CN105417688A - 一种球形填料和异型碳填料及其应用 - Google Patents

Abstract

一种球形填料和异型碳填料及其应用，本申请的逆向曝气污水处理工艺中，能够使工艺成功实现了硝化、反硝化的同步进行，无需回流，并且降低了工艺的能耗需求和成本。

Description

一种球形填料和异型碳填料及其应用

技术领域

本发明涉及污水处理工艺，特别是涉及一种用于污水处理的球形填料和一种用于污水处理的异型碳填料及它们的应用。

技术背景

目前污水处理技术主要以生物法为主，而所有微生物的生长都需要载体，否则微生物将随水流带出系统，而使得处理效果达不到预期目的。

目前污水处理中的填料种类繁多，多以弹性填料、半软性填料、多孔填料等为主，然而这些填料在逆向曝气污水处理工艺中应用，无法取得好的效果，因此，存在对适合用于逆向曝气污水处理工艺的填料的需求。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于污水处理工艺的球形填料，其中，所述球形填料的球体外壳由高分子聚合物注塑而成，球面呈网格状，所述球形填料的球体内部装填有纤维球和缓释细菌包。

在一些方案中，所述球形填料的直径可以为80毫米(Φ80球形填料)。

本领域的技术人员将理解的是，本申请中所用到的高分子聚合物外壳可以是本领域中常用于污水处理的填料中的高分子聚合物外壳，比如球形填料外壳或异型碳球状填料外壳是污水领域常用的多空悬浮球填料的外壳，例如参见http://www.hbyaoxing.com.cn/product/html/？186.html。

同时，本领域的技术人员将理解的是，本申请中所用的纤维球和缓释细菌包均可以是市购获得的那些产品，比如纤维球成分为可以为市购获得的聚酯纤维，且缓释细菌包可以由无纺聚酯纤维布、包裹的硅胶、活性炭、多孔玻璃等吸附性强的材料和细菌菌种组成，硅胶、活性炭、多孔玻璃均可市购获得。

本发明的另一个目的是提供一种用于污水处理工艺的异型碳填料，其中，所述异型碳填料为悬浮状填料，所述异型碳填料以聚氨酯为载体，所述聚氨酯的内部包含碳和铁。

在一些方案中，聚氨酯、碳和铁的质量比可以为20-25:60-65:10-20。

在一些方案中，所述异型碳填料可以以切片的形式装填到由高分子聚合物注塑而成的外壳中形成异型碳球状填料，所述外壳的球面呈网格状，优选地所述外壳的直径为80毫米。

在一些方案中，异型碳球状填料的比重可以在1.1-1.3的之间。

本领域的技术人员将理解的是，本申请所用的碳、铁均可有市场购得，购得该两种原料后，由本申请的发明人委托生产聚氨酯厂家，按我方要求将其加入到聚氨酯生产成型原料中后，在进一步生产成型，成为异型碳。

本发明的又一目的是提供一种用于污水处理工艺的填料组合物，所述填料组合物包含如上所述的球形填料和如上所述的异型碳填料。

本发明的另外的目的是提供如上所述的球形填料、如上所述的异型碳填料或如上所述的填料组合物在逆向曝气污水处理工艺中的用途，在所述逆向曝气污水处理中工艺水流方向由上往下穿过填料区，气流方向由下往上穿过填料区。

在一些方案中，逆向曝气污水处理工艺中的好氧填料可以包含球形填料和异型碳球状填料，优选地，球形填料和异型碳球状填料之间的体积比可以为4:1-6:1，更优选地为5:1。

在一些方案中，逆向曝气污水处理工艺中的兼氧填料可以包含呈串连形式的异型碳球状填料。其中，异型碳球状填料可以通过塑料绳等进行串连。

附图简述

图1为本申请的逆向曝气污水处理工艺的示意图；

图2为收水管及兼氧填料平面布置图；

图3为填料平面图；

图4为剖面图；

图5为另一个剖面图；

图6为水、气流示意图。

其中，1出水；2进水；3兼氧填料；4收水管；5收水支管；6低氧区；7富氧区；8兼氧区；9水力流向；10空气流向；11曝气填料支架；12高分子填料支架；13异型碳填料；14球形填料；15L50角铜；16φ14螺纹铜；17曝气支架；18兼氧填料床；I配水槽；II高分子曝气床(由球形填料装填而成)；III异型炭填料区；IV兼氧填料区；V曝气系统；VI收水系统。

