專利名稱：漂浮粒子生化流化床的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種廢水生化處理裝置，特別是一種以漂浮塑料短管為生物膜載體的生化流化床廢水處理裝置。
在世界范圍內，廢水的生化處理目前仍以活性污泥法為主。但是，此方法存在著占地面積大，基建投資高，處理效率低，運轉管理復雜等難以克服的缺點，成為工業廢水和城市污水處理廠建設步伐緩慢，跟不上環境保護和城市建設需要的主要原因。
Jeris.J.S等人發展的廢水處理方法和裝置(USP3，846，289，USP3，956，129，USP4，009，098，USP4，009，105，授讓給美國Ecolotrol公司)涉及的是一種生化流化床廢水處理工藝，它的效率可比活性污泥法提高一個數量級。其主要技術特征是在一個垂直處理廢水的容器內，處理液自下向上通過一個載有生物膜的粒子流化床層，載體粒子大多使用黃砂，其比重大于被處理液，以一定流速向上流動的液體將粒子帶起，使床層膨脹流化，粒子上升至一定高度后，流速減緩，粒子因其重力而沉降，接著又被上升液流帶起，如此周而復始，從而形成流化床。粒徑很小的載體為附著的生物膜提供了一個巨大的，不斷運動的表面，借助微生物的生化處理，使廢水得到處理。美國Ecolotrol公司于七十年代后期將此法用于廢水的二、三級處理，稱之為Hy-Flo生化流化床工藝。這個方法具有效率高，占地少，投資省等優點，但消耗能量較大，大量的能用在使載體粒子流化和液體的回流上。雖經努力，但在降低動力消耗上十余年來未取得顯著進展，因此而阻礙了這個方法在工業上的推廣應用。
此外，上述流化床在連續操作時，由于微生物的生長，它所附著的載體粒子會不斷增大，嚴重時甚至結成團塊，如不控制，將會減少單位容積的生物膜面積，導致流化床的效率降低，為此，需設立專門的裝置對載體粒子進行脫膜，並使脫膜后的粒子返回流化床裝置(USP4，177，144，USP4，250，033)，這樣，不但使流化床裝置趨于復雜，而且還增加了操作的復雜程度。
活性污泥法從1914年問世，至今(1987年)已有73年歷史，其間從未間斷地在探求一種高效節能的新的廢水處理方法，至今終未如愿。本發明提供一種改進的生化流化床裝置，它采用載有生物膜后仍略小于被處理液體比重的漂浮粒子作為流化介質，達到了高效節能的目的。
本發明的裝置由垂直式容器，進水管，進氣管，裝有濾網的液體出口管，氣體分布器，漂浮粒子層和排泥排空管組成。垂直式容器，可為園形、方形、長方形、多邊形或其它幾何截面。
本發明所用的漂浮粒子是中空開口塑料短管，它是由單環或由若干單環組合的多環短管，單環直徑為3～10mm，最好為4～6mm，橫截面可為園形、三角形或多邊形，內外表面粗糙或兼具條紋，以利微生物掛膜生長。此短管載上生物膜后的比重仍略小于被處理液體的比重，載有生物膜后的中空開口短管的比重越接近被處理液體比重越好，比重越接近，越易流化且流化越均勻，耗能越低。凡使制成品達到上述目的的塑料都可作為原料制造上述的中空開口短管。
當容器中液體處于靜止狀態時，介質漂浮在液體上部，基本上被液體所浸沒。當裝置操作運行時，被處理廢水從容器下部不斷進入，空氣則在廢水入口管之下靠近容器底部處以一定速度經氣體分布器導入，進行氣力攪拌，漂浮粒子受到來自氣-液混合物的攪動，上下左右翻動，以少量的空氣，不需其它條件就可達到均勻流化的目的，形成氣、液、固三相流化床。氣體分布器可以是爪形曝氣頭、散流式曝氣器、穿孔管、多孔陶瓷或其它鼓風充氧裝置。經氣體分布器的布氣強度以有利于生物膜生長為原則，但最佳布氣強度不是一個固定的，一成不變的數值，將受填料管徑、填料的長徑比、水質、布氣方式等的綜合影響。經氣體分布器所布的氣具有使填料流化和充氧兩種作用，其充氧量在水質濃度稍高時，一般不能滿足生化流化床高速耗氧量的需求，供氧不足部分在容器外采用其它補充供氧裝置提供。補充供氧裝置可以采用射流器噴射(自吸氣或低壓送氣)充氧，也可以采用爪形曝氣頭、散流式曝氣器、穿孔管、多孔陶瓷或其它鼓風充氧裝置。容器外補充供氧裝置可以對被處理廢水直接充氧，部梢遠曰亓饕航諧溲酰溲鹺蟮囊禾逶倭魅肴萜髂誚寫懟 本發明的氣體分布器和補充充氧裝置采用空氣為氧源，而Hy-Flo生物流化床以純氧為氧源，此時需要整套的制造純氧的裝置和技術;需要封閉的廢水處理裝置，令人望而卻步，不敢采用。本發明采用空氣為氧源時，效率已可超過Hy-Flo生物流化床，如果有條件在本發明中采用純氧為氧源，效率還能提高若干倍。
