CN113060827B - 一种好氧生物处理的反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种好氧生物处理的反应装置，包括：废水储罐以及堆叠串联的多级好氧生物处理池，所述好氧生物处理池的侧壁与所述废水储罐连通以用于将废水输送进入到所述好氧生物处理池中；每个所述好氧生物处理池内设置有用于分散破碎空气的微界面气泡发生器，所述微界面气泡发生器连接有空压机以用于供给压缩空气；废水在所述好氧生物处理池中空气的作用下经过好氧处理后达标排出。本发明的反应装置其将传统的平面串联反应池改为立体的堆叠反应池，充分利用废水本身重力节约能源并极大的节省了占地面积。并采用微界面强化反应技术产生微米级气泡以提高废水中氧浓度，提高氧气利用率。污水氧化处理效率大为提高且建造成本和运行成本大幅降低。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体而言，涉及一种好氧生物处理的反应装置。
背景技术
在污水处理过程中，好氧生物处理是指在充分供氧或者供气的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。通常为了提高处理效率，现有的好氧生物污水处理系统往往由多级处理池串联而成，各个处理池分布较散，且曝气池容积大，使得整体的污水处理系统具有较大占地面积，增加了建造成本，且一旦建成，将无法进行位置调整。目前，常规的好氧生物处理池都是普通平底结构的，其在池底设置曝气器，通过鼓风机将气体输送至池底，通过微孔曝气器释放，从而提高废水中的溶解氧水平，但是这种方法产生的气泡过大，混合不均匀，氧气传质效果较低从而氧气利用率降低，需氧与供氧矛盾大，降低生物繁殖和反应速率，因此处理污水氧化处理效率较低。设置在池底的曝气器使得通气需要克服很大阻力，这极大地提高了能量消耗。此外，传统的曝气方式，由于其曝气器设置于池底，在维修时必须停止该生物池的工作，将池内液体排空，影响正常运营。
如何研究一种一体化的生物处理反应装置，使其结构简单，建造成本低，维修方便，处理效率高，运行成本低，这是目前亟待解决的技术问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种好氧生物处理的反应装置，该反应装置其将传统的平面串联反应池改为立体的堆叠反应池，充分利用废水本身重力节约能源并极大的节省了占地面积。并采用微界面强化反应技术产生微米级气泡以提高废水中氧浓度，提高氧气利用率。污水氧化处理效率大为提高且建造成本和运行成本大幅降低。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种好氧生物处理的反应装置，包括：废水储罐以及堆叠串联的多级好氧生物处理池，所述好氧生物处理池的侧壁与所述废水储罐连通以用于将废水输送进入到所述好氧生物处理池中；
每个所述好氧生物处理池内设置有用于分散破碎空气的微界面气泡发生器，所述微界面气泡发生器连接有空压机以用于供给压缩空气；
废水在所述好氧生物处理池中空气的作用下经过好氧处理后达标排出。
现有技术中的好氧生物处理池氧气利用率低、能耗高，处理效果不好，不能对废水中所含的有机废物进行有效的处理，本发明提供了一种新型的好氧生物处理的反应装置，通过堆叠设置的反应池并结合微界面强化技术，利用微界面发生器对空气进行分散破碎，以提高废水中的氧气浓度，提高氧气利用率，强化废水的生物好氧处理效果。
上述装置中，包括至少一级好氧生物处理池，各级好氧生物处理池通过立体堆叠方法，由隔板隔开，每好氧生物处理池内部设有微界面气泡发生器，微界面气泡发生器由空压机给微界面进行供气，经过微界面分散破碎的空气形成细小的微气泡，增强了生物好氧处理的效果。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述好氧生物处理池为三级，从上至下依次串联，每个所述好氧生物处理池内部设置有一个微界面气泡发生器。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述微界面气泡发生器浸没在所述好氧生物处理池的废液液面以下。微界面气泡发生器浸没在液面以下的好处在于破碎后的气泡能够马上进入到废水中与废水进行充分接触，提高好氧处理效果，因此本发明最优的方案是将每个微界面气泡发生器均浸没在废水的液面之下。
优选地，作为进一步可实施的方案，每个所述好氧生物处理池侧面设置有废水循环泵，所述废水循环泵用于将池底的废水循环返回从所述微界面气泡发生器的顶部进入。
