结合富氧曝气的好氧生物流化床装置及其充氧方法
【专利摘要】本发明公开了一种结合富氧曝气的好氧生物流化床装置，包括反应塔、提升管、空气曝气头、氧气曝气装置、氧压缩机、氧源、风机、流量调控装置、第一电磁阀和第二电磁阀；空气曝气头设置在反应塔的底部，空气曝气头的输入端与第一电磁阀的输出端相连，第一电磁阀的输入端与风机的输出端相连；氧气曝气装置位于环隙区的下部，氧气曝气装置的输入端与第二电磁阀的输出端相连，第二电磁阀的输入端与氧压缩机的输出端相连，氧压缩机的输入端与氧源相连；流量调控装置分别与第一电磁阀的控制端、第二电磁阀的控制端以及氧浓度探头相连；同时也公开了该装置的充氧方法。本发明实现了一种能够提高气升式内循环好氧生物流化床氧溶量的装置及方法。
【专利说明】结合富氧曝气的好氧生物流化床装置及其充氧方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种结合富氧曝气的好氧生物流化床装置及其充氧方法，属于环境工程、能源工程领域。
【背景技术】
[0002]生物流化床污水处理技术始于二十世纪七十年代，具有生物量浓度高、带出微生物少、液固接触传递特性好、不易堵塞等优点。生物流化床技术在污水厌氧型处理工艺中已经得到应用，随着环境要求的提高，生物流化床技术有望进一步推广到好氧型污水处理，如煤、生物质气化洗焦废水深度处理(C0D、氨氮去除)等场合。
[0003]生物反应器是整个废水生物处理工艺过程的核心。好氧生物流化床将普通活性污泥法和生物膜法的优点有机结合，在有氧条件下，采用微生物在活性炭、多孔聚合物等载体颗粒表面生长，同时引入流化技术形成移动状态的生物颗粒，来处理有机废水，具有容积负荷高、生物降解速度快、占地面积小等优点。处理好氧污水时，污水中的氧浓度直接关系到微生物的生化作用效果，从而影响污水处理效果，因此需要向床层充气。实现这一目标，有两种方案，一种是预充气，即污水先通过一个预充气器，使得进料废水中的氧浓度提高，然后再进入液固两相流化生物反应器去污染物，另一种方案则是使用三相流化床，能够同步实现床层充气、污染物去除，受到广泛关注。
[0004]传统三相生物流化床中，为了防止载体的流失，气速和液速均不能很大，如果流速过大，超过载体的终端 沉降速度，则载体只作单向上流运动，生物粒子将大量进入沉淀分离区，极易被带出反应器外。但低流速下，反应器内流体的剪切力不能有效地控制过度增长的生物膜，最终使得反应器堵塞失效。
[0005]气升式内循环生物流化床是三相流化床的一种，区别于常规三相流化床，具有可控制生物膜厚度过度增长的优点。由于气、液、固在升流区和降流区之间循环流动，循环速度很大，载体不易被带出反应器，另外，循环流速远大于载体终端沉速，流体造成的剪切作用可有效地控制生物膜厚度，以避免过厚的生物膜引起的内传质阻力增大，使循环式流化床中生物膜保持较高的活性。此外，气升式内循环生物流化床还具有载体流失量少、结构紧凑等优点。
[0006]气升式内循环生物流化床中，充氧过程主要发生在提升管内，当空气气泡离开提升管时，大气泡由于浮力继续上浮，离开液相，只有部分小气泡随液、固两相向下流入提升管与反应器内壁间的环隙区。一般情况下，小气泡在环隙区只能自提升管顶部向下穿透一定距离，这也被称为环隙区气泡穿透深度。这就导致，气升式内循环生物流化床在环隙区的充氧效果差，在环隙区中下部，缺氧更明显，以致形成气升式内循环生物流化床具有提升管内富氧，提升管外环隙区贫氧的特点。甚至有些装置在此特点基础上，进一步改进，形成厌氧-富氧一体的生物流化床，如专利CN100355675C就给出了这样一种污水处理方法。
[0007]但这一特点，对于气升式内循环生物流化床处理好氧型污水是十分不利的。在这种情况下，为了保证污水处理效果，需要提高反应器内氧浓度，目前的方法是通过提高提升管内的空气进气量，从而提高气泡穿透深度，这在一定范围内可以提高污水内的氧浓度，但是过高的鼓气速度会导致生物膜的过度脱落，且气泡易发生聚集变大，影响氧传质，最终影响污水处理效果。文献(谢涛，蓝平等.环境工程3 (2004) 17-19)已有报导。现有的气升式内循环好氧生物流化床在提高氧含量方面存在困难。
