CN106830291B - 一种污水处理流化床的运行方法 - Google Patents

一种污水处理流化床的运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种污水处理流化床的运行方法，其设有曝气周期和循环水周期，通过周期性地交替地向流化床底部通入循环水和气体以使流化床上负载有生物膜的床料颗粒处于流化状态；曝气周期：在该周期内，停止向流化床底部通入循环水，仅向流化床底部通入气体，通过气体及气体带动的水流使床料颗粒维持流化状态；循环水周期：在该周期内，停止向流化床底部通入气体，仅向流化床底部通入循环水，通过循环水使全部床料颗粒维持流化状态；曝气周期和循环水周期的时长比值在70:30～95:5之间。与现有技术相比，本发明具有以下优点：减少床料颗粒流失，降低污水处理系统曝气能耗，从而降低污水处理系统的运行成本；本发明特别适合应用于小型的流化床污水处理领域。

Description

一种污水处理流化床的运行方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种污水处理流化床的运行方法。
背景技术
随着废水排放量的急剧增加、排放标准的日趋严格和可资源利用空间的限制，对废水处理工艺过程的有效性和处理设备能力提出苛刻的要求。生物流化床处理污水的研究和应用始于20世纪70年代的美国环保署。该方法结合了微生物膜法及流化床的相关技术特点，具有大的比表面积、微生物浓度高、容积负荷率和污泥负荷率高、传质快、耐冲击负荷能力强、净化能力强等特点。
目前，关于流化床和流化床处理污水工艺的改进仍然是科学技术人员研究的重点，例如：ZL 201410446942.2公开了一种小型流化床污水处理系统及其运行方法，该方法可以同时处理可溶性的和含有颗粒的废水且系统运行稳定，通过调节好氧流化床底部与上部曝气装置的供气比例实现生长有活性生物膜的固体床料的内循环或不循环，特别适合应用于小型的污水处理领域。ZL200580005561.X将固定膜生物流化床技术和生物营养物去除工艺整和到一个液固循环流化床中，达到了同时去除碳氮磷的目的。液固循环流化床生物营养物去除系统含有两个流化床，分别以缺氧/厌氧和好氧过程运行，通过缺氧/厌氧床和好氧床之间的连续固液再循环，完成同步硝化/反硝化并去除碳底物、营养物和磷。
生物流化床污水处理通过循环回流获得较大的升流速度来保证载体的流态化，但相应增加能耗，提升了成本。在实际运行过程中，通常通过选用流化速度较小的床料颗粒来减小为维持床料颗粒处于流态化状态所需要的循环水量，从而降低维持流态化所需要的能耗。但是流化速度较小的床料颗粒在运行过程中，如果进行底部曝气容易被曝气所产生的气泡夹带漂浮到流化床中上部位置，并最终出现以下情况：1)进行水循环系统，附着在颗粒上的生物膜会在颗粒流经循环水泵时发生脱落最终影响污水处理效果，同时循环管路中存在大量的床料颗粒也容易造成循环水管路的堵塞；2)在流化床中上部同时存在气液固三相，流动状态较为复杂，在该流动状态下较难对颗粒和污水进行分离，床料颗粒会通过流化床出口流出循环流化床，造成床料颗粒的流失。虽然可以通过外部曝气解决颗粒夹带的问题，但是外部曝气气体利用效率较低，会增加系统的曝气能耗。
发明内容
本发明目的在于提供了一种污水处理流化床的运行方法，以解决现有流化床污水处理技术运行能耗较高的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种污水处理流化床的运行方法，其设有曝气周期和循环水周期，通过周期性地交替地向流化床底部通入循环水和气体以使流化床上负载有生物膜的床料颗粒处于流化状态；
曝气周期：在该周期内，停止向流化床底部通入循环水，仅向流化床底部通入气体，通过气体及气体带动的水流使床料颗粒维持流化状态；
循环水周期：在该周期内，停止向流化床底部通入气体，仅向流化床底部通入循环水，通过循环水使全部床料颗粒维持流化状态；
曝气周期和循环水周期的时长比值在70:30～95:5之间。
所述的循环水为流化床内或者污水处理系统其他设备循环使用的水，或者是上述两种水的任意一种与待处理污水的混合。
