CN1154528C - 特别用于废水生物净化的固液分离设备的改进 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在织物或薄膜过滤材料上通过过滤分离一种固液悬浮液、尤其是从一种生物或物理化学净化液体中分离污泥的分离设备，其特征在于，它包括至少一个浸没在待处理悬浮液中的板(14)，所述板相对于垂直方向进行倾斜，制成一个开有凹槽的板的形状，包括一个或若干隔间，只有其下表面(16)覆盖有过滤介质(14)，而上表面是实心的，所述开有凹槽的板的内部容积与一个收集器或一个收集已处理水的漏斗(20)相连接，所述设备配有可确保气体清扫的构件(24；30)，这些构件定位在板(14)的下面，以便由清扫构件排出的气泡沿过滤介质流动。
Description
本发明涉及通过在薄膜过滤材料或织物过滤材料上进行过滤而实施固液分离的设备。本发明特别涉及上述类型过滤设备的改进，专门用于处理由物理化学净化或生物净化产生的污泥悬浮液(活性污泥，混合液体)。本发明尤其适用于废水的生物净化。
废水的生物净化基于在特定的系统中培养净化细菌。使用最普遍的系统是活性污泥，也就是说，在通常称为混合液体的处理水中用悬浮液培养细菌。称为混合培养的新型系统使用污泥与一种悬浮载体材料相混合。
这些系统的有效性和可靠性取决于这种活性污泥与处理水之间的分离，这种分离就是净化。目前，几乎在所有情况下，净化都是通过沉淀加以确保，而在某些特殊情况下，净化则是通过过滤加以确保。
下面描述两种已知净化技术的主要特征：
-辅助沉淀器或净化器是通过简单沉淀从处理的水分离混合液的装置。在污水处理站使用这些净化器，存在两大局限性：一个是生物净化池中污泥浓度的最大极限为每升混合液体六克干燥材料，这就导致装置容积要大，另一个是在进行氮的硝化作用时，必须对流出物进行脱氮，以避免污泥浮在装置中，从而避免处理水中悬浮物质流失。
另外，现有的大部分处理站都面临尤其是污泥沉淀能力降低的大量问题：丝状细菌的激增引起繁殖和起泡沫问题、pH值或含盐量的变化问题、以及有毒物质的生成问题，这些通常是沉淀作业的重大干扰原因。
总而言之，净化器的功能不良情况频繁出现，通常使污泥朝以后的处理阶段或者在自然介质中严重流失，因此，缺少安全可靠性，这与新的净化标准不一致。
-在过滤净化中，使用超过滤薄膜(一般具有0.001微米至0.1微米的孔隙)或者微过滤薄膜(一般具有0.05微米至5微米的孔隙)确保过滤。这些分离法应用于生物污泥过滤领域时，一般称为“薄膜式生物反应器”(BRM)。在所有系统中，能量在污泥中施加到薄膜表面，以限制堵塞并增加流量和/或过滤时间。
第一类薄膜式生物反应器，其特征在于，使用一种位于生物净化池外部的薄膜实施分离，这样可以使大量有效能量施加到薄膜表面。在这种情况下，污泥在过滤器中沿着与薄膜相切的方向大流量流通，以限制其堵塞。输送压力(PTM：薄膜输送压力)约为0.5×105帕。这样，过滤流量约为每平方米薄膜每小时50-200升。在薄膜淤塞之前，这种流量大约保持1至2个星期的时间，然后对薄膜进行化学再生处理。这些薄膜式生物反应器的主要局限性在于同过滤器中污泥流通有关的动力消耗。实际上，所要大流量的电力消耗约为每立方米处理水1至5千瓦小时。因此，这些薄膜式生物反应器的应用领域局限于容量小的尤其用于污染严重的流出物的装置。
第二类薄膜式生物反应器，其特征在于，污泥过滤在位于生物净化池中的薄膜上进行。在这种情况下，过滤器直接浸没在生物净化池中，在要过滤的污泥中通过鼓风和/或搅拌形成紊流。处理水在重力作用下或通过抽吸泵抽吸经由薄膜加以收集，输送压力一般为0.1×105帕至105帕。同上述第一类薄膜式生物反应器比较起来，施加在薄膜表面上的能级较小，这样可以降低动力消耗。但是，获得的流量不再是每平方米薄膜约为每小时5至50升。因此，这些较小的流量导致要使用较大的过滤面积，其成本太高，对于大容积装置，对于流出物不集中的情况来说，更是如此。
另外，现在有其它一些将高流量和低能耗结合起来的过滤方法，但是，这些公知方法在不同程度上不适用于集中的生物悬浮液的过滤。在这些方法中，值得注意的是前沿过滤法，其中，过滤是在一个粗介质上进行的，所述过滤介质覆盖有一层预先形成的预覆盖层(一种硅藻类等悬浮物的附加物)，确保真正分离(多孔性磁质滤芯式过滤器等)，这些系统通过“过滤/清扫堵塞/形成预覆盖层”的工作周期进行间断性工作。这些过滤周期，其特征在于，由于物质积聚在预覆盖层表面以及微粒进入所述覆盖层内部，因此造成输送压力逐渐增大。这种压力使粗过滤介质的表面形成沉淀。当压力达到约为105帕至106帕的临界值时，由于压力而附着的“预覆盖层+进入的微粒”通过空气或水的逆流强力清洗而加以清扫。遗憾的是，这些方法不适用于生物悬浮物的过滤，因为这些微粒往往压缩得很紧：当悬浮物集中时，过滤介质表面上微粒沉淀的快速增加引起液压阻力增大，从而导致过滤停止。
总之，就小容量装置而言，薄膜式生物反应器的过滤技术是一种令人满意的替代传统沉淀净化方法的技术；但是，其建造费用和/或使用费用高于所述传统方法。对于每日数干立方千米以上的大容量来说，目前尚无令人满意的解决方案。本发明正是在于提出该问题的解决方案。
