专利名称：内循环悬浮填料污水生物处理装置及工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及污水处理及资源化的理论、方法与技术，特别涉及一种对污水直接处 理的内循环悬浮填料污水生物处理装置及工艺。
背景技术：
(一 )污水资源化的必要性与可行性随着人口增加和经济快速发展，我国水资源严重短缺，成为国民经济发展与人民 生活水平提高的重要制约因素。为了缓解缺水现状，除了开辟新水源(如，南水北调、海 水淡化等)并强调节约用水外，加快污水资源化进程，积极推进中水回用也至关重要。早 在1987年，北京市政府就颁布了《北京市中水设施建设管理试行办法》，这是我国第一部有 关于中水回用的地方性法规，把中水替代部分非饮用水源这一积极节水措施提到了议事日 程。1996年建设部颁发了《城市中水设施管理暂行办法》，规定建筑面积超过2万m3的旅 馆、饭店、公寓，超过3万m3平方米的机关、科研、大专院校、大型文化体育设施均必须兴建 中水处理设施。2005年12月初，北京市水务局等三部门联合公布了《关于加强建设项目节 约用水设施管理的通知》。根据通知要求，今后建筑面积在5万m3平方米以上的居住区或可 回收水量大于150m3/日的居住区和集中建筑区等必须建设中水设施，中水将优先用于建筑 冲厕。( 二)污水再生处理工艺比较为了积极推进公共建筑和小区污水再生回用，国内相关研发机构陆续开展了相关 处理工艺、设备的研究。就处理工艺而言，目前已建成的中水处理设施流程大多采用生物接 触氧化法和物化处理两种工艺，其中，生物接触氧化法占设施总数80%以上。通过对北京 市30个商业楼宇、居住小区、高等院校建筑中水处理设施的污水水源、处理工艺调研发现， 各类建筑中水处理设施原水大部分为优质杂排水(灰水)，主体处理工艺以生物接触氧化 法与混凝沉淀过滤的组合工艺最为普遍。生物接触氧化的实质是活性污泥法与生物膜法的有机结合，通过填料上所生长的 生物膜来达到增加处理系统中生物量的目的，以此来提高系统的容积负荷，从而缩小反应 器的体积。在紧凑型生物膜反应器方面，生物流化床最具代表性。虽然生物流化床可以使 处理单元单位容积内的生物量达到相当高的水平( 30000mg VSS/L)，但是维持细小无机 生物载体(0. 2 0. 3mm)流化状态需要消耗大量能量，这与目前我国强调的“节能减排”政 策相背离。此外，充满无机填料的流化床启动运行(使载体处于完全流化循环状态)也存 在一定实际操作方面的困难。这就使得无机填料流化床用于建筑中水处理在运行费用与实 际操作方面处于劣势。膜生物反应器亦可以使得中水处理流程变得简约、紧凑，利用膜技术可以实现固-液分离，取代传统重力沉淀池，且不需要污泥回流。正是膜生物反应器对生物量的高截 留率使得在生物反应器内可以维持较高的微生物浓度( IOOOOmg VSS/L)，从而使反应器 具有较高的容积负荷，缩小反应器占地面积。然而，膜生物反应器正常工作需要维持较高的滤液渗透压力( 80kPa)，这就不可避免地使之也成为一种高耗能工艺。另一方面，膜组件 成本目前还相对较高，加之膜污染后清洗过程较为复杂和繁琐。所以，大大限制了膜生物反 应器工艺的实际工程应用。就目前可以应用的中水处理技术而言，曝气生物滤池(Biological Aerated Filter，简称BAF)在占地、功能、运行及能耗上刚好介于生物接触氧化法与无机填料流化 床反应器之间，作为建筑中水处理实用技术显然具有一定优势。但是传统BAF工艺对预处 理要求较高，一般预处理采用高效沉淀池、絮凝沉淀池或气浮等一级强化处理工艺，以保证 后续BAF进水SS和BOD指标不能过高(一般要求SS彡60mg/L)，否则会影响BAF处理效果 并大大缩短反冲洗周期。此外，BAF水头损失较大(一般为3-4m)，反冲洗耗水量大，需设容 积较大的反冲洗废水贮池，滤料反冲洗时还会至设备停止运行。显然，对上述各工艺扬长避短，开发适合于生活及市政污水的新型中水处理工艺， 不仅必要而且现实，这也正是本发明所要解决的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术的优、缺点，本发明旨在提供一种运行成本和处理工艺更适合 在生活及市政污水直接处理过程中使用的内循环悬浮填料污水生物处理装置及工艺。 