CN108017160B - 加压流化生物处理污废水装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种加压流化生物处理污废水装置，该装置由生化反应区和气体产生区两部分组成；所述的生化反应区包括反应器反应器内部轴向设置有导流筒，反应器下端连接有进水管、进气管和排污管，反应器的上部设置有固液气三相分离装置、载体加料管和出水管道；进气管的出气口处设有进气装置、该进气装置与导流筒相对正；反应器内还设置有载体颗粒，载体颗粒分布于导流筒的内侧和外侧、内侧载体颗粒随着气体和水流向上流动、外侧载体颗粒随水流向下流动、以实现载体水流及气流的流化；气体产生区由两套产气系统构成，一套为空压机、储气罐组成的空气系统，另一套为直接连接氮气或氧气钢瓶组成的气体系统；两套产气系统并联且均与进气管相连通。

Description

加压流化生物处理污废水装置
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种加压流化生物处理污废水装置。
背景技术
随着工业经济的不断发展，环境问题日益突出并成为了人们关注的焦点。各种工业生产所带来的水环境污染越来越严重，污废水中的成分日益复杂，给污废水处理技术带来了很大的挑战。水资源短缺问题的日渐凸显和国家对于环境问题的逐渐重视，也使环保部门对于污水处理提出了更高的要求。随着人们认识的不断提高和对于环境整体性保护的重视，对于污水处理过程中所产生的二次污染，也一直是环保技术人员在努力解决的问题。
污废水处理方法有物理法、化学法和生物法。与其它处理方法相比，生物法作为传统的污废水处理法由于具有流程简单、投资省、操作运营费用低等优点而被广泛应用，但该方法的缺点也很明显，一是处理效率不高，二是会产生较多的污泥，会增大后续对污泥处理处置的成本。针对以上的缺点，研究者对生物法做了许多改进，或采用与物化法相结合的联用技术，生物处理可以前置，也可以后置；或通过改变环境条件或改变微生物本身来提高微生物处理污染物的效率。在此改进技术中，加压曝气技术备受青睐。
加压曝气生物技术与常压生物技术相比具有更高的污染物处理效率，理由有以下几点：1.加压条件下的微生物较常压下的微生物具有更高的活性，但压力过高，会使微生物细胞破坏，从而引起微生物的死亡，导致处理体系瘫痪；2.加压条件下，水中的气体溶解度会增加，从而有利于微生物利用水中溶解的气体；3.加压条件下，也会减少液体的粘稠性，使液体更易流化，如在处理高盐度废水时，加压曝气就能提高含盐废水的流动性能。同时，有机物在液体中的溶解度也会有所提高，从而更有利于微生物利用溶液中的有机物。另一方面，上流式生物反应器中的微生物比固定式生物反应器中的能更有效的接触营养物质和污染物，从而更有利于气、液、固三相间的物质传递，有效提高微生物降解污染物的性能。
目前关于加压曝气反应器在污废水中处理应用的技术并不多见，现有技术公开的多种废水曝气处理装置如下：
如发明专利部分回流加压曝气式等离子体污水处理装置(公告号：CN104229945B)，部分回流加压曝气式等离子体污水处理装置，该装置是将加压曝气技术与等离子技术的结合，该装置的加压曝气罐体主要是将经过等离子体处理的部分清水进行回流，与储气罐中的气体一起进入压力溶气罐中从而提高水的溶气量，后进行减压释放进入等离子体，此时进入等离子体反应器的水曝气更加均匀，气泡更加微小，增大了气液两相的接触面积，能提高低温等离子体的处理效率和放电距离。该专利中对废水起主要作用的是等离子体放电，加压曝气只是单纯为了提高水中溶氧量；但是该结构采用高压电源，安全性差，可操作性低。
又如发明专利加压固定床生物膜反应器污水处理工艺(公告号：CN 100534926C)，加压固定床生物膜反应器污水处理工艺，该工艺针对普通固定床生物膜反应器在常压状态下通过鼓风机提供氧源，供氧能力有限的缺陷，提出用加压曝气装置提高氧在污水中的饱和溶解度，从而提高微生物降解有机物的能力。由于该专利的装置是针对固定式生物膜反应器的缺点进行的改进，因此并未对固定床本身存在的缺点进行改进，如床层易堵塞且微生物与营养物质接触不充分等。