因此，本发明涉及一种在织物或薄膜过滤材料上通过过滤分离一种固液悬浮液、尤其是从一种生物或物理化学净化液体中分离污泥的分离设备，其特征在于，这种设备包括至少一个浸没在待处理悬浮液中的板，所述板相对于垂直方向进行倾斜，制成一个开有凹槽的板的形状，包括一个或若干隔间，只有其下表面覆盖有过滤介质，而上表面是实心的，所述板的内部容积与一个收集器或一个收集已处理水的漏斗相连，配置有可以确保气体清扫的构件，这些构件定位的高度低于过滤介质的高度，以便由所述清扫构件排出的气泡沿过滤介质流动。
根据本发明的一个实施例，分离设备由开槽的板构成，这些板具有一个或若干隔间，所述板最好彼此平行地加以配置。
这些板可以彼此等距离地进行布置，或者彼此以变化的间距分开。
根据本发明，或者在板的上部或侧面，或者在板的下部，通过所述收集器或漏斗，收集已处理水。采用后一种实施例，可以避免或者至少限制沉积物增加。
根据所述分离设备的一个最佳实施例，所述一个或若干板相对于垂直方向约倾斜5度至60度。在配置板的实施例中，板的间距最好约为0.5至20厘米。
根据本发明，过滤介质最好是一种用具有0.2至100微米孔隙的薄膜材料或织物材料制成的粗过滤介质。
根据本发明，气体清扫构件可以制成空气扩散器网的形状，这些扩散器布置在滤膜之下。这些扩散器可以布置在接纳设备的生物净化槽或池的底部，其孔口通到一个或若干滤板的下方或者净化池的下部。
根据本发明另一个实施例，气体清扫构件与板呈整体，这些构件制成隔腔的形状，延伸每个板的下部，由一个供气导管供应气体，每个所述隔腔配有至少一个排出孔，所述排出孔定位成使气泡沿每个板的过滤介质流动。
根据本发明，气体可以是空气、氧气，或者是一种臭氧气体或惰性气体，其流量对于每线性米宽的板最好约为每小时0.05至10立方米。
根据本发明，气体以连续或不连续的、定期或不定期的、恒定流量或可变流量的方式进行注入。
下面参照附图及两个非限定实施例，进一步描述本发明的其它特征和优越性。
附图如下：
图1是本发明设备的第一实施例的分离设备的垂直剖视图，
图2类似于图1，示出本发明的第二实施例。
如上所述，本发明是在一种织物材料或薄膜材料上进行低压过滤(10至104帕，最好约为102帕)。要注意的是，过滤压力低于目前所采用的数值。
本发明原理是，在过滤介质表面产生可以保持一层厚度足够薄的材料层的液压条件，以便输送压力保持较小。
如上所述以及如同下面将要述及的那样，这些液压条件通过对过滤介质表层进行气体清扫的构件加以确保。
图1示出本发明过滤设备的第一实施例。在该非限制性实施例中，过滤设备包括板。
过滤设备10浸没在池12中，所述池装有从18处进入的待处理悬浮液。设备10这里由开有槽的板14构成，这些板具有一个或若干隔间，这些板以相对于垂直方向倾斜最好倾斜5至69度的方式布置在池12中。在该非限制性实施例中，板14以一定的间距、例如约为0.5至20厘米的间距彼此平行地加以布置。在该实施例中，板14等距离进行布置，这仅是一个实施例，板之间的间距是可变的。通过板14过滤后的处理水由一个导管20加以收集，在该实施例中，导管配置在池12的上部，处理水通过排出孔22从池12中排出。当然，不超出本发明范围，可以在过滤组件即每个板14的任何位置，例如在板14收集室的下部收集处理水，这样可以避免或至少可以限制沉积物的积累。
在其它实施例中，可以使用一个尤其位于板侧面部分的漏斗收集处理水。
集中的污泥通过排出孔28从池12中排出。
在每个板14的下表面16上布置有过滤介质，过滤介质用具有0.2至100微米的孔隙的织物材料或薄膜材料制成。
根据本发明，在附图所示的非限制性实施例中，气体清扫构件配置在池12下部倾斜板14的下面，由所述清扫排出的气泡沿过滤介质即沿每个板的下表面流动。根据本发明，如此注入的气体流量对于每线性米宽的板约为每小时0.05至10立方米，气体可以以连续或不连续的、定期或不定期的、恒定流量或可变流量的方式进行注入。
板14的特征在于三个参数：宽度，高度，厚度。对于每线性米的板注入的气体流量施加到这些板的宽度上。所述流量与板的高度或厚度无关，这意味着，对于一个高度、例如为0.5米或3米的板来说，气体流量相同。
在图1所示的实施例中，可以进行这种气体清扫的构件制成扩散器24的形状，这些扩散器定位在池12下部过滤组件14之下，通过一个导管26供给增压气体。
图2所示的实施例，除了对每个倾斜板14的下表面16进行气体清扫的构件的设计方式之外，与图1所示的上述实施例相同。在该实施例中，扩散器与板14呈一整体。因此，这些扩散器制成隔腔30的形状，构成每个开有槽的板14的下部，这些隔腔由导管26供给气体，气泡通过布置在每个隔腔30上的至少一个孔口32排出，以便气泡沿配置在每个板的下表面16上的过滤介质流动。
根据本发明，确保清扫的气体可以是空气、氧气或臭氧气体(这样可以在分离装置12中进行需氧微生物处理)，或者是一种惰性气体(这样可以在池12中进行缺氧处理)。
应当着重指出，由于使用与上述板14相类似的但进行竖直布置的板，性能不太好，因此，本发明分离设备的上述实施方式比较好，因为为了确保气泡和过滤介质之间的接触，控制所述过滤介质上的沉积物，必须：
