一种好氧缺氧两用废水处理生物膨胀床装置与工艺的制作方法

本发明属于化工及环保技术领域，涉及一种废水处理装置与工艺，更进一步说，涉及一种用于废水处理的好氧缺氧生物膨胀床装置与工艺。

背景技术：

随着中国水体污染日趋严重，以及未来污水排放标准的提升，污水处理面临着严峻的挑战，特别是工业污水处理领域，污水排放量大，水质复杂。工业污水的处理一直以生物处理为主。好氧生物处理工艺具有出水水质好，处理费用低的优点。缺氧反硝化处理工艺借助兼性厌氧菌和专性厌氧菌的共同作用，不仅可以提高有机成分的生化降解范围和去除率，而且可以去除硝酸氮，降低出水总氮，缓解水体富营养化。因此研发高效稳定的生物强化处理技术，已成为污水处理领域急需的技术需求。

目前常用于污水生物处理的工艺包括活性污泥法、悬浮填料生物膜法和生物滤池等。活性污泥法污泥浓度低，不能处理高负荷污水，且污泥易膨胀、占地面积大，需要大规模沉淀设备并且剩余污泥量大。悬浮填料生物膜工艺是向反应器中投加一定量密度接近于水的填料，为微生物的生长提供栖息地，将会提高反应器中生物量和生物种类，进而提高反应器的处理效率。悬浮填料生物膜工艺具有处理效率高、操作简单等特点。但仅仅采用悬浮填料进行处理，出水含有较高浓度颗粒物质和悬浮物质，造成较高浊度。传统砂滤处理工艺中因为砂石等填料密度较大，所以相对填充率较低，对反应器有效利用率也相应降低；同时，工艺运行过程中易造成堵塞，不利于工艺运行。

另外我国在环境保护方面实行的“三同时”政策，要求企业在建设生产线的同时建设污水处理系统，但现在企业产品更新快、产量变化大，故企业产生的污水水质、水量变化较快，而一般的环保设施使用范围较窄，跟不上生产变化，难以在不改动现有设备的情况下实现多种方式运行，造成水处理设施低效运行，闲置率和淘汰率很高。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种新型高效、占地面积小、运行稳定和能作为好氧缺氧兼用处理化工废水的生物膨胀床装置。本发明提供的一种用于废水处理的生物膨胀床装置，可以实现以下目的：(1)生化处理可以进行好氧或缺氧两种方式；(2)填料床以膨胀态运行，避免水流短路，提高有机物/硝酸氮的去除负荷；(3)采用细小的生物填料，比重小，易流化，比表面积大；(4)气体自控装置实现对生物膜厚度的及时调控，保持高生物活性，并防止填料层堵塞；(5)超声波清洗装置清洗出水滤网，实现装置出水连续排泥，防止填料流失。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种好氧缺氧两用废水处理生物膨胀床装置，包括：进料罐1、进料泵2、生物膨胀床、超声波清洗装置、加热循环装置、循环泵16、气体流量计21和气体自控装置22；

所述生物膨胀床自下而上分别为承托层4、填料区5、连接段和出水区6，填料区5与出水区6通过连接段连接；所述出水区6的横截面积大于填料区5的横截面积；所述出水区6的中心位置居中设有三相分离器10；

进料罐1连接进料泵2的进口，进料泵2的出口通过生物膨胀床底部的进水/气口3与生物膨胀床连接；所述出水区6的上部侧壁设有出水口9，出水口9与循环泵16的入口连接，循环泵16的出口与进料泵2的出口汇合后与进水/气口3连接；

所述加热循环装置包括：夹套、加热器14和加热泵15；所述夹套位于填料区5和承托层4的外部，夹套的底部侧壁设有加热水进口12，夹套的顶部侧壁设有加热水出口13；加热水进口12通过加热泵15连接加热器14的一端，加热器14的另一端连接加热水进口13；

