一种用于污水处理的箱笼式颗粒分布小系统的制作方法

本发明属于污水处理领域，尤其涉及到一种箱笼式颗粒分布小系统。

背景技术：

随着人口的增长和经济的发展，我国对水资源的需求会越来越大，废水排放量也随之增加，这些造成了我国的水资源形势岌岌可危。目前，越来越多的企业开始运用绿色技术，尽量减少废物产生，以此来提高水质质量，但其效果仍未太明显。为了使得水资源能够可持续发展，必须对排放的废水进行处理，将废水变为可用水，由此可见，废水处理技术是非常重要的，尤其现今的就地废水处理技术太少，不能使得废水及时有效地被处理，从而使得水污染日益增重，水质质量逐渐降低。

废水主要来源于生活废水、工业废水、畜禽养殖场废水及农业废水等，废水的主要指标为化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、氨氮以及总磷等，其中含有能促进水生植物生长的各种营养物质、能致病的病原体微生物以及可能致癌或基因突变的有毒化合物，因此，从保护人类健康和保护环境角度出发，在废水重新利用或直接排入环境之前，必须对其进行处理。处理废水的方法有很多，按其作用原理可分为物理法、化学法、物理化学法、生物法四种，处理废水时可同时运用这些方法，其中生物法是最经济有效的处理方法，因而被广泛采用。目前，在国内的大部分传统废水处理厂中，生物法处理废水技术采用的是活性污泥法，比如氧化沟活性污泥法、A-B活性污泥法、SBR序批式活性污泥法、投料式活性污泥法等，虽然处理效果能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的要求，但这些方法有机负荷低、微生物浓度低、耐冲击负荷能力弱、剩余污泥产量大，易产生污泥膨胀，造成处理效率低、能耗高、剩余污泥量大，从而使得装置体积大，占用空间多，因此需要一种更加高效、节能的污水处理技术。

固体流态化技术是一种新型的污水处理工艺，它将传统的活性污泥法和生物膜法有机结合并引入化工流态化技术，具有高负荷、高效率等特点。颗粒上附着微生物，通过流态化手段使颗粒悬浮于污水系统中，由于颗粒具有较大的比表面积可有效地提高系统中微生物的浓度，从而提高水处理效率，整个体系中污泥产量低，有机负荷高。在流态化应用中，颗粒能否均匀分布是影响污水处理效率的重要因素之一，然而往往在许多颗粒分散系统中，颗粒的分布经常是不均匀的。这种不均匀，经常是因为用于分散或者悬浮颗粒的流体(气体或者液体)在进入反应器时的分布不能保证完全均匀，或者是进入后不能总是平行地流动，造成某些部位会缺少流体。另外所述的颗粒分散体系在工业放大之后颗粒分布不均匀性更加严重且不易操控。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于污水处理的箱笼式颗粒分布小系统。对每个小系统进行单独曝气和/或单独布液，使处于箱笼中的颗粒在气、液流体的作用下均匀的分散于系统中，从而提高污水的处理效率。

为达到上述目的，本发明公开了如下技术方案：

一种用于污水处理的箱笼式颗粒分布小系统，其特征在于：包括接触器，所述接触器包括壳体，所述壳体内部为中空腔体，所述壳体上设有通孔，所述壳体内设有颗粒，所述颗粒外表面载有微生物。

本发明具有条件可控、易于操作、生产效率高、经济节能等优点。在污水体系包括污水处理系统的污水体系中布置许多个箱笼式颗粒分布小系统，便于分别对每一个小箱笼进行单独曝气和/或单独布液，从而有利于在每个小系统中颗粒分布的均匀性，提高系统中微生物的浓度，进而提高污水处理效率。

附图说明

图1为本发明的箱笼式颗粒分布小系统结构示意图；

图2为将箱笼式颗粒分布小系统分布于污水体系或污水处理系统中的一种实施方案；

图3为将箱笼式颗粒分布小系统分布于污水体系或污水处理系统中的另一种实施方案；

图4为将箱笼式颗粒分布小系统分布于被污染的河流或湖泊中的另一种实施方案。

具体实施方式

为了更好的理解此箱笼式颗粒分布小系统，下面结合实施例进行阐述。

在一个实施例中，本发明公开了：

一种用于污水处理的箱笼式颗粒分布小系统，其特征在于：包括接触器，所述接触器包括壳体，所述壳体内部为中空腔体，所述壳体上设有通孔，所述壳体内设有颗粒，所述颗粒至少能够通过其表面携带微生物。