又如实用新型专利CN 20537864U，加压曝气生物反应器，该反应器为下流式反应装置，废水从反应器顶部流入经过滤料层后从底部流出，相反的，气体则从下而上经过滤料层，该装置针对现有曝气反应滤池在使用过程中反应效率过低不能达到快速过滤的缺点，提出一种快速过滤的技术，即加压曝气生物反应器，主要是通过加压起到提高曝气反应速率的作用，提高过滤效率。该反应器没有装备压力表，因此，无法确认反应器内部的压力，同时下流式的进水方式减少了水力停留时间，比之于上流式进水方式处理污染物的能力要差。
又如发明专利CN 102765806B，一种加压曝气MBR水处理装置与方法，该专利是将加压曝气与MBR两种工艺进行耦合，用膜组件取代传统生物处理技术末端的二沉池，由于结合加压曝气与MBR膜处理，有利于增殖缓慢或高效的微生物的截留，提高系统的硝化效果和对难降解有机物的处理能力。该专利中用活性污泥进行水处理，在加压曝气条件下，虽然能有益的减少膜组件的污染，但是膜组件的膜孔是否堵塞是反应装置能否正常运行的限制因素。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种安全性好，易于操作，床层不易堵塞且微生物与营养物质接触充分的加压流化生物处理高浓度废水装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种加压流化生物处理高浓度废水装置，该装置由生化反应区和气体产生区两部分组成；
所述的生化反应区包括反应器，所述的反应器内部轴向设置有导流筒，所述的反应器下端连接有进水管、进气管和排污管，所述的反应器的上部设置有固液气三相分离装置、载体加料管和出水管道；所述的进气管的出气口处设有进气装置、该进气装置与导流筒相对正；所述的反应器内还设置有载体颗粒，载体颗粒分布于导流筒的内侧和外侧，所述的内侧载体颗粒随着气体和水流向上流动、所述的外侧载体颗粒随水流向下流动、以实现载体水流及气流的流化；
所述的气体产生区由两套产气系统构成，一套为空压机、储气罐组成的空气系统(该专利也包含臭氧发生装置用于产臭氧)，另一套为直接连接氮气或氧气钢瓶组成的气体系统；两套产气系统并联且均与进气管相连通。
采用上述结构，其主要工艺流程：气体产生区的气体通过进气口进入进气装置后进入反应器中，污废水由底部的进水管道进入反应器，在进气通水的同时，将载有微生物的载体(微生物采用细胞全包埋式载体PVA-海藻酸钠包埋或活性炭等一般悬浮式载体填料)从载体加料管送入反应器中，由于上升气泡的影响，载体在进入导流筒内部时会受到上流气体的冲刷，在筒内载体向上流动，筒外则由于重力作用载体向下流动，从而实现气液固三相的流化。载体加完后对反应器的压力进行调节，控制一定的压力。反应完成后，水排出。本发明采用气液固三相分离装置取代膜组件，用于有效分离气液固三相，能有效防止载体从出水口流出；从反应器运行寿命及成本来看都更有利，同时用载体固定菌取代活性污泥，可以使固定菌与废水更充分接触，在减少污泥的产生的同时，更能有效提高微生物降解污染物的效率。
作为优选，所述的反应器内，气液固三相分离装置上部设置有反冲洗水布水管，所述的反冲洗水布水管为圆环形，反冲洗水布水管上周向均匀设置有多个布水孔。由于反应器运行一段时间后，为了防止三相分离器装置与罐体内壁间有微生物附着，从而堵塞反应器，通过反应器顶部的反冲洗水布水管进行冲洗，冲洗水沿着多个布水孔均匀喷出，冲洗后的泥水由底部的排污管排出。
作为优选，所述的导流筒的内径与反应器的内径配比为3:4，导流筒高度与反应器高度之间的配比为3/4-3/5，导流筒底部离反应器的底部比曝气头顶部高20-40mm，导流筒顶部与三相分离器底部相差50-80mm。
作为优选，所述的载体颗粒采用不同类型的悬浮载体，具体包括细胞全包埋式载体PVA-海藻酸钠包埋或活性炭等一般悬浮式载体填料。