本发明是通过以下技术方案来实现的内循环悬浮填料污水生物处理工艺，将悬浮填料放置于反应器中，污水自进水口 流入容器，污水和悬浮填料通过内循环方式在容器中循环流动，处理后再生水自容器上部 出水口流出。所述污水和悬浮填料在反应器内两个相对独立的空间中循环流动，两个相对独立 的空间成左、右均勻排列。所述的内循环以曝气方式使污水和悬浮填料在两个相对独立的空间中流动，曝气 出口位于两个相对独立空间中任一空间的底部，出水口位于曝气出口一侧空间的顶部，进 水口位于另一侧独立空间靠近顶部的位置上。所述出水口和曝气出口上还分别设有为阻挡悬浮填料的穿孔填料挡板。所述悬浮填料的填充量为反应器总容积的50 70%，悬浮填料密度为0. 90 0. 98g/cm3，粒径为5 20_，比表面积介于300-500m2/m3之间。所述反应器的高度为2_4m，反应器的高度与宽度比为8 1 15 1之间；曝气 出口侧独立空间中的溶解氧浓度为3 6mg/L之间，气水比为7 1 10 1，反应器内水 力停留时间为2 4小时。一种内循环悬浮填料污水生物处理装置，包括一个反应器、位于反应器内的悬浮 填料和一个内循环发生装置，内循环发生装置固定在反应器上，反应器上分别设有进水口 和出水口，出水口内端还设有穿孔填料挡板，悬浮填料悬浮在反应器中。所述反应器内分为左、右两个相对独立的空间，两个相对独立空间的顶部和底部 分别设有连接通道。所述内循环发生装置为一个曝气发生器，曝气发生器固定在其中任一相对独立空 间的底部，出水口位于曝气发生器所处空间的顶部，进水口位于另一侧独立空间靠近顶部 的位置上，穿孔填料挡板分别固定在出水口和曝气发生器内端的空腔壁上。
所述反应器的外形为圆柱体形或者棱柱体形。本发明所述的内循环悬浮填料污水生物处理装置及工艺，利用悬浮填料和污水在 反应器内的循环流动，通过悬浮填料表面生成的生物膜对污水中的有机物、氮等进行降解 或转化，达到水质净化的目的。该工艺主体反应器整体结构向空间纵向发展，占地面积小， 节约空间。由于具有比表面积极高的悬浮填料在反应器中循环，一方面填料中大量生长的 生物膜可保持大的容积负荷和高效处理效率；另一方面，低运行能量和简单的操作使之能 广泛应用于实际污水处理工程中。本发明的有益效果具体表现为1.占地面积小、处理效率高。由于填料具有巨大比表面积，所以，反应器中单位体 积具有较高生物量，使得反应器所需平面占地面积极小。这样的特点也导致反应器具有很 高的水力负荷和高容积负荷，可高效去除ss、COD/BOD、TN, NH4\ N03_等污染物质。2.传质效果好、生物膜活性高。工艺所采用的轻质悬浮填料在曝气动力推动 下处 于循环流化态，使污水与填料上或填料中的生物膜频繁接触，大大延长了污水与生物膜之 间的传质过程；悬浮填料在流动过程中可以切割分散气泡，使气泡分布趋于均勻，可提高氧 的有效利用率。悬浮填料在气流和水流双重冲击下，老化生物膜会自行脱落，保证了生物膜 始终具有较高活性。3. TN去除能力高。本工艺在反应器中间设置隔板，将其分割成两部分；曝气装置 仅设置在一侧，从而使得一侧相对独立空间中的溶解氧较高，而另一侧溶解氧相对较低，宏 观上形成好氧反应区和缺氧反应区两部分，使得硝化和反硝化在同一反应器内得以实现。4.能量消耗低。与传统曝气生物滤池相比，反应器无反冲洗之虞；轻质悬浮填料 循环所需能量消耗较无机填料(如，石英砂、火山岩等)可大为降低，所以，本发明消耗能量 低、节约运行成本。5.易挂膜，启动快。在水温20 25°C条件下，只需2 3周即可完成挂膜过程。6.抗冲击能力强。在常规负荷2 3倍的短期冲击负荷下运行，出水水质变化很 小。耐低温，受气候影响小，一旦挂膜成功，可在10 15°C水温下运行，仍然具有良好运行 效果。7.出水水质好。出水经简单常规后处理，水质可达到国家颁布的《城市污水再生 利用城市杂用水水质》(GB/T 18920-2002)标准而回用。8.结构集成化高，便于运输及安装、使用。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式本发明所述的内循环悬浮填料污水生物处理工艺，具体包括首先将悬浮填料放置于反应器中，反应器的内腔由两个左、右分布并且相对独立 的空间组成，两个相对独立的空间的顶部和底部分别设有连接通道，悬浮填料分别填充在 两个相对独立空间中。反应器的高度可为2-4m，反应器的高度与宽度比可为8 1 15 1 之间。此处，反应器的高度定为3m，反应器的高度与宽度比为12 1。