所述超声波清洗装置包括超声波探头17、超声波换能器18和超声波控制器19；超声波控制器19通过电源线连接超声波换能器18，超声波换能器18与超声波探头17相连，超声波探头17置于出水区6的上部。

在上述方案的基础上，所述气体自控装置22的一端通过气体流量计21与进水/气口3连接；气体自控装置22的另一端与空气、氧气或者氮气罐连接。

在上述方案的基础上，所述生物膨胀床为升流式生物膨胀床；所述生物膨胀床为圆柱形结构，竖直放置，其横截面为圆形；所述生物膨胀床由钢板、玻璃或其他材料制成。

在上述方案的基础上，所述连接段与出水区6的连接部分呈喇叭状，所述连接段的侧壁设有排泥口11。

在上述方案的基础上，所述出水区6的顶部周边设置集水槽7，集水槽7上方的侧壁设置溢流堰8。

所述出水区6的侧壁上部还设置与集水槽7连通的出水口9，出水口9处设有出水滤网20。

在上述方案的基础上，所述出水滤网20为金属材质，网孔孔径为1mm～2mm。

在上述方案的基础上，所述三相分离器10包括中心管10a、上部罩体10b、下部罩体10c和连接件10d；所述上部罩体10b和下部罩体10c为喇叭状，其扩口端朝下，所述上部罩体10b的缩口端与中心管10a的下端口连接，所述上部罩体10b通过连接件10d与下部罩体10c连接，并构成过流通道。

在上述方案的基础上，所述超声波探头17距出水滤网202cm～5cm。

在上述方案的基础上，所述气体自控装置22包括气体压缩机和时间控制系统，气体压缩机通过阀门和进气管与空气、氧气或者氮气罐连接，时间控制系统实现气体类型、气量、通气时间和频率的自控控制。

在上述方案的基础上，所述生物膨胀床单独作为好氧膨胀床使用时，根据需要增加溶氧器和相应管路。

一种好氧缺氧两用废水处理工艺，包括以下步骤：

1)待处理废水由进料罐1进入，经过进料泵2后，进料泵2的出水与循环泵16的出水进行混合，形成混合水；

2)混合水通过进水/气口3进入生物膨胀床，经过生物膨胀床的承托层4和填料区5进行处理；

3)填料区5的出水通过连接段进入出水区6，出水区6的出水通过出水口9进入循环泵16，剩余出水通过液位高差溢流进入排水管排出系统。

在上述方案的基础上，步骤2)中混合水通过进水/气口3进入生物膨胀床，然后经过承托层4内填装的级配大粒径砾石层进行配水后，进入填料区5。

在上述方案的基础上，在向上流动的循环水流的作用下，所述填料区5内的填料颗粒随水流浮动，使填料区5内的填料处于膨胀状态。

在上述方案的基础上，所述填料为小粒径生物质填料，粒径为2.5mm～3mm，相对密度为0.9～1.1。

在上述方案的基础上，控制循环水流流量，使填料区5的膨胀率在20％以下。

在上述方案的基础上，步骤3)中出水区6的出水通过出水滤网20进行过滤，为了防止污泥堵塞出水滤网20，超声波控制器19控制超声波换能器18和超声波探头17通过超声波振荡对出水滤网20进行清洗。

在上述方案的基础上，当生物膨胀床运行一段时间后需要气洗时，包括以下步骤：

1)开启气体自控装置22，气体经过气体流量计21与上升的循环水流通过进水/气口3进入生物膨胀床，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0.5min～5min后，填料颗粒上过厚的生物膜被脱除；

2)关闭气体自控装置22，停止向生物膨胀床供气，脱落的老化生物膜随出水排出设备。

本发明的生物膨胀床装置有如下的有益效果：

(1)填料床采用细颗粒填料，比表面积大，可有效提高单位体积填料内的微生物量，进而提高生物膨胀床的容积负荷；

(2)填料床正常运行时处于膨胀状态，避免固定床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，提高生物反应效率；