对该实施例而言，该箱笼式颗粒分布小系统显然至少包括一个箱笼。所述箱笼既可以充当所述接触器，也可以是所述接触器位于所述箱笼内，所述接触器与所述小系统所作用的污水存在接触。在所述小系统被使用之前，与其相对的，是小系统将要作用的外部大系统，该外部大系统包括被处理的污水。所述小系统在使用的过程中，壳体上的通孔便于小系统与外部大系统间物质的交换，颗粒载有的微生物用于处理污水。由于壳体内设有颗粒，颗粒较大的比表面积为微生物的生长提供足够的空间。这能够促使微生物在颗粒表面生长、繁殖，极大地增加微生物的浓度，从而提高其处理效率。具体的，微生物能够附着于颗粒的表面产生生物膜，所述生物膜可以是异养性细菌，也可以是自养性细菌，以有利于污水处理为准。当上述小系统用于污水处理时，由于微生物在悬浮颗粒介质的表面生长与脱落，不断更新，从而很容易对有机污染物进行代谢降解反应，和/或对氨氮进行硝化反硝化反应，和/或对磷进行释放磷和吸收磷的反应。根据具体污水的特点，可以对应的选择微生物。

更特别的，所述颗粒还可以包括一个或多个微孔，预先或者在处理污水过程中在微孔中富集微生物。更进一步的，所述颗粒还可以在包括微孔的同时，包括一个或多个与微孔连通的空腔，空腔内部预先富集微生物，并在污水处理过程中通过微孔与污水接触、传质。所述微生物可以是处理污水前由颗粒预先携带的，也可以是处理污水时富集、携带自污水中本身存在的。

在另一个实施例中，壳体包括侧壁，该侧壁阻止所述颗粒流出所述的壳体，保证颗粒在预设的空间内进行反应，便于操控。容易理解的，此处的阻止作用，也可以是一定程度的阻止，只要相当比例的颗粒在预设的空间内进行反应即可。

更进一步的，该箱笼式分布小系统的壳体还包括底面和顶面中的至少一个，顶面可以为全封闭式或半封闭式，底面也可为全封闭式或半封闭式，且顶面和底面不同时为全封闭式——这样的设置既能保证壳体内外流体的交换，又能使系统内颗粒在空间上均匀分布。需要说明的是，这种箱笼式颗粒分布小系统壳体的形状可以不定，既可以为立方体形、长方体形、其它多边体形、圆柱体形、椭圆体形等等；也可以除了前述规则性壳体外，壳体可以呈不规则状，例如从壳体顶部向下俯看，壳体的俯视图为不规则形状。不同的壳体样式便于适应于不同的反应体系。

在另一个实施例中，所述接触器的环境为厌氧环境、和/或缺氧环境，和/或好氧环境。这有利于微生物在不同的环境下处理不同的污染物。

在另一个实施例中，所述的小系统置于污水体系或者污水处理系统中的液体或气体与液体组成的两相流体之中，所述的小系统的个数为一个或多个。

对于该实施例而言，由于所述小系统中包括载有微生物的颗粒，如果向所述小系统中通入气体或液体(容易理解的，也可以是气体和液体两者都有)，小系统内的颗粒在液体或气液混合相流体的作用下处于流态化状态，均匀分散在小系统中。与此伴随的，颗粒上附载的微生物随着颗粒的运动各处游走从而处理周围的污水。容易理解，此处的气体或液体是主要用来使得所述颗粒流动，所述液体可以是被处理的污水，也可以是被处理的污水之外的其他液体，只要该液体不妨碍或者没有不利于污水处理即可。如果微生物含量越高、且小系统越容易被控制的话，那么就越容易提高小系统处理污水的能力。一般的，小系统数量尽量的多的话，有利于污水处理。

在另一个实施例中，将一个或者多个所述小系统，放置在已经建成并且正在使用的污水处理系统中，比如生化污水处理池的厌氧池、缺氧池或者好氧池中。由于所述小系统中包括载有微生物的被流化的颗粒，能够达到强化污水处理的目的。容易理解，小系统数量尽量的多的话，有利于污水处理。

在另一个实施例中，将一个或者多个所述小系统，直接加入到新建的污水处理系统中，比如生化污水处理池的厌氧池、缺氧池或者好氧池中，使之成为该污水处理系统的有机组成部分。由于所述小系统中包括载有微生物的被流化的颗粒，能够达到强化污水处理的目的。容易理解，小系统数量尽量的多的话，有利于污水处理。

在以上两个实施例中，为了保证被处理污水能够有效地流进小系统中，可依靠水位差、溢流、局部阻流等方式，来促进小系统内外的水体交换。在又另一个实施例中，将一个或者多个所述小系统，直接放置于被污染的水体中，如河道或者湖泊中。当被污染的河水或者湖水从小系统中流过时，能够得到有效地处理。容易理解，如果能够将更多的小系统布置在河道或者湖泊之中，有利于污水处理。为了保证被污染的水体能够更多地流入小系统中而不是绕行而过，可以采用合理的小系统分布方式，和/或加入某些导流方式，促进小系统与外部水体的有效交换。在另一些情况下，还可以使用水泵或者其它水流推动装置来强化内外水体的交换。可以理解，这里所指的水流推动装置，可以包括无需外界动力的风车或水车等装置、利用风力或者水体本身的流动来推动内外水体的交换。

在另一个实施例中，每一个所述小系统都单独的曝气和/或布液。这样使所述小系统形成独立的整体，易于操作控制，无论是单独的曝气还是单独的布液，抑或既单独的曝气又单独的布液，都是为了控制颗粒的流动。

