CN106865790B - 一种污水处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污水处理设备，包括反应器主体，反应器主体上安装有生物膜填料部件和连接于生物膜填料部件底部的气泡切割部件，气泡切割部件远离生物膜填料部件的一端连接有空气支管，生物膜填料部件的底部还连接有可向生物膜填料部件冲水的反冲洗支管。本发明所提供的污水处理设备，通过在生物膜填料部件的底部安装气泡切割部件，并且生物膜填料部件的底部安装反冲洗支管，实现下部进水、上部出水的方式，对冲污泥下沉，使得厌氧、缺氧、好氧各段在一个构筑物中，同时，生物膜与曝气设备相连，进行硝化反应，反应器其他部位不主动曝气，依靠微生物对水中剩余溶解氧的消耗形成缺氧/厌氧环境。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理设备领域，特别是涉及一种同时具有脱氮除磷和有机污染物降解功能的污水生物处理设备。
背景技术
生物处理是污水处理的常用工艺，常见的生物处理工艺有A2O、生物接触氧化、UASB、BAF等，在污水生物处理的过程中，由于脱氮除磷的需要，常常需要厌氧、好氧交替环境。如A2O工艺，其池体设有厌氧区、缺氧区、好氧区三段，创造环境分别培养生物脱氮三个阶段需要的优势菌群和生物除磷的聚磷菌群，相对于其他污水处理工艺，在脱氮除磷方面具有优势，大多应用于氮磷含量较高大中型污水处理厂。
然而，现有技术中的生物脱氮除磷处理工艺中，厌氧、好氧、缺氧各段分别设置在池体固定部位，各段之间不交叉，依靠大规模回流传递介质，效率低，能耗大，占地面积大；而且，厌氧、缺氧、好氧各段容积和尺寸依据规范设计，在构筑物建好后各段容积比就固定了，无法根据现场运营过程中水质水量变化临时调节；同时，好氧生物反应器中氧气传递途径为“曝气泡破裂→水体溶解氧增加→生物膜获取氧气→污染物降解”，传递链条长，氧气转移效率低，能耗高，其中“曝气泡破裂→水体溶解氧增加”的过程氧气转移效率更低；再者，现有的生物脱氮除磷处理反应器菌群中，硝化细菌的世代时间远长于反硝化细菌和异养降解菌，现有工艺依靠增加好氧池容积保证硝化反应效果导致反应器占地面积大，传质效率低。
因此，如何提高污染物降解效率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种污水处理设备，该污水处理设备通过将曝气设备与生物膜一体化，缩短了氧气转移链，提高氧气转移效率，节省能耗。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明所提供的污水处理设备，包括反应器主体，所述反应器主体上安装有生物膜填料部件和连接于所述生物膜填料部件底部的气泡切割部件，所述气泡切割部件远离所述生物膜填料部件的一端连接有空气支管，所述生物膜填料部件的底部还连接有可向所述生物膜填料部件冲水的反冲洗支管。
优选的，所述生物膜填料部件的底部还连接有可在所述反应器主体的顶部、底部和所述生物膜填料部件之间回流的回流支管，所述回流支管与所述反冲洗支管连通后集成为反冲洗/回流支管。
优选的，所述反应器主体上还安装有与所述反冲洗/回流支管连通的反冲洗/回流干管，以及与所述空气支管连通的空气干管。
优选的，所述空气支管垂直于所述空气干管，所述反冲洗/回流支管垂直于所述反冲洗/回流干管，每个所述空气支管上连接有至少两个所述气泡切割部件，并且，所述气泡切割部件均匀分布于所述空气干管的两侧。
优选的，所述反冲洗/回流干管上安装有反冲洗/回流干管阀门，所述反冲洗/回流支管上设有用于单独控制所述回流支管的支管回流阀门和用于单独控制所述反冲洗支管的支管反冲洗阀门，所述空气干管上安装有空气调节阀。