經過本發明處理后的流出液，采用回流時，其中一部分為回流液，其余為排放液;如不回流，流化床容器的排出液全部為排放液。凡排放液必須經過固液分離裝置處理后才能排放，固液分離裝置可采用漂浮濾池，一般的快濾池或斜板沉淀池。凡回流液可以經過，也可以不經過固液分離裝置。被處理液和回流液，分別或合并經過進水管進入容器內。
本發明如采用同樣比重，同樣粒徑的一種規格的中空塑料短管為填料，流化狀態時，在液面以下同一水平面上，填料密度基本相同;在液面以下不同水平面上，填料密度是有差異的，為了縮小或消除這種差異，可以采用比重相同粒徑不同，比重不同粒徑相同，比重不同粒徑也不同的各種規格的中空塑料短管為填料。
本發明最大的優點是節能。眾所周知，流化床層中的固體粒子的受力情況是，一為向下作用的固體粒子的重力，另一為向上作用的浮力和流體阻力。在流化點時，此兩種作用力勢必相等，即LF(1-ε)γs＝LF(1-ε)γe+ΔPF……(1)此上式稍作變化可得ΔP＝L(1-ε)(γs-γe)……(2)式中ΔP流體阻力(公斤/米2)L流化床中固體粒子靜止時的高度(米)F流化床的截面積(米2)ε流化床的空隙度γs固體粒子重度(公斤/米3)e液體重度(公斤/米3)其中的ε (VH-V)/(VH) ……(3)式中VH流化床層體積V固體粒子所占的體積如果流化介質是黃砂，其重度為2600公斤/米3，ε＝0.67，廢水比重取1000公斤/米3，代入式(2)得ΔP1＝L(1-0.67)(2600-1000)＝528L在工程上要使黃砂膨脹流化，液流必須以25～40米/小時的上升流速向黃砂供能，介質流化和廢水生化所需氧量都要求流出液以10～30倍的回流比進行回流，能耗是十分可觀的。
本發明載有生物膜后的中空塑料短管，重度可在950公斤/米3，ε＝0.9，廢水重度取1000公斤/米3(由于鼓入空氣，最好取氣-液混合物的重度，其值＜1000公斤/米3，實際上是和載體重度很接近的)，代入式(2)得ΔP2＝L(1-0.9)(950-1000)＝-5L
由式(4)可見，本發明載體對流體的阻力其絕對值是黃砂為載體時流體阻力的1%，方向相反，表現為極小的浮力。當用本發明裝置操作時，在容器下部鼓入少量氣體攪動，就可達到流態化，其均勻程度可超過以黃砂為載體的流化床。本發明依靠氣力使載體流化所需的能量，與依靠水力使黃砂流化所需的能量相比，將如(4)式所計算的結果，可見本裝置耗用的能量將有可觀的降低。
本發明的另一個優點是裝置簡單。由于載體漂浮于液體上部，在裝置中不叵蠡粕傲骰材茄柚枚囁裝逡員閽諭３凳庇糜謐霸鼗粕 由于本發明采用氣力攪拌，流化狀態比用液力使黃砂流化的狀態激烈得多，載體內、外表面生長的生物膜在稍微老化一些以后就會自行脫落，因此不需要專門的脫膜裝置以及脫膜后的載體粒子的返回裝置;本發明載體易流化且流化狀態易均勻，對配水裝置無特殊要求。
本發明的其它優點是運轉管理方便。在實際操作時，被處理廢水的流量和流出液的回流與否，以及回流比的大小均可視處理水質、處理要求采用相應的處理裝置並在一定范圍內任意調節而不影響流化床操作，比Hy-Flo生物流化床的操作簡便易行。
此外，本發明對被處理的廢水水質和水量有很強的適應性，既可用于城市廢水處理，也可用于各種濃度的工業有機廢水。實踐表明，高或低濃度的有機廢水用本發明處理，效果皆好。
本發明的污泥濃度可高達35克/升，大大超過Hy-Flo流化床的污泥濃度14克/升，污泥量大大減少，對固一液分離及污泥脫水大為有利。
本發明裝置見附
圖1。以下結合附圖1，對漂浮粒子生化流化床廢水處理裝置的結構和操作進行說明。
