CN110697881B - 一种快速表面更新的塔式生物滤池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快速表面更新的塔式生物滤池，采用板式塔结构，消除了传统填料塔中的壁流问题；通过气相强冲击促使塔板液泛，冲刷填料表面，促使老化的生物膜脱落，液泛的产生使得相应塔板上的液体无法流入下层塔板；同时在塔板上方的塔壁设置一周溢流槽用于将夹带生物膜的液体导出塔外，进而防止生物膜向下层塔板的富集及由此引发的下层塔板堵塞问题；通过间隔或分区设置的导向浮阀，在气相强冲击期间开启导向孔，强化板上液层扰动，进而加速生物膜的剥离，缩短了气相强冲击的时间；通过在相邻塔板之间设置补气管，实现对任一塔板的选择性液泛冲刷，同时保持其他塔板的正常工作，使得所述塔式生物滤膜可以实现不间断的污水处理作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业废水处理装置，具体的涉及一种快速表面更新的塔式生物滤池。
背景技术
工业废水按照其内容污染物的不同主要分为重金属废水、有机废水、氨氮废水、磷废水等几大类。而后三者即有机、氨氮、含磷废水通常均以混合形态排放。这种废水是导致水体富营养化和水体黑臭的主要原因。目前，对于此类工业废水的主流处理工艺包括活性污泥法和生物膜法两类。其中，生物膜法处理工艺中，微生物附着在滤料表面生长，能够形成稳定生态的条件，允许增殖速度慢、世代时间长的细菌和较高级的微型生物，如硝化菌的存活，因而相比于活性污泥法具有更高的脱氮能力；同时，在生物膜中栖息着高次营养水平的生物，食物链较活性污泥的为长、剩余污泥量较活性污泥法要少；在工艺上，生物膜法不需要污泥回流，因而不需要经常调整污泥量和污泥排除量，易于维护管理。
塔式生物滤池是一种典型的生物膜污水处理装置，其包括一个内置填料的塔体，污水从塔顶注入然后自上而下流动，空气从塔底进入，供养充足时，好氧微生物在填料表面迅速繁殖。微生物的繁殖过程中吸附废水中呈悬浮、胶体和溶解状态的有机物质以用于能量；且在微生物的繁殖过程中，某些特定微生物如硝化、反硝化菌能够产生促进氨氮物质还原或氧化的酶，进而将废水中的氨氮杂质转化为无害的氮气。塔式生物滤池占地面积小、结构简单、能避免蚊蝇滋生，且供氧方便，因此具有良好的推广应用价值。
但在生物膜法中，持续生长并增厚的生物膜会阻塞过水通道，影响污水透过滤料层的速度，并且，老化脱落的生物膜也容易导致滤料堵塞。这种滤料堵塞现象塔式生物滤池中更为突出。由于污水自上而下流动，自上部填料脱落的生物膜被水流夹带继续流经下部填料，这使得脱落的生物膜在下部填料处富集，从而造成堵塞。并且，现有的塔式生物滤池以填料塔为主，其通常均具有较高的填料层厚度，以提供足够的表面积；而过高的填料层高度则会加重上述的堵塞现象。此外，填料塔中广泛存在壁流效应，即由于气液两相共用流动通道，上向流气体会驱使下向流的液体向塔壁汇集，从而导致实际参与污水处理的填料远低于使用的填料量，污水处理效率低。虽然，在精馏领域中，存在通过将填料塔分为若干段，每段填料之间设置一个再分配器，以用于收集壁流，并将其再分配到下一段填料的中部的手段以克服液相在填料中的不均匀分布。但这样的再分配器若用于塔式生物滤池，如前所述，由于液相中夹带有脱落的生物膜，由于液相在每一段滤料的底部外周和因分配器的存在而在填料段顶部的中间的富集，将使得该区域的填料出现局部阻塞，进而大大缩短设备运行周期。