具体实施方式

以下将详细阐述上述的球形填料和异型碳球状填料在逆向曝气污水处理技术中的应用。

本申请的逆向曝气污水处理技术是一种新型生物膜法的污水处理技术。如图1和图2所示的，在一些方案中，该工艺主要由配水系统(配水槽)、高分曝气生物床、异型碳填料区(由球形填料装填而成)、兼氧填料区、曝气系统、收水系统几个部分组成。

在本申请的一些方案中，用于逆向曝气污水处理的池体可以采用以下结构：a、池体可采用圆形或方形结构，若采用矩形池体，池体长宽比宜采用2:1，池体深度以6-7m为佳；b、若采用方形结构布水槽、布水堰或布水管在池体短向布置，收水系统位于池体下端采用穿孔收水管进行收水，穿孔收水管宜采用“E”或“丰”字形布置；若采用圆形池体，布水槽、布水堰或布水管在池体四周布置,收水管于池体约中部位置设置环形收水管。

如图3、4、5所示的，在本申请的一些方案中，用于逆向曝气污水处理的填料布置及组合方式可以为如下：该工艺填料主要为好氧填料和兼氧填料，好氧填料由异型碳球状填料和Φ80球形填料组成，位于池体中部，约在曝气器上方0.7m处；异形碳填料和Φ80球形填料之间的体积比约为1:4-1:6，优选地为1:5，异形碳填料位于Φ80球形填料下方；兼氧填料为直径Φ80异型碳球状填料，采用塑料绳串连，球体外壳为由高分子聚合物注塑而成，球面呈网格状，球体内部装填异型碳填料切片，位于池体下方。

如图1所示或图6在本申请的一些方案中，用于逆向曝气污水处理的水力流向如下：a.逆向曝气及节能增效技术采用上布水、下收水的形式；池顶上方采用布水槽、布水堰或布水管的形式进行布水，使进水沿着池体长方向以类似抛物线的轨迹流动，污水在重力及水头的作用下从上往下运动，穿过生物床填料的污水中的不溶或难容于水的污染物通过水流往池体填料层时，受到填料层的阻隔和吸附将增大污染物和生物膜的接触时间，同时空气从池底往上走的过程中同样会受到填料层的阻隔和吸附，并将气泡切割成更小的气泡，如此便增大了空气和生物膜接触的比表面积，部分小的气泡甚至会吸附在填料的缝隙中，如此极大的提升了空气和生物膜接触的比表面积和时间，使得氧利用率较其他工艺得到极大的提高，同时污染物去除率也同样得到极大的提升。

在本申请的一些方案中，用于逆向曝气污水处理的水力停留时间如下：好氧区(曝气器以上)水力停留时间：4-7小时；兼氧区(曝气器以下)水力停留时间：2-3小时。且气水比(体积比)：4:1-5:1。

在本申请的一些方案中，可以通过向曝气池中上部投加一定数量的异型碳球状填料及球形填料，以提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率。由于异型碳球状填料密度略大于水(其比重在1.1-13之间)，所以在曝气的时候，处于微膨胀状态，填料内铁、碳形成无数个原电池，促使大分子污染物分解，而异型碳球状填料上方的球形填料比重略大于水且小于异型碳填料，在曝气时处于完全混合状态，微生物生长的环境为气、液、固三相。球形填料及异型碳球状填料在水中的碰撞和剪切作用使得空气气泡更加细小，增加了氧气的利用率。另外，根据填料上生物膜内外的氧含量的不同，每个载体内外均自然地形成不同的生物种类，内部生长一些厌氧菌或兼氧菌，外部为好氧菌，这样每个载体都为一个微型反应器，使硝化反应和反硝化反应同时存在，从而提高了处理效率。经该工艺处理的生活污水均能稳定达标。

而且，本申请的逆向曝气污水处理技术兼具传统流化床、MBBR法、混流曝气等工艺的优点，是一种新型高效的污水处理方法。依靠曝气池内的曝气和水流的剪切和提升作用使填料处于流化状态，进而形成悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜，这就使得移动床生物膜使用了整个反应器空间，充分发挥附着相和悬浮相生物两者的优越性，使之扬长避短，相互补充。

本申请的发明人发现，使用上述两种填料的逆向曝气污水处理技术具有以下优点：

1：水力流向与气体流向相反，生物膜量大、无需反冲洗

在本申请中，该工艺水流由上往下穿过填料区，气流方向由下往上穿过填料区。气流与水流通过填料区时，相互剪切、扰动，带动异型碳球状填料处于微膨胀状态且与球形填料处于完全混合状态，为微生物提供了同时存在气、液、固三相的生长环境；且填料处于微膨胀及完全混合状态，无需反冲洗。