优选的，所述反应器主体上还安装有与所述空气干管连接的鼓风机。
优选的，所述反应器主体上还安装有与所述反冲洗/回流干管连接的反冲洗/回流泵。
优选的，所述反应器主体上的一端安装有进水管，另一端安装有出水管。
优选的，所述气泡切割器包括一端开口的圆筒型切割器主体，所述切割器主体的另一端开设有若干气泡切割孔，所述切割器主体的侧面还安装有用于转动所述切割器主体的手柄，所述切割器主体与所述生物膜填料部件连接的一端开设有可与所述生物膜填料部件配合连接的外螺纹。
优选的，所述手柄的个数为两个，并且对称分布于所述切割器主体的两侧，所述手柄的端部还设有球形握持部。
本发明所提供的污水处理设备，包括反应器主体，所述反应器主体上安装有生物膜填料部件和连接于所述生物膜填料部件底部的气泡切割部件，所述气泡切割部件远离生物膜填料部件的一端连接有空气支管，所述生物膜填料部件的底部还连接有可向所述生物膜填料部件冲水的反冲洗支管。该污水处理设备，通过在所述生物膜填料部件的底部安装气泡切割部件，并且所述生物膜填料部件的底部安装反冲洗支管，实现下部进水、上部出水的方式，所述反冲洗支管的设置，可以冲刷生物膜，促使老化的生物膜脱落，长出新的活性更强的生物膜，有利于保持生物膜的活性；同时，可以将沉入生物膜的沙粒等污物冲洗除去，避免生物膜孔道堵塞，而且可以防止污泥下沉，使得厌氧、缺氧、好氧各段在一个构筑物中，同时，生物膜与曝气设备相连，进行硝化反应。反应器其他部位不主动曝气，依靠微生物对水中剩余溶解氧的消耗形成缺氧/厌氧环境。
在一种优选实施方式中，所述生物膜填料部件的底部还连接有可在所述反应器主体的顶部、底部和所述生物膜填料部件之间回流的回流支管，所述回流支管与所述反冲洗支管连通后集成为反冲洗/回流支管。上述设置，通过在反应器主体的顶部、底部和生物膜填料部件之间设置回流系统，即可以防止污泥下沉，促进生物传质，使厌氧区、缺氧区和好氧区的物质相互交换，而且有利于有机物、氮磷的降解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的污水处理设备一种具体实施方式的平面图；
图2为本发明所提供的污水处理设备一种具体实施方式的剖视图；
图3A为本发明所提供的带有回流系统的生物膜填料系统；
图3B为本发明所提供的不带回流系统的生物膜填料系统；
图4为本发明所提供的气泡切割器的结构示意图；
图5为图4所示的气泡切割器的气泡切割孔的结构示意图；
其中：1-空气干管、2-空气调节阀、3-空气支管、4-反冲洗/回流干管、5-反冲洗/回流泵、6-反冲洗/回流支管、7-生物膜填料系统、8-反冲洗/回流干管阀门、9-支管反冲洗阀门、10-进水管、11-出水管、12-支管回流阀门、13-气泡切割器、14-气泡切割孔、15-手柄。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种污水处理设备，该污水处理设备能够有效的提高污染物降解效率，实现小型化和一体化。
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
请参考图1至图5，图1为本发明所提供的污水处理设备一种具体实施方式的平面图；图2为本发明所提供的污水处理设备一种具体实施方式的剖视图；图3A为本发明所提供的带有回流系统的生物膜填料系统；图3B为本发明所提供的不带回流系统的生物膜填料系统；图4为本发明所提供的气泡切割器的结构示意图；图5为图4所示的气泡切割器的气泡切割孔的结构示意图。