作为本发明的一种改进，所述的曝气周期和循环水周期之间设置有静默周期，在静默周期内停止向流化床底部通入循环水和气体。在静默周期内停止通入循环水和气体，使在曝气周期时被气泡携带到流化床上部的床料颗粒可以沉降到流化床底部。
进一步地，所述静默周期的时长为1～10分钟。
所述流化床上负载有生物膜的床料颗粒的密度ρ的范围为：1×103kg/m3<ρ<1.5×103kg/m3，颗粒自由沉降速度为0.01～0.1m/s。颗粒参数在该范围内，可以保证在曝气周期的床料颗粒可以较为容易的在气体及气体带动的水流作用下形成流态化；而且在静默周期被气泡携带到流化床上部的床料颗粒可以在几分钟内沉降到流化床底部以便于循环流化床进入下一个运行周期。
一种污水处理流化床的运行方法，其设有曝气周期和循环水周期，通过周期性地交替地向流化床底部通入循环水和气体以使流化床上负载有生物膜的床料颗粒处于流化状态；
曝气周期：在该周期内，同时向流化床底部通入循环水和气体，流化床内的床料颗粒在曝气形成的气泡、气泡带动的水流以及循环水的共同作用下实现流化；
循环水周期：在该周期内，停止向流化床底部通入气体，仅向流化床底部通入循环水，通过循环水使全部床料颗粒维持流化状态；
曝气周期和循环水周期的时长比值在70:30～95:5之间。
作为本发明的一种改进，所述的曝气周期和循环水周期之间设置有静默周期，在静默周期内停止向流化床底部通入循环水和气体。在静默周期内停止通入循环水和气体，使在曝气周期时被气泡携带到流化床上部的床料颗粒可以沉降到流化床底部。
进一步地，所述静默周期的时长为1～10分钟。
所述流化床上负载有生物膜的床料颗粒的密度ρ的范围为：1×103kg/m3<ρ<1.5×103kg/m3，颗粒自由沉降速度为0.01～0.1m/s。颗粒参数在该范围内，可以保证在曝气周期的床料颗粒可以较为容易的在气体及气体带动的水流作用下形成流态化；而且在静默周期被气泡携带到流化床上部的床料颗粒可以在几分钟内沉降到流化床底部以便于循环流化床进入下一个运行周期。
作为本发明的一种改进，所述曝气周期内向流化床底部通入的循环水量为循环水周期内向流化床底部通入的循环水量的0～50％；所述曝气周期内向流化床底部通入的气量为仅依靠通入气体维持流化床上负载有生物膜的床料颗粒处于流化状态所需要的气量。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、通过间歇、周期性地交替地向流化床底部通入循环水和气体，避免了目前主流技术在床内底部曝气时需要在气、液、固三相共存的情况下进行液固分离的难题，减少床料颗粒流失，降低污水处理系统曝气能耗，从而降低污水处理系统的运行成本；
2、通过间歇、周期性地交替地向流化床底部通入循环水和气体，使床料颗粒维持流化所需要的能量在大多数时间里来自于曝气产生的气泡及气泡带动的水流，大幅降低了污水处理系统的运行能耗；
3、本发明运行方法可以大幅降低三相污水流化床的运行能耗，特别适合应用于小型的流化床污水处理领域。
附图说明
图1为本发明实施例1曝气周期的污水处理流化床的运行情况示意图；
图2为本发明实施例1循环水周期的污水处理流化床的运行情况示意图；
图3为本发明实施例1静默周期的污水处理流化床的运行情况示意图；
图4为本发明实施例2曝气周期的污水处理流化床的运行情况示意图。
附图标记：1、污水进口；2、污水出口；3、曝气装置；4、循环水泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
实施例1：
如图1～3所示，一种污水处理用流化床低能耗运行方法，其设有曝气周期和循环水周期，通过周期性地交替地向流化床底部通入循环水和气体以使流化床上负载有生物膜的床料颗粒处于流化状态。
如图1所示，为本实施例曝气周期的运行情况：在曝气周期内，停止向流化床底部通入循环水，仅向流化床底部通入气体，仅通过气体及气体带动的水流使床料颗粒维持流化状态。在该周期内，流化床内的床料颗粒在曝气形成的气泡及气泡带动的水流作用下实现流化，大量床料颗粒被夹带到流化床顶部直至流化床内液面处。此时流化床内的床料颗粒的密相区和稀相区没有明显的界面。
如图2所示，为本实施例循环水周期的运行情况：在该周期内，停止向流化床底部通入气体，仅向流化床底部通入循环水，仅通过循环水使全部床料颗粒维持流化状态。在循环水作用下，流化床内的床料颗粒实现稳定流化，流化床下部形成床料密相区，流化床上部为床料稀相区，密相区和稀相区间有较为明显稳定的界面。