[0008]富氧曝气是使用富氧代替传统方法使用的空气，为微生物提供氧气的一种污水处理技术。富氧曝气能够提高污水内的氧溶量，使得污水处理过程中氧传递速度加快，最终能够提高系统运行负荷，同时减小反应池池容。专利CN1994937B给出了一种结合富氧曝气的污水处理方法。在气升式内循环生物流化床反应器上直接使用富氧气升曝气，会导致氧耗量很大，且在污水含氧量足够时，为了形成内循环，依旧要求较高的氧通量，这将带来运行成本的增加。
[0009]综上所述，目前尚缺少一种能够提高气升式内循环好氧生物流化床氧溶量的装置及方法。
【发明内容】
[0010]发明目的是实现了一种能够提高气升式内循环好氧生物流化床氧溶量的装置及方法。
[0011]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0012]结合富氧曝气的好氧生物流化床装置，包括反应塔、通过固定支架固定在反应塔内的提升管、空气曝气头、氧气曝气装置、氧压缩机、氧源、风机、流量调控装置、第一电磁阀和第二电磁阀；所述空气曝气头设置在反应塔的底部，所述空气曝气头与提升管的管口相对，所述空气曝气头的中心轴线与提升管的中心轴线在同一条直线上，所述空气曝气头的管径小于提升管的管径，所述空气曝气头的输入端与第一电磁阀的输出端相连，所述第一电磁阀的输入端与风机的输出端相连；所述氧气曝气装置为圆管弯曲而成的环状结构，并且圆管上均匀开有微气孔，所述氧气曝气装置位于环隙区的下部，所述氧气曝气装置的内圆中穿有提升管，所述氧气曝气装置的输入端与第二电磁阀的输出端相连，所述第二电磁阀的输入端与氧压缩机的输出端相连，所述氧压缩机的输入端与氧源相连；所述流量调控装置分别与第一电磁阀的控制端、第二电磁阀的控制端以及设置在环隙区的氧浓度探头相连。
[0013]所述氧浓度探头设置在环隙区的中部。
[0014]结合富氧曝气的好氧生物流化床装置的充氧方法，包括空气曝气、氧气曝气和流量调控；空气曝气:风机加压后的空气经过第一电磁阀送入空气曝气头进行曝气，曝气空气一方面向反应塔内的污水充氧，另一方面将污水及污水中的固相生物颗粒带入提升管，然后从顶部管口流出提升管，流出的污水及污水中的固相生物颗粒通过环隙区向下回流，从而形成反应塔内的环流内循环；氧气曝气:来自氧源的氧气，由氧压缩机增压，经过第二电磁阀调节后，送入氧气曝气装置曝气，曝气氧气向反应塔内的污水充氧；流量调控:氧浓度探头测得反应塔内污水的氧浓度数据，反馈给流量调控装置，流量调控装置控制第一电磁阀的控制端和第二电磁阀的控制端，从而调控第一电磁阀通过的空气流量和第二电磁阀通过的氧气流量。
[0015]本发明的有益效果:1、将富氧曝气与好氧生物流化床合理结合，提高了反应塔内氧浓度，有利于提高反应塔的处理能力和效率；2、富氧曝气作为充氧辅助手段，氧气消耗量小，装置运行成本降低，经济性良好，且可以减小充氧所要求的空气量，避免生物膜的过度剥离；3、在环隙区使用氧气曝气能够有效减少环隙区气体的输入量，不对提升管内外密度差造成过度影响，破坏整体内循环环流；4、通过氧浓度探头检测氧浓度，实时调整氧气量和空气量，方便快速。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的结构示意图。
[0017]图2为氧气曝气装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0019]如图1所示，结合富氧曝气的好氧生物流化床装置，包括反应塔1、通过固定支架固定在反应塔I内的提升管2、空气曝气头3、氧气曝气装置4、氧压缩机5、氧源6、风机7、流量调控装置8、第一电磁阀V-1和第二电磁阀V-2。
[0020]所述 空气曝气头3设置在反应塔I的底部，所述空气曝气头3与提升管2的管口相对，所述空气曝气头3的管径小于提升管2的管径，所述空气曝气头3的中心轴线与提升管2的中心轴线在同一条直线上，所述空气曝气头3的输入端与第一电磁阀V-1的输出端相连，所述第一电磁阀V-1的输入端与风机7的输出端相连。
[0021]如图2所示，所述氧气曝气装置4为圆管弯曲而成的环状结构，并且圆管上均匀开有微气孔9，所述氧气曝气装置4位于环隙区的下部，所述氧气曝气装置4设置高度位置略高于提升管2底部高度位置，所述氧气曝气装置4的内圆中穿有提升管2，所述氧气曝气装置4的输入端与第二电磁阀V-2的输出端相连，所述第二电磁阀V-2的输入端与氧压缩机5的输出端相连，所述氧压缩机5的输入端与氧源6相连。