作为优选，反应器内为加压气氛，所述的加压的压力为0.1-0.5MPa；加压条件下的微生物较常压下的微生物具有更高的活性，但是压力过高，会使微生物细胞破坏，从而引起微生物的死亡导致体系瘫痪；本发明控制压力在0.1-0.5MPa之间时，微生物不会因为压力作用而死亡；此外，加压条件下，水中的气体溶解度会增加，从而有利于微生物利用水中溶解的气体；加压也会减少液体的粘稠性，使液体更易流化，如在处理高盐度废水时，加压曝气就能提高含盐废水的流动性能，同时，有机物在液体中的溶解度也会有所提高，从而更有利于微生物利用溶液中的有机物。另一方面，上流式生物反应器中的微生物比固定式生物反应器中的能更有效的接触营养物质和污染物，从而更有利于气、液、固三相间的物质传递，有效提高微生物降解污染物的性能。
作为优选，生化反应区通过导流筒、底部进气实现载体的上流式流化。该种方式比固定式生物反应器能使微生物更有效的接触营养物质和污染物，从而更有利于污染物的降解。
作为优选，所述的载体加料管的入口处设有控制阀门；阀门的设置能实现更换或加入载体时打开，运行时为关闭状态。
作为优选，所述的反应器上端设置有安全阀，该安全阀用于保证反应器中的压力稳定、并在压力超过设定值时自动减压。
作为优选，所述的反应器上端设置有压力表，用于显示反应器中的压力。
作为优选，所述的气液固三相分离装置的外边缘与反应器内壁之间的距离小于载体直径；该设置防止载体的溢出，同时保证气体和废水可以通过，而载体会沿着导流筒外壁回落到罐体底部，同时通过罐体底部进气装置的气体与进水水流一起从导流筒内部重新悬浮，从而实现载体流化。
作为优选，本发明所述的两套进气系统，对于好氧菌种，通过空压机将空气直接泵入储气罐中，后通过控制阀进入反应器中；对于厌氧菌则将氮气钢瓶中的氮气直接通过控制阀打入反应器中，对于氧气利用比较高的菌体，也可以用氧气钢瓶替代空气。
本发明的进气装置为在进气管上部装有曝气头，用于较好的分散气体。
附图说明：
图1本发明的加压流化污废水生物处理装置结构示意图。
图2为本发明进气装置结构示意图。
图3为本发明反冲洗水布水管结构示意图。
其中1为进气管道、2为排泥及排反冲洗水口、3为排泥及反冲洗水阀门、4为进气装置、5为进水管道、6为进水阀门、7为导流筒、8为支撑肋、9为载体颗粒、10为气液固三相分离装置、11为出水管道、12为出水阀门、13为反冲洗水布水管、13.1为布水孔、14为反冲洗水阀门、15为加载体管道、16为压力表、17为安全阀、18为加载体控制阀、19为空气压缩机、20为储气罐、20.1为第一输气管道、21为第一气体控制阀、22为第二气体控制阀、23为气体钢瓶、23.1为第二输气管道、24为反应罐、25为进气阀。
具体实施方式：
下面通过实施例详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。
如附图1-3所示，本发明的加压流化生物处理高浓度废水装置，该装置由生化反应区和气体产生区两部分组成；
所述的生化反应区包括反应器24，所述的反应器内部轴向设置有导流筒7，所述的反应器下端连接有进水管5、进气管1和排污管2，所述的反应器的上部设置有固液气三相分离装置10、载体加料管15和出水管道11；所述的进气管的出气口处设有进气装置4、该进气装置与导流筒相对正；所述的反应器内还设置有载体颗粒9，载体颗粒分布于导流筒的内侧和外侧，所述的内侧载体颗粒随着气体和水流向上流动、所述的外侧载体颗粒随水流向下流动、以实现载体水流及气流的流化；
所述的气体产生区由两套产气系统构成，一套为空压机19、储气罐20组成的空气系统(本发明还可以包含臭氧发生装置用于产臭氧)，另一套为直接连接氮气或氧气钢瓶23组成的气体系统；两套产气系统与进气管1并联相连通。
