一种小型流化床污水处理系统及其运行方法
【专利摘要】本发明公开了一种小型流化床污水处理系统及其运行方法，本申请结构简单、紧凑，占地面积小，工艺适应性强，利用本申请处理污水，运行成本低，污泥产生量少，应用范围广，可以同时处理可溶性的和含有颗粒的废水且系统运行稳定，通过调节好氧流化床底部与上部曝气装置的供气比例实现生长有活性生物膜的固体床料的内循环或不循环，特别适合应用于小型的污水处理领域。
【专利说明】一种小型流化床污水处理系统及其运行方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种小型流化床污水处理系统及其运行方 法。
【背景技术】：
[0002] 《"十二五"节能减排综合性工作方案》（国发〔2011〕26号）推进城镇污水处理设 施及配套管网建设，改造提升现有设施，强化脱氮除磷。到2015年，基本实现所有县和重点 建制镇具备污水处理能力，全国新增污水日处理能力4200万吨，新建配套管网约16万公 里，城市污水处理率达到85%，形成化学需氧量和氨氮削减能力280万吨、30万吨。继续推 进节能减排科技专项行动，组织高效节能、废物资源化以及小型分散污水处理、农业面源污 染治理等共性、关键和前沿技术攻关。
[0003] 由于废水中可能含有能致病的微生物、能促进水生植物生长的营养物质以及可能 致病的其它有毒化合物，为了保护人类的健康，废水在重新利用或直接排入环境之前必须 经过适当的处理。废水处理通常包括一级处理（物理处理）、二级处理（生化处理）和三级 处理（深度处理）。由于几乎所有的废水中都含有可生物降解的成分，因此，采用生物降解 法去除废水中的各种营养成分（BNR)就成为广泛采用的废水处理工艺过程，其不仅可以去 除废水中的有机污染物，而且还可以有效去除废水中的氮和磷。
[0004] 生物流化床处理污水的研究和应用始于20世纪70年代的美国环保署。日本在80 年代初开展大量的生物流化床研究工作，有代表性是栗田公司和三菱公司。
[0005] 国内对生物流化床的研究起步较晚，1978年兰州石化公司研究院环保所开始纯氧 曝气生物流化床处理石油化工废水的研究工作。国内主要研究的是空气曝气流化床，1980 年成都市政设计院、北京环保所、哈尔滨工业大学、武汉给排水设计院等开展的城市生活污 水的以兼气床为主的流化床工艺研究，1984年抚顺石油研究所采用射流曝气三相床处理炼 油废水。主要研究侧重于探索操作方式、载体特性、充氧方法、生物膜控制和更新，在此基础 上推荐设计参数。
[0006] 申请号为03128090. 0的专利文献公开了一种城市生活污水处理的方法及设备， 它是将宾馆、餐馆生活污水先进行隔油隔渣预处理后，再进入三相生物流化床反应器，让 污水在反应器中停留一段时间进行生化氧化反应，该反应器包括反应区、载体分离和脱膜 区，液固分离区，反应区包括外筒、内导流筒、控制截流导管、废水、空气分布器；载体分离 脱膜区包括扩大导管及导流挡板；液固分离区包括导流板及出水分布器。控制截流导管 装在内导流筒装与外筒的中间，反应区均装有生物载体，反应器下部装有空气分布器，内 导流筒下部装有废水进水分布器，并与高位槽或水泵连接，经处理后的污水能达到或超过 GB8978-1996规定的污水排放一级标准。申请号为200580005561. X的专利文献，将固定膜 生物流化床技术和生物营养物去除工艺整和到一个液固循环流化床中，达到了同时去除碳 氮磷的目的。