此外，由于塔式生物滤池中的填料层厚度较大，使得冲洗水难以对填料表面形成充分的洗刷。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种快速表面更新的塔式生物滤池。本发明的快速表面更新的塔式生物滤池不存在壁流效应，因此填料整体利用率高；本发明的快速表面更新的塔式生物滤池在很大程度上还能够避免下向流的污水夹带生物膜，防止底部填料处的生物膜富集，因而具有更长的设备运行周期。
具体的，提供一种快速表面更新的塔式生物滤池，包括塔体1，所述塔体1的顶部设有污水进口5和排气口8，底部设有出水口7和进气口6，所述塔体1的内部设有若干塔板2，每块塔板2的上游和下游分别配设有一个受液盘4和降液管3；所述塔板2的下游侧上表面固定设有溢流堰31，下部固定设有降液管壁32；所述塔板2上设置有填料层22。
优选的，所述填料层22的高度不超过溢流堰31；所述填料层22包括限位元件221，所述限位元件221用于限制填料的移动，防止其随水流迁移。
优选的，每层塔板2的上方设置有一个溢流槽9，所述溢流槽9围绕所述塔体1和降液管壁32的内壁水平设置，其底面高于溢流堰31的顶端；所述溢流槽9上连通设置有贯穿塔体1的排液管10，所述排液管10上设置有排液阀。所述溢流槽9用于当塔内产生液泛时收集夹带有脱落的生物膜的液体，并通过所述排液管10将其排出塔外，防止大量脱落的生物膜随水进入下一级塔板2，进而造成下一级塔板2的堵塞。所述排液阀仅在相应的塔板2发射液泛时开启，以避免正常操作时塔内气液两相从该处逸出。
优选的，所述溢流槽9的上沿水平设置，槽底为斜面，所述的排液管10布置在所述溢流槽9的槽底最低位置，以利于将槽内集聚的液体全部排出。
所述的填料可以是规整填料如塑料丝网填料；也可以是散堆填料，例如波西环、鲍尔环、轻质陶瓷颗粒等利于微生物附着生长的颗粒滤料。
优选的，所述填料在限位元件221内为半填充，所述的半填充指的是填料可以覆盖整个塔板2的表面，但在所述限位元件221的高度方向上存在未被填充的间隙以允许填料在强冲击下在限位元件限定的空间内迁移。所述的强冲击优选为气相强冲击，通过增大气相流量，例如增加塔底的空气供应量，以提高塔板上的鼓泡强度，使所述填料在限位元件221限定的空间内迁移并相互摩擦，促进其表面附着的过厚生物膜的脱落。优选的，所述气相强冲击足以引起液泛，以增加塔板2上的液面高度直至超过所述溢流槽9的上沿，从而通过溢流槽9和排液管10将夹带有大量脱落的生物膜的液体排出塔外，实现对塔板2上填料层的表面更新，并避免大量脱落的生物膜流向下层塔板2。
优选的，所述塔板2为筛板，以利于提高气相在塔截面上分布的均匀度，所述筛板的筛孔孔径小于颗粒填料的最小尺寸，以防止颗粒填料自筛孔处掉落。
优选的，所述塔板2为浮阀塔板，以允许所述快速表面更新的塔式生物滤池具有较高的操作弹性，以适应不同浓度污水的变化的供氧量需求。
所述浮阀塔板上设置有若干浮阀21，所述浮阀21的阀面包括位于中部的筛孔212和位于阀面边缘的阀边211，所述阀边211用于防止浮阀21在重力作用下从阀孔上掉落；所述浮阀21还包括阀腿213和位于阀腿213底部的阀脚216，所述阀脚216允许在安装时弯折，以在将所述浮阀21安装进阀孔后防止所述浮阀21在气流冲击下脱落。