采用上述结构，其主要工艺流程：气体产生区的气体通过进气口进入进气装置后进入反应器中，污废水由底部的进水管道进入反应器，在进气通水的同时，将载有微生物的载体(微生物采用细胞全包埋式载体PVA-海藻酸钠包埋或活性炭等一般悬浮式载体填料)从载体加料管送入反应器中，由于上升气泡的影响，载体在进入导流筒内部时会受到上流气体的冲刷，在筒内载体向上流动，筒外则由于重力作用载体向下流动，从而实现气液固三相的流化。载体加完后对反应器的压力进行调节，控制一定的压力。反应完成后，水排出。本发明采用气液固三相分离装置取代膜组件，用于有效分离气液固三相，能有效防止载体从出水口流出；从反应器运行寿命及成本来看都更有利，同时用载体固定菌取代活性污泥，可以使固定菌与废水更充分接触，在减少污泥的产生的同时，更能有效提高微生物降解污染物的效率。
附图3所示：本发明所述的反应器内，气液固三相分离装置(市售气液固三相分离器)上部设置有反冲洗水布水管13，该布水管为圆环形，外径略小于反应器的内径，反冲洗水布水管上周向均匀设置有多个布水孔13.1，该实施例反应器的内壁与布水管的外径间的间距为10mm，布水管为DN15的管子，上面开有7个直径为10mm的布水孔(布水管采用耐压的PC管或不锈钢管)；由于反应器运行一段时间后，为了防止三相分离器装置与罐体内壁间有微生物附着，从而堵塞反应器，通过反应器顶部的反冲洗水布水管进行冲洗，冲洗后的泥水由底部的排污管排出。
本发明所述的载体颗粒采用不同类型的悬浮载体，具体包括细胞全包埋式载体PVA-海藻酸钠包埋或活性炭等一般悬浮式载体填料。
本发明反应器内为加压气氛，所述的加压的压力为0.1-0.5MPa；加压条件下的微生物较常压下的微生物具有更高的活性，但是压力过高，会使微生物细胞破坏，从而引起微生物的死亡导致体系瘫痪；本发明控制压力在0.1-0.5MPa之间时，微生物不会因为压力作用而死亡；此外，加压条件下，水中的气体溶解度会增加，从而有利于微生物利用水中溶解的气体；加压也会减少液体的粘稠性，使液体更易流化，如在处理高盐度废水时，加压曝气就能提高含盐废水的流动性能，同时，有机物在液体中的溶解度也会有所提高，从而更有利于微生物利用溶液中的有机物。另一方面，上流式生物反应器中的微生物比固定式生物反应器中的能更有效的接触营养物质和污染物，从而更有利于气液固三相间的物质传递，有效提高微生物降解污染物的性能。
本发明的生化反应区通过导流筒、底部进气实现载体的上流式流化。该种方式比固定式生物反应器能使微生物更有效的接触营养物质和污染物，从而更有利于污染物的降解。
本发明所述的载体加料管的入口处设有控制阀门18；控制阀门的设置能实现更换或加入载体时打开，运行时为关闭状态。
本发明所述的反应器上端设置有安全阀17，该安全阀用于保证反应器中的压力稳定、并在压力超过设定值时自动减压；所述的反应器上端设置有压力表15，用于显示反应器中的压力。
本发明所述的气液固三相分离装置的外边缘与反应器内壁之间的距离小于载体直径；该设置防止载体的溢出，同时保证气体和废水可以通过，而载体会沿着导流筒外壁回落到罐体底部，同时通过罐体底部进气装置的气体与进水水流一起从导流筒内部重新悬浮，从而实现载体流化。
本发明所述的两套进气系统，对于好氧菌种，通过空压机19将空气直接泵入储气罐20中；储气罐的出气端设置有与进气管连通的第一输气管道20.1、第一输气管道上设置有第一气体控制阀21；储气罐的气体通过第一气体控制阀21进入反应器中；对于厌氧菌则将氮气钢瓶23的出气端设置有与气管连通的第二输气管道23.1、第二输气管道上设置有第二气体控制阀22；氮气钢瓶中的氮气直接通过第二气体控制阀打入反应器中，对于氧气利用比较高的菌体，也可以用氧气钢瓶替代空气。本发明第一输气管道和第二输气管道并联后与进气管连通，且与进气管连通的通道上设置有进气阀25。
本发明所述的导流筒的内径与反应器的内径配比为3:4，导流筒高度与反应器高度之间的配比为3/4-3/5，导流筒底部离反应器的底部比曝气头顶部高20-40mm，导流筒顶部与三相分离器底部相差50-80mm。
本发明所述的反应器在运行处理废水过程，各个阀门为封闭状态，以保证反应器内压力的稳定性。
下面为利用本发明的装置处理污水的应用实施例，以证实本发明装置的效果。