(3)采用强制水流循环，提高生物反应过程的稳定性和抗冲击性；

(4)膨胀床可采用较大的设备高度，提高膨胀床的填料床层厚度，进而减少生物膨胀床的占地面积；

(5)气体自控装置实现对生物膜厚度的及时调控，可使装置在好氧和缺氧两种方式间转换；

(6)超声波清洗系统清洗出水滤网，实现装置出水连续排泥，解决填料堵塞问题。

附图说明

本发明有如下附图：

图1本发明生物膨胀床装置构成示意图；

图2本发明三相分离器的主视图；

图3本发明三相分离器的俯视图。

附图标记说明：

1、进料罐，2、进料泵，3、进水/气口，4、承托层，5、填料区，6、出水区，7、集水槽，8、溢流堰，9、出水口，10、三相分离器，10a、中心管，10b、上部罩体，10c、下部罩体，10d、连接件,11、排泥口，12、加热水进口，13、加热水出口，14、加热器，15、加热泵，16、循环泵，17、超声波探头，18、超声波换能器，19、超声波控制器，20、出水滤网，21、气体流量计，22、气体自控装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

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1-3所示，一种好氧缺氧两用废水处理生物膨胀床装置，包括：进料罐1、进料泵2、生物膨胀床、超声波清洗装置、加热循环装置、循环泵16、气体流量计21和气体自控装置22；

所述生物膨胀床自下而上分别为承托层4、填料区5、连接段和出水区6，填料区5与出水区6通过连接段连接；所述出水区6的横截面积大于填料区5的横截面积；所述出水区6的中心位置居中设有三相分离器10；

进料罐1连接进料泵2的进口，进料泵2的出口通过生物膨胀床底部的进水/气口3与生物膨胀床连接；所述出水区6的上部侧壁设有出水口9，出水口9与循环泵16的入口连接，循环泵16的出口与进料泵2的出口汇合后与进水/气口3连接；

所述加热循环装置包括：夹套、加热器14和加热泵15；所述夹套位于填料区5和承托层4的外部，夹套的底部侧壁设有加热水进口12，夹套的顶部侧壁设有加热水出口13；加热水进口12通过加热泵15连接加热器14的一端，加热器14的另一端连接加热水进口13；

所述超声波清洗装置包括超声波探头17、超声波换能器18和超声波控制器19；超声波控制器19通过电源线连接超声波换能器18，超声波换能器18与超声波探头17相连，超声波探头17置于出水区6的上部。

在上述方案的基础上，所述气体自控装置22的一端通过气体流量计21与进水/气口3连接；气体自控装置22的另一端与空气、氧气或者氮气罐连接。

在上述方案的基础上，所述生物膨胀床为升流式生物膨胀床；所述生物膨胀床为圆柱形结构，竖直放置，其横截面为圆形；所述生物膨胀床由钢板、玻璃或其他材料制成。

在上述方案的基础上，所述连接段与出水区6的连接部分呈喇叭状，所述连接段的侧壁设有排泥口11。

在上述方案的基础上，所述出水区6的顶部周边设置集水槽7，集水槽7上方的侧壁设置溢流堰8。

所述出水区6的侧壁上部还设置与集水槽7连通的出水口9，出水口9处设有出水滤网20。

在上述方案的基础上，所述出水滤网20为金属材质，网孔孔径为1mm～2mm。

在上述方案的基础上，所述三相分离器10包括中心管10a、上部罩体10b、下部罩体10c和连接件10d；所述上部罩体10b和下部罩体10c为喇叭状，其扩口端朝下，所述上部罩体10b的缩口端与中心管10a的下端口连接，所述上部罩体10b通过连接件10d与下部罩体10c连接，并构成过流通道。

