CN114620828B - 一种生物滤池反应器及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物滤池反应器及处理方法，该反应器包括：罐体，其为柱体结构，该罐体顶部设有受液盘；来自进水管口的污水对受液盘形成冲击驱动受液盘下移，污水到达受液盘后，污水流态由柱塞流转变为平推流；滤床，其设于罐体内并与受液盘固定连接，该滤床可在罐体内做往复运动；该滤床中填充滤料，滤料的相应位置处设有可随该滤床共同运动的曝气单元。本发明无需使用额外能源驱动滤床的往复运动，无需进行反冲洗，不仅可以最大限度地降低能耗，还能使滤床中的气、液、固三相返混更为均匀，有效提高反应器的处理效率。

Description

一种生物滤池反应器及处理方法

技术领域

本发明涉及污水生物处理技术领域，特别涉及一种往复式的节能型生物滤池反应器及处理方法。

背景技术

曝气生物滤池是一种集生物氧化、过滤、吸附于一体的高效生物膜污水处理工艺，因其运行灵活方便、出水水质高、占地面积小、抗冲击能力强等优点，广泛应用于中水回用、企业污水闭路循环以及“零排放”。但生物滤池对进水SS（悬浮固体或悬浮物）要求较高，因为在运行过程中，随着污水中悬浮物和固体颗粒不断地被滤料截留，水头损失增大，需要对滤池进行反冲洗，反应器耗能增加。目前生物滤池多采用上向流式，气水将固体物质带入滤床深处，使空间过滤能被更好的运用，从而延长了反冲洗周期。这种方式虽然能够减少反冲洗的次数，但却使反冲洗的强度增大了，仍不能从根本上解决反应器耗能问题。

中国专利CN 209721862 U公开了一种可移动的高效脱氮滤池，包括一个呈梯型设置的一级滤池，一级滤池呈上端开口设置，一级滤池的池底通过轴承转动连接有两根呈竖直平行状设置的螺纹杆，两根螺纹杆的上端均贯穿一级滤池的上端开口并延伸至一级滤池外，该方案中当一级滤池中的污水达到一定的高度时，启动驱动电机，驱动电机通过主动齿轮与从动齿轮的配合带动过滤网板进行往复升降运动，对污水进行压迫过滤，并将过滤好的清水抬起并流入二级滤池内。该方案只是对污水进行了压迫过滤作用，没有对污水的脱氮起作用，污水需要进入二级滤池继续处理，装置整体占地面积较大，能耗较高。

中国专利申请CN 110078160 A公开了一种海上油田生产水亲疏水颗粒组合聚结除油的方法及装置，装置运行时利用增压泵从设备内部抽取液体输送到设备顶部的空腔内，使上部空腔压力增大，压力增大后的空腔推动下方的活塞板压缩床层，使亲疏水颗粒在床层内部紧凑压缩；打开底部进料口，生产废水由设备底部进入亲疏水性颗粒组合床层，聚结长大后的油水混合液从顶部滤料径向出口流出，流进设备两侧的壳体内，然后油水两相由于密度不同，在壳体内上下分离，油滴在壳体上部聚集，进行回收；当运行一段时间或水相出口油含量不再满足处理要求时，设备进行反洗，关闭增压泵，使设备顶部空腔压力降低，活塞板由于上部压力降低，活塞板向上运动，使下部床层松散；增加床层颗粒之间的空隙，进行滤料的反洗。该方案利用活塞板改变滤料密度，有利于装置进行反冲洗，但反冲洗水仍由装置底部进入，上部流出，经排污口外排。由于装置采用底部进水，悬浮固体主要聚集在滤床下部，反冲洗方向与进水方向一致，反冲洗效果不佳。

因此，为了更为有效地降低反应器能耗，亟需一种无需进行反冲洗的曝气生物滤池反应器，从而不仅可以解决反冲洗带来的能耗问题，还能使滤床中的气、液、固三相返混更为均匀，有效提高反应器的处理效率。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节能型的往复式生物滤池反应器及处理方法，该生物滤池反应器无需进行反冲洗，且无需额外能量驱动往复式滤床，不仅可以有效降低能耗，还能使滤床中的气、液、固三相返混更为均匀，有效提高反应器的处理效率。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种生物滤池反应器，包括：罐体，其为柱体结构，该罐体顶部设有受液盘；来自进水管口的污水对受液盘形成冲击驱动受液盘下移，污水到达受液盘后，污水流态由柱塞流转变为平推流；滤床，其设于罐体内并与受液盘固定连接，该滤床可在罐体内做往复运动；该滤床中填充滤料，滤料的相应位置处设有可随该滤床共同运动的曝气单元。

