一种水平式三相生物流化床及其污水处理方法
【专利摘要】本发明提供一种水平式三相生物流化床及其污水处理方法。所述水平式三相生物流化床从进水端向出水端水平设有进水布水厌氧区、高负荷兼氧生物处理区、折流区、低负荷好氧生物处理区和沉淀池，并在除去折流区外的其它区域内设有悬浮生物填料层。污水进入污水进水布水厌氧区内，在厌氧环境下兼性发酵细菌将废水中的BOD有机物转化为发酵产物，聚磷菌将细胞中储存的聚合磷酸盐分解之后进入高负荷兼氧生物处理区内去除COD及脱氮，再进入低负荷好氧生物处理区降低出水中的磷，最后经过沉淀池沉淀、澄清和过滤得到清水。本发明在一个水平池中完成全部工艺，节省用地，并避免在使用分散式填料处理污水时对水泵、阀门等设备造成堵塞，避免载体的流失、堆积和板结。
【专利说明】一种水平式三相生物流化床及其污水处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及污水处理工艺，具体是一种结合活性污泥法和生物膜法的污水处理方法和污水处理的水平式三相生物流化床。
【背景技术】
[0002]利用微生物进行污水处理的工艺，在传统上分为两大类:活性污泥法和生物膜法。20世纪70年代，发展起来了好氧生物流化床污水处理技术，这种污水处理的基本特征是“以砂、陶粒、活性炭与合成材料等颗粒状物质作为载体，为微生物的生长提供了巨大的表面积。污水与空气的混合流体自下而上以一定的速度通过床体时使载体流化”[1]，这种方法综合了生物膜法和活性污泥的优点，有人也把这种方法称为泥膜共生[2]的方法。
[0003]在污水处理领域真正实现生产规模的生物流化床是“内循环好氧生物流化床”，国家环保部2012年颁布了“内循环好氧生物流化床污水处理工程技术规范(HJ2021-2012) ”。根据生物流化床的供氧、脱膜和床体结构等方面的不同，现有的好氧生物流化床主要有两相生物流化床和三相生物流化床两种基本类型。
[0004]两相生物流化床是在流化床体外单独设置充氧设备与脱膜装置，原污水与部分回流水在专设的充氧设备中与空气相接触，使氧转移至水中，充氧后的污水从底部通过布水装置进入生物流化床中，并在生物流化床中从下往上移动，在上升的过程中，一方面污水推动载体使其处于流化状态，另一方面污水广泛、连续地与载体上的生物膜相接触。为了及时脱除老化的生物膜， 在流程中设置专门的脱膜装置，间歇工作，脱除了老化生物膜的载体再次返回流化床内，脱除下来的生物膜作为剩余污泥排出系统外。处理后的污水从上部流出床外，进入二次沉淀池，分离脱落的生物膜，处理水得到澄清。
[0005]三相生物流化床是气、液、固三相直接在流化床体内接触进行生化反应，不另设充氧设备和脱膜设备，载体表面的生物膜依靠气体的搅动作用，使颗粒之间激烈摩擦而脱落。三相生物流化床的充氧方式有减压释放空气充氧和射流曝气充氧等形式，其设备简单，操作较容易，此外，能耗也较两相生物流化床低。现在设计和建造的三相生物流化床基本的结构为自下而上的筒状结构，如在国家环保部颁布的《内循环好氧流化床污水处理工程技术规范(HJ2021-2012)》中第6节6.4.1流化床结构中公开的一个典型的流化床结构。
[0006]现有三相生物流化床存在以下特点:(1)具有巨大的比表面积，由于生物流化床是采用小粒径固体颗粒作为载体，且载体在床内呈流化状态，因此其单位体积表面积比其它生物膜法大很多；(2)由于生物流化床的载体颗粒在床体内处于剧烈运动状态，气-液-固三相界面不断更新，因此传质效果好，这有利于微生物对污染物的吸附和降解，加快了生化反应速率；(3)生物流化床巨大的比表面积使单位床体的生物量很高，加上传质速度快，废水一进入床内，很快地被混合稀释，所以生物流化床的抗冲击负荷能力较强，容积负荷也较其它生物处理法高。因此，在相同进水浓度下，采用生物流化床技术处理污水，可以使装置的容积大大减小，从而显著降低工程投资及土地占用面积。
