一种废水处理装置及其废水处理方法与流程

本发明属于化工及环保技术领域，涉及一种废水处理装置及其废水处理方法，更进一步说，涉及一种用于废水处理的好氧膨胀床装置及方法。

背景技术：

废水处理中，好氧生物处理(生化处理)是最常用的工艺，但由于废水排放标准的提高，废水生化处理的难度相应增加。对于经过生化处理且未达到排放标准的废水，需要进一步进行废水深度处理。

曝气生物滤池是目前常用的废水深度处理工艺。曝气生物滤池处理工艺可有效进行废水深度处理，但也存在投资高、运行费用高、占地面积大、处理负荷小等不足。

首先，曝气生物滤池中填料床为固定床运行，经过一定时间后，由于布水、布气的不均匀性，会使生物膜的生长不均匀，进而导致通过填料床时的水流短路，影响整体的处理效率；

其次，待处理的废水一次通过填料床，废水与生物膜的接触时间短，处理效果的稳定性不高；

第三，需要在填料床的底部鼓入空气，为填料上生长的生物膜提供降解有机物所需要的氧气，而由于鼓入的空气对生物膜产生强烈的扰动，阻碍了生物膜的生长；

第四，曝气生物滤池的填料床厚度在3m左右，通常情况下需要很大的床层面积，导致占地面积和投资增加。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种废水处理装置 及其废水处理方法，可以实现：(1)生化处理中溶氧过程与生化过程分离，创造良好的生物反应条件，操作控制更易于实现；(2)填料床以膨胀态运行，避免水流短路，提高有机物去除负荷；(3)采用细小的颗粒填料，比表面积更大，附着的生物膜量大；(4)大大增加了填料床厚度，填料区厚度与填料区横截面直径之比不小于2，减少好氧处理单元的占地面积。

一种好氧膨胀床，所述好氧膨胀床5自下而上依次为反应区、连接段和出水区29，反应区和出水区29通过连接段连接；

所述出水区29的横截面积大于反应区的横截面积；

所述反应区的底部设有进水口26；

反应区自下至上依次为承托层27和填料区28，所述承托层27内填装级配砾石颗粒；所述填料区28内填装直径为1-3mm的小粒径填料；

所述出水区29的顶部周边设置集水槽35，集水槽35上方的侧壁设置溢流堰34；

所述出水区29的侧壁上部还设置与集水槽35联通的出水口30；所述出水区29的中心位置居中设有三相分离器31。

在上述方案的基础上，所述反应区的外部设有夹套，夹套的下部设有加热水进口38，夹套的上部设有加热水出口37。

在上述方案的基础上，所述连接段的侧壁设有第二排泥口36。

在上述方案的基础上，所述连接段与出水区29的连接部分呈喇叭形。

在上述方案的基础上，所述好氧膨胀床5为立式筒形结构，横截面为圆形。

在上述方案的基础上，填料区28的厚度与填料区28的横截面直径之比≥2。

在上述方案的基础上，所述好氧膨胀床5可由钢板或玻璃制成。

在上述方案的基础上，所述三相分离器31包括中心管31-a，中心管31-a下端口连接上部罩体31-b，上部罩体31-b与下部罩体31-c通过连接件31-d连接，并构成过流通道；上部罩体31-b及下部罩体31-c呈喇叭形，且扩口端向下。

一种废水处理装置，应用上述的好氧膨胀床5，还包括充氧器3，充氧器3与好氧膨胀床5的出水口30连接；

风机1，与充氧器3连接；

第一气体流量计2，设置于风机1与充氧器3之间；

循环泵4，分别连接充氧器3和好氧膨胀床5的进水口26；

进料泵14，与好氧膨胀床5的进水口26连接；

进料罐12，与进料泵14连接，进料罐12设有低液位报警装置13；

加热泵15，与好氧膨胀床5的加热水进口38连接；

气泵17，与好氧膨胀床5的进水口26连接，气泵17与好氧膨胀床5的进水口26之间设有第二气体流量计16；

加热器18，连接好氧膨胀床5的加热水出口37，并连接加热泵15，加热器18上设有温度过热传感器8；

数显温度传感器7，其温度探头33设置在好氧膨胀床5的出水区29内；

数显pH传感器6，其pH探头32设置在好氧膨胀床5的出水区29内。

所述的废水处理装置还包括控制数据柜9和终端控制器10，二 者之间通过电脑数据线11连接；

数显温度传感器6、数显pH传感器7、温度过热传感器8、低液位报警装置13、进料泵14、循环泵4、加热泵15、风机1、气泵17以及气体流量计的显示和/或操作控制均通过控制数据柜9来运作。