每个微界面气泡发生器利用废水循环泵循环来的废水作为分散破碎空气的动力，这样通过废水循环泵的打循环，一方面利用该部分的废水作为驱动微界面气泡发生器分散破碎的原动力，另外一方面位于好氧生物池底部废水重新返回顶部加强其好氧处理效果，可见该微界面气泡发生器并不是简单的将空气进行分散破碎，还通过将废水吸到微界面气泡发生器中不断的返混提高废水的处理效果。
本领域所属技术人员可以理解的是，本发明所采用的微界面气泡发生器在本发明人在先专利中已有体现，如申请号CN201610641119.6、CN201610641251.7、CN201710766435.0、CN106187660、CN105903425A、CN109437390A、CN205833127U及CN207581700U的专利。在先专利CN201610641119.6中详细介绍了微米气泡发生器(即微界面气泡发生器)的具体产品结构和工作原理，该申请文件中记载了“微米气泡发生器包括本体和二次破碎件、本体内具有空腔，本体上设有与空腔连通的进口，空腔的相对的第一端和第二端均敞开，其中空腔的横截面积从空腔的中部向空腔的第一端和第二端减小；二次破碎件设在空腔的第一端和第二端中的至少一个处，二次破碎件的一部分设在空腔内，二次破碎件与空腔两端敞开的通孔之间形成一个环形通道。微米气泡发生器还包括进气管和进液管。”从该申请文件中公开的具体结构可以知晓其具体工作原理为：液体通过进液管切向进入微米气泡发生器内，超高速旋转并切割气体，使气体气泡破碎成微米级别的微气泡，从而提高液相与气相之间的传质面积，而且该专利中的微米气泡发生器属于气动式微界面发生器。
另外，在先专利201610641251.7中有记载一次气泡破碎器具有循环液进口、循环气进口和气液混合物出口，二次气泡破碎器则是将进料口与气液混合物出口连通，说明气泡破碎器都是需要气液混合进入，另外从后面的附图中可知，一次气泡破碎器主要是利用循环液作为动力，所以其实一次气泡破碎器属于液动式微界面发生器，二次气泡破碎器是将气液混合物同时通入到椭圆形的旋转球中进行旋转，从而在旋转的过程中实现气泡破碎，所以二次气泡破碎器实际上是属于气液联动式微界面发生器。其实，无论是液动式微界面发生器，还是气液联动式微界面发生器，都属于微界面发生器的一种具体形式，然而本发明所采用的微界面气泡发生器并不局限于上述几种形式，在先专利中所记载的气泡破碎器的具体结构只是本发明微界面发生器可采用的其中一种形式而已。
此外，在先专利201710766435.0中记载到“气泡破碎器的原理就是高速射流以达到气体相互碰撞”，并且也阐述了其可以用于微界面强化反应器，验证本身气泡破碎器与微界面发生器之间的关联性；而且在先专利CN106187660中对于气泡破碎器的具体结构也有相关的记载，具体见说明书中第[0031]-[0041]段，以及附图部分，其对气泡破碎器S-2的具体工作原理有详细的阐述，气泡破碎器顶部是液相进口，侧面是气相进口，通过从顶部进来的液相提供卷吸动力，从而达到粉碎成超细气泡的效果，附图中也可见气泡破碎器呈锥形的结构，上部的直径比下部的直径要大，也是为了液相能够更好的提供卷吸动力。
由于在先专利申请的初期，微界面气泡发生器才刚研发出来，所以早期命名为微米气泡发生器(CN201610641119.6)、气泡破碎器(201710766435.0)等，随着不断技术改进，后期更名为微界面气泡发生器，现在本发明中的微界面气泡发生器相当于之前的微米气泡发生器、气泡破碎器等，只是名称不一样。
综上所述，本发明的微界面气泡发生器属于现有技术，虽然有的微界面气泡发生器属于气动式微界面发生器类型，有的微界面发生器属于液动式微界面发生器类型，还有的属于气液联动式微界面发生器类型，但是类型之间的差别主要是根据具体工况的不同进行选择，另外关于微界面气泡发生器与反应器、以及其他设备的连接，包括连接结构、连接位置，根据微界面发生器的结构而定，此不作限定。虽然微界面气泡发生器本身的结构属于现有技术，但是将其结合到本发明的废水好氧处理工艺中其具体设置位置以及工作方式均是需要结合具体实际工艺进行独特设计的。
优选地，作为进一步可实施的方案，还包括连通各个好氧生物处理池的跌水口，每个好氧生物处理池的废水经过所述跌水口进入到下一级好氧生物处理池中。
优选地，作为进一步可实施的方案，每个所述好氧生物处理池的顶部设置有废气出口，所述废气出口连接有吸收塔以用于对废气进行处理。
