CN110104766A - 一种气动式生物转笼设备和高效生物脱氮的污水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动式生物转笼设备和高效生物脱氮的污水处理方法，该气动式生物转笼设备包括水槽、转动和气体扩散组件，转笼设于水槽内，且转笼内填充有生物填料，气体扩散组件用于通过曝气向所述水槽内的需氧区域供氧和推动转笼转动。其中，通过以上气体扩散组件的设置，可通过曝气为转笼内生物填料上的生物膜提供溶解氧的同时推动转笼转动，从而实现生物膜和污水的充分接触混合，提高脱氮效率；且结构简单，设备占地面积小，投资成本低，通过气动式推动，能耗小，后期维护简单。

Description

一种气动式生物转笼设备和高效生物脱氮的污水处理方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种气动式生物转笼设备和高效生物脱氮的污水处理方法。

背景技术

随着中国经济的迅猛发展，水污染问题日益严峻。传统的污水脱氮处理技术是以缺氧- 好氧为基础的活性污泥法，该技术脱氮效率不高，但能耗高、污泥易膨胀。近年来，以悬浮填料为基础的生物膜法逐渐受到人们的关注，被认为是未来最有可能替代传统活性污泥法的潜在技术，其运行效果的关键在于保证填料在设备内分布均匀，确保生物膜与污水充分接触，且不易脱落。生物转盘是另一种基于固定填料(转盘)的生物膜法处理工艺，但盘片结构复杂、制造加工费用较高、容积负荷低、不适宜处理大规模污水。近年来，随着我国乡镇及农村等小规模污水处理工程的不断增多，生物转盘工艺以其脱氮效果稳定、操作管理简单等优势，逐渐获得业内人士的青睐。但是与悬浮填料相比，转盘的有效表面积小，生物膜附着量不足，空间利用率低。传统的电动式生物转盘，需要减速箱、电机等转盘驱动装置，能耗高且维修工作量大，给农村等欠发达地区的长期使用维护造成不便。

发明内容

为了至少解决上述技术问题之一，本发明提供一种气动式生物转笼设备和高效生物脱氮的污水处理方法。

本发明所采用的技术方案是：一种气动式生物转笼设备，包括水槽、转笼和气体扩散组件；所述转笼设于所述水槽内，所述转笼内填充有生物填料；所述气体扩散组件用于通过曝气向所述水槽内的需氧区域供氧和推动所述转笼转动。

根据本发明一具体实施例，所述水槽内设有隔板组件，所述隔板组件包括沿所述水槽的横轴向间隔设置的第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和所述第二隔板将所述水槽沿横轴向依次分隔为缺氧区、好氧区和沉淀区；所述第二隔板的底部设有用于污水从好氧区流入沉淀区的开口；所述缺氧区的上部设有进水口，所述沉淀区的上部设有出水口；

所述转笼包括第一转笼和第二转笼，所述第一转笼和所述第二转笼通过转轴相连，且分别设于所述水槽内的缺氧区和好氧区；所述气体扩散组件设于所述第二转笼的侧下方，用于通过曝气向好氧区供氧，以及推动所述第二转笼转动，进而通过所述转轴带动所述第一转笼转动。

根据本发明一具体实施例，所述隔板组件还包括第三隔板，所述第三隔板沿所述水槽的横轴向间隔设于所述第一隔板背离所述第二隔板的一侧，或沿所述水槽的横轴向间隔设于所述第一隔板和所述第二隔板之间，以在所述水槽内的缺氧区和好氧区之间形成微氧区；缺氧区和微氧区之间的所述第一隔板或所述第三隔板的底部设有用于污水从缺氧区流域微氧区的开口；所述转笼还包括第三转笼，所述第三转笼通过所述转轴设于所述微氧区内。

