CN108059243B - 一种含有圆管填料的水处理装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含有圆管填料的水处理装置及使用方法，属于水处理技术领域。该水处理装置包括池体反应系统、配气系统及配水系统，配气区主要通过对曝气管、配气管和脉冲管三种管调节开启对配气管供气，脉冲管由高压风机经调节阀连接储气罐，出口经减压阀、电磁阀和调节阀与其相连；圆管填料外孔径D为3～6mm，长度L为10～30mm，管壁厚h为0.5～1mm，密度ρ为1.05～1.2g/cm3，圆管两端呈U型切口，圆管材质为PVC。填料运行状态可根据进水水质调节配气阀进行改变。本发明用于污水生化处理具有对C、N、P同步处理效果好，且可针对不同C/N比调整填料工作状态；易反冲洗，反洗能耗低，不易堵塞；单位容积表面积高，制作简单。
Description
技术领域：
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种含有圆管填料的水处理装置及使用方法。
背景技术：
针对城镇污水处理，生物膜法在水处理技术中效果稳定，管理方便；填料的结构影响了填料微生物的生存环境，进而影响了污水中污染物质的去除效果。针对城镇生活污水的处理，现有填料存在很多不足之处：①悬挂填料，易导致生物膜生长堆积，老化生物膜脱落困难，填料的有效使用表面大大减弱，曝气量太大又会造成生物膜过度脱落。②悬浮填料，过分流化，缺少厌氧成分，脱氮除磷效果不佳，需增设二级厌氧处理构筑物。③下沉填料，吸水挂膜后的生物填料重量加重且堆积密实，反冲洗不及时，易造成填料的堵塞，导致布气不均匀，影响正常运行。
中国专利CN103951044A公布一种新型免烧结快速挂膜生物填料及其制备方法，该方法依然存在制成的填料比重大，面临堆积下沉后易堵塞反冲洗困难的问题。专利号为CN102167440A一种中空的圆管填料，所研究的圆管为一端开口，一端封闭或若干微孔。填料长度4～8cm，直径2～4cm，封闭一端微孔直径5mm～10mm，该填料孔径过大，在好氧曝气条件下不利于形成稳定的兼性厌氧微环境，所述梯度氧含量难易实现；同时在一端封闭或若干微孔的结构设计，填料结构不均匀，在反应器内状态单一，不利于流化，容易导致老化生物膜脱落缓慢，水处理效果不佳。用于废水生物增强处理的圆柱状有机生物载体，结构为中空圆柱状，内部带有支撑条或蜂窝状结构，内壁或外壁带有竖条状鳝翅结构，存在以下缺点：①制作工序复杂，制作需要采用磨具压制，先加热塑料，在磨具中挤压成型，冷水定性后，需即可切割成规定尺寸的填料。②单位反应器容积总表面积小，单个填料体积大，比表面积大，但填充后填料之间空隙率大，相对于单孔填料固定空间反应器体积利用率低，堆积密度小，总表面积减小。③缺少厌氧菌生存环境，填料分割为多个孔洞的结构，气泡不断补给式附着在蜂窝状腔体内，低曝气量条件下，即可保持悬浮状态，流化程度好，膜更新快，填料内难实现兼性厌氧的环境，导致脱氮除磷效果差。上述问题限制了填料的水处理效果的提升。
生物膜反应装置，生物膜法处理污水的另一关键组成部分。现阶段水处理效果较好的装置，存在一些缺点：①曝气盘易堵塞，维护困难；②操作使用复杂，难维护；③曝气管线控制较单一，经常调节气体流量容易导致曝气管线上曝气调节阀损坏，以及曝气管压力降差大的过程中导致的曝气量不足。
发明内容：
发明目的在于提供一种含有圆管填料的水处理装置及使用方法，适用于进水C:N比值不稳定状况下的可调式污水处理应用。
