CN112759191B - 一种利用生物转桶的废水处理设施及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用生物转桶的废水处理设施及其方法，设施包括依次连通的格栅、初沉池、调节池、生物转桶废水处理装置、二沉池和过滤消毒池；生物转桶废水处理装置包括横置于水槽内的转桶和外接发动机的中心转轴；转桶为具有中空腔室的柱形网状壳体结构，沿水流方向通过多孔网依次分为连通且均为柱状的生化区、除磷区和沉淀区；生化区填充有若干半球状空心结构的生物填料；除磷区包括沿中心转轴周向交替布置的若干除磷剂分区和沸石分区；除磷剂分区填充有缓释除磷剂，沸石分区填充有沸石；沉淀区填充有沸石。相比于传统生物转盘，本发明所提出的生物装桶结构简单、材料成本低廉，且便于拆卸更换组件。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用生物转桶的废水处理设施及其方法，属于废水处理领域。
背景技术
生物转盘广泛应用在我国各类废水处理过程中，是现阶段较为绿色生态的水污染治理方法之一，主要通过微生物在有氧和厌氧循环往复交替环境下的新陈代谢氧化分解有机污染物。相比于其他生物法处理工艺，生物转盘具有固液分离效率高、占地面积小、结构紧凑等优势。
传统生物转盘主体结构一般由一系列的盘片串联而成，盘片为玻璃钢、聚氟乙烯等材料，整体耗材量大，建设成本高，但比表面积小，盘体上微生物易脱落，极大影响转盘处理降解效率，导致该类技术一直难以大规模推广应用。同时，现有生物转盘主要依赖微生物生化除磷，然而生物转盘上脱落的老化生物膜常常不具备聚磷作用，因此整个装置除磷效率有限，出水总磷常常难以达标。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种利用生物转桶的废水处理设施及其方法。
本发明所采用的具体技术方案如下：
本发明的第一目的在于提供一种利用生物转桶的废水处理设施，其包括依次连通的格栅、初沉池、调节池、生物转桶废水处理装置、二沉池和过滤消毒池；
所述生物转桶废水处理装置包括横置于水槽内的转桶和外接发动机的中心转轴；中心转轴同轴贯穿转桶，能带动转桶在水槽内同步转动，转桶的下部浸没于水槽内的水体中；
所述转桶为具有中空腔室的柱形网状壳体结构，沿水流方向通过多孔网依次分为连通且均为柱状的生化区、除磷区和沉淀区；所述生化区填充有若干半球状空心结构的生物填料；所述除磷区包括沿中心转轴周向交替布置的若干除磷剂分区和沸石分区，除磷剂分区和沸石分区沿转桶径向的同一横截面为圆心相同的扇形区域；所述除磷剂分区填充有缓释除磷剂，沸石分区填充有沸石；所述沉淀区填充有沸石。
作为优选，所述转桶和多孔网均由不锈钢网制作而成；转桶的两端均由等大的轮辋支撑，位于转桶两端侧的中心转轴上均固定有轮毂，转桶两端的轮辋与轮毂均通过轮辐连接；每个所述多孔网的边缘固定有等大的轮辋，位于多孔网处的中心转轴上固定有轮毂，通过轮辐将轮辋与轮毂相连接。
进一步的，所述轮辋外边缘包裹有橡胶，以减小转桶与水槽底部沉积物之间的摩擦。
作为优选，所述水槽内底为下凹的弧形结构，其半径略大于所述转桶的半径；转桶外周与水槽内壁之间具有空隙。
作为优选，所述水槽进水口的位置高于其出水口的位置。
作为优选，所述生物填料为半径3～5cm的半球状山核桃壳。
作为优选，所述缓释除磷剂为硬脂酸、碳酸钠和聚合硫酸铁通过热熔混合而成的柱状材料。
作为优选，所述发动机通过支撑板架于水槽外，发动机的转轴通过齿轮带带动中心转轴及转桶同步转动。
作为优选，所述生化区、除磷区和沉淀区所在的转桶侧壁上均设有用于更换填料的开闭门。