[0007]尽管现有的生物流化床存在以上优点，但是也存在以下问题:(1)现有生物流化床容易堵塞和板结，堵塞和板结后清理的费用巨大；(2)现有流化床处理规模有限，根据国家环保部《内循环好氧流化床污水处理工程技术规范(HJ2021-2012)》6.1.4节所述，“单体流化床的最大污水处理能力为2500m3/d，当处理水量大于2500m3/d时，宜采用多台流化床联合运行的方式，但最多不宜超过4台，多台布置时宜采用配水设施”这意味着一组流化床最大处理能力不超过10000吨/天；(3)现有流化床设计基本按照筒状结构设计，高径比有要求，外形形状和结构受到限制。
[0008]参考文献如下:
[0009][I]施汉昌温沁雪白雪编著《污水处理好氧生物流化床的原理与应用》引言北京科学出版社2011
[0010][2]徐强主编《污水处理节能减排新工艺、新工艺、新设备》P221北京化学工业出版社2009
【发明内容】
[0011]本发明的目的是提供一种采用水平结构的三相流化床对污水处理的新方法，该方法系统提出了水平结构的三相流化床，借鉴了活性污泥法和生物膜法的优点，对竖向结构的三相流化床进行了创新改革，克服了传统生物三相流化床污水处理工艺的缺点。
[0012]本发明提供的技术方案为:一种水平式三相生物流化床包括处理池、沉淀池和污泥处理装置，在处理池的一侧设有进水口，另一侧设有出水口，沉淀池并排设置在处理池设置有出水口的一侧，其特征在于:所述处理池内由多个纵向隔墙分隔形成从进水端向出水端水平排列的进水布水厌氧区、高负荷兼氧生物处理区、折流区和低负荷好氧生物处理区，所述进水口开设在进水布 水厌氧区的上部，出水口设置在低负荷好氧生物处理区与沉淀池相邻墙面的上部，在进水布水厌氧区与高负荷兼氧生物处理区之间的第一隔墙，以及通道折流区与低负荷好氧生物处理区之间的第二隔墙的底部均设有污水处理区流水通道；在高负荷兼氧生物处理区与折流区之间的第三隔墙上部也开设有流水通道，且在此流水通道和出水口处均设有泥膜分离器；在高负荷兼氧生物处理区和低负荷好氧生物处理区的底部设有曝气装置，在进水布水厌氧区、高负荷兼氧生物处理区、低负荷好氧生物处理区以及沉淀池的内均设有悬浮生物填料层，悬浮生物填料悬浮在污水中，并随着污水上下翻滚。
[0013]本发明进一步的技术方案:所述沉淀池是由折流池和污泥沉淀池组成，折流池和污泥沉淀池之间的沉淀池隔墙的底部开设有沉淀池流水通道，沉淀池的进水口设置在折流池的上部，并与处理池的出水口通过泥膜分离器连通，在污泥沉淀池的内设有悬浮生物填料层，在污泥沉淀池上部的出水口也设有泥膜分离器。
[0014]本发明进一步的技术方案:所述污泥处理装置包括污泥回流管、污泥排出管、设置在进水布水底部的第一污泥泵、设置在低负荷好氧生物处理区底部的第二污泥泵和设置在沉淀池底部的第三污泥泵，第一、第二、第三污泥泵分别通过污泥排出分管与污泥排出管连通，污泥回流管一端伸入沉淀池底部沉淀的污泥内，另一端与设置在进水布水厌氧区的第一污泥泵连接。