[0022]所述流量调控装置8分别与第一电磁阀V-1的控制端、第二电磁阀V-2的控制端以及设置在环隙区的氧浓度探头相连，所述氧浓度探头设置在环隙区的中部。
[0023]结合富氧曝气的好氧生物流化床装置的充氧方法，包括空气曝气、氧气曝气和流量调控。
[0024]空气曝气:风机7加压后的空气经过第一电磁阀V-1送入空气曝气头3进行曝气，曝气空气一方面向反应塔I内的污水充氧，另一方面利用自身的喷动能量和提升管2内外的密度差，将污水及污水中的固相生物颗粒带入提升管2，然后从顶部管口流出提升管2，流出的污水及污水中的固相生物颗粒通过环隙区向下回流，从而形成反应塔I内的环流内循环。污水中的固相进入提升管2后，在气、液相流动剪切及自身碰撞的双重作用下，完成生物颗粒的脱膜，在环流内循环作用下，回流至环隙区继续参加去污反应。被送入的空气一部分随污水向环隙区穿透，其余的上升离开反应塔I。
[0025]氧气曝气:来自氧源6的氧气，由氧压缩机5增压，经过第二电磁阀V-2调节后，送入氧气曝气装置4曝气，曝气氧气向反应塔I内的污水充氧，提高环隙区污水的氧浓度，为去污反应提供足够的氧。
[0026]流量调控:氧浓度探头测得反应塔I内污水的氧浓度数据，反馈给流量调控装置8，流量调控装置8控制第一电磁阀V-1的控制端和第二电磁阀V-2的控制端，从而调控第一电磁阀V-1通过的空气流量和第二电磁阀V-2通过的氧气流量。当氧浓度不足时，首先适当提高空气量，达到不过度破坏生物膜的最大空气流量时，若氧浓度还是不足，则适当提高氧气的进气量；当氧浓度过高时，则降低氧气进气量，空气量可不做调整，随着微生物的生物作用，氧浓度会自然下降。
[0027]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。`
【权利要求】
1.结合富氧曝气的好氧生物流化床装置，其特征在于:包括反应塔(I)、通过固定支架固定在反应塔(I)内的提升管(2)、空气曝气头(3)、氧气曝气装置(4)、氧压缩机(5)、氧源(6)、风机(7)、流量调控装置(8)、第一电磁阀(V-1)和第二电磁阀(V-2)； 所述空气曝气头(3 )设置在反应塔(I)的底部，所述空气曝气头(3 )与提升管(2 )的管口相对，所述空气曝气头(3)的中心轴线与提升管(2)的中心轴线在同一条直线上，所述空气曝气头(3)的管径小于提升管(2)的管径，所述空气曝气头(3)的输入端与第一电磁阀(V-1)的输出端相连,所述第一电磁阀(V-1)的输入端与风机(7)的输出端相连； 所述氧气曝气装置(4)为圆管弯曲而成的环状结构，并且圆管上均匀开有微气孔(9)，所述氧气曝气装置(4)位于环隙区的下部，所述氧气曝气装置(4)的内圆中穿有提升管(2)，所述氧气曝气装置(4)的输入端与第二电磁阀(V-2)的输出端相连，所述第二电磁阀(V-2)的输入端与氧压缩机(5)的输出端相连，所述氧压缩机(5)的输入端与氧源(6)相连；所述流量调控装置(8)分别与第一电磁阀(V-1)的控制端、第二电磁阀(V-2)的控制端以及设置在环隙区的氧浓度探头相连。
2.根据权利要求1所述的结合富氧曝气的好氧生物流化床装置，其特征在于:所述氧浓度探头设置在环隙区的中部。
3.基于权利要求1所述的结合富氧曝气的好氧生物流化床装置的充氧方法，其特征在于:包括空气曝气、氧气曝气和流量调控； 空气曝气:风机(7)加压后的空气经过第一电磁阀(V-1)送入空气曝气头(3)进行曝气，曝气空气一方面向反应塔(I)内的污水充氧，另一方面将污水及污水中的固相生物颗粒带入提升管(2)，然后从顶部管口流出提升管(2)，流出的污水及污水中的固相生物颗粒通过环隙区向下回流，从而 形成反应塔(I)内的环流内循环； 氧气曝气:来自氧源(6 )的氧气，由氧压缩机(5 )增压，经过第二电磁阀(V-2 )调节后，送入氧气曝气装置(4 )曝气，曝气氧气向反应塔(I)内的污水充氧； 流量调控:氧浓度探头测得反应塔(I)内污水的氧浓度数据，反馈给流量调控装置(8)，流量调控装置(8)控制第一电磁阀(V-1)的控制端和第二电磁阀(V-2)的控制端，从而调控第一电磁阀(V-1)通过的空气流量和第二电磁阀(V-2)通过的氧气流量。
【文档编号】C02F3/12GK103755017SQ201410028043
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】金保昇, 钟文琪, 徐惠斌 申请人:东南大学