CN1055347A - 高效污水生化处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效率生化处理污水的新型 装置。该装置的特点是采用了特制的内设高密度生 物量的兼性塔、高效生化反应器、流化床及气浮罐四 种多节塔式容器型专用设备为主体所组成，外有绝缘 层的全封闭装置，注入富氧气体与热量，可将装置的 运行压力和温度控制在理想的范围内，从而使装置内 生物密度和溶解氧浓度都达到或超过任何一种现有 生化技术的最高水平，极大提高了装置处理污水的效 率，其BOD的去除率可达85～98％。

Description

本发明涉及一种生化处理污水的新型装置，属于污水处理领域。

生化处理污水是世界上已广泛应用的方法，这种方法在实际应用中派生出许多生化处理技术。1989年8月上海科学技术出版社出版的《水污染防治手册》中，较集中地反映了国内外各种现有的污水生化处理技术，如活性污泥法中的鼓风曝气、深井（超深层）曝气、纯氧曝气、厌氧-好氧兼性塘及生物膜法中的塔式生物滤池、接触氧化、生物流化床，这些现有技术都是围绕着解决如何提高污水中的溶解氧浓度和生物量，以提高生化反应的速率。这些现有技术都有其各自的优点，同时都还有其各自的不足之处，往往显得其功能还不完善，生化效率还不尽人意。仅以这些现有技术中效率较高的深井曝气和纯氧曝气而言，目前少数工业发达国家已有150米的深井曝气，它与纯氧曝气一样明显提高了污水中溶解氧的浓度，但其生物密度不如塔式生物滤池类的接触氧化法多，其施工、维修的难度更大，这些明显的弱点使其难受多数用户的欢迎;相反的是塔式生物滤池虽有较高的生物密度，而氧的溶解浓度却不如前者高;生物流化床的效率比较高，但操作比较复杂、不易控制，需要单独配置气源，其动力消耗比较高，也只有为少数用户所采用。另外，除深井曝气的设施受大地绝缘外，其余现有技术的设施都暴露或敞开于大气中，易受气候变化而影响污水生化反应的速率和稳定性。尤其是在寒冷地区实施这些现有技术，难以实现良好的绝缘而造成浪费大量宝贵的能源，增加了运行费用。

本发明的任务是要提供一种功能特别优异，占地少、效率高、能耗低、操作简单、运行稳定、维修方便的新型装置，这种装置将活性污泥法与生物膜法优化组合成一体系，它凝聚了厌氧-好氧、深井曝气或纯氧曝气、加压溶气、气浮分离、接触氧化、三相流化床、多点进水等多种技术的精华于一体的高效率生化处理装置。它能大幅度提高氧的传递速率，大大提高污水中溶解氧的浓度和生物密度，造成生化反应在特定优选的恒定压力和温度中稳定高速率进行。本装置的主要设备均为竖立的全封闭塔式容器，其设计和制造可以标准化、系列化、工厂化，达到效率高、能耗低、占地少、投资省、易操作、无恶臭、易实施，特别是用于寒冷地区时，其优异的性能更加突出，达到了污水生化处理的一个崭新的水平。

本发明是按此原则性工艺流程实现的：（经一级予处理的）污水-兼性塔-水泵-高效生化反应器（本文以下简称“反应器”）-气浮罐-流化床-出水（达到排放标准）。其中，富氧气体在反应器进水管的予混合器中充入，与污水处于高速湍流中充分匀化混合，经反应器用后排出的余气分两路通过气-气喷射器降压和补充空气后分别进入兼性塔和流化床，再用后排出的余气可接入污水一级预处理的用气设施中再复用;气浮罐排出的污泥，除一部分剩余污泥排出装置外，其它污泥分两路回流进兼性塔和反应器中，以保持这两个设施中有恒定的污泥负荷率;为保持装置内合适的反应温度，全装置的设备和管道均外包一层轻质的绝缘材料，且在污水进入本装置前，视当时的气候温度和工艺要求，加入适量的热水或蒸汽。本单元装置中的兼性塔、反应器、气浮罐、流化床是实现本发明的四种主要新型的专用设备，它们的构造分别叙述如下：