进一步，上述技术方案中，滤床下部设有支撑弹簧，该支撑弹簧底端固定在支撑板上，顶端固定在滤料下盖板底部。

进一步，上述技术方案中，支撑弹簧数量可以为多个且均匀布设在滤料下盖板底部。

进一步，上述技术方案中，曝气单元可以为对称设置于罐体两侧的曝气管，该曝气管采用横向曝气的方式。

进一步，上述技术方案中，滤料中设置竖向振捣单元，用于在滤料之间产生相对位移并将污水中的悬浮物及固体颗粒下移。

进一步，上述技术方案中，竖向振捣单元分设于滤料上盖板和滤料下盖板上，且均匀交错布置；该竖向振捣单元具体包括：弹力部，其为一端固定在滤料上盖板或滤料下盖板上的弹簧，该弹簧在滤床往复运动过程中在惯性作用下不断伸缩，为防止滤料夹在弹簧中影响弹簧的伸缩，在弹簧周围可以设置同步伸缩的挡板；锥状部，其设于弹簧的自由端，且锥状尖端指向对侧的滤料盖板。

进一步，上述技术方案中，滤料上盖板和滤料下盖板均为网状结构，且孔径小于滤料直径。滤料可以采用为火山岩或陶粒，粒径可以采用为4至6mm。

进一步，上述技术方案中，罐体底部为缩径结构，该缩径结构与排污口连接，用于排出在缩径处堆积的所述悬浮物及固体颗粒。

进一步，上述技术方案中，滤床高度可以设置为反应器罐体高度的1/2至2/3。

进一步，上述技术方案中，受液盘可以为多细孔盘。进水管口与受液盘的距离可以设置为滤床高度的1/5至1/4。

进一步，上述技术方案中，竖向振捣单元的高度可小于等于滤料总高度的1/2；锥状部的高度与弹力部完全伸展时的高度之比可以为1/3至1/4。

为实现上述目的，根据本发明的第二方面，本发明提供了一种生物滤池处理方法，采用上部进水、下部出水的方式对污水进行生物净化处理，包括如下步骤：在往复式滤床的滤料上盖板和下盖板上均匀间隔布设竖向振捣单元；滤料在罐体中往复运动的过程中，竖向振捣单元使得滤料之间产生相对运动，同时在滤料中采用横向曝气的方式，形成滤床中气、液、固三相的均匀返混。

进一步，上述技术方案中，均匀间隔布设的方式可以具体为：在滤料下盖板上、在竖向振捣单元的长度为半径的互不相交的圆的圆心位置布设竖向振捣单元；在已经布设好的滤料下盖板上的两两所述竖向振捣单元之间或滤料下盖板上的每四个竖向振捣单元的中心的相应位置布设滤料上盖板的竖向振捣单元。

进一步，上述技术方案中，竖向振捣单元的弹力部满足以下条件：在罐体内布满污水的情况下，滤料位于往复运动的最低处时，滤料下盖板上的竖向振捣单元的弹力部处于未完全压缩状态；滤料上盖板上的竖向振捣单元的弹力部处于未完全伸展状态。在罐体内布满污水的情况下，滤料位于往复运动的最高处时，滤料下盖板上的竖向振捣单元的弹力部处于未完全伸展状态；滤料上盖板上的竖向振捣单元的弹力部处于未完全压缩状态。

进一步，上述技术方案中，滤床的往复运动由进水管口的污水冲击以及设于滤床底部的支撑弹簧的共同作用来完成；根据罐体内污水的停留时间，往复运动的频率控制范围以罐体内未出现污水剧烈波动为前提。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1）本发明通过设置受液盘，可充分利用污水水泵的残余势能和进水的残余动能，将积蓄的能量转化为滤床的下移驱动力，并在支撑弹簧的共同作用下实现滤床的往复运动，无需额外的能量进行驱动，更有利用节省能耗；

2）通过受液盘可将污水的液体流场由柱塞流转化为平推流，实现了液体分流，利于污水均布，从而提高反应效率；

3）通过设置往复运动的滤床及具有弹簧结构的竖向振捣单元，可实现滤料之间的相对移动，增大对悬浮物及固体颗粒的冲刷力度，使悬浮物和固体颗粒通过沉降从滤料中排出，有效避免滤料堵塞，反应器无需进行反冲洗；

4）整体移动的滤床及相对移动的滤料，使滤床中气、液、固三相返混更加均匀，能够有效提高污水处理效率；

5）反应器内曝气采用横向曝气方式，不受滤床高度影响，曝气更均匀，同时可以有效减小气体对悬浮物和固体颗粒的浮力作用，使悬浮物和固体颗粒更容易下移；

6）反应器操作简单，占地面积小，对进水SS要求低，实用性更强。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一种生物滤池反应器的结构示意图。