根据本发明一具体实施例，所述第三转笼的侧下方设有所述气体扩散组件，用于通过曝气向微氧区供氧，以及推动所述第三转笼转动，同时通过所述转轴带动所述第一转笼转动。

根据本发明一具体实施例，所述水槽内缺氧区、微氧区、好氧区和沉淀区的底部均设有排泥口。

根据本发明一具体实施例，所述水槽的上部设有连通好氧区和缺氧区的回流渠。

根据本发明一具体实施例，所述水槽内好氧区的溶氧量大于或等于5mg/L，微氧区的溶氧量为0.5～2mg/L。

根据本发明一具体实施例，所述转笼内设有分隔板，用于将所述生物填料分隔限定在所述转笼内的不同区域。

根据本发明一具体实施例，所述生物填料选用比表面积大于800m²/m³的悬浮生物填料，所述生物填料在所述转笼内的投料比大于或等于50％。

另外，本发明还提供了一种高效生物脱氮的污水处理方法，包括以下步骤：

S1、采用以上任一种气动式生物转笼设备，先开启气体扩散组件通过曝气向好氧区供氧，以及推动第二转笼转动，进而通过转轴带动其他转笼转动；

S2、将污水从进水口通入水槽内的缺氧区，污水流经旋转的第一转笼与生物填料充分接触以进行反硝化脱氮；经处理后的污水通过第一隔板的顶部流入好氧区，流经旋转的第二转笼与生物填料充分接触，在有氧条件下生物填料表面附着生长的生物膜对污水进行降解和硝化反应，实现BOD的去除和将氨氮转化为硝氮；处理后的污水再经第二隔板的底部开口进入沉淀区，再从出水口排出。

本发明的有益技术效果是：本发明提供一种气动式生物转笼设备和高效生物脱氮的污水处理方法；该气动式生物转笼设备包括水槽、转动和气体扩散组件，转笼设于水槽内，且转笼内填充有生物填料，气体扩散组件用于通过曝气向所述水槽内的需氧区域供氧和推动转笼转动；其中，通过气体扩散组件的设置，可通过曝气为转笼内生物填料上的生物膜提供溶解氧的同时推动转笼转动，从而使生物膜和污水的充分接触混合，提高脱氮效率；且其结构简单，设备占地面积小，投资成本低，通过气动式推动，能耗小，后期维护简单。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。

图1是本发明气动式生物转笼设备一实施例的结构示意图；

图2是图1所示气动式生物转笼设备中转笼的左视图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的，而术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，在不冲突的情况下本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1和图2，图1是本发明气动式生物转笼设备一实施例的结构示意图，图2是图1所示气动式生物转笼设备中转笼的左视图；图1中气动式生物转笼设备中转笼的左视图和右视图相同。如图1所示，本实施例气动式生物转笼设备包括水槽1、转笼2、气体扩散组件3。

在本实施例中，水槽1内部设有隔板组件，隔板组件包括沿水槽的横轴向间隔设置的第一隔板11、第二隔板12以及沿水槽1横轴向间隔设于第一隔板11背离第二隔板12一侧上的第三隔板13，第三隔板13、第一隔板11、第二隔板12将水槽1沿横轴向依次分隔为缺氧区101、微氧区102、好氧区103和沉淀区104。第三隔板13的底部不封闭或留有开口，以便于缺氧区101的污水可以从第三隔板13底部的开口流入微氧区102；第一隔板11的底部封闭且不留有开口，微氧区102的污水从第一隔板11顶部流入好氧区103；第二隔板12的底部不封闭或留有开口，以便于好氧区103的污水可以从第二隔板12底部的开口流入沉淀区 104。缺氧区101的上部设有进水口14；为了便于截留污水中的浮渣，可在进水口14处设置过滤部件，如格栅过滤网，进而可定期通过人工清理的方式去除截留下来的浮渣；沉淀区104 的上部设有出水口15。为了便于各区域污泥的排出，在水槽1内缺氧区101、微氧区102、好氧区103和沉淀区104的底部均设有排泥口16。