（一）、兼性塔：为一个多节塔式常压容器，各节塔体用法兰联接，容器总容量可灵活改变其塔体的节数而变化，其占地面积却不增加，又有利于作长途运输时解开为单体运输，容器内用竖向隔板分隔为厌氧室和好氧室，两室内装几层水平栅格，每两层栅格之间装有大量均匀密布的比表面积大、耐腐蚀、强度高、不堵塞的高性能生物载体，污水从塔底进入厌氧室上升接近顶部时，经过两室的连通水封管穿过隔板进入好氧室，逐渐下降到底部排出塔外。同时，富氧气体从好氧室底部进入多孔布气管栅均匀释放上升，生化反应后的余气从顶部排出。污水在塔内上升下降过程中与两室内的高密度生物群进行“厌氧-好氧”兼性生化反应。两室内液面高度由溢流调节稳定。兼性塔的裙座做成常压的水罐（即下称的“中间罐），塔中出水直接进中间罐，再由水泵抽出输往反应器，罐中液面由溢流控制，其人孔用法兰盲板密封，在检修时可以打开。兼性塔外包一层轻质的绝缘材料。

（二）、反应器：其主体为多节塔式压力容器，各节塔体用法兰联接，其内部用几（n≥1）块折流板分割呈迷宫状，各折流段内设几（n≥2）层水平栅格，栅格之间装有大量均匀密布的高性能生物载体;污水分几路经予混合室充氧后向各折流段进入反应器，各进水管端有多孔布水管栅均匀布水。污水在反应器内经几次折流后最终从底部排出，可以避免从顶部排出时会带出气体的缺陷。水中析出的余气从顶部排出，引向兼性塔和流化床。反应器的裙座结构与兼性塔的裙座相同，两个裙座型水罐相互接通。反应器外包一层轻质的绝缘材料。

（三）、气浮罐：其主体为一个多节塔式低压容器，各节塔体用法兰联接。容器内用一块竖向折流板分割成气浮与集水的左右两室。几条进水管从罐顶直插到气浮室的底部，从反应器中加压溶气的污水经各条进水管端的释放器陡然降压使水中的气体析出，气体呈无数小气泡上浮时携带出水中各种污染杂物到水面。进水管内压力与气浮罐液面气室的压力差保持在0.2～0.3MPa范围内，以达到良好的释放气浮效果。气浮罐内的液面高出竖向折流板顶，在气浮室上方液面上设有几条扫射液面的喷射管，喷射管上密集的小孔均朝集水室方向，定时扫射流将液面的悬浮污泥扫向集水室一侧的引流槽，将污泥排出罐外。气浮罐外包一层轻质绝缘材料，使液面的悬浮层决不会冻结。其裙座结构与反应器裙座相同。

（四）、流化床：其主体为多节塔式全封闭的常压容器，各节塔体用法兰联接。容器内部的构造由下而上的布置为：底部排放管、多孔布气管栅和进气管、多孔布水管栅和进水管、格栅、砾石承托层、生物载体层-焦炭或石英沙等颗粒物、上层进气管和多孔布气管栅、排污溢流管和引流槽、顶部排气管。流化床裙座的结构与反应器裙座相同，其外包一层轻质的绝缘材料。

在工程应用中，本装置的四种新型专用设备，均以双数（n≥2）并联与串联的复合方式配置，有利于操作不停车进行检修。经一级处理后的污水进本单元装置作两级生化处理，由兼性塔作初步处理，降解污水中一些大分子量污染物，提高污水的可生化性;在高效生化反应器内，处于设定较高的工作压力和温度下进行快速的深度处理，除去污水中的大部分BOD;再进气浮罐除去悬浮的杂质后，送入流化床作最终处理，可将残余的污染物扫尽。

