接到待处理废水输送管路，

生物反应器和充氧器分别设有反洗水排放管路，

风机，分别与生物反应器和充氧器连接，为充氧器提供曝气充氧所需要的空气，为生物反应器提供反冲洗时所需要的空气。

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于：

生物反应器中由下至上依次设有布水器、布气器、承托层、填料层和分离区。