填料区对污染物可起到截留、吸附的作用，增加其与微生物的接触时间、提高处理效率

水流方向由上往下穿过填料区，污水中的污染物质与填料区的填料接触，部分污染物被填料阻隔、截留同时被填料上的生物膜吸附，小分子污染物被微生物吸收利用、大分子污染物在异型碳填料的“Fe—C”电解的作用下得失电子，被分解为小分子污染物并被微生物吸收利用，极大提高了处理效率。

2：同步完成硝化反硝化、无需回流

通过逆向曝气处理池内部构造，优化定向水流，使处理池中水流在由上而下的流动过程中一次性经历低氧→富氧→低氧→缺氧几个阶段，即利用水流的层流效应实现不同深度水体不同溶氧量，同时利用水体内部因氧压差形成微环流，实现硝化与反硝化产物的交换，从而达到硝化与反硝化过程在同一空间、同一时间得到处理。

通过逆向曝气处理池内填料结构，优化填料内优势细菌高速生长，使处理填料自内而外形成厌氧区→低氧区→富氧区，即利用填料内部结构的不同致密程度，氧的不同渗透效应实现单个填料不同厚度生长不同细菌群落，同时利用球体内部因氧压差形成微环流，实现消化与反消化产物的交换，从而达到硝化与反硝化过程在同一空间、同一时间得到处理。

3：氧利用率高、能耗低

由于填料比重略大于水，曝气仅需提供微生物生长所需氧气、无需大气量对填料经行搅拌、混合，因此曝气所需风量小(气水比(体积比)为：4：1-5:1)，同时，空气从池底往上走的过程中同样会受到填料层的阻隔和吸附，并将气泡切割成更小的气泡，如此便增大了空气和生物膜接触的比表面积，部分小的气泡甚至会吸附在填料的缝隙中，因此极大地提升了空气和生物膜接触的比表面积和时间，使得氧利用率较其他工艺得到极大的提高，因此该工艺使用的风机功率低，节约能耗，同时由于硝化、反硝化的同步进行，无需回流，也对降低能耗和运行成本起到了一定的作用。

因此，本申请的球形填料和异型碳填料能够成功用于逆向曝气污水处理工艺中，使得该工艺成功实现了硝化、反硝化的同步进行，无需回流，并且降低了工艺的能耗需求和成本。

此外，本申请的逆向曝气污水处理工艺能够适用于20000m³/d及以下城市污水处理厂的建设；或，适用于对已建成采用老旧工艺的城市污水处理厂的改造；或，适用于20000m³/d经预处理后的工业废水。

Claims (10)

1.一种用于污水处理工艺的球形填料，所述球形填料的球体外壳由高分子聚合物注塑而成，球面呈网格状，所述球形填料的球体内部装填有纤维球和缓释细菌包。

2.根据权利要求1所述的球形填料，其中，所述球形填料的直径为80毫米。

3.一种用于污水处理工艺的异型碳填料，所述异型碳填料为悬浮状填料，所述异型碳填料以聚氨酯为载体，所述聚氨酯的内部包含碳和铁。

4.根据权利要求3所述的异型碳填料，其中，聚氨酯、碳和铁的质量比为20-25:60-65:10-20，优选的为25:65:10。

5.根据权利要求3所述的异型碳填料，其中，所述异型碳填料以切片的形式装填到由高分子聚合物注塑而成的外壳中形成异型碳球状填料，所述外壳的球面呈网格状，优选地所述外壳的直径为80毫米。

6.根据权利要求5所述的异型碳填料，其中，异型碳球状填料的比重在1.1-1.3之间。

7.一种用于污水处理工艺的填料组合物，所述填料组合物包含如权利要求1-2中任一项所述的球形填料和如权利要求3-6中任一项所述的异型碳填料。

8.如1-2中任一项所述的球形填料、如权利要求3-6中任一项所述的异型碳填料或如权利要求7所述的填料组合物在逆向曝气污水处理工艺中的用途，在所述逆向曝气污水处理中工艺水流方向由上往下穿过填料区，气流方向由下往上穿过填料区。

9.根据权利要求8所述的用途，其中，逆向曝气污水处理工艺中的好氧填料包含球形填料和异型碳球状填料，优选地，球形填料和异型碳球状填料之间的体积比为4:1-6:1，优选地为5：1。

10.根据权利要求8所述的用途，其中，逆向曝气污水处理工艺中的兼氧填料包含呈串连形式的异型碳球状填料。