垂直式容器1是流化床裝置的殼體，可為園形、方形、長方形或其它幾何截面。在容器1中，配置有載有生物膜后的比重仍小于被處理液體的中空開口流化介質2，當裝置操作運行時，被處理的廢水不斷由高位槽或泵經計量通過入口管3送入容器，由鼓風機送入的空氣經計量后經管4通過設在容器下部的向下開口的氣體分布器5，以一定速度在容器下部導入，漂浮粒子受到來自氣-液混合物的攪動，上下翻動，均勻流化，形成氣-液-固三相流化床，供氧不足部分在流化床外用補充供氧裝置6提供，要處理的廢水和載有生物膜的粒子密切接觸，微生物消耗廢水中的溶介氧，對廢水中的污染物質進行生物氧化，從而使廢水得到凈化處理。處理過的廢水從容器上部經阻截漂浮粒子的濾網7，從出水管8排出的液體，其中有一部分可以回流，也可以不回流，采用回流時，回流液經管9，通過泵10，由補充供氧裝置6充氧后送入容器1中。
實施例一流化床裝置直徑1000mm，流化床有效高度2700mm，處理印染廢水，進水生化需氧量BOD5＝751mg/l，化學耗氧量CODcr＝1371mg/l，出水BOD5＜60mg/l，COD5＜200mg/l，直接布氣強度為10～20米3/米2·小時，回流比2.5，容積負荷為10kg BOD/日·米3。
權利要求
1.一種由垂直式容器、處理水進出管、排空排泥管、布氣裝置，載有生物膜的粒子組成的生化流化床廢水處理裝置，其特征是a.流化介質采用載有生物膜后的比重小于被處理廢水的中空開口塑料短管，b.容器下部裝有氣體分布器，c.除容器內氣體分布器直接供氧外，容器外還有補充充氧裝置，d.處理水出口處裝有濾網，e.采用空氣為氧源，f.被處理液和回流液，分別或合并經過進水管進入容器內。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征是垂直式容器，可為園形、方形、長方形、多邊形或其它幾何截面。
3.根據權利要求1和2所述的裝置，其特征是中空開口短管，短管由單環或由若干單環組合的多環構成。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征是單環的橫截面可以是園形、三角形、多邊形，多環的橫截面是由單環規則排列的橫截面組成。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征是單環橫截面直徑或邊長為3～10mm，最好為4～6mm。
6.根據權利要求3所述的裝置，其特征是中空短管內外表面粗糙無光澤或兼具規則或不規則條紋。
7.根據權利要求1所述的裝置，其特征是除中空開口短管載有生物膜后的比重小于被處理液體外，載有生物膜后的中空開口短管的比重越接近被處理液體的比重越好。
8.根據權利要求1所述的裝置，其特征是同一個流化床容器內，可以采用用樣比重同樣粒徑的中空塑料短管為填料，也可采用不同比重相同粒徑、不同粒徑、相同比重、不同粒徑不同比重的中空塑料短管為填料。
9.根據權利要求1所述的裝置，其特征是氣體分布器可以是爪形曝氣頭、散流式曝氣器、穿孔管、多孔陶瓷或其它鼓風充氧裝置。
10.根據權利要求1所述的裝置，其特征是補充充氧裝置可以是射流器噴射充氧，也可以是爪形曝氣頭，散流式曝氣器，穿孔管，多孔陶瓷或其它鼓風充氧裝置。
11.根據權利要求9所述的裝置，其特征是補充充氧裝置可以對被處理液體直接充氧，也可以對回流液進行充氧，充氧后的液體再進入容器內進行處理。
12.根據權利要求1所述的裝置，其特征是氣體分布器和補充充氧裝置，可采用空氣的氧源，也可采用純氧為氧源。
13.根據權利要求1所述的裝置，其特征是經本裝置處理后的流出液，采用回流時，其中一部分為回流液，其余為排放液;如不回流，經本裝置處理后的流出液全部為排放液。凡排放液必須經過固液分離裝置處理后才能排放。凡回流液可以經過，也可以不經過固液分離裝置。
14.根據權利要求12所述的裝置，其特征是固液分離裝置可以是漂浮濾池，一般的快濾池或斜板沉淀池。
全文摘要
本發明公開了一種以漂浮物質為生物膜載體的生化流化床廢水處理裝置。該裝置使用比重略小于處理液的中空塑料短管作流化介質，單環中空短管(是單環或由若干單環組合的多環)的管徑范圍是3～10mm，模截面可為圓形、三角形或多邊形，而且內外表面粗糙，以利微生物掛膜生長。操作時，處理液自下而上通過流化床裝置，并在裝置下部通入空氣進行氣力流化。本裝置具有效率高、能量省、裝置簡單、運轉管理方便，應用面廣的優點。
文檔編號C02F3/12GK1030028SQ8710107
公開日1989年1月4日 申請日期1987年6月23日 優先權日1987年6月23日
發明者巫惠湘 申請人:東方冷卻塔水處理技術開發中心