优选的，所述浮阀21具有两个阀腿213，且所述两个阀腿213的对应侧通过格栅板215连接，所述格栅板215上布置有若干格栅孔214。所述筛孔212的孔径和所述格栅孔214的宽度均小于颗粒填料的最小尺寸，从而可以防止颗粒填料从阀门筛孔212或者阀腿213之间掉落。
优选的，所述浮阀21为导向浮阀，所述导向浮阀在单侧阀腿213的中下部设置有导向孔217，所述导向孔217仅在所述浮阀21被顶升至一定高度时才露出塔板2的上表面，并发挥对板上液层的导向作用。所述的被顶升至一定高度优选对应于前述的气相强冲击，即当气相强度达到变大到一定程度时，塔板2上下两侧的气相压降大于降液管3内的液相静压头，塔内产生液泛，填料在气相强冲击下相互摩擦，同时，导向孔217露出塔板2的上表面，对板上液层产生水平导向作用，进而强化填料的运动摩擦强度。
优选的，所述塔板2上布置有A型、B型两种浮阀21，所述A型浮阀21的导向孔217位于其下游侧的阀腿213上；所述B型浮阀21的导向孔217位于其上游侧的阀腿213上。所述A型和B型浮阀21可以间隔设置或分别设置在塔板2的两侧，从而在气相强冲击期间在塔板2上形成局部或整体的涡旋，强化颗粒填料的摩擦，进而允许在达到同等的表面更新程度的前提下，缩短气相强冲击的时间。
优选的，相邻两层塔板2之间设有补气管11，用于向塔内相应位置补充空气供应量。所述的补气管11允许选择性的使相应的塔板2产生液泛，或者说可以其允许选择性的向相应塔板2提供前述的气相强冲击。具体的，补气管11通过补气阀接通气源，向相邻塔板2之间供应补充空气，使得该补气管11上侧塔板2的两侧气相压降增加直至超过该塔板降液管3内的液相静压头，使得该塔板2液泛，完成对该塔板2上填料的表面更新。而由于导向浮阀的应用，气相强冲击的时间可以很短，并且夹带生物膜的液体可以从排液管10排出塔外，因而板上液面高度不会延伸至上一层塔板2；并且，优选的，当某一补气管11开始补气时，位于其下方的补气管11或进气口6同时补气或增加进气量，以维持下层塔板2两侧的正常气相压差，允许下层塔板2进行正常的气液错流接触。上述两个措施均允许实现对塔体1内任意一个塔板2的单独的气相强冲击处理，同时，在较短的气相强冲击处理时间内，保持其他塔板的正常运行。而这样的对任一塔板2上填料的选择性洗刷之后，虽然其填料表面生物膜的再生需要一定时间，但此时间内其他塔板2上的填料表面仍具有完整的生物膜层，能够继续进行污水处理，通过合理的洗刷顺序控制，可以实现在任意时间，塔体1内均具有包含完整生物膜层的塔板2，从而可以实现污水处理的连续性，不会像传统生物膜反应器那样，在进行滤料表面更新之后需要等待滤料重新挂膜后才能开始污水处理作业。
优选的，所述塔体1内最低层塔板2的下侧设有气体分布器12，所述气体分布器12与进气口6连通。
本发明相比于现有技术至少能够取得如下有益效果：采用板式塔结构，将填料层均匀分配在每层塔板上，降低了各填料层的高度，进而避免了填料塔的壁流效应；通过气相强冲击促使塔板液泛，冲刷填料表面，促使老化的生物膜脱落，液泛的产生使得相应塔板上的液体无法流入下层塔板；同时在塔板上方的塔壁设置一周溢流槽用于将夹带生物膜的液体导出塔外，进而防止生物膜向下层塔板的富集及由此引发的下层塔板堵塞问题；通过间隔或分区设置的导向浮阀，在气相强冲击期间开启导向孔，强化板上液层扰动，进而加速生物膜的剥离，缩短了气相强冲击的时间；通过在相邻塔板之间设置补气管，实现对任一塔板的选择性液泛冲刷，同时保持其他塔板的正常工作，使得所述塔式生物滤膜可以实现不间断的污水处理作业。