主要附图标记说明：

1-反应器罐体，10-受液盘，101-支撑杆，11-进水管，110-污水罐，111-水泵，12-罐体出水口，13-罐体缩径部，14-排污口，141-排污阀，15-支撑板；

2-滤床，20-曝气管，21-滤料上盖板，211-上部振捣单元，22-滤料下盖板，221-下部振捣单元；

3-支撑弹簧。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

装置实施例

如图1所示，本发明的节能型的往复式生物滤池反应器包括反应器罐体1和滤床2。其中罐体1为柱体结构，优选采用长方体结构或圆柱体结构。罐体1的上部设有进水管11、出水口12、排污口14。罐体1内部从上到下依次设置受液盘10、连接杆101、滤床2、支撑弹簧3、支撑板15。进水管11设于罐体1的上部，且进水管口高于受液盘10一段距离，进水管11通过水泵111与污水罐110连接。出水口12设于罐体1的下部。罐体1的底部为缩径处理，整个罐体的高径比为3/2~3/1。出水口12位于罐体下部未缩径处。排污口14位于罐体底部，由排污阀141控制。滤床2设于罐体1内，且可在罐体中做往复运动。滤床2的高度可以设计为反应器罐体1高度的1/2至2/3。滤床2中填充滤料，滤床2上部设有滤料上盖板21，滤床2下部设有滤料下盖板22，滤料上盖板21和滤料下盖板22均为网状结构，且孔径小于滤料直径。滤料可采用生物滤池常用滤料，优选采用火山岩或陶粒，粒径为4至6mm。滤料的相应位置处设有可随该滤床共同运动的曝气单元，本发明的曝气单元优选采用横向曝气的方式，曝气单元可采用对称设置于罐体1两侧的曝气管20，曝气管20可实现横向布气。曝气管20可根据滤料总体积设置一组或几组，高度与滤料总高度相同，并可随滤料一起做上下往复运动。

进一步如图1所示，进水管11下方，受液盘10进水管11的管口下方，且管口至受液盘10的垂直距离优选为滤床2高度的1/5~1/4，受液盘10可采用多细孔盘，受液盘10下部通过连接杆101与滤料上盖板21相连，受液盘10可随滤床运动。滤床2下部设置多个支撑弹簧3，支撑弹簧3上部与滤料下盖板22固定、下部与支撑板15固定，支撑板15固定于反应器罐体1内，支撑板15的横截面积与反应器罐体1的横截面积相同，为网状结构，能够防止滤料下落。来自进水管11管口的泵送污水的冲击（管口污水具有足够的动能和势能）以及支撑弹簧3伸缩的共同作用使得滤床2在罐体1内做往复运动。滤床的往复运动无需消耗额外能源，可最大限度地节省能耗。

进一步如图1所示，滤料中设置竖向振捣单元，可使滤料与滤料之间产生相对位移，通过振捣可将来自进水管11的污水中的悬浮物及固体颗粒逐渐下移，避免悬浮物及固体颗粒在滤床2的上部堆积影响过滤效率。进一步地，竖向振捣单元可分设于滤料上盖板21（即上部振捣单元211）和滤料下盖板22（即下部振捣单元221）上，且上、下部振捣单元可均匀交错布置。竖向振捣单元可具体包括：弹力部和锥状部，其中弹力部优选采用弹簧，弹簧一端固定在滤料上盖板21或滤料下盖板22上，弹簧在滤床2往复运动过程中在惯性作用下不断伸缩抖动从而实现在滤料中的振捣。为防止滤料夹在弹簧中影响弹簧的伸缩，在弹簧周围可以设置同步伸缩的挡板（图中未示出）。锥状部设于弹簧的自由端，且锥状尖端指向对侧的滤料盖板（即下部振捣单元221的锥状尖端指向滤料上盖板21；上部振捣单元211的锥状尖端指向滤料下盖板22）。这种设计可以有效减少振捣单元在滤料中的伸缩阻力。锥状部的高径比优选设置为1:1。每个竖向振捣单元的高度小于等于滤料总高度的1/2，优选采用1/2的比例。优选而非限制性地，锥状部的高度与弹力部完全伸展时的高度之比可以设置为1/3至1/4。