以上第三隔板13沿水槽1横轴向间隔设于第一隔板11背离第二隔板12的一侧；在其他实施例中，第三隔板13也可沿水槽1横轴向间隔设于第一隔板11和第二隔板12之间。第三隔板13的设置是为了在缺氧区101和好氧区103之间分隔出微氧区102，而微氧区102可作为好氧区103和缺氧区101的缓冲区，可防止大量氧气扩散到缺氧区101，从而减小各区域之间的干扰，充分完成各自对应的处理反应，进而实现高效脱氮，保证出水水质的稳定。当然，在其他实施例中，也可取消以上第三隔板13的设置，相应地，而通过第一隔板11和第二隔板12将水槽1沿横轴向依次分隔为缺氧区101、好氧区103和沉淀区104。另外，各隔板通过采用以上设置方式，水流路线呈弯折形，可使污水与生物填料充分接触，以提高污水处理效率。

转笼2具体可为一个或多个，转笼内填充有生物填料，转笼通过转轴21设于水槽1内。转笼可呈圆柱体、锥形圆台形等，其外框一般呈网格状，具体可由一块或多块多孔板或筛网制成，连接处可采用卡扣连接，从而可实现外框的开合；多孔板或筛网的孔径一般为5～40mm，材料可选用不锈钢、碳钢、塑料或玻璃钢。为了保证转笼内的生物填料分布均匀，可在转笼内设置分隔板，以将生物填料分隔限定在不同区域，提高生物填料的生物膜的利用率。分隔板一般采用网格状分隔板，孔径为5～40mm。转笼2在水槽1内一般为完全浸没式。

请参阅图1和图2，在本实施例中，转笼2具体包括第一转笼22、第二转笼24和第三转笼23，各转笼呈圆柱状，外框由两块软性塑料片拼接而成，连接处设有两个卡扣25，各转笼内均设有三块网格状的分隔板26，分隔板26通过转笼的中心轴设置，且沿转笼径向将转笼平均分为6个分区，以用于将生物填料均匀分隔限定在各分区内。第一转笼22、第三转笼23 和第二转笼24通过转轴21依次相连，沿水槽1的横轴向分别设于水槽1内的缺氧区101、微氧区102和好氧区103。转轴21包括转动轴和轴承，转动轴依次穿设于第一转笼22、第三转笼23和第二转笼24的中心轴上，且与各转笼固定连接；转动轴的两端通过轴承安装于水槽1上，转动轴可沿轴承转动。

转笼2内填充有生物填料，生物填料可由塑料、海绵等高分子合成材料制成，其形状可为立方体、圆柱体或球体，粒径一般为8～50mm，生物填料的表面设有生物膜；生物填料的粒径一般大于转笼2外框的孔径和分隔板26的孔径。生物填料通常采用悬浮生物填料，优选采用比表面积大于800m²/m³的悬浮生物填料，如K-3填料；生物填料在转笼2内的投料比一般大于或等于50％。

气体扩散组件3用于通过曝气向水槽1内的需氧区域供氧和推动转笼转动。气体扩散组件3包含气泵和曝气头，气泵和曝气头通过气路管连接；曝气头一般设于需氧区域内转笼的侧下方且出气口朝向转笼的外缘，以使气体扩散组件3通过曝气向水槽1内的需氧区域供氧和推动转笼转动。在本实施例中，需氧区域为好氧区103和微氧区102，气体扩散组件3设于第二转笼24和第三转笼23的侧下方，用于通过曝气向好氧区103和微氧区102供氧和推动第二转笼24和第三转笼23转动，进而通过转轴21带动第一转笼22转动。气体扩散组件 3具体包括气泵31、气体流量计32、气路管33和曝气头34，曝气头34通过气路管33连接气体流量计32和气泵31。曝气头34设于第二转笼24和第三转笼23的侧下方且出气口朝向转笼的外缘，以便于通过曝气向好氧区103和微氧区102供氧及推动第二转笼24和第三转笼 23转动的同时通过转轴21推动缺氧区101的第一转笼22转动，以提高污水中的污染物与生物填料上生物膜的有效接触面积，实现高效脱氮。另外，可通过调节气泵31，控制曝气量，进而根据需求控制水槽1内不同区域内溶解氧的差异，形成不同生物群落控制的生物膜，实现有机物降解、硝化、反硝化多重功能；并可根据污水负荷调节气泵31的流速，控制水槽1 内对应区域的溶氧和转笼的转速，以适应不同负荷的污水变化，调节污水的处理效果，保证出水水质，减少处理能耗。其中，好氧区103的溶氧量一般大于或等于5mg/L，微氧区102 的溶氧量为0.5～2mg/L。另外，通过以上气体扩散组件3与转笼配合，形成高效生物膜法以进行污水处理，经处理的出水不需二沉池，若有少量污泥，经沉淀区104后可直接排入自然水体，从而可减少占地面积。