本发明的第二目的在于提供一种根据上述设施处理废水的方法，其具体如下：
将待处理的废水通入格栅以去除水中的大颗粒污染物，随后进入初沉池以进一步沉降净化；接着，废水进入调节池以缓冲污染负荷，控制进入后续生物转桶废水处理装置的水量；
废水通过水槽前端的进水口进入所述生物转桶废水处理装置，使水槽内的废水浸没转桶的下部；废水首先经由转桶的网状壳体进入生化区进行生化降解反应；由于生化区中填充的生物填料具有大比表面积，在转桶的转动过程中不断与废水相接触，在生物填料表面易附着并形成生物膜；由于生物填料内含有丰富的有机组分，能为生物膜中的菌群生长提供有机碳源；生物膜在随转桶的转动过程中，不断在好氧与厌氧环境下进行切换，利于废水生化反应的进行；同时，半球状的生物填料能盛接废水，以延长废水在生化区的反应时间；
经生化区处理后的废水进入除磷区，废水通过除磷剂分区中填充的缓释除磷剂的除磷作用，将水中的磷变为磷化物沉淀；在转桶的不断转动过程中，磷化物沉淀和进入水中的缓释除磷剂部分被沸石分区中的沸石拦截吸附；未被沸石分区作用的物质随水流进入后续的沉淀区，通过沉淀区填充的沸石的吸附拦截作用，进一步拦截吸附磷化物沉淀和进入水中的缓释除磷剂；
废水随后从水槽后端的出水口流出所述生物转桶废水处理装置，并进入二沉池中对水中的杂质进一步沉降以净化水体；经二沉池处理后的废水进入过滤消毒池中，通过紫外消毒作用后排放，完成废水的处理过程。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
1)相比于传统生物转盘，本发明所提出的生物装桶结构简单、材料成本低廉，且便于拆卸更换组件。
2)本发明采用的农业废弃物半壳状山核桃壳比表面积大，易于附着微生物，且能为微生物提供生长所必要的碳源，能够强化生物转桶的处理效率；同时，该种填料本身生态环保，费用低廉。
3)针对传统的生化除磷效率有限，本发明通过在除磷区添加缓释除磷剂和沉淀区添加沸石的配合工艺，达到强化除磷的目的。
附图说明
图1为本发明生物转桶的结构示意图；
图2图1中除磷区的剖视图；
图3为本发明生物转桶处理装置的结构示意图；
图4为图3的侧视结构示意图；
图5为填料的局部放大示意图，其中，(a)为除磷剂分区中缓释除磷剂的结构示意图，(b)为生化区中生物填料的结构示意图，(c)为沸石分区中沸石的结构示意图；
图6为本发明废水处理设施的示意图；
图中附图标记：轮辋1、轮毂2、中心转轴3、轮辐4、橡胶5、转桶6、齿轮带7、发动机8、水槽9、进水口10、出水口11、生物填料12、生化区14，除磷区15，沉淀区16，缓释除磷剂19，除磷剂分区21，沸石分区22，多孔网23，开闭门25。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图6所示，为本发明提供的一种利用生物转桶的废水处理设施，该设施包括依次连通的格栅、初沉池、调节池、生物转桶废水处理装置、二沉池和过滤消毒池。
如图3和4所示，生物转桶废水处理装置包括转桶6、中心转轴3和水槽9。其中，水槽9放置于地面上，槽口向上，转桶6横置于水槽9的槽内。水槽9槽内的底部(即靠近转桶6的一侧)为下凹的弧形结构，该弧形结构的半径略大于转桶6的半径，即转桶6外周与水槽9内壁之间具有空隙，能够使得转桶6在水槽9内自由转动，不会相互摩擦产生磨损或者阻力。在水槽9的前后侧分别设有进水口10以及出水口11，通过控制进出水口11的开闭可直接控制废水在水槽内的水力停留时间，在本实施例中，水槽9进水口10的位置可以设置为高于其出水口11的位置，使得水流可以依靠进出水口11的高度差流出水槽9。