在上述方案的基础上，由加热器18、加热泵15和好氧膨胀床5的加热水进口38、加热水出口37组成加热循环管路，热水通过反应器夹套对反应区进行加热。

在上述方案的基础上，所述充氧器3底部设置第一排泥口19，第一排泥口19上方为出水/沉泥区20，出水/沉泥区20侧壁的下部设有循环出水口25，出水/沉泥区20上方为溶氧区22，出水/沉泥区20和溶氧区22的分界处设置曝气器21，充氧器3侧壁的上部设置溢流排水口23，充氧器3侧壁的中部设置循环进水口24。

在上述方案的基础上，所述充氧器3为筒形结构，横截面为圆形。

在上述方案的基础上，所述充氧器3的循环进水口24连接好氧膨胀床5的出水口30。

在上述方案的基础上，所述充氧器3的曝气器21连接第一气体流量计2。

在上述方案的基础上，所述充氧器3的循环出水口25连接循环泵4。

一种废水处理方法，应用上述的废水处理装置，包括以下步骤：

1)废水经过进料泵14后，进料泵14的出水和循环泵4的出水进行混合，形成混合水；

2)混合水通过进水口26进入好氧膨胀床5的反应区进行处理；

3)反应区出水通过连接段进入出水区29，然后通过出水口30进入充氧器3；

4)充氧器3的出水经过出水口25进入循环泵4；同时充氧器3的溢流排水口23排出处理后排水，所述处理后排水的水量与进料泵14进入的废水的水量相同。

在上述方案的基础上，步骤2)中混合水通过进水口26进入好氧膨胀床5，然后经过承托层27内填装的级配砾石颗粒进行配水后，进入填料区28。

在上述方案的基础上，所述填料区28内的填料颗粒随循环水流浮动，使填料区28内的填料颗粒处于膨胀状态。

在上述方案的基础上，控制循环水流流量，使填料区28的膨胀率在50％以下。

在上述方案的基础上，步骤4)中所述充氧器3内的水流自上向下流动，由曝气器21产生的微气泡自下向上运动，在气、水相对运动过程中，氧气溶解在水流中。

在上述方案的基础上，溶氧后的水流继续向下流动进入出水/沉泥区20，再经过出水口25进入循环泵4。

在上述方案的基础上，好氧膨胀床5的温度、pH值和加热水液位均由计算机系统自动控制和检测。

在上述方案的基础上，当好氧膨胀床5需要反洗时，包括如下步骤：

1)关闭风机1，停止向充氧器3充氧，关闭进料泵14停止向生化系统进水；循环泵4正常运行，维持生化系统的水流循环；

2)开启气泵17，向好氧膨胀床5鼓入空气，经过承托层27进行布气，与上升的循环水流一并通过填料区28，在气泡的作用下，填料颗粒之间的碰撞、摩擦加剧，附着的厚生物膜被擦洗下来，进入到循环水流中，持续一段时间后，填料颗粒上过厚的生物膜被脱除；

3)关闭气泵17，停止向好氧膨胀床5供风，停止循环泵4，生化系统的水流停止流动，膨胀的填料随之下落，随水流存留在好氧膨胀床5，充氧器3中的脱落生物膜开始沉降，一段时间后，好氧膨胀床5中的脱落生物膜以污泥的形态沉降到填料床之上的出水区29底部，通过好氧膨胀床5的第二排泥口36将污泥排出；

4)充氧器3中的脱落生物膜以污泥的形态沉降到出水/沉泥区20底部，通过底部第一排泥口19将污泥排出。反洗脱膜过程结束，生化系统进入正常运行工况。

本发明的好氧膨胀床生化工艺有如下效果：

生化反应和溶氧分开完成，独立控制，避免了传统生化工艺中溶氧、生化在一个空间内进行所造成的相互干扰，且可以同步实现生化反应过程和溶氧过程的优化；

填料区采用细颗粒填料，比表面积大，可有效提高单位体积填料内的微生物量，进而提高好氧膨胀床的容积负荷；

填料区正常运行时处于膨胀状态，避免可能产生的水流短路；固、液两相的流态有利于微生物与污水的接触和传质，提高生化反应效率；

采用强制水流循环，提高生化反应过程的稳定性和抗冲击性；

好氧膨胀床、充氧器可采用较大的设备高度，提高好氧膨胀床的填料区的厚度，进而减少占地面积，提高溶氧效率；

好氧膨胀床内温度、pH和加热水液位均由计算机系统自动控制监测，自动化程度很高，大大降低了人工劳动强度。

附图说明

本发明有如下附图：

图1本发明废水处理装置构成示意图

图2本发明充氧器的示意图

图3本发明好氧膨胀床的主视图

图4本发明三相分离器的主视图

图5本发明三相分离器的俯视图

附图标记说明：

1、风机，2、第一气体流量计，3、充氧器，4、循环泵，5、好氧膨胀床，6、数显pH传感器，7、数显温度传感器，8、温度过热传感器，9、控制数据柜，10、终端控制器，11、电脑数据线，12、进料罐，13、低液位报警装置，14、进料泵，15、加热泵，16、第二气体流量计，17、气泵，18、加热器