以上微氧区102作为好氧区103和缺氧区101的缓冲区，可防止大量氧气扩散到缺氧区 101，在其他实施例中，也可设置气体扩散组件3通过曝气为好氧区103供氧及推动第二转笼 24转动的同时通过转轴21推动第一转笼22和第三转笼23转动，即不设置为微氧区供氧的气体扩散组件。

另外，在本实施例中，水槽1的上部还设有连通好氧区103和缺氧区101的回流渠17。由于气体扩散组件3高强度曝气可能导致好氧区103的水位升高，通过回流渠17的设置，消化液可进入回流渠17并回流至缺氧区101，利用进水碳源实现反硝化脱氮作用。

以上实施例中，通过在水槽1内设置隔板组件，以将水槽1划分为不同的区域，其中包含需氧区域和缺氧区域，需氧区域和缺氧区域内均设有转笼，各转笼通过转轴连接；通过气体扩散组件3向需氧区域供氧和推动需氧区域内设置的转笼转动，进而带动缺氧区域的转笼转动。以上好氧区103和缺氧区101分别对应为需氧区域和缺氧区域；而微氧区102作为好氧区103和缺氧区101的缓冲区，可理解为需氧区域或者缺氧区域；若作为缺氧区域，微氧区102所需的氧气通过好氧区扩散获得。在其他实施例中，也可不设置隔板组件，该设备与其他设备结合进行污水处理，且在处理过程中该设备可通过气体扩散组件3曝气，以利用转笼内生物填料进行好氧反应处理；或者，通过转轴21横向连接多个转笼，沿水槽横轴向且在偏离水槽1进水口14的一侧靠近水槽1端处设置气体扩散组件3以通过曝气进行供氧和推动转笼转动。

以上实施例的气动式生物转笼设备采用气动式推动，后期维护简单；该设备可单独使用，也可与其他工艺组合使用，经过简单组装可形成一体化设备，实现污水的高效全流程处理；污水处理过程操作简单，占地面积小，基建、运行及维护成本低，处理水量范围广，大中小均可。

采用以上实施例气动式生物转笼设备进行污水处理，可实现高效脱氮。具体地，例如采用图1所示的气动式生物转笼设备进行污水处理，其操作过程包括：分别开启好氧区103和微氧区102侧下方的气体扩散组件3，通过曝气向好氧区103和微氧区102进行供氧，并推动第二转笼24和第三转笼23转动，第二转笼24和第三转笼23转动的同时通过转轴21带动缺氧区101的第一转笼22转动；将污水从进水口14通入水槽1内的缺氧区101，污水流经旋转的第一转笼22与生物填料充分接触以通过其中的反硝菌作用实现反硝化脱氮；经处理后的污水通过第三隔板13的底部流入微氧区102，流经旋转的第三转笼23与生物填料充分接触，以通过生物填料中的硝化菌和反硝化菌同步作用，进一步实现硝化和反硝化作用，同时降解少量有机物；经处理后的污水再通过第一隔板11顶部流入好氧区103，流经旋转的第二转笼24与生物填料充分接触，在有氧条件下生物填料上附着生长的生物膜对污水进行降解和硝化反应，实现BOD的去除和将氨氮转化为硝氮；处理后的污水再经第二隔板12的底部开口进入沉淀区104，再从出水口15排出。

采用以上气动式转笼设备并按照以上方法分别对不同地方的不同污水进行处理实验，得出污水总氮的去除率可达80％，出水总氮浓度低于20mg/L，满足一级B的污水排放标准。