好氧生物处理池顶部设有跌水口以与下一级生物处理池连通；另外第一级生物处理池顶部设有进水口，最后一级生物处理池顶部设有排水口。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述吸收塔上设置有出液口，所述出液口与所述废水储罐连通，废气中的二氧化碳和H2S、NH3被吸收后从所述出液口重新返回所述废水储罐。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述吸收塔的顶部设置有出气口以用于吸收处理后的气体排放大气。
吸收塔用于吸收废气中的二氧化碳和H2S、NH3气，吸收了废气的废液重新返回到工艺最初的废水储罐进行废水处理，处理后的气体基本不含有任何废物，可以通过出气口直排大气。吸收塔上还设置有新鲜吸收液进口以用于补充新鲜的吸收液。
优选地，作为进一步可实施的方案，还包括废水输送泵，所述废水输送泵的一端与所述废水储罐通过管道连接，另一端与所述好氧生物处理池的侧壁通过管道连接。
上述装置运行时，通过废水输送泵将污水输送到最顶部的第一级好氧生物处理池中，微界面气泡发生器将该级处理池底部的污水通过废水循环泵输送到微界面气泡发生器中，同时将压缩空气输送到微界面气泡发生器中，从而源源不断地产生微米级气泡，微米级气泡既能提高氧气在水中的传质效率，同时也承担着搅拌作用，其能使整个反应池内微生物浓度和有机物浓度分布均匀。当第一级好氧生物处理池的废水充分反应，液位高度达到跌水口后，废水开始进入第二级好氧生物处理池中进行进一步反应。第二级好氧生物处理池可以根据需要对微生物种类和浓度进行调整，以满足水质达标要求，其他操作同第一级好氧生物处理池相似，生物池的级数可根据处理要求进行设定。最终废水进入到最后一级好氧生物处理池，达标后的废水通过最后一级的排水口排出。每一级生物反应所产生的废气会聚集到该级生物反应池的顶部，最后通过管道统一输送到吸收塔中，废气中的空气、大部分二氧化碳从塔顶排出，而塔釜中排出的液体含有硫化氢、氨气、少量二氧化碳等则重新返回废水储罐一并进行反应。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)立体堆叠式的多级生物处理池极大地节约了占地面积；生物处理池材质可以是不锈钢、高强度塑料等，耐腐蚀且耗费低。
2)本发明的反应装置安装方便可靠，结构简单，建造成本低，占地面积小，维修方便，处理效率高，运行成本低，且可根据需要对各级生物处理池进行搬运和重新组合。
3)充分利用液体自身重力进行流动，另外微界面气泡发生器改变传统曝气方法需从池底供气的形式，减少了整个处理装置所需的运行能耗。
4)传统处理池的废气直接排入大气中，污染环境，本发明的反应装置能够将每级生物处理池产生的废气收集并采用吸收塔吸收其中有害气体后再进行排放，环保安全。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的好氧生物处理的反应装置的结构示意图。
附图标记：
1-废水储罐； 2-废水输送泵；
3-空压机； 4-微界面气泡发生器；
5-好氧生物处理池； 6-跌水口；
7-废气出口； 8-吸收塔；
9-出液口； 10-出气口；
11-新鲜吸收液进口； 12-达标污水出口；
13-废水循环泵。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了更加清晰的对本发明中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。
实施例
参阅图1所示，为本发明实施例的好氧生物处理的反应装置，其主要包括用于储存需要处理的废液的废水储罐1，以及堆叠串联的多级好氧生物处理池5，在每个好氧生物处理池5中设置有用于分散破碎空气的微界面气泡发生器4，微界面气泡发生器4连接有空压机3以用于供给压缩空气。通过微界面气泡发生器4对进入的空气进行分散破碎，以提高废水中的氧气浓度，同时提高氧气的利用率。好氧生物处理池5可为三级，从上至下依次串联，每个好氧生物处理池5内部设置有一个微界面气泡发生器4。
反应装置运行时，废水输送泵2将废水储罐1中的废液由废液进口输送到第一级好氧生物处理池5中，通过生物处理后，通过连通各个好氧生物处理池5的跌水口6进入到第二级好氧生物处理池5中，进一步反应后，进入第三级好氧生物处理池5中，这一级的好氧生物处理池5设有达标污水出口12，经处理达标后的废水从此排出。