[0015]本发明进一步的技术方案:在进水布水厌氧区内设有布水装置，所述布水装置是由进水管与布水管组成，布水管水平置于进水布水厌氧区的上部，在布水管上均匀开设有布水孔。[0016]本发明较优的技术方案:所述泥膜分离器为气体反冲式载体分离器，包括挡水板、多个下端密封的载体分离筒、气体反冲装置，在挡水板上设有与载体分离筒个数相等的排水管，在每个载体分离筒的筒壁上开设有多个载体分离进水孔；所述泥膜分离器通过挡水板与所在墙体上的出水口或流水通道密封连接，每个载体分离筒的出水端与对应的排水管连通，所述气体反冲装置是由气体反冲管和风机或空压机组成，气体反冲管的一端压缩空气机连通，另一端分别与每个载体分离筒的下部连通。所述每个载体分离筒是由下端密封的外进水筒和上、下敞口的内出水筒组成，外进水筒与内出水筒之间形成一个进水腔，所述内出水筒的上端口与排水管通过异径管连接，异径管的异径端分别与外进水筒和内出水筒密封连接，并将进水腔的上端密封；异径管的另一端与排水管密封连接，使内出水管与排水管连通。
[0017]本发明进一步的技术方案:在第一隔墙、第二隔墙底部的污水处理区流水通道和沉淀池隔墙底部的沉淀池流水通道处均设有分离网。
[0018]本发明进一步的技术方案:所述高负荷兼氧生物处理区占处理池总体积的百分25-30%，低负荷好氧生物处理区占处理池总体积的百分30-55% ;高负荷兼氧生物处理区的体积小于或等于低负荷好氧生物处理区的体积，一般情况下高负荷兼氧生物处理区占处理池总体积的30%最好，低负荷好氧生物处理区比高负荷兼氧生物处理区的体积大，占处理池总体积的50%最好。
[0019]本发明提供的另一种技术方案为:一种利用水平式三相生物流化床处理污水的方法，具体步骤如下:
[0020](1)污水通过进水布水装置均匀的进入污水处理池的进水布水厌氧区内，通过布水装置进行布水混合，进水布水厌氧区处于厌氧状态，在进水布水厌氧区内设有总体积占该区域体积8-11%的悬浮式生物填料，在厌氧环境的进水布水厌氧区内兼性发酵细菌将废水中的BOD有机物转化为发酵产物，聚磷菌可将细胞中储存的聚合磷酸盐分解，释放的能量可供自己在厌氧环境生存，另一部分能量可用以吸收环境中的低分子有机物，并以PHB储存在细胞内；
[0021](2)在进水布水厌氧区中经过厌氧处理后的污水通过第一隔墙底部的污水处理区流水通道进入高负荷兼氧生物处理区内，由于进入该区域内的污水浓度比较高，所以此区域便形成了高负荷处理区；在高负荷兼氧生物处理区设有总体积占该区域体积10-20%的悬浮式生物填料，底部设有曝气装置，通过曝气装置向该区域提供氧气，溶解氧控制在0.5毫克每升以下，在该区域内反硝化细菌利用好氧区中经混合液回流而来的硝酸盐及有机物进行反硝化，达到同时去除COD及脱氮的目的；
[0022](3)在高负荷兼氧生物处理区中经过步骤(2)处理后的污水通过第三隔墙上部流水通道处的泥膜分离器进入第一折流区，再从第一折流区底部的流水通道进入低负荷好氧生物处理区，由于污水在经过了前面阶段的处理之后，进入该区域内的浓度比较低，所以该区域便形成了低负荷处理区；在低负荷好氧生物处理区内设有总体积占该区域体积的10% -20%的生物填料，底部设有曝气装置，并通过曝气装置该区域提供氧气，溶解氧控制在2毫克每升以上，在该区域聚磷菌在利用废水中剩余的有机物的同时分解体内储存的PHB为微生物提供能量，并吸收周围环境中的溶解性磷酸盐，并以聚合磷酸盐的形式储存于体内，降低出水中的磷；[0023](4)经过低负荷好氧生物处理区处理后的污水进入沉淀池中，沉淀池是由折流池和污泥沉淀池组成，在污泥沉淀池内设有总体积占该池体体积4-7%的悬浮生物填料，经过沉淀池沉淀、澄清和过滤之后得到清水。
[0024]设置在进水布水厌氧区的悬浮式生物填料内设有占进水布水厌氧区体积的10%，设置在高负荷兼氧生物处理区内的悬浮式生物填料占高负荷兼氧生物处理区内体积的15% ;设置在低负荷好氧生物处理区内的悬浮式生物填料占低负荷好氧生物处理区内体积的15% ;设置在污泥沉淀池内的悬浮式生物填料占污泥沉淀池内体积的5%