若气动式生物转笼设备的水槽内不含微氧区，其中通过第一隔板和第二隔板以将水槽沿横轴向依次分隔为缺氧区、好氧区和沉淀区，缺氧区和好氧区之间的第一隔板底部封闭且不留有开口，缺氧区的污水从第一隔板顶部流入好氧区；第二隔板的底部不封闭或留有开口，以便于好氧区的污水可以从第二隔板的底部开口流入沉淀区。采用该结构的气动式生物转笼设备进行污水处理，其操作步骤与以上采用图1所示气动式生物转笼设备的处理过程基本相同，不同之处在于：省去了微氧区的处理过程，污水在缺氧区经处理后从第一隔板的顶部流入好氧区进行处理。通过气体扩散组件与转笼配合，同样可实现高效脱氮。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所述权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种气动式生物转笼设备，其特征在于，包括水槽、转笼和气体扩散组件；所述转笼设于所述水槽内，所述转笼内填充有生物填料；所述气体扩散组件用于通过曝气向所述水槽内的需氧区域供氧和推动所述转笼转动。

2.根据权利要求1所述的气动式生物转笼设备，其特征在于，所述水槽内设有隔板组件，所述隔板组件包括沿所述水槽的横轴向间隔设置的第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和所述第二隔板将所述水槽沿横轴向依次分隔为缺氧区、好氧区和沉淀区；所述第二隔板的底部设有用于污水从好氧区流入沉淀区的开口；所述缺氧区的上部设有进水口，所述沉淀区的上部设有出水口；

所述转笼包括第一转笼和第二转笼，所述第一转笼和所述第二转笼通过转轴相连，且分别设于所述水槽内的缺氧区和好氧区；所述气体扩散组件设于所述第二转笼的侧下方，用于通过曝气向好氧区供氧，以及推动所述第二转笼转动，进而通过所述转轴带动所述第一转笼转动。

3.根据权利要求2所述的气动式生物转笼设备，其特征在于，所述隔板组件还包括第三隔板；所述第三隔板沿所述水槽的横轴向间隔设于所述第一隔板背离所述第二隔板的一侧，或沿所述水槽的横轴向间隔设于所述第一隔板和所述第二隔板之间，以在所述水槽内的缺氧区和好氧区之间形成微氧区；缺氧区和微氧区之间的所述第一隔板或所述第三隔板的底部设有用于污水从缺氧区流域微氧区的开口；所述转笼还包括第三转笼，所述第三转笼通过所述转轴设于所述微氧区内。

4.根据权利要求3所述的气动式生物转笼设备，其特征在于，所述第三转笼的侧下方设有所述气体扩散组件，用于通过曝气向微氧区供氧，以及推动所述第三转笼转动，同时通过所述转轴带动所述第一转笼转动。

5.根据权利要求3所述的气动式生物转笼设备，其特征在于，所述水槽内缺氧区、微氧区、好氧区和沉淀区的底部均设有排泥口。

6.根据权利要求2所述的气动式生物转笼设备，其特征在于，所述水槽的上部设有连通好氧区和缺氧区的回流渠。

7.根据权利要求2所述的气动式生物转笼设备，其特征在于，所述水槽内好氧区的溶氧量大于或等于5mg/L，微氧区的溶氧量为0.5～2mg/L。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的气动式生物转笼设备，其特征在于，所述转笼内设有分隔板，用于将所述生物填料分隔限定在所述转笼内的不同区域。

9.根据权利要求8所述的气动式生物转笼设备，其特征在于，所述生物填料选用比表面积大于800m²/m³的悬浮生物填料，所述生物填料在所述转笼内的投料比大于或等于50％。

10.一种高效生物脱氮的污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用权利要求2-9中任一项所述的气动式生物转笼设备，先开启气体扩散组件通过曝气向好氧区域供氧和推动第二转笼转动，进而通过转轴带动其他转笼转动；

S2、将污水从进水口通入水槽内的缺氧区，污水流经旋转的第一转笼与生物填料充分接触以进行反硝化脱氮；经处理后的污水通过第一隔板的顶部流入好氧区，流经旋转的第二转笼与生物填料充分接触，在有氧条件下生物填料上附着生长的生物膜对污水进行降解和硝化反应，实现BOD的去除和将氨氮转化为硝氮；处理后的污水再经第二隔板的底部开口进入沉淀区，再从出水口排出。