附图说明
图1为本发明快速表面更新的塔式生物滤池的整体示意图；
图2为相邻两侧塔板间结构的立体示意图；
图3为板上填料层的示意图；
图4为浮阀塔板上浮阀布置方式示意图；
图5为浮阀结构示意图。
图中：1为塔体，2为塔板，21为浮阀，211为阀边，212为筛孔，213为阀腿，214为格栅孔，215为格栅板，216为阀脚，217为导向孔，22为填料层，221为限位元件，3为降液管，31为溢流堰，32为降液管壁，4为受液盘，5为污水进口，6为进气口，7为出水口，8为排气口，9为溢流槽，10为排液管，11为补气管，12为气体分布器。
具体实施方式
实施例1
一种快速表面更新的塔式生物滤池，包括塔体1，和设在塔体1顶部的污水进口5和排气口8，塔体1的底部还设有出水口7和进气口6，所述塔体1的内部间隔设有若干层塔板2，所述塔板2为筛板，每块塔板2的上游和下游分别配设有一个受液盘4和降液管3；所述降液管3由位于塔板2的上表面的溢流堰31，位于塔板2的下表面的降液管壁32及塔体1的内壁共同围设而成；所述塔板2上设置有填料层22；所述填料层22的高度不超过溢流堰31；所述填料层22包括限位元件221，所述限位元件221与塔板2、溢流堰31围成用于放置填料的填料仓；所述限位元件221允许水流从受液盘4中横向流入填料仓，并能够防止填料在水流或气流冲击下其随水流迁移离开所述填料仓；所述的填料为塑料丝网填料，其在限位元件221内为半填充状态。
每层塔板2的上方均设置有一个溢流槽9，所述溢流槽9围绕所述塔体1和降液管壁32的内壁水平设置，其底面高于溢流堰31的顶端；所述溢流槽9上连通设置有贯穿塔体1的排液管10，所述排液管10上设有排液阀。所述溢流槽9的上沿水平设置，其槽底为斜面，所述的排液管10布置在所述溢流槽9的槽底最低位置；所述塔体1内的最底层塔板2的下侧设有气体分布器12，所述气体分布器12与进气口6连通。
实施例2
区别于实施例1的是，所述塔板2为浮阀塔板，所述浮阀塔板上设置有若干浮阀21，所述浮阀21的阀面包括位于中部的筛孔212和位于阀面边缘的阀边211；所述浮阀21还包括两个对置的阀腿213和位于所述阀腿213底部的阀脚216，所述阀脚216允许在安装时弯折；所述两个阀腿213的对应侧通过格栅板215连接，所述格栅板215上布置有若干格栅孔214；当使用颗粒填料时，所述筛孔212的孔径和所述格栅孔214的宽度均小于颗粒填料的最小尺寸。
实施例3
区别于实施例2的是，所述浮阀21为导向浮阀，所述导向浮阀在单侧阀腿213的中下部设置有导向孔217，所述导向孔217仅在气相强冲击时露出塔板2的上表面；所述塔板2上布置有A型、B型两种浮阀21，所述A型浮阀21的导向孔217位于其下游侧的阀腿213上；所述B型浮阀21的导向孔217位于其上游侧的阀腿213上。所述A型和B型浮阀21成排间隔设置。
实施例4
区别于实施例3的是，所述A型和B型浮阀21分别设置在塔板2垂直于板上液流方向的两侧。
实施例5
区别于上述任一实施例的是，相邻两层塔板2之间设有补气管11，所述补气管11通过电控阀门连接高压气源；每一块塔板2的上下游均设有气压传感器，用于监控塔内各处的气压及各塔板的板压降，所述电控阀及气压传感器均电连接至微处理器，以根据各塔板的板压降信号调整补气位置及补气量。