在上述方案的基础上，所述超声波探头17距出水滤网202cm～5cm。

在上述方案的基础上，所述气体自控装置22包括气体压缩机和时间控制系统，气体压缩机通过阀门和进气管与空气、氧气或者氮气罐连接，时间控制系统实现气体类型、气量、通气时间和频率的自控控制。

在上述方案的基础上，所述生物膨胀床单独作为好氧膨胀床使用时，根据需要增加溶氧器和相应管路。

一种好氧缺氧两用废水处理工艺，包括以下步骤：

1)待处理废水由进料罐1进入，经过进料泵2后，进料泵2的出水与循环泵16的出水进行混合，形成混合水；

2)混合水通过进水/气口3进入生物膨胀床，经过生物膨胀床的承托层4和填料区5进行处理；

3)填料区5的出水通过连接段进入出水区6，出水区6的出水通过出水口9进入循环泵16，剩余出水通过液位高差溢流进入排水管排出系统。

在上述方案的基础上，步骤2)中混合水通过进水/气口3进入生物膨胀床，然后经过承托层4内填装的级配大粒径砾石层进行配水后，进入填料区5。

在上述方案的基础上，在向上流动的循环水流的作用下，所述填料区5内的填料颗粒随水流浮动，使填料区5内的填料处于膨胀状态。

在上述方案的基础上，所述填料为小粒径生物质填料，粒径为2.5mm～3mm，相对密度为0.9～1.1。

在上述方案的基础上，控制循环水流流量，使填料区5的膨胀率在20％以下。

在上述方案的基础上，步骤3)中出水区6的出水通过出水滤网20进行过滤，为了防止污泥堵塞出水滤网20，超声波控制器19控制超声波换能器18和超声波探头17通过超声波振荡对出水滤网20进行清洗。

在上述方案的基础上，当生物膨胀床运行一段时间后需要气洗时，包括以下步骤：

1)开启气体自控装置22，气体经过气体流量计21与上升的循环水流通过进水/气口3进入生物膨胀床，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0.5min～5min后，填料颗粒上过厚的生物膜被脱除；

2)关闭气体自控装置22，停止向生物膨胀床供气，脱落的老化生物膜随出水排出设备。

所述生物膨胀床为圆柱形结构竖直放置，可由钢板、玻璃或其他材料制成，横截面为圆形，上段截面大，下段截面小，自下而上分别为承托层4、填料区5和出水区6，承托层4内填装级配砾石颗粒；填料区5内填装小粒径填料；出水区6的形状为上粗下细，与填料区5通过喇叭口形状的过度段连接，在出水区6的中心位置设置三相分离器10，三相分离器10由中心管10a和喇叭口形状的罩体组成，罩体扩口端向下；出水区6的顶部周边设置集水槽7；在出水区6的上部侧壁设置出水口9，出水口9处设置出水滤网20，防止填料流失；出水滤网20附近设有超声波探头17；在出水区6的下部侧壁设置排泥口11；生物膨胀床的底部设置进水/气口3，体侧设置加热水进口12和加热水出口13。

所述生物膨胀床单独作为好氧膨胀床使用时，可根据需要增加溶氧器和相应管路。

所述三相分离器10由中心管10a、喇叭口形状的上部罩体10b、下部罩体10c和连接件10d组成，上部罩体10b及下部罩体10c扩口端向下，上部罩体10b的缩口端与中心管10a的下端口连接，上部罩体10b与下部罩体10c通过连接件10d连接，并构成过流通道。

所述的生物填料为小粒径生物质填料，粒径为2.5mm～3mm，相对密度接近0.9～1.1，表面附着的生物膜可对进水进行生化处理，通过控制生物膨胀床内的液流上升速度达到需要的膨胀状态。