在该实施方式中，污水处理设备包括反应器主体，反应器主体上安装有生物膜填料部件和气泡切割部件，气泡切割部件连接于生物膜填料部件的底部，气泡切割部件远离生物膜填料部件的一端连接有空气支管3，空气由空气支管3通过生物膜填料部件的底部进入生物膜填料部件内，进行曝气，生物膜填料部件的底部连接有可向生物膜填料部件冲水的反冲洗支管，反冲洗支管中的水由生物膜填料部件的底部向上冲入，对冲污泥，反冲洗支管的设置，可以冲刷生物膜，促使老化的生物膜脱落，长出新的活性更强的生物膜，有利于保持生物膜的活性；同时，可以将沉入生物膜的沙粒等污物冲洗除去，避免生物膜孔道堵塞，而且可以防止污泥下沉。
需要说明的是，该实施方式中的生物膜填料部件的形状不受限制，可以根据工艺需要加工成带状、球形或者椭圆形等。
该污水处理设备，通过在生物膜填料部件的底部安装气泡切割部件，并且生物膜填料部件的底部安装反冲洗支管，实现下部进水、上部出水的方式，对冲污泥下沉，使得厌氧、缺氧、好氧各段在一个构筑物中，同时，生物膜与曝气设备相连，进行硝化反应，反应器其他部位不主动曝气，依靠微生物对水中剩余溶解氧的消耗形成缺氧/厌氧环境，并且，该污水处理设备具有脱氮除磷和有机污染物降解等功能。
进一步，生物膜填料部件的底部还连接有可在反应器主体的顶部、底部和生物膜填料部件之间回流的回流支管，回流支管与反冲洗支管连通后集成为反冲洗/回流支管6。上述设置，通过在反应器主体的顶部、底部和生物膜填料部件之间设置回流系统，根据需要对生物膜进行反冲洗，防止污泥沉淀。
更进一步，反应器主体上还安装有与反冲洗/回流支管6连通的反冲洗/回流干管4；反应器主体上还安装有与空气支管3连通的空气干管1。
在上述各实施方式的基础上，空气支管3优选为垂直于空气干管1，反冲洗/回流支管6优选为垂直于反冲洗/回流干管4，每个空气支管3上连接有至少两个气泡切割部件，并且，气泡切割部件优选为均匀分布于空气干管1的两侧，即当气泡切割部件的个数为两个时，优选为空气干管1的两侧各设置一个。这里需要说明的是，气泡切割部件优选为分布在空气干管1的两侧，当然，不均匀分布亦可，实际使用时，气泡切割部件的布局个数、密度、型号和种类应当根据水质水量的情况确定。
进一步，一个空气干管1上排列设置有若干空气支管3，例如可以为六根空气支管3，每一根空气支管3均包括分别位于空气干管1两侧的两段空气支管3。上述设置中，一根空气干管1上可以与24个气泡切割部件连接，进而可以连接24个生物膜填料部件，当然，实际操作中生物膜组件最多不一定是24个，个数没有上限，具体可以根据使用需求进行设定。
具体的，生物膜填料部件的安装位置可以根据需要进行安装，当然，空气干管1上连接的空气支管3的个数，以及每一根空气支管3上连接的气泡切割部件的个数同样可以根据需要设定，同时，空气支管3垂直于空气干管1，并且反冲洗/回流支管6垂直于反冲洗/回流干管4都是为了方便空气或水从干管中流入支管而优选设置的，在实际安装和使用时，并不局限于垂直。
需要说明的是，该污水处理设备中，生物膜填料部件布置的多少和造型跟据工艺需要确定，在靠近出水的部位适当多布置以保证出水水质。
生物膜填料部件和气泡切割部件共同构成生物膜填料系统7，生物膜填料系统7外部不主动供氧，依靠微生物对水中剩余溶解氧的消耗形成缺氧/厌氧区，厌氧和缺氧区域的面积取决于生物膜填料系统7的分布和曝气强度。
具体的，该生物膜填料部件的外部设有反冲洗水管，反冲洗水管分为支管和干管，支管与各生物膜填料部件相连，可将进入填料内的粒状污染物或者老化的生物膜反冲洗除去，同时，反冲洗水管还可将池顶的水回流池底，增加反应器传质效率和水流紊动性，防止污泥下沉。
在上述各实施方式的基础上，反冲洗水流和回流量的大小和开闭通过阀门调节。具体的，反冲洗/回流干管4上安装有反冲洗/回流干管阀门8，反冲洗/回流支管6上设有用于单独控制回流支管的支管回流阀门12和用于单独控制反冲洗支管的支管反冲洗阀门9，空气干管1上安装有空气调节阀2。