本发明提供的一种含有圆管填料水处理装置包括池体反应系统、配气系统及配水系统；所述池体反应系统包括反应池36、支撑板7、垫层9及填料层，所述支撑板7放置在反应池36的下部区域，所述垫层9放置在所述支撑板7上，所述垫层9由直径为10-15mm的砾石组成，所述垫层9厚度为50～100mm，所述填料层由若干圆管填料8组成，所述圆管填料8放置在所述垫层9上，所述支撑板7表面均匀布有直径8～10mm的孔洞；所述配气系统包括配气管11、曝气头10、曝气管12、补气管17、脉冲管22及各个管线上的阀门及供气装置，所述配气管11放置在反应池的底部且位于所述支撑板7的下端，所述曝气头10连接在所述配气管11上用于对池体内进行供气，所述配气管11在两端位置连接三条供气管线，所述三条供气管线中的一条连接曝气管12，所述三条供气管线中的另外二条经三通分别连接补气管17和脉冲管22；所述曝气管12依次连接第一虹吸管13、第一流量计14、曝气阀15及第一曝气机16；所述补气管17依次连接第二虹吸管18、第二流量计19、补气阀20及第二曝气机21；所述脉冲管22依次连接第三虹吸管23、第一调节阀24、脉冲电磁阀25、减压阀27、储气罐28、第二调节阀29及高压风机30，所述脉冲电磁阀25连接时控器26；所述配水系统包括高位水箱2、进水总管35、溢流管4、上端排水管6、下端排水管31、清水池5及各管线上的阀门，所述进水总管35上端连接高位水箱2，所述进水总管35的下端经三通连接池底进水端和下端排水管31，反应池上部连接上端排水管6，所述上端排水管6与清水池5连接，连接段设置上端排水阀34。
所述圆管填料8为外径D为3～6mm，长度L为10～30mm，径长比W为1：3～1：10，壁厚h为0.5～1mm的中空柱状结构，所述圆管填料的密度ρ为1.05～1.2g/cm3，所述圆管填料的材质为PVC，所述圆管填料的两端带U型切口，切口宽度范围为：D/4～D/2，切口深度范围为：D/4～D的凹槽。
距离端口越远厌氧的状态越明显，越偏向中心部分，氧传质困难，产生厌氧甚至缺氧状态，适宜厌氧菌的生存。小孔径结构有利于管内污泥的积累，通过微生物对管口氧气的消耗利用程度，传递到圆管中心区域的氧含量递减，营造兼性厌氧环境。两端管口发生拼接时，交错接口不完全封闭，确保静置状态污染物质的圆管内外的正常传递，同时U型切口减少了端口气泡的附着，有利于管内稳态环境的维持，维持静沉的运行状态。圆管填料，其密度在1.0～1.2g/cm3，材质为PVC。其密度略大于水，在低曝气量条件下维持下沉的状态，适量增加曝气量可以达到悬浮状态。
本发明提供一种含有圆管填料水处理装置的使用方法，该方法具体内容如下：
所述含有圆管填料水处理装置处理水质的C:N小于100:5时，所述水质为低有机物高氮磷污水，开启曝气阀15，关闭补气阀20，保持静沉状态运行，间歇启闭脉冲电磁阀25；所述含有圆管填料水处理装置处理水质的C:N大于100:5时，所述水质为高有机物低氮磷污水，开启曝气阀15和补气阀20，关闭脉冲电磁阀25，保持流化状态运行
所述含有圆管填料水处理装置使用时，污水由进水泵1经污水提升管3进入高位水箱2，开启高位水箱进水总阀33后，经进水总管35由下端进入池体36内进行反应，过量污水经溢流管4回流至污水池，打开上部排水阀34，水经上端排水管6流出至清水池5。排空池体内污水时，打开下端排水阀32，经下端排水管31直接排出反应器。
所述含有圆管填料水处理装置，当原水质C:N比值小于100:5时，即为低有机物高氮磷污水，开启曝气阀15，关闭补气阀20，保持填料以静沉状态运行，设置脉冲电磁阀25时控器26的脉冲周期。圆管填料在下沉状态时，管内较多的厌氧微环境，有利于脱氮除磷生化反应。
当原水质C:N比大于100:5时，即为高有机物低氮磷污水，开启曝气阀15和补气阀20，保持填料以流化状态运行，调节各管流量，控制3～5mg/溶解氧含量。圆管填料在流化状态运行时，填料处于高速扰动状态，填料间摩擦强度增加，圆管填料外表面生物膜脱落更新快，管内环境在水流扰动下，厌氧环境较少，有利于有机物质的消耗。
本发明中，在第三虹吸管23前端连接第一调节阀24，当反应内部压力发生ΔP的改变时，经第一调节阀24调节后，调节阀抵消ΔP压差，让储气罐28通过减压阀27传出的稳定气量。采用第二调节阀29来控制脉冲管中压力变化大，对反应装置供气不均匀，导致反应器内气量不稳定的状态。高压风机运转对管网供气时，各个管网管线压力分布不均匀，设置第二调节阀29调控两端不平衡压差，设定压力罐进气端稳定的进气气压，调节阀在曝气管线中起到变阻的作用，在曝气气压不稳状态下通过改变阀门阻力提供一个压力降，从而达到稳压的作用。