进一步如图1所示，罐体底部的缩径部13与排污口14连接，可用于排出从滤床2中振捣下来并在缩径处堆积的悬浮物及固体颗粒。

方法实施例

本发明节能型的往复式生物滤池处理方法是在前述装置的基础上的处理方法。本发明采用上部进水、下部出水的方式对污水进行生物过滤。处理方法包括如下步骤：在往复式滤床2的滤料上盖板21和下盖板22上均匀间隔布设竖向振捣单元。具体地，将竖向振捣单元设置在滤料的内部，其弹簧一端与滤料下盖板22及滤料上盖板21上固定，布置方式为：首先从滤料下盖板22开始布置，依据下盖板的横截面积，以弹簧完全伸展时振捣单元的长度为半径做圆，尽量使圆形互不相交且布满滤料下盖板22，在每个圆形的圆心处固定一个下部振捣单元221；依据下部振捣单元221的布置情况，滤料上盖板21的上部振捣单元211可设置在下盖板22每两个振捣单元的中间或每四个振捣单元的中心点相对应的位置。具体的布置规则可以采用多种形式，依据反应器罐体1的实际体积而定，均匀相错布置即可。滤料在罐体1中往复运动的过程中，在上部振捣单元211和下部振捣单元221的共同作用下，使得滤料之间产生相对运动，同时在滤料两侧采用横向曝气的方式，可形成滤床中气、液、固三相的均匀返混。

进一步地，上部振捣单元211和下部振捣单元221的弹簧的弹性满足以下条件：即在罐体1内布满污水的情况下，滤料位于往复运动的最低处时，滤料下盖板22上的下部振捣单元221的弹簧处于未完全压缩状态，与此同时，滤料上盖板211上的上部振捣单元211的弹簧处于未完全伸展状态；在罐体1内布满污水的情况下，滤料位于往复运动的最高处时，滤料下盖板22上的下部振捣单元221的弹簧处于未完全伸展状态，与此同时，滤料上盖板21上的上部振捣单元211的弹簧处于未完全压缩状态。这样可以使振捣和抖动的效率更高。由于振捣单元处于污水的淹没状态，因此采用防腐材料制作。

进一步地，本发明的往复式生物滤池处理方法中，通过调节进水管11和出水口12的流量，使滤床2上升到最高位移时，能够完全浸没在污水中。滤床2的往复运动由进水管11管口的污水冲击以及设于滤床2底部的支撑弹簧3的共同作用来完成，根据罐体1内污水的停留时间，滤床2往复运动的频率控制范围可以罐体1内未出现污水剧烈波动为前提。

本发明的处理过程如下：污水通过水泵111，由进水管11进入反应器的罐体1中，落入受液盘10中，并向四周蔓延，在受液盘10上，进水的流态由柱塞流转变为平推流，有利于液体的均布，同时水泵的残余势能和污水的残余动能，以及污水流出进水管11管口、到达受液盘10获得的势能，随着污水落入受液盘10后，受液盘10获得能量，带动滤床2竖直向下移动，滤床2下部的支撑弹簧3受压缩。由于进水形式为柱塞流，受液盘10获得的能量不均匀，则滤床2下部的支撑弹簧3可实现压缩-回弹-再压缩-再回弹的往复运动，上部污水对受液盘10的冲击以及支撑弹簧3的伸缩的共同作用可实现滤床2竖向的往复运动。滤床2在下移的过程中，固定于滤料上盖板21的上部振捣单元211受到向上的压力不断增大，其弹簧会不断压缩，固定于滤料下盖板22的下部振捣单元221受到向下的压力不断减小，其弹簧会不断伸展。滤床2在上移的过程中，固定于滤料上盖板21的上部振捣单元211受到向上的压力不断减小，其弹簧会不断伸展，固定于滤料下盖板22的下部振捣单元221受到向下的压力不断增大，其弹簧会不断压缩。特别在滤床2变向的瞬间，受惯性力影响，竖向振捣单元均会出现瞬间伸展或压缩。同时滤床2内部的竖向振捣单元上下错位布置，在惯性力的作用下，可推动滤料反向运动，从而实现滤料间的相对位移，滤料间的固体颗粒及悬浮物不断下移，在无需反冲洗程序的情况下可顺利排出反应器。滤床2的整体移动以及滤料之间的相对移动，有利于滤料上部截留的污水中的悬浮物及固体颗粒逐步下移，最终脱离滤床2在反应器罐体1的底部缩颈处堆积，堆积的悬浮物及固体颗粒可通过排污阀141，由排污口14排出，避免滤料的堵塞。反应器内曝气采用横向曝气方式，不受滤床高度影响，曝气更均匀，同时可以有效减小气体对悬浮物和固体颗粒的浮力作用，使悬浮物和固体颗粒更容易下移。滤料之间相对移动的产生，能够改变滤料中气体及液体的流向，加强滤床内气、液、固的返混程度，增强反应器的处理效率。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种生物滤池反应器，其特征在于，包括：