所述超声波控制器19通过电源线与超声波换能器18连接，超声波换能器18与超声波探头17相连，超声波探头17设置于出水滤网20的外侧，距出水滤网202cm～5cm，出水滤网20为金属材质，网孔孔径为1mm～2mm(略小于生物填料直径)，超声波控制器19可自控调控超声波探头17的信号输出时间、输出强度及输出频率，实现对出水滤网20黏附污泥清洗、连续排泥并防止填料流失的目的，出水经过出水滤网20后通过出水口9进入循环管路或者排出系统。

所述气体自控装置22包括气体压缩机，气体压缩机分别通过阀门和进气管与空气、氧气或者氮气罐连接，并通过时间控制系统控制，实现气体类型、气量、通气时间和频率的自动控制，气体自控装置22产生的气体经过气体流量计21，通过生物膨胀床的底部进水/气口3进入生物膨胀床，气泡向上摩擦填料上的生物膜，生物膜脱落随出水排出系统，实现对生物膨胀床生物量的控制。

所述管路设置如下：进料罐1连接进料泵2，进料泵2的出水与循环泵16的出水混合后通过管路连接生物膨胀床底部的废水进水/气口3，生物膨胀床上部的出水口9连接循环泵16组成循环管路，生物膨胀床所产气体可由三相分离器10的上端口引出；由加热器14、加热泵15和生物膨胀床的加热水进口12、加热水出口13组成加热循环管路，热水通过生物膨胀床的夹套对生物膨胀床加热；由超声波探头17、超声波换能器18和超声波控制器19组成超声波清洗装置，对出水滤网20上的堵塞污泥进行清洗；气体自控装置22连接气体流量计21，经过气体流量计21的气体通过进水/气口3进入生物膨胀床。

废水在本发明的生物膨胀床生化工艺中的处理过程如下：

进料罐1连接进料泵2，生物膨胀床的出水口9的循环水进入循环泵16，循环泵16的出水和进料泵2的出水混合后通过生物膨胀床的底部进水/气口3进入生物膨胀床中，经过承托层4填装的级配大粒径砾石层进行配水后，进入填料区5，在向上流动的循环水流的作用下，膨胀床中填料颗粒随水流浮动，使填料区5内的填料处于膨胀状态，控制循环水流流量，使填料区5的膨胀率在20％以下。由于循环水流中含有可生化降解的基质，所以填料区5的细颗粒填料上会生长微生物膜，水流通过填料区5的过程中即可实现生化反应，完成有机物/硝酸氮的生化降解，使水流中的有机物/硝酸氮得以去除。循环水流通过填料区5后进入出水区6，出水区6的横截面积大于填料区5的横截面积，水流上升流速降低，填料区5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5，可以防止细小填料被水流带出膨胀床。水流到达出水区6后通过出水口9进入循环泵16，剩余出水通过液位高差溢流进入排水管排出系统。

生物膨胀床经过一定时间的运行后，填料区5内的填料颗粒上生长的生物膜的厚度增加，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，实现自洗脱膜，填料生物膜厚度平衡，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，此时需要进行气洗脱膜，定期将过多的生物膜脱除。当填料生物膜过厚影响基质传质速率和生物膨胀床处理效果时，气体自控装置22产生的气体经过气体流量计21，与上升的循环水流一并通过生物膨胀床的底部进水/气口3进入生物膨胀床，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0.5min～5min后，填料颗粒上过厚的生物膜被脱除，气体自控装置22停止供气。脱落的老化生物膜随出水排出设备，填料表面可长期保持较高的生物活性，避免床层堵塞，实现对填料生物膜厚度和生物量的控制。

出水通过出水滤网20，大部分生物膜通过出水滤网20，少量生物膜堵塞在出水滤网20的网眼上，超声波控制器19控制超声波换能器18和超声波探头17，出水滤网20为金属材质，超声波探头17距出水滤网20的距离为2cm～5cm，通过超声波振荡清洗出水滤网20，可以防止污泥堵塞出水滤网20，实现连续稳定排泥且防止填料流失，超声波控制器19可实现对超声波振幅、运行时间和频率的自动化在线控制。

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。