悬浮填料的填充量为反应器总容积的60%，悬浮填料的密度在0. 90 0. 98g/cm3 之间，粒径为10mm，比表面积为400m2/m3。当然，悬浮填料的填充量也可为反应器总容积的 50 70%之间，粒径也可在5 20mm之间，比表面积介于300-500m2/m3之间。这样的悬浮 填料既可以悬浮在容器中，又可最大限度地扩大比表面积，提高容积率，同时，悬浮填料还 可随着水流在两个相对独立的空间中自由循环流动。为保证水流和悬浮填料在两个相对独立空间中的流动，同时，降低能源消耗，内循 环控制采用曝气的方式进行，通过曝气推动一侧水流上升，带动水流和悬浮填料在两个相 对独立空间之间循环流动，达到利用生物处理污水的目的。曝气出口位于两个相对独立空 间中任一空间的底部，由于曝气出口侧的空间内含氧量高，所以两个相对独立空间也被分 为了好氧反应区和缺氧反应区，好氧反应区中悬浮填料上生物膜的生产较快，生物个体数 量较多，对污水有很强的分解处理能力，故反应器上的出水口分布在曝气出口一侧独立空 间的顶部，处理后的中水可顺利由此口排出。而进水口则应分布在另一侧缺氧反应区的 独立空间中，其具体位置应靠近另一侧独立空间的顶部，以增加污水进入容器后的停留时 间，保证处理质量。曝气出口侧独立空间中溶解氧浓度控制在3 6mg/L之间，气水比为 7 1 10 1，反应器内水力停留时间为2 4小时。为增加使用的可靠性，在出水口和曝气出口上，还分别设有穿孔填料挡板，水和空 气利用穿孔可以顺利通过，而悬浮填料则被挡在独立空间中。使用过程中，开启曝气装置，气泡推动水流和悬浮颗粒由一侧独立空间的好氧反 应区底部开始上升，经位于顶部的连接通道进入缺氧反应区，此时出水口和进水口处于关 闭状态。污水自进水口流入另一侧独立空间的缺氧反应区中，污水在缺氧反应区进行反硝 化脱氮后，由底部连接通道再次进入好氧反应区内，悬浮填料与液体混合体在好氧反应区 内进行氨氮硝化和残余有机物氧化后，再次通过顶部连接通道进入到缺氧反应区中，这样， 在气泡推动下反复循环多次后，开启出水口和进水口，污水由进水口流入缺氧反应区，位于 好氧反应区顶部的液体会在循环过程中不断地从出水口排出，从而在保持进水和出水流量 一致的情况下，不断完成污水的循环处理过程，实现对生活污水的快速中水处理，降低了对 环境的污染和回收再处理的成本支出。下面结合附图1对本发明所述装置做进一步的描述一种内循环悬浮填料污水生物处理装置，包括一个圆柱体形反应器1、位于反应器 1内的悬浮填料9和一个内循环发生装置。圆柱体形反应器1对水流阻力较小，容易清洗。 反应器1上分别设有进水口 8和出水口 7，悬浮填料9悬浮在反应器1中，内循环发生装置 固定在反应器1上。当然，反应器1的外形也可为其它形状，如棱柱体形。在反应器1内分为左、右两个相对独立的空间2，3，左，右两个相对独立空间2，3的 顶部和底部分别设有连接通道。左、右两个相对独立的空间2，3由位于反应器1中的一个 轴向隔板5分隔而成，隔板5靠近上端和下端的位置上分别设有开口，开口将左、右两个相 对独立的空间2，3连通。内循环发生装置为一个曝气发生器4，曝气发生器4固定在左相对独立空间2的底 部，出水口 7位于曝气发生器4所处空间的顶部，进水口 8位于右侧独立空间3靠近顶部的 位置上。这样，不仅能延长污水在反应器1中的循环时间，还可在左、由两个相对独立的空 间2，3中分别形成一个好氧反应区和一个缺氧反应区，使污水在不同的反应区中进行不同的生物降解处理。为保证悬浮填料9不会对出水口 7和曝气发生器4出口造成影响，在出 水口 7和曝气发生器4的出口内端还分别设有穿孔填料挡板6，穿孔填料挡板6分别固定的 独立空间的空腔壁上，穿孔的大小以能阻挡悬浮填料9为准。 