[0025]本发明中的泥膜分离器可以采用 申请人:于2013年11月22日在中国申请的专利号为:ZL2013207463058，发明名称为:气体反冲式载体分离器的实用新型专利中公开的分离器。可以避免在使用分散式填料处理污水时对水泵、阀门等设备造成堵塞，还可以避免填料载体的流失、堆积和板结；刚好配合悬浮填料的使用，解决了悬浮填料容易流失或堆积、板结等缺陷。
[0026]本发明中的悬浮生物填料均采用PP填料或PE填料，其比重0.95g/cm3以上，比表面积> 500m2/m3，空隙率> 95%，该填料可以直接在在市面购买，比如大连生源水处理设备发展有限公司生产的型号为BM-5的填料。
[0027]本发明中的悬浮式生物填料只要符合以下标准均可以使用:
[0028]
【权利要求】
1.一种水平式三相生物流化床，包括处理池(I)、沉淀池(2)和污泥处理装置，在处理池的一侧设有进水口，另一侧设有出水口，沉淀池(2)并排设置在处理池设置有出水口的一侧，其特征在于:所述处理池(I)内由多个纵向隔墙分隔形成从进水端向出水端水平排列的进水布水厌氧区(1-1)、高负荷兼氧生物处理区(1-2)、折流区(1-3)和低负荷好氧生物处理区(1-4)，所述进水口开设在进水布水厌氧区(1-1)的上部，出水口设置在低负荷好氧生物处理区(1-4)与沉淀池(2)相邻墙面的上部，在进水布水厌氧区(1-1)与高负荷兼氧生物处理区(1-2)之间的第一隔墙(3)，以及折流区(1-3)与低负荷好氧生物处理区(1-4)之间的第二隔墙(4)的 底部均设有污水处理区流水通道(5);在高负荷兼氧生物处理区(1-2)与折流区(1-3)之间的第三隔墙(6)上部也开设有流水通道，且在此流水通道和出水口处均设有泥膜分离器(7);在高负荷兼氧生物处理区(1-2)和低负荷好氧生物处理区(1-4)的底部设有曝气装置(20)，在进水布水厌氧区(1-1)、高负荷兼氧生物处理区(1-2)、低负荷好氧生物处理区(1-4)以及沉淀池的内均设有悬浮生物填料层(8)。
2.根据权利要求1所述的水平式三相生物流化床，其特征在于:所述沉淀池(2)是由折流池(2-1)和污泥沉淀池(2-2)组成，折流池(2-1)和污泥沉淀池(2-2)之间的沉淀池隔墙(9)底部开设有沉淀池流水通道(10)，沉淀池(2)的进水口设置在折流池(2-1)的上部，并与处理池(I)的出水口通过泥膜分离器(7)连通，在污泥沉淀池(2-2)的内设有悬浮生物填料层(8)，在污泥沉淀池(2-2)上部的出水口也设有泥膜分离器(7)。
3.根据权利要求1或2所述的水平式三相生物流化床，其特征在于:所述污泥处理装置包括污泥回流管(14)、污泥排出管(15)、设置在进水布水厌氧区(1-1)底部的第一污泥泵(11)、设置在低负荷好氧生物处理区(1-4)底部的第二污泥泵(12)和设置在沉淀池(2)底部的第三污泥泵(13)，第一、第二、第三污泥泵分别通过污泥排出分管(16)与污泥排出管(15)连通，污泥回流管(14) 一端伸入沉淀池(2)底部沉淀的污泥内，另一端与设置在进水布水厌氧区的第一污泥泵(11)连接。
4.根据权利要求1或2所述的水平式三相生物流化床，其特征在于:在进水布水厌氧区(1-1)内设有布水装置，所述布水装置是由进水管(17)与布水管(18)组成，布水管(18)水平置于进水布水厌氧区(1-1)的上部，在布水管(18)上均匀开设有布水孔(19)。
5.根据权利要求1或2所述的水平式三相生物流化床，其特征在于:所述泥膜分离器(7)为气体反冲式载体分离器，包括挡水板(7-1)、多个下端密封的载体分离筒(7-2)、气体反冲装置(7-3)，在挡水板(7-1)上设有与载体分离筒(7-2)个数相等的排水管(7-4)，在每个载体分离筒(7-2)的筒壁上开设有多个载体分离进水孔(7-5);所述泥膜分离器(7)通过挡水板(7-1)与所在墙体上的出水口或流水通道密封连接，每个载体分离筒(7-2)的出水端与对应的排水管(5)连通，所述气体反冲装置是由气体反冲管和风机或空压机组成，气体反冲管的一端压缩空气机连通，另一端分别与每个载体分离筒(7-2)的下部连通。
