具有一体成型的端部挡板的波浪形横流固定膜分布介质的制作方法
【专利说明】具有一体成型的端部挡板的波浪形横流固定膜分布介质 技术背景
[0001] 本发明设及一种具有一体成型的端部挡板的废水或污泥处理固定膜横流分布介 质片材W及可能包括其他构件的片材组件。本文示出了多个实施例。它们被用于公知的废 水或污泥处理工艺，例如集成式固定膜活性污泥（IFA巧工艺和浸入式固定膜（SF巧工艺。
[0002] 更具体地，本发明的片材设有相对于片材的顶部和底部成10°或80°夹角的波 纹，其中其间具有或不具有可选的大致平坦构件的相邻片材的波纹沿相反的方向倾斜且形 成位于处理盆槽内的一个或多个组件。相邻波纹片材上的相反倾斜波纹能够使废水或污泥 及任何夹带的气体从一个单点源移动至两个或更多的点源并在组件内的上方进行后续再 分配。具有一体成型挡板的波纹片材及其组件提供了用于废水或污泥处理所需的生物附 着的良好的可利用的表面积。称作"生物质"的细菌等微生物在废水或污泥的处理中是有 益的，且在组件的波纹片材和的其他构件上形成"生物膜"，组件的波纹片材和其他构件具 有增强的能力W控制废水或污泥与生物膜的接触、生物膜的性能W及支撑生物质的增强控 审IJ，从而通过一个或多个片材组件的废水或污泥W及喷射的气体在整个组件有效地分布， W增强废水或污泥的处理。
[0003] 将具有单一挡板的片材形成到成型的分布介质片材，减小了二次制造过程的必要 劳动和附加成本，减少了将单独的材料部分粘合至介质叠层的端部存在的质量问题，且降 低了在运输和安装过程中片材和组件的损害。此外，制作使用现有技术片材的组件时使用 附加材料存在的诸如成本增加、损伤W及效率低等问题，在本发明中得到了克服。考虑到本 发明的片材具有一体成型的挡板，可避免制作单独附接挡板（如挤出部件）的二次加工、 使用额外设备剪切或测量挡板材料的中间制造步骤、用于连接挡板的现有介质叠层的准备 (例如切槽W用于安装挤出部件）W及将挡板安装到介质组件所需的多个构件的最终组 装。在运输过程中现有技术组件所使用的介质挡板会发生重大损害，因为在介质塔的拆和 装的过程中，部件滑过其他部件的顶部，使得挡板和/或挤出部件在一端是自由的。典型的 施工规范不允许损坏介质的现场维修，因而该材料必须被返厂或者在施工现场丢弃。
[0004] 本发明解决了现有技术中横流分布介质片材及由其制成的组件的运些问题。本发 明的作为片材的一体部分的一体挡板的存在使得片材组件的一侧或两侧的单独的挡板元 件和密封件不再被需要，所述片材组件的一侧或两侧暴露于来自盆槽的在组件外部的降液 区域的较稠密的废水或污泥，避免侵入组件W及组件下方喷射的气体的逃逸，使得整个组 件平面图含有释放的气泡，因此产生上升流和介质表面的充分的生物膜控制。 阳〇化]在一个实施例中，一体的挡板沿着片材的暴露于较稠密的废水或污泥的暴露侧的 至少顶部分形成，且当挡板与相似片材上的相似挡板连接或与位置接近前、后表面的可选 的大致平坦构件连接时，挡板足W大致阻碍气体离开片材的暴露侧，或阻碍正被处理的较 稠密的废水或污泥进入片材的暴露侧。
[0006] 在另一个实施例中，一体的挡板形成为大致平坦基本竖直的延伸部分，其沿着与 对应于波纹的峰或波纹的谷的平面基本垂直的方向延伸，且延伸至少片材的厚度。另一实 施例中，只有前片材和后片材具有一体的挡板，该挡板形成为大致平坦基本竖直的延伸部 分，该延伸部分延伸至少稍大于包含其的组件的厚度的一半的距离，其中大致平坦基本竖 直的延伸部分重叠W为组件形成挡板。