工作过程中，曝气发生器4外端与压缩空气连通，压缩空气经曝气发生器4不断送 入到左侧相对独立空间2的好氧反应区中，水流和悬浮填料9在气泡上升过程的作用下，由 好氧反应区下端上升，并经上端开口进入到右侧相对独立空间3的缺氧反应区中，整个装 置在开始工作时，开启进水口 8和出水口 7，污水由进水口 8流入缺氧反应区中，并在缺氧反 应区中进行反硝化脱氮后，再由底部连接通道进入到好氧反应区内，悬浮填料9与液体混 合体在好氧反应区内进行氨氮硝化和残余有机物氧化后，通过顶部连接通道可再次进入到 缺氧反应区中。位于好氧 反应区顶部的出水口 7不断地将处理后再生水排出，而穿孔填料 挡板6可有效将悬浮填料9阻挡在独立空间中，避免悬浮填料9对出水口 7和曝气发生器 4的出口造成堵塞影响。如此往复，污水被不断地降解处理，处理后的再生水可回用于不同 用途。
权利要求
内循环悬浮填料污水生物处理工艺，其特征在于，将悬浮填料放置于反应器中，污水自进水口流入容器，污水和悬浮填料通过内循环方式在容器中循环流动，处理后再生水自容器上部出水口流出。
2.根据权利要求1所述的内循环悬浮填料污水生物处理工艺，其特征在于，所述污水 和悬浮填料在反应器内两个相对独立的空间中循环流动，两个相对独立的空间成左、右均 勻排列。
3.根据权利要求1所述的内循环悬浮填料污水生物处理工艺，其特征在于，所述的内 循环以曝气方式使污水和悬浮填料在两个相对独立的空间中流动，曝气出口位于两个相对 独立空间中任一空间的底部，出水口位于曝气出口一侧空间的顶部，进水口位于另一侧独 立空间靠近顶部的位置上。
4.根据权利要求3所述的内循环悬浮填料污水生物处理工艺，其特征在于，所述出水 口和曝气出口上还分别设有为阻挡悬浮填料的穿孔填料挡板。
5.根据权利要求1或2所述的内循环悬浮填料污水生物处理工艺，其特征在于，所述悬 浮填料的填充量为反应器总容积的50 70%，悬浮填料密度为0. 90 0. 98g/cm3，粒径为 5 20mm，比表面积介于300-500m2/m3之间。
6.根据权利要求1或2所述的内循环悬浮填料污水生物处理工艺，其特征在于，所述 反应器的高度为2-4m，反应器的高度与宽度比为8 1 15 1之间；曝气出口侧独立空 间中的溶解氧浓度为3 6mg/L之间，气水比为7 1 10 1，反应器内水力停留时间为 2 4小时。
7.一种根据上述工艺制作的内循环悬浮填料污水生物处理装置，其特征在于，包括一 个反应器、位于反应器内的悬浮填料和一个内循环发生装置，所述内循环发生装置固定在 反应器上；所述反应器上分别设有进水口和出水口，出水口内端还设有穿孔填料挡板，悬浮 填料悬浮在反应器中。
8.根据权利要求7所述的内循环悬浮填料污水生物处理装置，其特征在于，所述反应 器内分为左、右两个相对独立的空间，所述两个相对独立空间的顶部和底部分别设有连接 通道。
9.根据权利要求7所述的内循环悬浮填料污水生物处理装置，其特征在于，所述内循 环发生装置为一个曝气发生器，所述曝气发生器固定在其中任一相对独立空间的底部；所 述出水口位于曝气发生器所处空间的顶部，进水口位于另一侧独立空间靠近顶部的位置 上，穿孔填料挡板分别固定在出水口和曝气发生器内端的空腔壁上。
10.根据权利要求7或8所述的内循环悬浮填料污水生物处理装置，其特征在于，所述 反应器的外形为圆柱体形或者棱柱体形。
全文摘要
本发明公开了一种内循环悬浮填料污水生物处理装置及工艺，利用曝气发生器使悬浮填料和污水在反应器中循环流动，同时，在反应器中形成好氧反应区和缺氧反应区，提高了悬浮填料上生物膜的生长和降解能力，容积负荷大，处理效率高，通过污水和填料在好氧反应区和缺氧反应区循环流动，对污水中的有机物、氮等污染物能充分降解或转化，达到了快速净化水质的目的。该装置整体结构向空间纵向发展，占地面积小，安装简单、方便，可广泛应用于污水的再生处理回用。
文档编号C02F3/10GK101838045SQ201010134718
公开日2010年9月22日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者仇付国, 李永丽, 郝晓地 申请人:北京建筑工程学院