为了提高微界面气泡发生器4的效率，微界面气泡发生器4最好是浸没在每个好氧生物处理池5的废水液面下，且在好氧生物处理池5侧面设置有废水循环泵13，废水循环泵13用于将池底的废水循环返回从所述微界面气泡发生器4的顶部进入，以作为分散破碎的动力，并同时起到搅拌处理废水的效果。
此外，每级好氧生物处理池5的顶部会聚集反应产生的废气，经由废气出口7从吸收塔8的进气口进入，新鲜吸收液从新鲜吸收液进口11进来喷淋，废气中的少量二氧化碳和H2S、NH3等被吸收经由出液口9重新并入到废水输送泵2中，重新返回所述废水储罐1，进行进一步处理，而废气中的氮气、氧气等气体则可以通过吸收塔8顶部的出气口10排入到大气中。可以理解的是，本实例中不限定生物处理池的级数，也不限定各级生物池内微生物的种类，只需根据处理废水的需求配置即可。
实际应用时，某化工厂废水存储于废水储罐11中，原废水水质BOD为800，COD为1500，经废水输送泵2输送到第一级好氧生物处理池5中，该级处理池培育有好氧菌种。微界面气泡发生器4由空压机3通过管道供给压缩空气，另外由废水循环泵13抽取第一级池底的废液进行供液，最终产生气泡尺寸为400-1000μm范围内的气泡，DO值达到2mg/L。废水在第一级好氧生物处理池5停留一定时间后，BOD和COD值分别下降到400和500。进一步的，废水通过第一级好氧生物处理池5内的跌水口6流入到第二级好氧生物处理池5中，该级处理池培育有第二种好氧菌种。微界面气泡发生器4由空压机3通过管道供给压缩空气，另外由废水循环泵13抽取第二级池底的废液进行供液，最终产生气泡尺寸为400-1000μm范围内的气泡，DO值达到2mg/L。废水在第二级处理池停留一定时间后，BOD和COD值分别下降到100和300。进一步的，废水通过第二级好氧生物处理池5内的跌水口6流入到最后一级好氧生物处理池5中，该级处理池培育有第三种好氧菌种。微界面气泡发生器4由空压机3通过管道供给压缩空气，另外由废水循环泵13抽取第二级池底的废液进行供液，最终产生气泡尺寸为400-1000μm范围内的气泡，DO值达到2mg/L。废水在最后一级处理池停留一定时间后，BOD和COD值分别下降到40和150。达标后的废水通过达标污水出口12排出。共三级生物处理池顶部聚集了反应产生的废气，经由废气出口7出去后从吸收塔8进气口进入，采用清水作为新鲜吸收液从新鲜吸收液进口11喷淋，废气中的少量二氧化碳和H2S、NH3等被吸收经由出液口9重新并入到废水输送泵2中，进行进一步处理，而废气中的氮气、氧气等气体则可以通过出气口10排入到大气中。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种好氧生物处理的反应装置，其特征在于，包括：废水储罐以及堆叠串联的多级好氧生物处理池，所述好氧生物处理池的侧壁与所述废水储罐连通以用于将废水输送进入到所述好氧生物处理池中；
每个所述好氧生物处理池内设置有用于分散破碎空气的微界面气泡发生器，所述微界面气泡发生器连接有空压机以用于供给压缩空气；
废水在所述好氧生物处理池中空气的作用下经过好氧处理后达标排出；
所述好氧生物处理池为三级，从上至下依次串联，第一级好氧生物处理池中培育有第一种好氧菌种，第二级好氧生物处理池中培育有第二种好氧菌种，第三级好氧生物处理池中培育有第三种好氧菌种，每个所述好氧生物处理池内部设置有一个微界面气泡发生器；
还包括连通各个好氧生物处理池的跌水口，每个好氧生物处理池的废水经过所述跌水口进入到下一级好氧生物处理池中；
每个所述好氧生物处理池侧面设置有废水循环泵，所述废水循环泵用于将池底的废水循环返回从所述微界面气泡发生器的顶部进入；
所述微界面气泡发生器浸没在所述好氧生物处理池的废液液面以下。
2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，每个所述好氧生物处理池的顶部设置有废气出口，所述废气出口连接有吸收塔以用于对废气进行处理。
3.根据权利要求2所述的反应装置，其特征在于，所述吸收塔上设置有出液口，所述出液口与所述废水储罐连通，废气中的二氧化碳和H2S、NH3被吸收后从所述出液口重新返回所述废水储罐。
4.根据权利要求2所述的反应装置，其特征在于，所述吸收塔的顶部设置有出气口以用于吸收处理后的气体排放大气。
5.根据权利要求1-4任一项所述的反应装置，其特征在于，还包括废水输送泵，所述废水输送泵的一端与所述废水储罐通过管道连接，另一端与所述好氧生物处理池的侧壁通过管道连接。
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