中心转轴3同轴贯穿转桶6设置，中心转轴3外接发动机8，能带动转桶6在水槽9内同步转动，同时，在运行的过程中，需要使转桶6的下部浸没于水槽9内的水体中，以便对通入水槽的水体进行处理。在本实施例中，转桶6的前后两端均由等大的轮辋1支撑，位于转桶6两端侧的中心转轴3上均固定有轮毂2，转桶6两端的轮辋1与轮毂2均通过轮辐4连接，轮辋外边缘包裹橡胶5，以减小转桶与水槽底部在运行过程中逐渐形成的沉积物之间的摩擦。发动机8通过支撑板架于水槽9外，发动机8的转轴通过齿轮带7带动中心转轴3及转桶6同步转动。
如图1所示，转桶6为圆柱形的网状壳体结构，转桶6的侧面和两端均由透水、耐腐蚀的不锈钢网围制而成，内里具有中空腔室。中空腔室沿水流方向依次分为连通且均为柱状的生化区14、除磷区15和沉淀区16，生化区14、除磷区15和沉淀区16均由圆形的多孔网23分隔，使得只有水流能流过不同的处理区域，而各处理区域中的填料无法流过多孔网23。多孔网23由可透水、耐腐蚀的不锈钢网制作而成，为了加强转桶6轴向的强度，可以在每个多孔网23的边缘固定有等大的轮辋1，位于多孔网23处的中心转轴3上固定有轮毂2，通过轮辐4将轮辋1与轮毂2相连接。生化区14、除磷区15和沉淀区16所在的转桶6侧壁上均设有用于开闭门25，以用于更换各功能区中填装的填料。
如图5(b)所示，生化区14填充有若干半球状空心结构的生物填料13，生物填料13可以采用半径3～5cm的半球状山核桃壳。转桶6运行时，废水可经由不锈钢网上的孔洞进入转桶6与生物填料13相接触，转桶6内的生物填料13可随转桶6的转动而转动。为防止生物填料13从不锈钢网中脱落，不锈钢网的网洞口径应小于生物填料13的尺寸。
如图2所示，除磷区15包括若干除磷剂分区21和沸石分区22，除磷剂分区21和沸石分区22沿中心转轴3的周向交替布置，即除磷剂分区21和沸石分区22沿转桶6径向的同一横截面为圆心相同的扇形区域，在除磷区15中沿转桶6轴向仅有一个分区。
如图5(a)所示，除磷剂分区21填充有缓释除磷剂19，缓释除磷剂19可以采用硬脂酸、碳酸钠和聚合硫酸铁通过热熔混合而成的材料，外形为圆柱形。这是考虑到常规的除磷缓释剂(即硬脂酸和聚合硫酸铁混合而成)在污水处理中会形成磷铁沉淀物，易结块并负载于除磷缓释剂的表面，导致部分除磷剂无法继续释放，本发明采用的缓释除磷剂19中另添加有碳酸钠组分，由于碳酸钠易溶于水后会在除磷剂内部形成孔洞，穿透被磷铁沉淀物覆盖的部分，使缓释除磷剂19能够继续释放铁离子与废水中的磷反应，增强了缓释除磷剂19的使用寿命。
如图5(c)所示，沸石分区22填充有沸石，能够使得在除磷剂分区21形成的磷铁沉淀物和进入水中的缓释除磷剂19一部分的被沸石分区22中的沸石拦截吸附，增强了吸附拦截效果。沉淀区16中填充有沸石，用于拦截缓释除磷剂19与磷结合后的沉淀物，吸附多余的铁离子进一步强化装置去除污染物的效果。
由于沸石具有瞬时吸附效果差和吸附容量大的特性，若只在除磷区15中缓释除磷剂19，则将废水中所有的磷铁沉淀物都吸附完全则所需的沸石吸附路程较长，即沉淀区16沿转桶6轴向的长度需要设置的较长，沉淀区16中填充的沸石数量也会相应的增多，不仅增加了处理时间，还增加了处理成本。而采用本发明除磷区15的设置方式，由于转桶6是不断沿中心转轴3作旋转运动的，废水会不断的与除磷剂分区21中的缓释除磷剂和沸石分区22中的沸石交替接触，因此，废水在除磷剂分区21中产生的磷铁沉淀物(即除磷过程)会被沸石分区22中的沸石所吸附，在旋转过程中，上述除磷-吸附过程会不断重复，实际增加了沸石的吸附路程。除此之外，缓释除磷剂19的价格也比较高，因此，在除磷区15中采用周向交替布置除磷剂分区21和沸石分区22的设置，能在保证除磷效果的同时，节约了填料的成本，节省了装置实际的占地面积。