在上述各实施方式的基础上，反应器主体上还安装有与空气干管1连接的鼓风机。鼓风机和空气管路系统连接，鼓风机向空气干管1供气，通过空气阀门调节供气量。
在上述各实施方式的基础上，反应器主体上还安装有与反冲洗/回流干管4连接的反冲洗/回流泵5。
在上述各实施方式的基础上，反应器主体上的一端安装有进水管10，另一端安装有出水管11。
在上述各实施方式的基础上，气泡切割器13包括一端开口的圆筒型切割器主体，切割器主体的另一端开设有若干气泡切割孔14，切割器主体的侧面还安装有用于转动切割器主体的手柄15，切割器主体与生物膜填料部件连接的一端开设有可与生物膜填料部件配合连接的外螺纹，当然，生物膜填料部件上应当开设有与切割器主体的外螺纹相配合的内螺纹。
这里需要说明的是，切割器主体优选为圆筒型，可以保证气泡的均匀性，当然，切割器主体也可以为其他形状，例如方形筒等，并不局限于本实施方式所给出的方案，同时，生物膜填料部件与切割器主体之间的连接，优选为拆装方便的螺纹连接，当然，其他方式的连接亦可，例如插接或者卡接等。
具体的，气泡切割器13通过螺纹上面与生物膜填料部件相连，下面与空气支管3相连，切割器主体上的气泡切割孔14可根据工艺需要将气泡切割成不同的直径，提高氧气转移效率，切割器主体上的气泡切割孔14的直径大小和布置方式可以根据需要设定。
进一步，生物膜填料部件通过螺纹与气泡切割器13相连，生物膜填料部件内部布满孔道和皱褶，填料下部孔道较窄，上部孔道逐渐变宽，以便于粒状污染物和老化的生物膜从填料中反冲洗除去，孔道之间相互连通。
进一步，根据工艺需要，反应器主体的底部可布置带有回流系统的生物膜填料部件，如图3A所示，上部可布置不带回流系统的生物膜填料部件，如图3B所示。
更进一步，手柄15的个数为两个，并且对称分布于切割器主体的两侧，手柄15的端部还设有球形握持部，便于安装和拆卸生物膜填料部件。当然，手柄的设置目的是方便工作人员拆装或移动切割器主体，能够方便使用的手柄15结构均可，并不局限于本实施方式中所给出的手柄15的个数、设置位置和形状，例如，手柄15的个数也可以为1个或者至少三个。
具体的，采用该污水处理设备，处理某农村生活污水，其中化学需氧量COD＝350±32mg/L，生化需氧量BOD＝210±24mg/L，总氮含量TN＝53.7±11.2mg/L，氨氮NH4+-N＝36.7±5.3mg/L，总磷TP＝4.5±2.2mg/L。在稳定运行后，出水TN＜10mg/L，COD＜50mg/L，TP＜0.5mg/L，BOD＜10mg/L，符合《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002》一级A标准；并且，同等条件下，比普通A2O工艺能耗节约42％，脱氮效率提高29％，除磷效率提高21％以上。
上述方案中用到的生物膜采用桐木生物炭，制备方法如下：
将桐木在烘箱中105℃条件下烘干6小时，然后雕刻成图3A或者图3B所示的生物膜填料系统7，即生物膜的形状，内部布满孔道，下部孔道较窄，上部孔道逐渐变宽，孔道之间相互连通。再移入马弗炉中隔绝空气加热至450℃恒温炭化1.5h，停止加热，在炉内滞留1h，拿出备用。
该污水处理设备，具有以下优点：
1、好氧硝化段采用生物膜的形式，有利于硝化菌繁殖，提高脱氮效率，整个反应器活性污泥与生物膜法结合，有利于两种生物处理工艺优势互补；
2、将曝气设备与生物膜一体化，提高氧气传递效率；
3、生物膜以易装卸的形式连接，可根据生物膜填料部件的形状和工艺需要控制好氧厌氧段容积比例和形状；
4、好氧、厌氧、缺氧段集中在一个反应器内，可通过调节生物膜的数量、大小以及曝气强度，控制缺氧、好氧、厌氧段在反应器内的分布和容积比例；
5、生物膜连接有反冲洗水管和曝气管，方便采用水洗和气洗手段冲洗生物膜，避免生物膜堵塞，促进生物膜更新，增加生物膜的活性。