与现有填料运行效果相比，本发明的有益效果体现：
1、好氧反应内兼具厌氧环境。圆管填料结构内部形成的稳定微环境，给微生物营造了一个兼具厌氧的微环境。可以实现单级反应器内在好氧曝气的条件下同步实现硝化反硝化反应，无需再增加多级工艺流程进行单独的厌氧反应。
2、管内单通道小孔径结构，以及管两端的U型切口结构，削弱了气泡的附着作用，使挂膜后的圆管填料堆积状态更稳定，保护了管内稳定的生物状态。有利于厌氧脱氮除磷。采用的密度略大于水的轻型材质有利于反冲洗，避免了普通下沉填料堆积密实、堵塞填料利用率低的问题，圆管填料的有效率大大增加，提高了水样的传递效率，且圆管填料生物膜更新速度快，易反冲洗，反洗低能耗，且摩擦无渣，支撑板孔设计尺寸增加，减小堵塞。
3、配气管采用对称联通式两端供气的方式，有效的控制供气管网压力不平衡问题，缓解曝气盘曝气孔易堵塞问题，使反应器底端的配气管线气量均匀，结合调节阀的设置，实现在供气管网压差波动较大的情况，可以稳定的为反应装置提供多级可调曝气量。
4、支撑板上填料垫层简单；圆管结构细长，所应用装置的支撑板孔径可设孔径大，即小于填料垫层砾石直径即可，同时圆管填料材质轻，不要求支撑板其支撑强度过大，填料垫层为单一结构垫层即可，无需多级配置垫层材质。
5、采用本发明提供的生物填料及装置处理污水时，可以根据进水水质调控填料状态运行，结合进水水质和出水水质排放要求，通过判断进水水质不同C/N/P比值与100:5:1的偏差，决定最佳生化反应条件，进而调节填料的静沉或流化的状态。可调式范围变广，可控制性更强。可快速改变填料的运行状态，达到快速可调，特殊水质特殊运行状态。从而增加对水中污染物质的处理效果。
附图说明：
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明装置中的圆管填料的三维结构示意图；
图3为本发明装置中配气管与曝气管、补气管、曝气管连接方式示意图。
图中：1：进水泵；2：高位水箱；3：污水提升管；4：溢流管；5：清水池；6：上端排水管；7：支撑板；8：圆管填料；9：填料垫层；10：曝气头；11：配气管；12：曝气管；13：第一虹吸管；14：第一流量计；15：曝气阀；16：第一曝气机；17：补气管；18：第二虹吸管；19：第二流量计；20：补气阀；21：第二曝气机；22：脉冲管；23：第三虹吸管；24：第一调节阀；25：脉冲电磁阀；26：时控器；27：减压阀；28：储气罐；29：第二调节阀；30：高压风机；31：下端排水管；32：下端排水阀；33：高位水箱进水总阀；34：上端排水阀；35：进水总管；36：反应池。
具体实施方式：
以下通过具体实施例来进一步说明本发明提供的一种含有圆管填料的水处理装置及使用方法。为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例，进一步阐释本发明，但不作为本发明的限定。
实施例1：选取管外径在5mm的光滑管段，管长在16mm，壁厚为1mm，内径为3mm。圆管填料的规格为Φ2.1×L16mm，比表面积1066m2/m3和密度1.19g/cm3。两端有长为1.5mm，高为2mm的矩形U型凹槽。
应用装置的支撑板上砾石层厚10cm，填料填充堆积高度为500mm，装置内液位高1050mm，容积为18.55L。
取COD浓度为COD50～300mg/L，氨氮浓度为20～60mg/L的污水进行生化处理。运行过程中保持溶解氧在含量在3～5mg/L，水温控制在22±4℃。系统每天运行2个周期，每个周期按“进水20min→曝气9h→沉淀2h→排水10min的流程进行周期运行。C/N比小于100:5，且进水氮含量在20～60mg/L，开启曝气阀，关闭补气阀和脉冲阀使圆管填料处于静沉的运行状态。
在COD的去除效果上：试验进水COD浓度范围集中在50～300mg/L，稳定后在80％的出水去除率，出水浓度保持在50mg/L以下，圆管填料能够较好的去除有机污染物质，出水满足一级A的出水水质标准。在氨氮的去除效果上：进水氨氮浓度为20～60mg/l，其中圆管填料氨氮去除率可达到95％，出水氨氮均在3mg/l以内，达到一级A的排放标准要求。在TP的去除效果上：实验总磷的进水范围在2-5mg/L的范围内，圆管填料对磷的去除率可以达到90％左右。