上述设施在实际应用过程中处理废水的方法，具体如下：
首先，将待处理的废水通入格栅中，通过格栅的拦截作用去除水中的大颗粒污染物。将经过格栅处理后的废水通入初沉池中，通过初沉池的作用来去除可沉降的杂质和漂浮物。将经过初沉池处理后的废水通入调节池，通过调节池的作用对进入后续处理装置(即生物转桶废水处理装置)的水质水量进行调节，以缓冲污染负荷。
经过调节出处理后的废水通过水槽9前端的进水口10进入生物转桶废水处理装置，通过调节进入生物转桶废水处理装置的水量大小和水力停留时间，使得水槽9内的废水能够浸没转桶6的下部。废水首先经由转桶6的网状壳体进入生化区14进行生化降解反应。由于生化区14中填充的生物填料12具有大比表面积，在转桶6的转动过程中不断与废水相接触，在生物填料12表面易附着并形成生物膜，而且，生物填料12内含有丰富的有机组分，能为生物膜中的菌群生长提供有机碳源，强化处理效果。由于半球状的生物填料12能盛接废水，生物膜在随转桶6的转动过程中，生物填料12内盛接的废水能够不断在好氧与厌氧环境下进行切换(即转动到上部与空气接触时为好氧状态，转动到底部浸没于水体中时为厌氧状态)，从而利于废水生化反应的进行，达到脱氮及初步除磷效果。同时，半球状的生物填料12能盛接废水，可以延长废水在生化区14的反应时间，使废水在生化区14中能充分反应。
经生化区14处理后的废水进入除磷区15，废水通过除磷剂分区21中填充的缓释除磷剂19的除磷作用，逐步释放铁离子与废水中的磷素结合，将水中的磷变为磷化物沉淀。在转桶6的不断转动过程中，磷化物沉淀和进入水中的缓释除磷剂19部分被沸石分区22中的沸石拦截吸附。未被沸石分区22作用的物质随水流进入后续的沉淀区16，通过沉淀区16填充的沸石的吸附拦截作用，进一步拦截吸附磷化物沉淀和进入水中的缓释除磷剂19。
废水随后从水槽9后端的出水口11流出生物转桶废水处理装置，并进入二沉池，废水在二沉池中通过沉淀作用将水中的杂质与水体分离，使水体澄清以净化水体。经二沉池处理后的废水进入过滤消毒池中，在过滤消毒池中，利用适当波长的紫外线对病原微生物进行杀菌消毒，随后将达标的废水排放或者回收利用，完成废水的处理过程。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种利用生物转桶的废水处理设施处理废水的方法，其特征在于，所述利用生物转桶的废水处理设施包括依次连通的格栅、初沉池、调节池、生物转桶废水处理装置、二沉池和过滤消毒池；所述生物转桶废水处理装置包括横置于水槽（9）内的转桶（6）和外接发动机（8）的中心转轴（3）；中心转轴（3）同轴贯穿转桶（6），能带动转桶（6）在水槽（9）内同步转动，转桶（6）的下部浸没于水槽（9）内的水体中；所述转桶（6）为具有中空腔室的柱形网状壳体结构，沿水流方向通过多孔网（23）依次分为连通且均为柱状的生化区（14）、除磷区（15）和沉淀区（16）；所述生化区（14）填充有若干半球状空心结构的生物填料（12）；所述除磷区（15）包括沿中心转轴（3）周向交替布置的若干除磷剂分区（21）和沸石分区（22），除磷剂分区（21）和沸石分区（22）沿转桶（6）径向的同一横截面为圆心相同的扇形区域；所述除磷剂分区（21）填充有缓释除磷剂（19），沸石分区（22）填充有沸石；所述沉淀区（16）填充有沸石；
所述方法具体如下：