在本实施例中，曝气周期和循环水周期的时长比值为80:20，具体地，曝气周期和循环水周期的运行时长分别设置为4小时和1小时。
在本实施例中，循环水为流化床内循环使用的水。
当流化床使用本发明的运行方法时，在大多数运行时间内，流化床内的床料颗粒在曝气过程产生的气泡以及气泡带动的水流作用下进行流化，只在较少的运行时间内，流化床内的床料颗粒通过循环水使床料处于稳定流化状态下。因此，本发明既能使得流化床的流化状态达到污水处理要求，又能大幅降低了污水处理系统的运行能耗，而且还可以防止曝气周期时部分床料颗粒由于流化床内局部区域床料膨胀较小而发生结块。通过本发明实施例1的运行方式，可使得流化床的运行能耗可以降低为流化床在连续进气进水工况下运行能耗的1/4左右。
在本实施例中，还设有静默周期，静默周期设置在曝气周期和循环水周期之间，在静默周期内停止向流化床底部通入循环水和气体，其中，静默周期的时长为2分钟。如图3所示为在静默周期的运行情况，在静默周期内停止向流化床底部通入循环水和气体，使在曝气周期被气泡携带到流化床上部的床料颗粒可以沉降到流化床底部，减少床料颗粒流失。
在本实施例中，所述流化床上负载有生物膜的床料颗粒的密度ρ的范围为：1.2×103kg/m3<ρ<1.3×103kg/m3，颗粒自由沉降速度为0.02m/s。颗粒参数在该范围内，可以保证在曝气周期床料颗粒可以较为容易的在气体及气体带动的水流形成流态化，也即是本发明特别适合应用于小型的流化床污水处理领域。假设，流化床的高为4米，通过设有静默周期，则可以使得被气泡携带到流化床上部的床料颗粒在4分钟内沉降到流化床底部以便于循环流化床进入下一个运行周期。
如下表所示，为流化床以实施例1方式运行得到的水质和流化床以连续进水进气方式运行得到的水质之间的指标对比表1，从对比表1可知，以实施例1方式处理得到的水质和以连续进水进气方式得到的水质之间并没有明显差异，且均达到污水处理标准，也即是通过本实施例1方式处理的水质达到污水处理要求。
对比表1
Figure GDA0001272594710000051
实施例2
一种污水处理用流化床低能耗运行方法，其设有曝气周期和循环水周期，通过周期性地交替地向流化床底部通入循环水和气体以使流化床上负载有生物膜的床料颗粒处于流化状态。
如图4所示，为本实施例曝气周期的运行情况：在曝气周期内，同时向流化床底部通入循环水和气体，流化床内的床料颗粒在曝气形成的气泡、气泡带动的水流以及循环水的共同作用下实现流化。在该周期内，流化床内的床料颗粒在曝气形成的气泡、气泡带动的水流以及循环水的共同作用下实现流化，大量床料颗粒被夹带到流化床顶部直至流化床内液面处。这与在曝气周期仅通入气体的床料流化相比，床料的膨胀比稍大，可以减轻床料颗粒在较小膨胀比工况下发生相互粘结结块的现象。而且流化床内床料颗粒的密相区和稀相区没有明显的界面。
循环水周期：在该周期内，停止向流化床底部通入气体，仅向流化床底部通入循环水，仅通过循环水使全部床料颗粒维持流化状态。在循环水作用下，流化床内的床料颗粒实现稳定流化，流化床下部形成床料密相区，流化床上部为床料稀相区，密相区和稀相区间有较为明显稳定的界面。
其中，曝气周期内向流化床底部通入的循环水量为循环水周期内向流化床底部通入的循环水量的20％；所述曝气周期内向流化床底部通入的气量为仅依靠通入气体维持流化床上负载有生物膜的床料颗粒处于流化状态所需要的气量。
在本实施例中，曝气周期和循环水周期的时长比值为95:5。
在本实施例中，循环水为流化床内循环使用的水。
在本实施例中，还设有静默周期，静默周期设置在曝气周期和循环水周期之间，在静默周期内停止向流化床底部通入循环水和气体，其中，静默周期的时长为6分钟。在静默周期内停止向流化床底部通入循环水和气体，使在曝气周期被气泡携带到流化床上部的床料颗粒可以沉降到流化床底部，减少床料颗粒流失。
在本实施例中，所述流化床上负载有生物膜的床料颗粒的密度ρ的范围为：1.2×103kg/m3<ρ<1.3×103kg/m3，颗粒自由沉降速度为0.02m/s。颗粒参数在该范围内，可以保证在曝气周期床料颗粒可以较为容易的在气体及气体带动的水流形成流态化，也即是本发明特别适合应用于小型的流化床污水处理领域。