实施例2：根据进水C/N比值和N含量来保持填料以静沉状态或流化状态运行。
圆管填料充于反应器内分析进水水质，当C/N小于100:5，氮磷含量占比高时，污水为低有机物高氮磷污水，调整处理工艺偏向于厌氧脱氮，填料静沉状态运行处理效果较好，开启曝气阀15，关闭补气阀20，间歇启闭脉冲电磁阀25时控器26，调控第一流量计14，控制气水比在1:2，溶解氧的含量在2～5mg/L，使气浮力F1+水的浮力F2＜带膜填料重力G，使圆管填料处于静沉状态运行。
当C/N大于100:5，有机物含量占比高，传质效果不佳时，保持圆管填料流化状态运行处理效果较好，开启曝气阀15和补气阀20，关闭脉冲管22系统，控制第一流量计14、第二流量计19，控制气水比在1:1范围，同时控制反应器内溶解氧在2～5mg/L范围，使气浮力F1+水的浮力F2≥带膜填料重力G，使圆管填料处流化状态运行。
Claims (2)
1.一种含有圆管填料水处理装置，其特征在于该装置包括池体反应系统、配气系统及配水系统；所述池体反应系统包括反应池（36）、支撑板（7）、垫层（9）及填料层，所述支撑板（7）放置在反应池（36）的下部区域，所述垫层（9）放置在所述支撑板（7）上，所述垫层（9）由直径为10-15mm的砾石组成，所述垫层（9）厚度为50~100mm，所述填料层由若干圆管填料（8）组成，所述圆管填料（8）放置在所述垫层（9）上，所述支撑板（7）表面均匀布有直径8~10mm的孔洞；所述配气系统包括配气管（11）、曝气头（10）、曝气管（12）、补气管（17）、脉冲管（22）及各个管线上的阀门及供气装置，所述配气管（11）放置在反应池的底部且位于所述支撑板（7）的下方，所述曝气头（10）连接在所述配气管（11）上用于对池体内进行供气，所述配气管（11）在两端位置连接三条供气管线，所述三条供气管线中的一条连接曝气管（12），所述三条供气管线中的另外二条经三通分别连接补气管（17）和脉冲管（22）；所述曝气管（12）依次连接第一虹吸管（13）、第一流量计（14）、曝气阀（15）及第一曝气机（16）；所述补气管（17）依次连接第二虹吸管（18）、第二流量计（19）、补气阀（20）及第二曝气机（21）；所述脉冲管（22）依次连接第三虹吸管（23）、第一调节阀（24）、脉冲电磁阀（25）、减压阀（27）、储气罐（28）、第二调节阀（29）及高压风机（30），所述脉冲电磁阀（25）连接时控器（26）；所述配水系统包括高位水箱（2）、进水总管（35）、溢流管（4）、上端排水管（6）、下端排水管（31）、清水池（5）及各管线上的阀门，所述进水总管（35）上端连接高位水箱（2），所述进水总管（35）的下端经三通连接所述反应池（36）底部的进水端和所述下端排水管（31），反应池上部连接上端排水管（6），所述上端排水管（6）与清水池（5）连接，连接段设置上端排水阀（34）；所述圆管填料（8）为外径D为3~6mm，长度L为10~30 mm，径长比W为1：3~1：10，壁厚h为0.5~1mm的中空柱状结构，所述圆管填料的密度ρ为1.05~1.2g/cm3，所述圆管填料的材质为PVC，所述圆管填料的两端带U型切口，切口宽度范围为：D/4~D/2，切口深度范围为：D/4~D的凹槽。
2.权利要求1所述一种含有圆管填料水处理装置的使用方法，其特征在于该方法具体内容如下：所述含有圆管填料水处理装置处理水质的C:N小于100:5的低有机物高氮磷污水时，开启曝气阀（15），关闭补气阀（20），保持静沉状态运行，间歇启闭脉冲电磁阀（25）；所述含有圆管填料水处理装置处理水质的C:N大于100:5的高有机物低氮磷污水时，开启曝气阀（15）和补气阀（20），关闭脉冲电磁阀（25），保持流化状态运行。
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