19、第一排泥口，20、出水/沉泥区，21、曝气器，22、溶氧区，23、溢流排水口，24、循环进水口，25、循环出水口

26、进水口，27、承托层，28、填料区，29、出水区，30、出水口，31、三相分离器，32、pH探头，33、温度探头，34、溢流堰，35、集水槽，36、第二排泥口，37、加热水出口，38、加热水进口

31-a、中心管，31-b、上部罩体，31-c、下部罩体，31-d、连接件

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

如图3-5所示，一种好氧膨胀床，所述好氧膨胀床5自下而上依次为反应区、连接段和出水区29，反应区和出水区29通过连接段连接；

所述出水区29的横截面积大于反应区的横截面积；

所述反应区的底部设有进水口26；

反应区自下至上依次为承托层27和填料区28，所述承托层27内填装级配砾石颗粒；所述填料区28内填装直径为1-3mm的小粒径填料；

所述出水区29的顶部周边设置集水槽35，集水槽35上方的侧壁设置溢流堰34；

所述出水区29的侧壁上部还设置与集水槽35联通的出水口30；所述出水区29的中心位置居中设有三相分离器31。

在上述方案的基础上，所述反应区的外部设有夹套，夹套的下部设有加热水进口38，夹套的上部设有加热水出口37。

在上述方案的基础上，所述连接段的侧壁设有第二排泥口36。

在上述方案的基础上，所述连接段与出水区29的连接部分呈喇叭形。

在上述方案的基础上，所述好氧膨胀床5为立式筒形结构，横截面为圆形。

在上述方案的基础上，所述好氧膨胀床5可由钢板或玻璃制成。

在上述方案的基础上，所述三相分离器31包括中心管31-a，中心管31-a下端口连接上部罩体31-b，上部罩体31-b与下部罩体31-c通过连接件31-d连接，并构成过流通道；上部罩体31-b及下部罩体31-c呈喇叭形，且扩口端向下。

如图1和2所示，一种废水处理装置，应用上述的好氧膨胀床5，还包括充氧器3，充氧器3与好氧膨胀床5的出水口30连接；

风机1，与充氧器3连接；

第一气体流量计2，设置于风机1与充氧器3之间；

循环泵4，分别连接充氧器3和好氧膨胀床5的进水口26；

进料泵14，与好氧膨胀床5的进水口26连接；

进料罐12，与进料泵14连接，进料罐12设有低液位报警装置13；

加热泵15，与好氧膨胀床5的加热水进口38连接；

气泵17，与好氧膨胀床5的进水口26连接，气泵17与好氧膨胀床5的进水口26之间设有第二气体流量计16；

加热器18，连接好氧膨胀床5的加热水出口37，并连接加热泵15，加热器18上设有温度过热传感器8；

数显温度传感器7，其温度探头33设置在好氧膨胀床5的出水区29内；

数显pH传感器6，其pH探头32设置在好氧膨胀床5的出水区29内。

所述的废水处理装置还包括控制数据柜9和终端控制器10，二者之间通过电脑数据线11连接；

数显温度传感器6、数显pH传感器7、温度过热传感器8、低液位报警装置13、进料泵14、循环泵4、加热泵15、风机1、气泵17以及气体流量计的显示和/或操作控制均通过控制数据柜9来运作。

在上述方案的基础上，由加热器18、加热泵15和好氧膨胀床5的加热水进口38、加热水出口37组成加热循环管路，热水通过反应器夹套对反应区进行加热。

在上述方案的基础上，所述充氧器3底部设置第一排泥口19，第一排泥口19上方为出水/沉泥区20，出水/沉泥区20侧壁的下部设有循环出水口25，出水/沉泥区20上方为溶氧区22，出水/沉泥区20和溶氧区22的分界处设置曝气器21，充氧器3侧壁的上部设置溢流排水口23，充氧器3侧壁的中部设置循环进水口24。