如下表所示，为流化床以实施例2方式运行得到的水质和流化床以连续进水进气方式运行得到的水质之间的指标对比表2，从对比表2可知，以实施例2方式处理得到的水质和以连续进水进气方式得到的水质之间并没有明显差异，且均达到污水处理标准，也即是通过本实施例2方式处理的水质达到污水处理要求。
对比表2
Figure GDA0001272594710000061
Figure GDA0001272594710000071
通过本发明实施例2的运行方式，可使得流化床的运行能耗可以降低为流化床在连续进气进水工况下运行能耗的1/3左右。
实施例3
参考实施实例2，实施例3与实施例2的不同之处在于：曝气周期和循环水周期的时长比值为70:30。如下表所示，为流化床以实施例3方式运行得到的水质和流化床以连续进水进气方式运行得到的水质之间的指标对比表3，从对比表3可知，以实施例3方式处理得到的水质和以连续进水进气方式得到的水质之间并没有明显差异，且均达到污水处理标准，也即是通过本实施例3方式处理的水质达到污水处理要求。通过本发明实施例3的运行方式，可使得流化床的运行能耗可以降低为流化床在连续进气进水工况下运行能耗的1/2左右。
对比表3
Figure GDA0001272594710000072
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (10)

1.一种污水处理流化床的运行方法，其特征在于：设有曝气周期和循环水周期，通过周期性地交替地向流化床底部通入循环水和气体以使流化床上负载有生物膜的床料颗粒处于流化状态；
曝气周期：在该周期内，停止向流化床底部通入循环水，仅向流化床底部通入气体，通过气体及气体带动的水流使床料颗粒维持流化状态；
循环水周期：在该周期内，停止向流化床底部通入气体，仅向流化床底部通入循环水，通过循环水使全部床料颗粒维持流化状态；
曝气周期和循环水周期的时长比值在70:30～95:5之间。
2.根据权利要求1所述的污水处理流化床的运行方法，其特征在于，所述的循环水为流化床内或者污水处理系统其他设备循环使用的水，或者是上述两种水的任意一种与待处理污水的混合。
3.根据权利要求1所述的污水处理流化床的运行方法，其特征在于：所述的曝气周期和循环水周期之间设置有静默周期，在静默周期内停止向流化床底部通入循环水和气体。
4.根据权利要求3所述的污水处理流化床的运行方法，其特征在于：所述静默周期的时长为1～10分钟。
5.根据权利要求1所述的污水处理流化床的运行方法，其特征在于：所述流化床上负载有生物膜的床料颗粒的密度ρ的范围为：1×103kg/m3<ρ<1.5×103kg/m3，颗粒自由沉降速度为0.01～0.1m/s。
6.一种污水处理流化床的运行方法，其特征在于：设有曝气周期和循环水周期，通过周期性地交替地向流化床底部通入循环水和气体以使流化床上负载有生物膜的床料颗粒处于流化状态；
曝气周期：在该周期内，同时向流化床底部通入循环水和气体，流化床内的床料颗粒在曝气形成的气泡、气泡带动的水流以及循环水的共同作用下实现流化；
循环水周期：在该周期内，停止向流化床底部通入气体，仅向流化床底部通入循环水，通过循环水使全部床料颗粒维持流化状态；
曝气周期和循环水周期的时长比值在70:30～95:5之间。
7.根据权利要求6所述的污水处理流化床的运行方法，其特征在于：所述的曝气周期和循环水周期之间设置有静默周期，在静默周期内停止向流化床底部通入循环水和气体。
8.根据权利要求7所述的污水处理流化床的运行方法，其特征在于：所述静默周期的时长为1～10分钟。
9.根据权利要求6所述的污水处理流化床的运行方法，其特征在于：所述流化床上负载有生物膜的床料颗粒的密度ρ的范围为：1×103kg/m3<ρ<1.5×103kg/m3，颗粒自由沉降速度为0.01～0.1m/s。
10.根据权利要求6所述的污水处理流化床的运行方法，其特征在于：所述曝气周期内向流化床底部通入的循环水量为循环水周期内向流化床底部通入的循环水量的0～50％；所述曝气周期内向流化床底部通入的气量为仅依靠通入气体维持流化床上负载有生物膜的床料颗粒处于流化状态所需要的气量。
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