液固循环流化床生物营养物去除系统含有两个流化床，分别以缺氧/厌氧和 好氧过程运行，通过缺氧/厌氧床和好氧床之间的连续固液再循环，完成同步硝化/反硝化 并去除碳底物、营养物和磷。申请号为200810158214. 6专利文献提供了一种多功能生物膜 流化床及其运行模式，该多功能生物膜流化床包括床体，床体内自下至上依次设有进水管、 穿孔布水板、筛网和膜组件，其特征是：床体上部设有通入膜组件内的出水管，筛网将床体 内穿孔布水板至膜组件之间的部分隔成上下两层，上下两层内均填充有填料，上层和下层 均设有曝气管，上层和下层的曝气管上均连接有进气阀门和流量计。该多功能生物膜流化 床可实现兼性一好氧、厌氧、厌氧一好氧和好氧等运行模式。申请号为201110330215的专 利文献提供了一种一体化高效节能污水处理器。其技术方案为：它包括整体封闭的圆柱状 的反应器本体，所述反应器本体内还设置有两个套装的内筒一和内筒二，所述反应器本体 外还套装有外筒，所述内筒一和内筒二的上下口完全开放，所述外筒与反应器本体之间的 腔体内装填有陶粒，所述反应器本体的上部液面以上连通有气管，所述气管的另一端插入 陶粒底部。申请号为201210131085专利提供了一种厌氧流化床-微氧膜生物反应器的污 水处理系统及方法，它涉及污水处理系统及方法，该发明要解决现有技术--好氧活性污 泥法占用场地面积大和能耗高的问题。该系统由厌氧流化床和微氧膜生物反应器串联组合 而成，污水先通过厌氧流化床进行水解酸化和厌氧发酵，然后进入微氧生物反应器，最后利 用抽吸泵将出水排入清水池。申请号为201310676295的专利文献公开了一种基于MBBR的 高硬度废水氨氮的去除方法，属于污水处理领域。针对高硬度水的氨氮，通过采用MBBR工 艺进行处理，旨在解决以往生化工艺难以启动、去除效果差及处理效果不稳定、容易结垢等 问题。该发明技术方案包括接种启动、高硬度启动、高硬度连续流运行，最终氨氮膜面负荷 大于0. 83gN/m2/d，出水氨氮稳定< 5mg/L，满足城市污水厂污染物排放标准对氨氮的要求。
[0007] 上述专利均未涉及利用气-液-固三相流化床进行小型分散性污水处理。
【发明内容】
：
[0008] 本发明的目的是提供一种成本低、工艺适应性强的小型流化床污水处理系统极其 运行方法。
[0009] 本发明是通过以下技术方案予以实现的：
[0010] 一种小型流化床污水处理系统，包括集中在一个反应器内依次连通的好氧流化 床、缺氧/厌氧流化床、床料颗粒再生床和污泥沉淀床；所述好氧流化床和缺氧/厌氧流化 床内填充有固体床料，所述固体床料上生长有活性生物膜，所述好氧流化床内还设有曝气 装置，所述好氧流化床与缺氧/厌氧流化床的相邻侧的中上部设有床料颗粒循环口、上部 设有好氧流化床出口；所述好氧流化床和缺氧/厌氧流化床内的固体床料密相区上界面 略低于床料颗粒循环口；所述好氧流化床出口还跟床料颗粒再生床的上部连通；所述缺氧 /厌氧流化床底部设有进水口，所述缺氧/厌氧流化床与床料颗粒再生床相邻侧的中下部 设有床料返料口；所述床料颗粒再生床与污泥沉淀床相邻侧的中部设有床料颗粒再生床出 口；所述污泥沉淀床底部设有污泥出口，上部设有污水出口；所述好氧流化床底部设有的 进水口经由回流水管跟顶部设有的出水口连通，好氧流化床顶部出水口流出的液体循环至 好氧流化床底部的进水口，实现床内床料的流化，好氧流化床顶部的出水口经回流水管还 跟缺氧/厌氧流化床底部的进水口连通，实现好氧流化床内的部分液体循环至缺氧/厌氧 流化床内；所述缺氧/厌氧流化床顶部的出水口和底部的进水口通过回流水管连通，缺氧/ 厌氧流化床内的床料通过由底部的进水口进入床内的原污水、床内的自循环液体以及少量 来自好氧流化床内的循环液体实现床内床料的流化。