综上所述，本装置集中吸取了多种现有生化处理技术的精华，且作出了独特的创新和改进，其主要的特点是：

a.本装置采用四种新型的专用设备-兼性塔、反应器、气浮罐、流化床，均为塔式全封闭容器，使本装置中氧的溶解浓度和生物密度都达到或突破了任何一种现有技术的水平，极大地提高了装置处理污水的效率。四种专用设备的主体均为多节塔式容器，不仅大大地减少了装置占地的面积，而且可以在不增加占地的条件下增加（塔体节数）装置的负荷，又有利于设计、制造、运输等工作。本装置占地面积可控制在平均0.13～0.18米²/米³污水·日。

b.本装置充入的富氧气体先进反应器，用毕后排出的余气分别经两个气-气喷射器降压及补充空气后，送往兼性塔的好氧室和流化床重复利用，兼性塔和流化床用后排出的余气，以及气浮罐的析出的余气，均可视其气量和气压状况，再送往一级予处理的设施中去再复用或排空。从而达到了使富氧气体的能量使用竭尽，又节省了常规加压溶气气浮法和生物流化床都需单独配置压缩空气而消耗的动力，明显地降低了整个装置的动力消耗水平，节约了运行费用。

c.本装置中气浮罐分离排出的污泥，有一部分重新回流到兼性塔和反应器，使这两种设备内保持足够的污泥负荷率，促进生化速率，剩余的污泥排出另作处理。同时，在兼性塔、反应器和流化床三种设备中，设有密集的生物载体附着大量的生物膜，从而达到将活性污泥法和生物膜法在本装置中有机地组合成一体系。当富氧气体充入装置进入这三种设备后，在恒定的工作压力与温度条件下，大大提高污水中氧的传递速率，增加污水中氧的溶解浓度，由此达到和超过了现有生化技术中污水的含氧浓度及生物密度的最高水平，实现了当代生化处理污水的最高效率。本装置很适合于处理高浓度的有机污水。

d.本装置的全部设备和管道系统，均外包一层轻质的绝缘材料，使装置内的反应温度与外界环境绝缘，从而不受气候变化的影响，保持装置内生化反应控制在理想的设定温度下持续、稳定、高速地进行。同时，又有利于装置减少热量损失，降低装置的能耗水平，又使其具有了特殊的抗寒能力，适合任何寒冷地区的应用，从而突破了常规生化处理装置难以在寒冷地区推广的难题。

e.本装置使用的四种新型专用设备-兼性塔、反应器、气浮罐、流化床，在工程中一般均以双数配置台数，以并联与串联相结合的复合方式联接，这将有利于操作的灵活性，可以不停车地检修其中任何一台设备而不影响整个装置的正常运行，而且加深了污水的生化处理深度。

f.本装置中的四种新型专用设备，在实际工程应用中，可以针对不同的污水情况，有选择地取舍或增减几种设备，有目的地组成一个新的装置，以达到经济有效地处理不同性质的污水。

本装置实现了当代生化处理技术所追求的：效率高、能耗低、占地少、投资省、易实施、无恶臭、操作简单、运行稳定、维修方便、适用于任何寒冷地区应用的理想水平。

本发明的具体实施例结合以下附图予以说明。

图-1是本发明一种具体的原则性工艺流程图。

图-2是本发明中兼性塔与中间罐组合的一种具体结构竖向剖视图。

图-3是本发明中布水与布气的多孔管栅示意图。

图-4是本发明中高效生化反应器一种具体结构竖向剖视图。

图-5是图-4中予混合器内富氧气体管端结构示意图。

图-6是图-5中的A向视图。

图-7是本发明中气浮罐一种具体结构竖向剖视图。

图-8是图-7中A-A剖视图。

图-9是图-7中B-B剖视图。

图-10是本发明中流化床一种具体结构竖向剖视图。

以上附图中顺序编号含意的注解：

图-1：

（热水或蒸汽）热源（1）、兼性塔（2）、中间罐（3）、气-气喷射器（4）、水泵（5）、富氧气源（6）、予混合器（7）、反应器（8）、气浮罐（9）、气-气喷射器（10）、流化床（11）。