实施例1：
处理对象：某实验废水COD浓度为800-1000mg/L，氨氮浓度为60-80mg/L，pH值为6-8。
处理效果：反应装置中加入一定量包埋细菌，向反应装置中通入压缩空气，保持反应器内部压力在0.4MPa，反应器运行10h，COD降为100mg/L以下，氨氮浓度降为10mg/L以下。COD和氨氮去除率均大于85％，出水效果较好。与常压生物反应器的去除率在40％左右相比，有较为明显的提高。
实施例2：
处理对象：某实验废水COD浓度为400-500mg/L，氨氮浓度为40-60mg/L，活性蓝13浓度为100mg/L，pH值为6-8。
处理效果：反应装置中加入一定量包埋细菌，向反应装置中通入氮气，保持反应器内部压力在0.4MPa，反应器运行12h，COD降为30mg/L以下，氨氮浓度降为5mg/L以下。COD和氨氮去除率均大于85％，染料脱色率高达90％，出水效果较好。与常压生物反应器的去除率在35％，脱色率在60％左右相比，有较为明显的提高。
两组实施例都表明经过本发明装置的处理，出水效果都较常压装置要好，有利于后续的进一步深度处理达标排放。

Claims (9)

1.一种加压流化生物处理污废水装置，其特征在于：该装置由生化反应区和气体产生区两部分组成；
所述的生化反应区包括反应器，所述的反应器内部轴向设置有导流筒，所述的反应器下端连接有进水管、进气管和排污管，所述的反应器的上部设置有气液固三相分离装置、载体加料管和出水管道；所述的进气管的出气口处设有进气装置、该进气装置与导流筒相对正；所述的反应器内还设置有载体颗粒，载体颗粒分布于导流筒的内侧和外侧，所述的内侧载体颗粒随着气体和水流向上流动、所述的外侧载体颗粒随水流向下流动、以实现载体水流及气流的流化；
所述的气体产生区由两套产气系统构成，一套为空压机、储气罐组成的空气系统，另一套为直接连接氮气或氧气钢瓶组成的气体系统；两套产气系统并联且均与进气管相连通；
所述的气液固三相分离装置的外边缘与反应器内壁之间的距离小于载体直径。
2.根据权利要求1所述的加压流化生物处理污废水装置，其特征在于：所述的反应器内，气液固三相分离装置上部设置有反冲洗水布水管，所述的反冲洗水布水管为圆环形，反冲洗水布水管上周向均匀设置有多个布水孔。
3.根据权利要求1所述的加压流化生物处理污废水装置，其特征在于：所述的载体颗粒采用不同类型的悬浮载体，具体包括细胞全包埋式载体PVA-海藻酸钠包埋或活性炭的悬浮式载体填料。
4.根据权利要求1所述的加压流化生物处理污废水装置，其特征在于：所述的反应器内为加压气氛，所述的加压的压力为0.1-0.5MPa。
5.根据权利要求1所述的加压流化生物处理污废水装置，其特征在于：所述的生化反应区通过导流筒、底部进气实现载体的上流式流化；所述的导流筒的内径与反应器的内径配比为3:4，导流筒高度与反应器高度之间的配比为3/4-3/5，导流筒底部离反应器的底部比曝气头顶部高20-40mm，导流筒顶部与三相分离器底部相差50-80mm。
6.根据权利要求1所述的加压流化生物处理污废水装置，其特征在于：所述的载体加料管的入口处设有控制阀门；控制阀门的设置实现更换或加入载体时为打开、运行时为关闭状态。
7.根据权利要求1所述的加压流化生物处理污废水装置，其特征在于：所述的反应器上端设置有安全阀，该安全阀用于保证反应器中的压力稳定、并在压力超过设定值时自动减压。
8.根据权利要求1所述的加压流化生物处理污废水装置，其特征在于：所述的反应器上端设置有压力表，用于显示反应器中的压力。
9.根据权利要求1所述的加压流化生物处理污废水装置，其特征在于：所述的两套进气系统，对于好氧菌种，通过空压机将空气直接泵入储气罐中，后通过控制阀进入反应器中；对于厌氧菌则将氮气钢瓶中的氮气直接通过控制阀打入反应器中；对于氧气利用比较高的菌体，用氧气钢瓶替代空气。
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