[0011] 所述的曝气装置成对分层设置在好氧流化床的底部及上部。好氧流化床的底部的 曝气装置尽量靠近好氧流化床底部设置，曝气时有利于曝气气泡对好氧流化床的底部的颗 粒起到良好的搅动及夹带作用。所述好氧流化床的上部的曝气装置略高于好氧流化床内床 料密相区上界面。在保证曝气气泡基本不影响密相区内床料颗粒的前提下，尽量增加曝气 装置的曝气深度，可在保证系统供气量的情况下减少系统供气能耗。
[0012] 所述曝气装置可采用污水处理工程常用M215圆盘曝气头或微孔曝气管或其它可 达到同等作用的曝气装置。
[0013] 所述的床料返料口设有L返料阀利用水力返料，或螺旋返料装置机械返料或两者 的结合。
[0014] 所述的床料颗粒再生床出口设有惯性分离器或滤网。
[0015] 在不需要颗粒循环时，所述好氧流化床出口还设有床料分离装置，所述床料分离 装置为斜管沉降床料或滤网。
[0016] 所述的床料颗粒再生床内添加有化学除磷药剂，以增强系统除磷效果。
[0017] 本申请还提供上述小型流化床污水处理系统的运行方法，其特征在于，原污水先 进入缺氧/厌氧流化床进行反硝化、脱氮、释磷，然后依次流经好氧流化床、床料颗粒再生 床、污泥沉淀床分别进行吸磷、硝化、固液分离，得到处理好的污水和污泥最终排出流化床 污水处理系统；通过调节好氧流化床底部与上部曝气装置的供气比例实现好氧流化床和缺 氧/厌氧流化床内生长有活性生物膜的固体床料的内循环或不循环。
[0018] 在固体床料循环运行工况下，通过增加好氧流化床底部曝气装置供气比例来调节 好氧流化床内床料被气泡携带流出好氧流化床的数量，从好氧流化床出口流出的好氧流化 床的床料进入床料颗粒再生床经过固液相分离后从床料返料口进入缺氧/厌氧流化床，缺 氧/厌氧流化床内由于新颗粒的加入，床层高度升高，部分颗粒经床料颗粒循环口流入好 氧流化床，从而实现了流化床污水处理系统负载有活性生物膜颗粒的内循环。
[0019] 床料颗粒再生床经过固液相分离后从床料返料口进入缺氧/厌氧流化床，采用直 接沉降返料或利用L返料阀等水力返料或螺旋返料装置等机械返料，或采用上述方法的组 合。
[0020] 在床料不循环运行工况下，通过减少好氧流化床底部曝气装置供气比例使好氧流 化床内床料基本不被气泡携带流出好氧流化床。从而使小型流化床污水处理系统的流化床 床料基本不循环。
[0021] 在床料不循环运行工况下，好氧流化床出口处可设置斜管沉降填料或滤网，以增 强床料与液相的分离，以强化小型流化床污水处理系统的流化床床料基本不循环的效果。
[0022] 好氧流化床通过床内的液体自循环实现床内床料的流化，同时好氧流化床内的部 分液体需循环至缺氧/厌氧流化床内。缺氧/厌氧流化床通过进入床内的污水原水、床内 液体的自循环以及少量来自好氧流化床内的循环液体实现床内床料的流化。
[0023] 在床料颗粒再生床内可定期补充新床料颗粒，通过将活性污泥与床料颗粒（包括 新添加床料颗粒及可能存在的从好氧床循环过来的原有床料颗粒）闷爆，使颗粒上形成活 性固定化生物膜。以补充系统流失的床料颗粒，保证流化床污水处理系统内床料总量，使缺 氧/厌氧流化床及好氧流化床内密相段高度基本保持恒定。
[0024] 在床料循环或不循环运行工况下根据生物除磷效果，所述的床料颗粒再生床内可 添加化学除磷药剂以增强系统除磷效果。