图-2：

常压容器（12）、绝缘层（13）、溢流管（14）、竖向隔板（15）、栅格（16）、生物载体（17）、多孔布水管栅（18）、连通管（19）、进水管（20），人孔及法兰盲板（21）、出水管（22）、溢流管（23）、中间出水管（24）、进气管（25）、多孔布气管栅（26）、法兰（27）、螺栓（28）、溢流管（29）、连通水封管（30）、排气管（31）、（废气）排气管（32）。

图-3：多孔布气（布水）管栅结构示意图。

图-4：

压力容器（33）、绝缘层（34）、折流板（35）、栅格（36）、生物载体（37）、法兰（38）、螺栓（39）、出水管（40）、多孔布水管栅（41）、进水支管（42）、予混合器（43）、回流污泥管（44）、富氧气体（45）、排污溢流管（46）、液面（47）、气室（48）、排气管（49）。

图-5：富氧气释放口（50）、法兰（51）。

图-6：网板（52）。

图-7：

低压容器（53）、绝缘层（54）、定时扫射管（55）、扫射流进入管（56）、法兰（57）、折流板（58）、法兰、螺栓（59）、进水管（60）、释放器（61）、出水管（62）、排污溢流管（63）、引流槽（64）、液面（65）、人孔（66）、尾气管（67）。

图-8、图-9：编号的含意与图-7相同。

图-10：

常压容器（68）、绝缘层（69）、液面（70）、多孔布气管栅（71）、进气管（72）、多孔布水管栅（73）、进水管（74）、进气管（75）、多孔布气管栅（76）、清洗排放管（77）、格栅（78）、砾石承托层（79）、法兰（80）、螺栓（81）、生物载体层（82）、出水管（83）、反冲洗管及阀门（84）、带滤网的集流口（85）、气室（86）、排气管（87）。

结合以上附图的说明如下：

经一级予处理的污水，先加入回流污泥及视需要加入（热水或蒸汽）热源（1）后，从常压容器（12）底部进进水管（20）及多孔布水管栅（18）均匀送入兼氧塔（2）的厌氧室内，上升穿过栅格（16）逐渐与均匀密布的生物载体（17）上的厌氧微生物，进行与外界隔绝的厌氧条件下的生化反应，降解污水中大分子量污染物，为全装置的高效率生化反应创造了条件。从水中析出的悬浮物定时从液面的溢流管（14）排出，厌氧室中生化反应所产生的（二氧化碳、硫化氢等）各种气体从顶部排气管（32）排出。污水经连通水封管（30）流入好氧室，逐渐下降时与均匀密布的生物载体（17）和活性污泥上的微生物群，进行生化反应净化污水。与此同时，从反应器（8）顶部引出的一部分富氧气体经气-气喷射器（4）降压及补充空气后，从进气管（25）的多孔布气管栅（26）均匀充入好氧室的底部，使富氧气由下而上与由上而下的污水在相互逆向流动中充分混合，且控制在恒定的工作压力和温度条件下，提高生化速率。兼性塔（2）顶部尾气管（31）排出的尾气，引向污水一级予处理设施中再复用或排空。

兼性塔（2）处理后的水降入其裙座型的中间罐（3），将裙座改制成中间罐（3），既节省了钢材又缩小了装置的占地面积。经出水管（22）由水泵（5）输向反应器（8），中间罐（3）由连通管（19）与大气连通，其液面由溢流管（23）控制，人孔及法兰盲板（21），可在检修时打开，运行时关闭密封。