[0007] 此外，作为技术背景并帮助理解本发明的环境，诸如由波纹片材组件或叠层制成 的结构片材介质已被用于滴滤器。当如此使用时，已进行的研究得出结论：竖直流动介质 (其中波纹基本是竖直的，而非与竖直平面成夹角）在滴滤器应用中不是最佳的，因为较差 的再分配使得介质表面的局部区域并不湿润，且用于生物质生长的有效表面区域减少。在 文献和工业出版物中的公认解决方法是使用横流介质，其中波纹介质片材的波纹与竖直平 面倾斜，较佳地成约30°至约60°量级，W允许正被处理的废水或污泥的连续再分配W及 空气流过介质W处理废水或污泥。竖直流动介质安装在不具有固体可W累积的交叉波纹 的位置的下方。在运种再分配中，通过自然或强制通风流进滴滤器的气体接触废水，气体 中的氧气溶解在废水中并被携带至生物质处且在该处被细菌群落消耗用于碳（生物需氧 量或B0D)和氮类物质（氨氮或N3/4-N)的氧化。通过介质表面的冲洗或称为斯普克拉夫 (Spulkraft)的冲洗强度（分布器臂毫米/次）来实现必要的生物膜控制。虽然介质上的 生物质的废水旁路增加会导致冲洗活动期间出水水质的降低，但过度的冲洗强度会侵蚀厚 旧的生物质，从而允许更自由的气体流动（减少水头损失）并允许新的生长W提高整体性 能。旧的生物质通常为较高等的微生物和大型动物（如蜗牛），运取决于冲洗周期和废水特 性，其必须被冲洗W保持健康细菌群落。
[0008] 气体提升累送是市政和工业污水处理厂移除废水的常用方法。过去已使用置于结 构化片材介质塔（片材相互堆叠的组件）下方的通气器来提供所需的需氧量并提供SFF和 IFAS工艺所需的混合。
[0009] 滴滤器及其SFF技术的操作要求之间存在共性。尽管由于构造的不同，实现性能 的方法可能不同，滴滤器的基础操作仍适用于SFF技术中使用的浸没的结构片材介质。浸 没的结构片材介质W相同的提供生长表面积的原理来工作；然而，本申请的浸没性质非常 不同，因此需要另一种方法来进行正常操作和生物膜控制。由于介质被浸没，其表面支撑 不同的生物质且不一定受相同的令人讨厌的大型动物的影响，而受必须解决的其他种群影 响。此外，由于BOD和N册-N的移除需要溶解氧，气体喷射是传送所需的氧的最常见和高效 的方法。利用气体喷射W提供单一的解决办法来实现通气和冲刷运两件事一直W来都是困 难的，且在过去并没有有效地实现。其主要问题是：（1)介质堵塞，（2)喷气的不完全的或边 际分布，（3)喷气重组形成大的气泡，和（4)介质塔内的气体卷流的"颈缩"，从而形成从扩 散器流出开始并继续向上W打破水的表面的变窄的卷流。
[0010] 横流介质由一系列交替方向的波纹片材制成，该交替方向指从介质的底部测量通 常约30°至约60°的相反夹角。由于片材的构造，水和气流可在运些片材之间流通，且因 为当安装成结构整体时介质是交叉堆叠的，介质塔内的"颈缩"沿两个垂直俯视方向皆发 生。向介质的底部引入喷气也可在气体上升的位置引起局部向上流动并在扩散器的水返回 底部的位置处对扩散器引起向下流动间隙，。曝气样式（指示塔下方的通气扩散器的位置） 通常在水表面可见。介质塔的外边缘处形成的小型气流和附加的较大区域限制气泡在向下 流动的区域接触介质表面（或附着生物表面），因为气泡不是那么常见，也不会上升。气泡 的直接撞击限制通过生物质侵蚀的附着生长深度或厚度。在流动向下的区域，通过水的流 速冲刷实现一些生物质控制。最低效的生物膜控制存在于塔的外边缘或限制水流速的"过 渡区"下方的区域，或者在通常局部稳态条件下发生气体冲击。过剩的生物质开始覆盖并阻 塞介质且喷气旁通（绕过）该阻塞。一旦运个过程开始，将难W清除介质内的稠密厌氧固 体块（现在无氧）。局部区域的气泡比安装的气体喷射扩散器释放的气泡更大说明了充分 通气是存在的，即使运些区域是其他区域被阻塞的结果。
[0011] 竖直流动介质先于横流波纹介质，被使用于滴滤器，并包括一系列竖直波纹片材。 竖直流动介质的当前应用是用于翻新的活性生物过滤器（AB巧技术和非常高的固体负载 工业应用，ABF技术使用红木板条W为活性污泥工艺提供飞瓣通气。ABF技术是对依赖设计 不当的鼓风机的系统的改进，设计不当的鼓风机需要维护且比离屯、累消耗更多的能源。引 入滴滤器顶部的大量固体更容易从完全竖直的流动介质塔冲出，因为横向波纹介质的交叉 点容易积聚"碎布"（纤维素和其它材料结块在一起形成看起来像是"碎布"的物体）。