罐体，其为柱体结构，该罐体顶部设有受液盘；来自进水管口的污水对所述受液盘形成冲击驱动所述受液盘下移，所述污水到达受液盘后，污水流态由柱塞流转变为平推流；

滤床，其设于所述罐体内并与所述受液盘固定连接，该滤床可在所述罐体内做往复运动；该滤床中填充滤料，所述滤料的相应位置处设有可随该滤床共同运动的曝气单元；所述曝气单元为对称设置于所述罐体两侧的曝气管，该曝气管采用横向曝气的方式；所述滤料中设置竖向振捣单元，用于在所述滤料之间产生相对位移并将所述污水中的悬浮物及固体颗粒下移；该竖向振捣单元具体包括：

弹力部，其为一端固定在所述滤料上盖板或滤料下盖板上的弹簧，该弹簧在所述滤床往复运动过程中在惯性作用下不断伸缩；

锥状部，其设于所述弹簧的自由端，且锥状尖端指向对侧的滤料盖板。

2.根据权利要求1所述的一种生物滤池反应器，其特征在于，所述滤床下部设有支撑弹簧，该支撑弹簧底端固定在支撑板上，顶端固定在滤料下盖板底部。

3.根据权利要求2所述的一种生物滤池反应器，其特征在于，所述支撑弹簧数量为多个且均匀布设在所述滤料下盖板底部。

4.根据权利要求1所述的一种生物滤池反应器，其特征在于，所述竖向振捣单元分设于滤料上盖板和滤料下盖板上，且均匀交错布置。

5.根据权利要求4所述的一种生物滤池反应器，其特征在于，所述滤料上盖板和滤料下盖板均为网状结构，且孔径小于所述滤料直径。

6.根据权利要求5所述的一种生物滤池反应器，其特征在于，所述滤料为火山岩或陶粒，粒径为4至6mm。

7.根据权利要求1所述的一种生物滤池反应器，其特征在于，所述罐体底部为缩径结构，该缩径结构与排污口连接，用于排出在缩径处堆积的所述悬浮物及固体颗粒。

8.根据权利要求1所述的一种生物滤池反应器，其特征在于，所述滤床高度为所述反应器高度的1/2至2/3。

9.根据权利要求1所述的一种生物滤池反应器，其特征在于，所述受液盘为多细孔盘。

10.根据权利要求1所述的一种生物滤池反应器，其特征在于，所述进水管口与所述受液盘的距离为所述滤床高度的1/5至1/4。

11.根据权利要求1所述的一种生物滤池反应器，其特征在于，所述竖向振捣单元的高度小于等于滤料总高度的1/2；所述锥状部的高度与所述弹力部完全伸展时的高度之比为1/3至1/4。

12.一种生物滤池处理方法，其特征在于，采用上部进水、下部出水的方式对污水进行生物净化处理，包括如下步骤：

在往复式滤床的滤料上盖板和下盖板上均匀间隔布设竖向振捣单元；

所述滤料在罐体中往复运动的过程中，所述竖向振捣单元使得滤料之间产生相对运动，同时在所述滤料中采用横向曝气的方式，形成滤床中气、液、固三相的均匀返混；所述滤床的往复运动由进水管口的污水冲击以及设于所述滤床底部的支撑弹簧的共同作用来完成；根据所述罐体内污水的停留时间，所述往复运动的频率控制范围以所述罐体内未出现污水剧烈波动为前提。

13.根据权利要求12所述的一种生物滤池处理方法，其特征在于，所述均匀间隔布设的方式具体为：

在滤料下盖板上、在所述竖向振捣单元的长度为半径的互不相交的圆的圆心位置布设所述竖向振捣单元；

在已经布设好的所述滤料下盖板上的两两所述竖向振捣单元之间或滤料下盖板上的每四个所述竖向振捣单元的中心的相应位置布设滤料上盖板的竖向振捣单元。

14.根据权利要求12所述的一种生物滤池处理方法，其特征在于，所述竖向振捣单元的弹力部满足以下条件：

在所述罐体内布满污水的情况下，所述滤料位于往复运动的最低处时，所述滤料下盖板上的竖向振捣单元的弹力部处于未完全压缩状态；所述滤料上盖板上的竖向振捣单元的弹力部处于未完全伸展状态；

在所述罐体内布满污水的情况下，所述滤料位于往复运动的最高处时，所述滤料下盖板上的竖向振捣单元的弹力部处于未完全伸展状态；所述滤料上盖板上的竖向振捣单元的弹力部处于未完全压缩状态。