由水泵（5）送水经几条进水支管（42）及富氧气源（6）对其在予混合器（43）中高速湍流状充入富氧气体，再分几路进入反应器（8）的塔式压力容器（33）各个折流段内，由多孔布水管栅（41）均匀布水。污水在压力容器（33）内上升下降流动过程中，穿过栅格（16）及生物载体（17）与大量均匀密布的微生物群进行充分的生化反应。压力容器（33）内的运行压力和温度，会视气源的类型与工艺要求等条件，在0.1～3.0MPa及10～40℃范围内优选不同的参数（一般情况下，纯氧的工作压力取低值，用空气时的运行压力取高值）。由于，生化反应在全封闭的压力容器（33）中进行，很容易实现上述的工艺参数，即可以轻而易举地达到或超过目前世界上最先进的150米深水（相当于1.5MPa压力）曝气的工作压力，从而大大加快了污水中氧的传递速率，在高密度的生物群配合下，实现了高效率生化处理污水。处理后的污水从出水管（40）排出流向气浮罐（9），用后的余气尚有相当的压力，从顶部的排气管（49）输向兼性塔（2）和流化床（11）等其它用气设施。

污水进入气浮罐（9）时，加入适量的助凝剂，以强化气浮中的固液分离过程，污水从气浮罐（9）的低压容器（53）上部插入式进水管（60）进入气浮室底部释放器（61），陡然降压0.2～0.3MPa时释放出大量微小气泡，实现气浮过程的固液分离，释放出的余气从顶部的尾气管（67）排出，引向一级予处理设施中再复用或排空。液面（65）上悬浮物由定时扫射管（55）中喷出的流体扫向引流槽（64），从排污溢流管（63）排出气浮罐（9）送向污泥的回流系统。气浮上升的水翻过折流隔板（58）进入集水室，从底部出水管（62）送向流化床（11）。进水管（60）为可卸的直插式，其上部有法兰（57）联接，当某个释放器（61）发生堵塞时可以不停车卸下这条进水管（60），从顶部的人孔（66）中取出气浮罐（9）外，很容易地进行清洗畅通。

污水从流化床（11）的常压容器（68）的下部进水管（74）中进水，由多孔布水管栅（73）向下均匀布水反流向上，此多孔布水管栅（73）在需要时可作向下反冲洗用，冲洗水从流化床（11）底部的冲洗排放管（77）排出。多孔布水管栅（73）下面为砾石承托层（79）、格栅（78）和开口向下的多孔布气管栅（76）。从反应器（8）排出的富氧气，经气-气喷射器（10）降压及补充空气后从进气管（75）送入多孔布气管栅（76）均匀向底部射气，遇到流化床（11）底壁反射后向上实现无死角布气。富氧气体向上与污水剧烈交融一起将颗粒状的生物载体（82）带动，呈三相流态化激烈的翻腾运动，使污水在充氧曝气的同时又充分与生物载体（82）颗粒上附着的生物群进行生化反应，进一步除尽污染物。在流化床（11）的不同高度上设置多个进气管（72）和多孔布气管栅（71），使三相流态化的生化反应在不同的高度上达到同样均匀的程度。流化床（11）中多余的富氧气体从气室（86）顶部尾气管（87）排出，视其气量和余压情况，引向其它用气设施或排空。常压容器（68）内近液面（70）下，设有多条出水管（83）其端部呈喇叭形带滤网的集流口（85），本实施例中仅设两条进水管（83）相互定期切换，则为一用一备，以利于经常定时作反冲洗，保持其出路畅通无阻。经流化床（11）最终处理后的污水，BOD去除率达到85～98%。

如设计一个处理量为3000米³/日的污水处理站，污水的BOD为1000毫克/升，整个工程占地约为510米²，即为0.17米²/米³污水·日。装置采用空压机将空气输入，在10～35℃，反应器的工作压力为0.4～0.6MPa，兼氧塔内的工作压力控制为大气压力，经7～8小时的处理BOD总去除率为85～98%。

Claims (5)

1、一种将厌氧-好氧、加压溶气、接触氧化、气浮分离、生物流态化、活性污泥法等多种生化技术优化聚合成一体的高效率处理污水的新型装置，由热源(1)、兼性塔(2)、中间罐(3)、气-气喷射器(4)(10)、水泵(5)、富氧气源(6)、予混合器(7)、反应器(8)、气浮罐(9)、流化床(11)及管道所组成，其特征在于：