[0012] 在滴滤器中，包括组合的竖流和横流介质的混合介质系统的概念整合了竖流介质 和横流介质各自的优势，竖流介质便于冲刷，横流介质更好地分布。尽管滴滤器中混合介质 的使用越来越普遍，在布伦特伍德工业公司的AccuFAS底产品线引入之前，并没有组合的 横流和竖流塔的浸没式应用。对于相同的波纹或槽的尺寸或开口，相比于仅适用横流介质， 竖流介质可实现高得多的表面密度。运完全是由于对于叠层方向相同的部件宽度，所要求 的交错偏移的片材的数量翻倍（例如更多的材料）。从增加生物膜储量、降低生物膜厚度 (降低扩散限制的影响）和生物膜控制的角度来说，为实现高表面积密度介质的工艺价值， 竖流结构片材介质塔下方的喷气的改进分布是必须的。运就是横流"分布"介质通过能够 使用高表面积竖流介质提供的巨大好处。
[0013] 气体提升累送是用于转移废水和高固体含量的混合液态悬浮固体的常用方法。典 型的气体提升累送通过在管的下端或者在管的某些中间位置向竖直管中喷射气体来完成。 当气体结合了流体，管内的废水的密度下降至低于周围废水的水平。外部的废水"下推"接 近管底部的废水且流体静力学发挥作用，因为管内流体的高度一定大于周围的废水，且与 被置换的废水的量成正比。管壁发挥作用，为管内的气体/废水和管外的废水提供了屏障， 从而形成密度差。
[0014] 在结构片材介质塔中被气体提升累送的废水必须通过"降液管（downcomer)"返回 至塔的底部，"降液管"位于槽的连续安装的塔之间没有安装介质的空间（或者第一个和最 后一个塔的罐端壁），用于循环。返回的水必须与离开塔下方安装的扩散器的新的喷气冲 洗结合。两种不同状态的水和气体的再结合非常重要，因为从塔下方的侧流逐渐变窄的气 流（称作"颈缩"）限制了塔的整个平面图区域内的完整的侧向流动分布，并最终限制了撞 击冲刷和全塔式向上流动，从而限制了废水或污泥与气体的混合。
[0015] 使用用于废水应用的典型扩散器的标准气体输送技术提供了点（盘）或线（管） 源气体分布。返回水流必须流至介质塔的底部中屯、用于再循环，而不横向移动或"挤压 (pinching)"横向流通的水流中的气流。目前的扩散器技术提供可W在塔上方的盆槽表面 看到的点或线光源分布。但必须注意，关于运点必须注意竖流介质自身是挡板，因为它是竖 直管。在暴露于较稠密的废水的侧边或多个侧边的分布介质和关联挡板必须充当转向并引 导塔下流动的边界，而不是允许其在一系列的横向波纹和波纹片材之间的任何平坦间隙性 片材之间绕过，在该边界它们终止W形成暴露于较稠密的废水的介质叠层的侧边。围绕分 布介质的底层的流动的再定向也有助于保证底层的固体被冲刷。
[0016] 分发介质通常包括交替的横向波纹片材，其后跟有用于分离废水的部分高度（通 常叠层高度的50% )的间隙性平坦片材，W及到达相对的偏移几何位置的气体和废水路 径。在分布介质中，介质叠层的底半部并不允许横向流通，因为部分平坦片材消除了片材 之间的流通。目前，作为与片材和组件分开的部件的全高度外端挡板在横向波纹片材的终 止点被安装在介质叠层的暴露侧，从而防止水水平流入介质和/或阻止气体损失于介质外 侦U。运有利于被累送的水的下降流动和上升流动的密度差异和分离。通常，挡板被直接粘 合至介质叠层的端部，在某些情况下，边缘或拐角处的"J"型材被用于保护边缘并提供更有 效的附着。
[0017] 竖流介质组件并不需要端部挡板，因为竖直管基本上封闭了侧向流动。公差所需 要的竖流片材的组件中偏移的小缝隙W及交替偏移片材组件并不会干扰竖流介