6.根据权利要求1或2所述的水平式三相生物流化床，其特征在于:所述高负荷兼氧生物处理区(1-2)占处理池总体积的百分25-30%，低负荷好氧生物处理区(1-4)占处理池总体积的百分30-55%。
7.根权利要求2所述的水平式三相生物流化床，其特征在于:在第一隔墙(3)、第二隔墙(4)底部的污水处理区流水通道(5)和沉淀池隔墙(9)底部的沉淀池流水通道(10)处均设有分离网(21)。
8.根权利要求2所述的水平式三相生物流化床，其特征在于:所述进水布水厌氧区(1-1)、高负荷兼氧生物处理区(1-2)、低负荷好氧生物处理区(1-4)和污泥沉淀池内的悬浮生物填料均采用PP填料或PE填料，其比重0.95g/cm3以上，比表面积≥500m2/m3,空隙率≥95%。
9.一种利用权利要求1所述的水平式三相生物流化床污水处理方法，其特征在于具体步骤如下: (1)污水通过进水布水装置均匀的进入污水处理池的进水布水厌氧区内，通过布水装置进行布水混合，进水布水厌氧区处于厌氧状态，在进水布水厌氧区内设有总体积占该区域体积8-11%的悬浮式生物填料在厌氧环境的进水布水厌氧区内兼性发酵细菌将废水中的BOD有机物转化为发酵产物，聚磷菌可将细胞中储存的聚合磷酸盐分解，释放的能量可供自己在厌氧环境生存，另一部分能量可用以吸收环境中的低分子有机物，并以PHB储存在细胞内； (2)在进水布水厌氧区中经过厌氧处理后的污水通过第一隔墙底部的污水处理区流水通道进入高负荷兼氧生物处理区内，在高负荷兼氧生物处理区设有总体积占该区域体积10-20 %的悬浮式生物填料，底部设有曝气装置，通过曝气装置向该区域提供氧气，溶解氧控制在0.5毫克每升以下，在该区域内反硝化细菌利用好氧区中经混合液回流而来的硝酸盐及有机物进行反硝化，达到同时去除COD及脱氮的目的； (3)在高负荷兼氧生物处理区中经过步骤(2)处理后的污水通过第三隔墙上部流水通道处的泥膜分离器进 入第一折流区，再从第一折流区底部的流水通道进入低负荷好氧生物处理区，在低负荷好氧生物处理区内设有总体积该区域体积的15% -20%的悬浮式生物填料，底部设有曝气装置，并通过曝气装置给该区域提供氧气，溶解氧控制在2毫克每升以上，在该区域聚磷菌在利用废水中剩余的有机物的同时分解体内储存的PHB为微生物提供能量，并吸收周围环境中的溶解性磷酸盐，并以聚合磷酸盐的形式储存于体内，降低出水中的磷； (4)经过低负荷好氧生物处理区处理后的污水进入沉淀池中，沉淀池是由折流池和污泥沉淀池组成，在污泥沉淀池内设有总体积占该池体体积4-7 %的悬浮式生物填料，经过沉淀池沉淀、澄清和过滤之后得到清水；沉淀之后的污泥通过回流泵回流到进水布水厌氧区内与该区域进入的污水混合，进行下一次的污水处理。
10.权利要求9所述的一种水平式三相生物流化床污水处理方法，其特征在于:设置在进水布水厌氧区的悬浮式生物填料内设有占进水布水厌氧区体积的10%，设置在高负荷兼氧生物处理区内的悬浮式生物填料占高负荷兼氧生物处理区内体积的15% ;设置在低负荷好氧生物处理区内的悬浮式生物填料占低负荷好氧生物处理区内体积的15% ;设置在污泥沉淀池内的悬浮式生物填料占污泥沉淀池内体积的5 %。
【文档编号】C02F3/30GK104030441SQ201410271758
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】刘川, 刘晓川 申请人:武汉东川自来水科技开发有限公司