该污水处理设备，可实现反应器的小型化设计，并且曝气设备与生物膜一体化，使传统好氧生物反应器中氧气传递途径由“曝气泡破裂→水体溶解氧增加→生物膜获取氧气→污染物降解”变为“曝气泡破裂→生物膜获取氧气→污染物降解”，缩短了氧气转移链，提高转移效率，节省能耗；同时，生物膜连接反冲洗水管，方便采用水洗和气洗手段冲洗生物膜，避免生物膜堵塞，促进生物膜更新，增加生物膜的活性。
本说明书中各个实施方式采用递进的方式描述，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处，各个实施方式之间相同相似部分互相参见即可。实施方式
以上对本发明所提供的污水处理设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种污水处理设备，其特征在于，包括反应器主体，所述反应器主体上安装有生物膜填料部件和连接于所述生物膜填料部件底部的气泡切割部件，所述气泡切割部件远离所述生物膜填料部件的一端连接有空气支管（3），所述生物膜填料部件的底部还连接有可向所述生物膜填料部件冲水的反冲洗支管；所述生物膜填料部件的底部还连接有可在所述反应器主体的顶部、底部和所述生物膜填料部件之间回流的回流支管，所述回流支管与所述反冲洗支管连通后集成为反冲洗/回流支管（6）；所述生物膜填料部件内部布满孔道和皱褶，填料下部孔道较窄，上部孔道逐渐变宽，以便于粒状污染物和老化的生物膜从填料中反冲洗除去，孔道之间相互连通；所述气泡切割部件包括一端开口的切割器主体，所述切割器主体的另一端开设有若干气泡切割孔（14），所述切割器主体上的所述气泡切割孔（14）可将气泡切割成不同的直径；所述切割器主体与所述生物膜填料部件连接的一端开设有可与所述生物膜填料部件配合连接的外螺纹，使其氧传递过程为“曝气泡破裂→生物膜获取氧气→污染物降解”，缩短氧气转移链；
所述反应器主体上还安装有与所述反冲洗/回流支管（6）连通的反冲洗/回流干管（4），以及与所述空气支管（3）连通的空气干管（1）；每个所述空气支管（3）上连接有至少两个所述气泡切割部件，并且，所述气泡切割部件均匀分布于所述空气干管（1）的两侧；曝气设备与生物膜一体化。
2.根据权利要求1所述的污水处理设备，其特征在于，所述空气支管（3）垂直于所述空气干管（1），所述反冲洗/回流支管（6）垂直于所述反冲洗/回流干管（4）。
3.根据权利要求1所述的污水处理设备，其特征在于，所述反冲洗/回流干管（4）上安装有反冲洗/回流干管阀门（8），所述反冲洗/回流支管（6）上设有用于单独控制所述回流支管的支管回流阀门（12）和用于单独控制所述反冲洗支管的支管反冲洗阀门（9），所述空气干管（1）上安装有空气调节阀（2）。
4.根据权利要求1所述的污水处理设备，其特征在于，所述反应器主体上还安装有与所述空气干管（1）连接的鼓风机。
5.根据权利要求1所述的污水处理设备，其特征在于，所述反应器主体上还安装有与所述反冲洗/回流干管（4）连接的反冲洗/回流泵（5）。
6.根据权利要求1所述的污水处理设备，其特征在于，所述反应器主体上的一端安装有进水管（10），另一端安装有出水管（11）。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的污水处理设备，其特征在于，所述切割器主体的侧面还安装有用于转动所述切割器主体的手柄（15）。
8.根据权利要求7所述的污水处理设备，其特征在于，所述手柄（15）的个数为两个，并且对称分布于所述切割器主体的两侧，所述手柄（15）的端部还设有球形握持部。
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