[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0026] (1)本申请结构简单、紧凑，占地面积大大减小，工艺适应性强，实现了厌氧反应、 好氧反应和缺氧反应集成于同一个反应器内，结合了悬浮生长BNR过程和固定膜反应单元 的优势，污泥可沉降性好及其要求的净化池尺寸相应减小。
[0027] (2)利用本申请处理污水，成本低：首先，对氧气的需求量大大降低，所需的能耗 也就随之降低很多；其次，作为微生物细菌膜载体的固体颗粒在循环过程中，生物膜的脱落 可以作为脱硝反应所需的碳源，因此系统对碳源的需求量也会降低；再次，本流化床系统具 有除磷的功能，化学法除磷试剂的用量大大降低。
[0028] (3)本申请应用范围广，由于固体颗粒在流化床内始终处于悬浮状态，可以同时处 理可溶性的和含有颗粒的废水。且由于生物膜的良好维持性能，过程运行的稳定性也得到 显著提升。此外，由于缺氧反应区内比耗氧过程更低的污泥产率，化学污泥的产生量能减少 到最小。本申请具有比固定生物膜过程更长污泥龄和更高的生物自身降解，生物污泥的产 生量也得到有效控制。
[0029] 总之，本申请结构简单、紧凑，占地面积小，工艺适应性强，利用本申请处理污水， 运行成本低，污泥产生量少，应用范围广，可以同时处理可溶性的和含有颗粒的废水且系统 运行稳定，通过调节好氧流化床底部与上部曝气装置的供气比例实现生长有活性生物膜的 固体床料的内循环或不循环，特别适合应用于小型的污水处理领域。
【专利附图】
【附图说明】：
[0030] 图1是本申请的结构示意图；
[0031] 图2是本申请在床料颗粒循环运行工况下系统流程图；
[0032] 图3是本申请在床料颗粒不循环运行工况下系统流程图；
[0033] 其中，1、好氧流化床；2、缺氧/厌氧流化床；3、床料颗粒再生床；4、污泥沉淀床； 5、曝气装置；6、床料颗粒循环口；7、好氧流化床出口；8、床料返料口；9、床料颗粒再生床出 口；10、污水出口；11、污泥出口；12、床料分离装置。
【具体实施方式】：
[0034] 以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
[0035] 实施例1 :
[0036] 如图1或3所示，一种小型流化床污水处理系统，包括集中在一个反应器内依次连 通的好氧流化床1、缺氧/厌氧流化床2、床料颗粒再生床3和污泥沉淀床4 ;所述好氧流化 床1和缺氧/厌氧流化床2内填充有固体床料，所述固体床料上生长有活性生物膜，所述好 氧流化床1内还设有曝气装置5,所述好氧流化床1与缺氧/厌氧流化床2的相邻侧的中上 部设有床料颗粒循环口 6、上部设有好氧流化床出口 7 ;所述好氧流化床1和缺氧/厌氧流 化床2内的固体床料密相区上界面略低于床料颗粒循环口 6 ;所述好氧流化床1经好氧流 化床出口 7还跟床料颗粒再生床3的上部连通；所述缺氧/厌氧流化床底部设有进水口，所 述缺氧/厌氧流化床2与床料颗粒再生床3相邻侧的中下部设有床料返料口 8 ;所述床料 颗粒再生床3与污泥沉淀床4相邻侧的中部设有床料颗粒再生床出口 9 ;所述污泥沉淀床 4底部设有污泥出口 11，上部设有污水出口 10 ;如图3所示，所述好氧流化床1底部设有的 进水口经由回流水管跟顶部设有的出水口连通，好氧流化床1顶部的出水口流出的液体循 环至好氧流化床1底部的进水口，从而实现床内床料的流化，好氧流化床1顶部的出水口经 回流水管还跟缺氧/厌氧流化床2底部的进水口连通，实现好氧流化床1内的部分液体循 环至缺氧/厌氧流化床2内；所述缺氧/厌氧流化床2顶部的出水口和底部的进水口通过 回流水管连通，缺氧/厌氧流化床2内的床料通过由底部的进水口进入床内的原污水、床内 的自循环液体以及少量来自好氧流化床内的循环液体实现床内床料的流化。