以上所述的实施例仅为本发明技术方案的较佳实施方式举例，但其并不是对本发明所有可行实施方式的穷举，也不应当被理解为是对本发明技术方案所有可行实施方式及保护范围的限制，本领域技术人员在不经过创造性劳动的情况下经常规的改进或替换所得到的实施方案均属于本发明可行实施方式，本发明的实际保护范围应当以权利要求书限定的内容为准。
Claims (10)
1.一种快速表面更新的塔式生物滤池，包括塔体(1)，及设在所述塔体(1)顶部的污水进口(5)、排气口(8)，及设在塔体(1)底部的出水口(7)和进气口(6)，所述塔体(1)内部设有若干层塔板(2)；所述塔板(2)上设置有填料层(22)，所述塔板(2)的下游侧设有由溢流堰(31)、降液管壁(32)及塔体(1)的内壁围设成的降液管(3)，其特征在于：每层塔板(2)的上方均设有一个溢流槽(9)，所述溢流槽(9)围绕所述塔体(1)和降液管壁(32)的内壁水平设置，其底面高于溢流堰(31)的顶端；所述溢流槽(9)连通至少一个贯穿塔体(1)的排液管(10)，所述排液管(10)上设置有排液阀；所述塔板(2)为导向浮阀塔板，其上设置有若干浮阀(21)；所述浮阀(21)具有对置的两个阀腿(213)；所述浮阀在其单侧阀腿(213)的中下部设置有导向孔(217)；所述导向孔(217)仅在气相强冲击时露出塔板(2)的上表面；所述填料层(22)的高度不超过溢流堰(31)。
2.如权利要求1所述的快速表面更新的塔式生物滤池，其特征在于：所述塔板(2)的上游侧设有与上级降液管(3)对应的受液盘(4)。
3.如权利要求2所述的快速表面更新的塔式生物滤池，其特征在于：所述填料层(22)包括限位元件(221)，所述限位元件(221)与塔板(2)及溢流堰(31)围成用于放置填料的填料仓，所述限位元件(221)能防止填料在水流或气流冲击下离开填料仓；所述填料仓中的填料为半填充状态。
4.如权利要求3所述的快速表面更新的塔式生物滤池，其特征在于：所述溢流槽(9)的上沿水平设置，其槽底为斜面，所述的排液管(10)布置在所述溢流槽(9)的槽底最低位置。
5.如权利要求3所述的快速表面更新的塔式生物滤池，其特征在于：所述的填料为规整填料或颗粒填料。
6.如权利要求5所述的快速表面更新的塔式生物滤池，其特征在于：所述浮阀(21)的阀面包括位于中部的筛孔(212)和位于阀面边缘的阀边(211)；所述两个阀腿(213)的对应侧通过格栅板(215)连接，所述格栅板(215)上布置有若干格栅孔(214)；所述筛孔(212)的孔径和所述格栅孔(214)的宽度均小于颗粒填料的最小尺寸。
7.如权利要求1所述的快速表面更新的塔式生物滤池，其特征在于：所述塔板(2)上布置有A型、B型两种导向浮阀，所述A型导向浮阀的导向孔(217)位于其下游侧的阀腿(213)上；所述B型导向浮阀的导向孔(217)位于其上游侧的阀腿(213)上。
8.如权利要求7所述的快速表面更新的塔式生物滤池，其特征在于：所述A型和B型导向浮阀在所述塔板(2)上成排间隔布置。
9.如权利要求7所述的快速表面更新的塔式生物滤池，其特征在于：所述A型和B型导向浮阀在所述塔板(2)上沿垂直于板上液流方向分别布置在塔板(2)的两侧。
10.如权利要求1所述的快速表面更新的塔式生物滤池，其特征在于：相邻两层塔板(2)之间设有补气管(11)，所述补气管(11)通过电控阀门接通高压气源。
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