(a).采用新型结构的四种塔式容器型专用设备-兼性塔(2)、反应器(8)、气浮罐(9)、流化床(11)，

(b).富氧气源(6)采用空气或纯氧，反应器(8)内的工作压力为装置的最高工作压力，视富氧气的类型和工艺要求的不同而区别情况，均控制在超出大气压力的不同范围内，

(c).反应器(8)的余气分两路经气-气喷射器(4)与(10)降压及补充空气后，分别进入兼性塔(2)和流化床(11)，

(d).视客观环境条件需要时，从热源(1)将热水或蒸汽加入外有绝缘层的全封闭的装置，调节和控制全装置运行温度稳定在理想的范围内，

(e).将气浮罐(9)分离排出的一部分污泥回流进兼性塔(2)和反应器(8)内复用。

2、按权利要求1所述的新型装置，其特征是兼性塔（2）主体为多节塔式常压容器（12），用法兰（27）和螺栓（28）联接塔体，竖向隔板（15）将常压容器（12）内部分成厌氧与好氧的左右两室，竖向隔板（15）上部有两室的连通水封管（30），两室内有几层（n≥2）水平栅格（16），每两层栅格（16）之间装有密集的用化学纤维束串连成的生物载体（17），厌氧室底部进水管（20）管端有多孔布水管栅（18），好氧室底部设出水管（24）和多孔布气管栅（26）与其进气管（25），两室上部各有溢流管（14）（29）及排气管（31）、（32），塔式常压容器（12）裙座为中间罐（4），中间罐（4）上部设大气连通管（19），中部有带法兰盲板的入孔（21）及溢流管（23），下部为一出水管（22），常压容器（12）及中间罐（4）外包一层轻质绝缘材料（13）。

3、按权利要求1所述的新型装置，其特征是高效生化反应器（8）的主体为多节塔式压力容器（33），由法兰（38）螺栓（39）联接塔体，内设几（n≥1）个折流板（35）及几（n≥2）层栅格（36）每两个栅格（36）之间装有密集的用化学纤维束串连成的生物载体（37），有n（n≥2）条进水支管（42）上皆带有气水予混合器（43），进水支管（42）进入反应器（8）的管端皆有多孔布水管栅（41），富氧气管（45）接入予混合器（43）内，富氧气管（45）端部呈一喇叭状释放口（50），其口部用法兰（51）固定网板（52），反应器（8）裙座结构与兼性塔（2）的裙座相同，且相互接通，反应器（8）外包轻质绝缘材料（34）。

4、按权利要求1所述的新型装置，其特征是气浮罐（9）的主体为多节塔式低压容器（53），用法兰、螺栓（59）联接塔体，内设一竖向折流板（58）将塔内分为气浮与集水的左右两室，几（n≥3）条进水管（60）从上部插入气浮室底部，每条进水管（60）管端装有释放器（61），进水管（60）上端设有法兰（57），集水室底部设有出水管（62），集水室上部液面（65）设引流槽（64）和排污溢流管（63），顶部有入孔（66）及排气管（67），气浮室上部液面（65）有定时扫射管（55）和扫射流进入管（56），气浮罐（9）的裙座结构与反应器（8）的裙座相同，且相互接通，气浮罐（9）外包一层轻质绝缘材料（54）。

5、按权利要求1所述的新型装置，其特征是流化床（11）的主体为多节塔式全封闭的常压容器（68），用法兰（80）螺栓（81）联接塔体，常压容器（68）底为清洗排放管（77），由此向上塔内装有多孔布气管栅（76）、进气管（75）、格栅（78）、砾石承托层（79）、多孔布水管栅（73）、进水管（74）、生物载体层（82）、上层进气管（72）和多孔布气管栅（71）、液面（70）、气室（86）及排气管（87）、近液面下设几（n≥2）条出水管（83）、反冲洗管及阀门（84）、出水管（83）的端部均有一个带滤网的集流口（85），常压容器（68）裙座结构与反应器（8）的裙座相同，且相互接通，流化床（11）外包一层轻质的绝缘材料（69）。

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