-注入大量气体，
-精确控制液流中的液压，以避免形成择优流通；在后一种情况下，在空气流通不足的区域会发生迅速堵塞的危险。这种作用会导致不均匀性，从而导致性能大为降低，
-限制板的高度，以避免形成滤液从隔间向待过滤液体的环流，环流是由于含有气泡的因而重量减轻的液体与除气的因而密度较大的滤液之间的密度差别而形成的。
根据本发明，滤板14的倾斜布置确保气泡和过滤介质之间的有效接触，通过调节气体流量(连续地或相继地)、形成的气泡以及板的倾斜角度，可以独立调节：
-过滤介质上沉积物层的更新频率，
-沉积物层的厚度、过滤流量以及堵塞频率。
当然，本发明不限于以上所示和/或所述的实施例，而包括所有其它变型。
Claims (19)
1.一种分离设备，它在织物或薄膜过滤材料上通过过滤分离一种固液悬浮液、尤其是从一种生物或物理化学净化液体中分离污泥，其特征在于，它包括至少一个浸没在待处理悬浮液中的板(14)，所述板相对于垂直方向进行倾斜，制成一个开有凹槽的板的形状，包括一个或若干隔间，只有其下表面(16)覆盖有过滤介质(14)，而上表面是实心的，所述开有凹槽的板的内部容积与一个收集器或一个收集已处理水的漏斗(20)相连接，所述设备配置有可以确保气体清扫的构件(24；30)，这些构件定位在所述板(14)的下面，以便由所述清扫构件排出的气泡沿过滤介质流动。
2.根据权利要求1所述的分离设备，其特征在于，它包括开有凹槽的板(14)，这些板具有一个或若干隔间。
3.根据权利要求2所述的分离设备，其特征在于，所述板(14)彼此平行地加以配置。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述板(14)等距离地进行布置。
5.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述板(14)彼此以变化的间距分开。
6.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述板(14)以约为0.5至20厘米的间距进行布置。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，通过位于所述板(14)的上部或侧面的收集器(20)收集已处理水。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，通过位于所述板(14)的下部的收集器(20)收集已处理水。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述板(14)相对于垂直方向倾斜5度至60度。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，过滤介质是一种用具有约0.2至100微米的孔隙的薄膜材料或织物材料制成的粗介质。
11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，气体清扫构件制成扩散器(24)网的形状，这些扩散器定位在所述板(14)之下，尤其定位在接纳设备的池(12)的底部，其孔口通到所述滤板(14)的下方或者所述池的下部。
12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，气体清扫构件与所述板(14)呈一整体，这些构件制成隔腔(30)的形状，延伸每个板(14)的下部，由一个供气导管(26)供应气体，每个所述隔腔(30)配有至少一个气体排出孔(32)，所述排出孔定位成使气泡沿每个板(14)的过滤介质流动。
13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，对过滤介质进行清扫的气体是空气、氧气或臭氧气体。
14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，对过滤介质进行清扫的气体是一种惰性气体。
15.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，每线性米宽的板(14)的清扫气体的流量约为每小时0.05至10立方米。
16.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，清扫气体以不连续的、定期或不定期的、恒定流量或可变流量的方式进行注入。
17.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，清扫气体以连续的方式进行注入。
18.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，它在10至10000帕之间的压力下工作。
19.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，它在100帕左右的压力下工作。
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