[0037] 所述的曝气装置5成对分两层设置在好氧流化床1的底部及上部，好氧流化床1 的底部的曝气装置5尽量靠近好氧流化床1底部设置，曝气时有利于曝气气泡对好氧流化 床1的底部的颗粒起到良好的搅动及夹带作用。好氧流化床1的上部的曝气装置5应略高 于好氧流化床内床料密相区上界面，在保证曝气气泡基本不影响密相区内床料颗粒的前提 下，尽量增加曝气装置的曝气深度，可在保证系统供气量的情况下减少系统供气能耗。
[0038] 所述曝气装置5采用污水处理工程常用M215圆盘曝气头。
[0039] 所述的床料返料口 8设有L返料阀利用水力返料。
[0040] 如图3所示在好氧流化床出口 7处可设有斜管沉降床料或滤网等床料分离装置 12,以增强床料与液相的分离，以强化小型流化床污水处理系统的流化床床料基本不循环 的效果。
[0041] 所述的床料颗粒再生床3内添加有化学除磷药剂，以增强系统除磷效果。
[0042] 上述小型流化床污水处理系统的运行方法，原污水经缺氧/厌氧流化床2底部设 有的进水口先进入缺氧/厌氧流化床2进行反硝化、脱氮、释磷，然后经床料颗粒循环口 6 流经好氧流化床1进行吸磷、硝化，完成污水中C、N、P等营养物质的脱除，处理过的污水从 好氧流化床出口 7流经床料颗粒再生床3对可能存在的从好氧流化床1循环过来的原有床 料颗粒进行沉淀分离，最后从床料颗粒再生床出口 9进入污泥沉淀床4进行固液分离，得到 处理好的污水和污泥，然后分别经污水出口 10和污泥出口 11最终排出流化床污水处理系 统，如图3所示，所述好氧流化床1和缺氧/厌氧流化床2内的固体床料密相区上界面略低 于床料颗粒循环口 6 ;通过减少好氧流化床1底部曝气装置5供气比例（好氧流化床1底 部与上部的曝气装置5供气比例按10% :90%设置），使好氧流化床1内固体床料基本不被 气泡携带流出好氧流化床1从而使小型流化床污水处理系统的流化床床料基本不循环。
[0043] 在床料颗粒再生床3可定期补充新床料颗粒，通过将活性污泥与床料颗粒（包括 新添加床料颗粒及可能存在的从好氧流化床循环过来的原有床料颗粒）闷爆，使颗粒上形 成活性固定化生物膜，以补充系统流失的床料颗粒，保证流化床污水处理系统内床料总量， 使缺氧/厌氧流化床及好氧流化床内密相段高度基本保持恒定。
[0044] 利用本实施例装置及其运行方法处理污水，实验结果见下表：
[0045]
【权利要求】
1. 一种小型流化床污水处理系统，其特征在于，包括集中在一个反应器内依次连通的 好氧流化床（1)、缺氧/厌氧流化床（2)、床料颗粒再生床（3)和污泥沉淀床（4);所述好氧 流化床（1)和缺氧/厌氧流化床（2)内填充有固体床料，所述固体床料上生长有活性生物 膜，所述好氧流化床（1)内还设有曝气装置（5)，所述好氧流化床（1)与缺氧/厌氧流化床 (2)的相邻侧的中上部设有床料颗粒循环口 ￠)、上部设有好氧流化床出口（7);所述好氧 流化床（1)和缺氧/厌氧流化床（2)内的固体床料密相区上界面低于床料颗粒循环口（6); 所述好氧流化床（1)经好氧流化床出口（7)还跟床料颗粒再生床（3)的上部连通；所述缺 