在上述方案的基础上，所述充氧器3为筒形结构，横截面为圆形。

在上述方案的基础上，所述充氧器3的循环进水口24连接好氧膨胀床5的出水口30。

在上述方案的基础上，所述充氧器3的曝气器21连接第一气体 流量计2。

在上述方案的基础上，所述充氧器3的循环出水口25连接循环泵4。

一种废水处理方法，应用上述的废水处理装置，包括以下步骤：

1)废水经过进料泵14后，进料泵14的出水和循环泵4的出水进行混合，形成混合水；

2)混合水通过进水口26进入好氧膨胀床5的反应区进行处理；

3)反应区出水通过连接段进入出水区29，然后通过出水口30进入充氧器3；

4)充氧器3的出水经过出水口25进入循环泵4；同时充氧器3的溢流排水口23排出处理后排水，所述处理后排水的水量与进料泵14进入的废水的水量相同。

在上述方案的基础上，步骤2)中混合水通过进水口26进入好氧膨胀床5，然后经过承托层27内填装的级配砾石颗粒进行配水后，进入填料区28。

在上述方案的基础上，所述填料区28内的填料颗粒随循环水流浮动，使填料区28内的填料颗粒处于膨胀状态。

在上述方案的基础上，控制循环水流流量，使填料区28的膨胀率在50％以下。

在上述方案的基础上，步骤4)中所述充氧器3内的水流自上向下流动，由曝气器21产生的微气泡自下向上运动，在气、水相对运动过程中，氧气溶解在水流中。

在上述方案的基础上，溶氧后的水流继续向下流动进入出水/沉泥区20，再经过出水口25进入循环泵4。

在上述方案的基础上，好氧膨胀床5的温度、pH值和加热水液位均由计算机系统自动控制和检测。

在上述方案的基础上，当好氧膨胀床5需要反洗时，包括如下步 骤：

1)关闭风机1，停止向充氧器3充氧，关闭进料泵14停止向生化系统进水；循环泵4正常运行，维持生化系统的水流循环；

2)开启气泵17，向好氧膨胀床5鼓入空气，经过承托层27进行布气，与上升的循环水流一并通过填料区28，在气泡的作用下，填料颗粒之间的碰撞、摩擦加剧，附着的厚生物膜被擦洗下来，进入到循环水流中，持续一段时间后，填料颗粒上过厚的生物膜被脱除；

3)关闭气泵17，停止向好氧膨胀床5供风，停止循环泵4，生化系统的水流停止流动，膨胀的填料随之下落，随水流存留在好氧膨胀床5，充氧器3中的脱落生物膜开始沉降，一段时间后，好氧膨胀床5中的脱落生物膜以污泥的形态沉降到填料床之上的出水区29底部，通过好氧膨胀床5的第二排泥口36将污泥排出；

4)充氧器3中的脱落生物膜以污泥的形态沉降到出水/沉泥区20底部，通过底部第一排泥口19将污泥排出。反洗脱膜过程结束，生化系统进入正常运行工况。

本发明所述的废水处理方法具体如下：

循环泵4的出水和进料泵14的出水混合后进入好氧膨胀床5中，经过承托层27内填装的级配大粒径砾石层进行配水后，进入填料区28，在向上流动的循环水流的作用下，填料区28内的填料颗粒随水流浮动，循环水流使填料区28内的填料颗粒处于膨胀状态，控制循环水流流量，使填料区的膨胀率在50％以下；承托层27内的砾石颗粒由于粒径大，不随水流浮动。由于循环水流已在充氧器3中充氧，且含有可生化降解的有机物，填料区的细颗粒填料上会生长大量的微生物，从形态看就是在填料表面生长微生物膜，水流通过填料区的过程中即可实现生化反应，完成有机物的生化降解，水流中的有机物得以去除。

循环水流通过填料区28后进入出水区29，出水区29的横截面积大于填料区28的横截面积，水流上升流速降低，填料区28内被循 环水流带起的细小填料颗粒在水流流速降低后又沉降回填料区28，防止细小填料被水流带出好氧膨胀床5。水流到达出水区29顶部后通过溢流堰34和集水槽35由出水口30自流进入充氧器3，在充氧器3内，水流自上向下流动，由曝气器21产生的微气泡自下向上运动，在气、水相对运动过程中，氧气溶解在水流中。溶氧后的水流继续向下流动进入出水/沉泥区20，再经过出水口25进入循环泵4，至此完成生化系统的水流循环。在生化系统的运行过程中，从充氧器上部的溢流排水口23排出与废水进水泵14流量相等的水量，该废水即为生化系统处理后排水。反应器内的温度和pH，加热水液位均由计算机系统自动控制和检测。

好氧膨胀床5经过一定时间的运行后，填料区28内的填料颗粒上生长的生物膜厚度增加，当处理负荷不高时，填料颗粒通过碰撞摩擦脱除老化生物膜并随出水排出系统，生物膜厚度平衡，可长期连续运行；当处理负荷高时，填料颗粒上生长的生物膜过厚，无法通过颗粒间碰撞摩擦实现厚度平衡时，过厚的生物膜可导致填料颗粒的粘连或结团，进而可能产生局部水流短路，好氧膨胀床无法正常运行，此时需要定期将过多的生物膜脱除。可通过反洗将过多的生物膜脱除。

本发明废水处理装置的处理效果：某石化废水经常规生化处理后COD为200-300mg/L，废水处理装置启动时COD进水容积负荷为0.5kg/m³·d，一周内出水COD降至60mg/L以下，去除率高于90％，可长期稳定运行。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。