将待处理的废水通入格栅以去除水中的大颗粒污染物，随后进入初沉池以进一步沉降净化；接着，废水进入调节池以缓冲污染负荷，控制进入后续生物转桶废水处理装置的水量；废水通过水槽（9）前端的进水口（10）进入所述生物转桶废水处理装置，使水槽（9）内的废水浸没转桶（6）的下部；废水首先经由转桶（6）的网状壳体进入生化区（14）进行生化降解反应；由于生化区（14）中填充的生物填料（12）具有大比表面积，在转桶（6）的转动过程中不断与废水相接触，在生物填料（12）表面易附着并形成生物膜；由于生物填料（12）内含有丰富的有机组分，能为生物膜中的菌群生长提供有机碳源；生物膜在随转桶（6）的转动过程中，不断在好氧与厌氧环境下进行切换，利于废水生化反应的进行；同时，半球状的生物填料（12）能盛接废水，以延长废水在生化区（14）的反应时间；经生化区（14）处理后的废水进入除磷区（15），废水通过除磷剂分区（21）中填充的缓释除磷剂（19）的除磷作用，将水中的磷变为磷化物沉淀；在转桶（6）的不断转动过程中，磷化物沉淀和进入水中的缓释除磷剂（19）部分被沸石分区（22）中的沸石拦截吸附；未被沸石分区（22）作用的物质随水流进入后续的沉淀区（16），通过沉淀区（16）填充的沸石的吸附拦截作用，进一步拦截吸附磷化物沉淀和进入水中的缓释除磷剂（19）；废水随后从水槽（9）后端的出水口（11）流出所述生物转桶废水处理装置，并进入二沉池中对水中的杂质进一步沉降以净化水体；经二沉池处理后的废水进入过滤消毒池中，通过紫外消毒作用后排放，完成废水的处理过程。
2.根据权利要求1所述的利用生物转桶的废水处理设施处理废水的方法，其特征在于，所述转桶（6）和多孔网（23）均由不锈钢网制作而成；转桶（6）的两端均由等大的轮辋（1）支撑，位于转桶（6）两端侧的中心转轴（3）上均固定有轮毂（2），转桶（6）两端的轮辋（1）与轮毂（2）均通过轮辐（4）连接；每个所述多孔网（23）的边缘固定有等大的轮辋（1），位于多孔网（23）处的中心转轴（3）上固定有轮毂（2），通过轮辐（4）将轮辋（1）与轮毂（2）相连接。
3.根据权利要求2所述的利用生物转桶的废水处理设施处理废水的方法，其特征在于，所述轮辋（1）外边缘包裹有橡胶（5），以减小转桶（6）与水槽（9）底部沉积物之间的摩擦。
4.根据权利要求1所述的利用生物转桶的废水处理设施处理废水的方法，其特征在于，所述水槽（9）内底为下凹的弧形结构，其半径略大于所述转桶（6）的半径；转桶（6）外周与水槽（9）内壁之间具有空隙。
5.根据权利要求1所述的利用生物转桶的废水处理设施处理废水的方法，其特征在于，所述水槽（9）进水口（10）的位置高于其出水口（11）的位置。
6.根据权利要求1所述的利用生物转桶的废水处理设施处理废水的方法，其特征在于，所述生物填料（12）为半径3~5cm的半球状山核桃壳。
7.根据权利要求1所述的利用生物转桶的废水处理设施处理废水的方法，其特征在于，所述缓释除磷剂（19）为硬脂酸、碳酸钠和聚合硫酸铁通过热熔混合而成的柱状材料。
8.根据权利要求1所述的利用生物转桶的废水处理设施处理废水的方法，其特征在于，所述发动机（8）通过支撑板架于水槽（9）外，发动机（8）的转轴通过齿轮带（7）带动中心转轴（3）及转桶（6）同步转动。
9.根据权利要求1所述的利用生物转桶的废水处理设施处理废水的方法，其特征在于，所述生化区（14）、除磷区（15）和沉淀区（16）所在的转桶（6）侧壁上均设有用于更换填料的开闭门（25）。
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