氧/厌氧流化床（2)底部设有进水口，所述缺氧/厌氧流化床（2)与床料颗粒再生床（3) 相邻侧的中下部设有床料返料口（8);所述床料颗粒再生床（3)与污泥沉淀床（4)相邻侧 的中部设有床料颗粒再生床出口（9);所述污泥沉淀床（4)底部设有污泥出口（11)、上部设 有污水出口（10);所述好氧流化床（1)底部设有的进水口经由回流水管跟顶部设有的出水 口连通，好氧流化床（1)顶部的出水口经回流水管还跟缺氧/厌氧流化床（2)底部的进水 口连通；所述缺氧/厌氧流化床（2)顶部的出水口和底部的进水口通过回流水管连通。
2. 根据权利要求1所述的小型流化床污水处理系统，其特征在于，所述的曝气装置（5) 成对分层设置在好氧流化床（1)的底部及上部；所述好氧流化床（1)的上部的曝气装置高 于好氧流化床（1)内床料密相区界面。
3. 根据权利要求1或2所述的小型流化床污水处理系统，其特征在于，所述的床料返料 口（8)设有L返料阀或螺旋返料装置或两者的结合；所述的床料颗粒再生床出口（9)设有 惯性分离器或滤网。
4. 根据权利要求1或2所述的小型流化床污水处理系统，其特征在于，所述好氧流化床 出口（7)还设有床料分离装置（12);所述的床料颗粒再生床（3)内添加有化学除磷药剂。
5. 根据权利要求4所述的小型流化床污水处理系统，其特征在于，所述床料分离装置 (12)为斜管沉降床料或滤网。
6. -种小型流化床污水处理系统的运行方法，其特征在于，原污水先进入缺氧/厌氧 流化床进行反硝化、脱氮、释磷，然后依次流经好氧流化床、床料颗粒再生床、污泥沉淀床分 别进行吸磷、硝化、固液分离，得到处理好的污水和污泥最终排出流化床污水处理系统；通 过调节好氧流化床底部与上部曝气装置的供气比例实现好氧流化床和缺氧/厌氧流化床 内生长有活性生物膜的固体床料的内循环或不循环。
7. 根据权利要求6所述的小型流化床污水处理系统的运行方法，其特征在于，通过增 加好氧流化床底部曝气装置供气比例来调节好氧流化床内床料被气泡携带流出好氧流化 床的数量，从好氧流化床出口流出的好氧流化床的床料进入床料颗粒再生床经过固液相分 离后从床料返料口进入缺氧/厌氧流化床，缺氧/厌氧流化床内由于新颗粒的加入，床层高 度升高，部分颗粒经床料颗粒循环口流入好氧流化床从而实现了流化床污水处理系统负载 有活性生物膜颗粒的内循环。
8. 根据权利要求6所述的小型流化床污水处理系统的运行方法，其特征在于，通过减 少好氧流化床底部曝气装置供气比例使好氧流化床内床料基本不被气泡携带流出好氧流 化床从而使小型流化床污水处理系统的流化床床料基本不循环。
9. 根据权利要求6所述的小型流化床污水处理系统的运行方法，其特征在于，好氧流 化床通过床内的液体自循环实现床内床料的流化，同时好氧流化床内的部分液体循环至缺 氧/厌氧流化床内，缺氧/厌氧流化床通过进入床内的污水原水、床内液体的自循环以及少 量来自好氧流化床内的循环液体实现床内床料的流化。
10.根据权利要求6所述的小型流化床污水处理系统的运行方法，其特征在于，在床料 颗粒再生床定期补充新床料颗粒，通过将活性污泥与床料颗粒闷爆，使颗粒上形成固定化 活性生物膜。
【文档编号】C02F3/30GK104193005SQ201410446942
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】李海滨, 祝京旭, 赵增立, 王小波, 刘安琪, 钟慧琼 申请人:中国科学院广州能源研究所