此外，由于气体是从下向上运动，曝气系统可以布置在所述小系统之内也可以布置在小系统之外，优先选择在小系统内曝气。若气体布置在小系统之外，可允许颗粒有少量的流出，这些流出的颗粒在小系统外也可起到同样的技术效果。

另外，如果在小系统外曝气，所述壳体存在一个用于连接曝气系统的底面，所述底面是敞口或较大面积敞口。这样可为气体提供足够大的通道流经小系统之中，从而在小系统用作单独的反应器且空间上小系统与所述外部大系统相互联系的情况下，通过曝气来提高小系统的污水处理能力。

在另一个实施例中，所述气体连续或间歇地自下而上流动。就该实施例而言，无论是气体连续自下而上流动还是间歇地自下而上流动，均是为了将所述颗粒分散于其所要作用的污水中，以便更有效率的处理污水。容易理解，根据具体的需要，可以采用不同的进气方式，例如连续或间歇地进气方式。

在另一个实施例中，所述颗粒包括轻颗粒、或重颗粒，或所述轻颗粒与重颗粒的混合颗粒，所述轻颗粒密度小于小系统工作时所处液相环境中液相的密度，所述轻颗粒的密度均一或非均一，所述轻颗粒的尺寸均一或非均一，所述重颗粒密度大于小系统工作时所处液相环境中液相的密度，所述重颗粒的密度均一或非均一，所述重颗粒的尺寸均一或非均一，所述颗粒分散于所述液相中。容易理解的，所处液相环境可以全部由被处理的污水组成，也可以包括前文所述使得颗粒流动的其他液体。

对于该实施例而言，所述箱笼式小系统中所用的颗粒，可以是轻颗粒、或重颗粒，或所述轻颗粒与重颗粒的混合颗粒。轻颗粒的密度小于所述液体密度，可在液体中通入气体(例如自下而上通入气体)，从而成为气液混合体，此时气液混合体的密度将小于液体密度，可以通过改变气体进入量使得轻颗粒能够悬浮于气液混合体中。重颗粒的颗粒密度大于液体密度，可通过液体或者气体流动推动颗粒悬浮于液体中，也可通过气液共同作用使得轻颗粒悬浮的同时重颗粒也可悬浮。

混合颗粒则包含轻颗粒和重颗粒两种颗粒，除了兼有轻颗粒的优点外，重颗粒也可以被较低的气速或液速从底部带起，使得颗粒在垂直方向上达到一定的颗粒分布，充分的利用空间。重颗粒也可以同轻颗粒那样具备携带微生物的能力。

更优的，通过调节气体进入量使得颗粒能够更均匀地悬浮于气液混合体中。通过调节液体或/及气体流量更均匀地悬浮轻颗粒与重颗粒。

此外，所述的颗粒的选择尺寸可大可小，颗粒的材料和形状各式各样，优选比表面积大，形状类似球形，密度接近于液体，导液体性好的颗粒，尽量选择表面适合微生物生长的颗粒。

如图1所示，在另一个实施例中，在长、宽、高为12×6×6m的污水池中(也可为其他组合尺寸如24×12×8，16×12×6米等)，设置6个箱笼式颗粒分布小系统(也可设置其他数量的箱笼式小系统)。每个箱笼皆为一个完整的生物污水处理小系统，箱笼的长、宽、高为2×1×5m(也可为1.5×1×6米，1×1×6米等，总之箱笼尺寸要小于大系统的尺寸，容易理解，箱笼式小系统要放置于大系统中以便处理污水)。

在箱笼的底部和箱笼外的大系统底部分别设置气体分布器(用作曝气装置)，小系统和大气统的供气都来自于鼓风机。就该实施例而言，大系统也可以包括曝气装置，结合图1，其进气都是有利于大系统、小系统中各种成份的扩散，对于小系统而言，有利于污水处理。

图1中，其中3个箱笼内放入直径3.5mm，密度为950kg/m³的聚乙烯颗粒(也可是直径小于5mm，密度800-1000kg/m³之间的其他能附着微生物的轻颗粒)，另外3个放入直径3.5mm，密度为950kg/m³的聚乙烯颗粒(也可是直径小于5mm，密度800-1000kg/m³之间的其他轻颗粒)和直径2mm，密度1050kg/m³的聚苯乙烯颗粒(也可是直径小于5mm，密度1000-1200kg/m³之间的其他重颗粒)。容易理解的，此处两类颗粒的密度以水的密度为分界线进行了划分，但是否各种应用情况下均要以水的密度为分界线，则不尽然，应以具体污水情况而定。无论何种密度的颗粒，加入的颗粒总量约为小系统体积的20％。加入的颗粒外表面载有微生物，所述微生物用于处理污水。以图1为例，可以理解为3个轻颗粒小系统与3个混合颗粒小系统间隔设置，图中黑色实心圆点表示的是重颗粒，白色实心圆点表示的是轻颗粒。

上述6个箱笼，其中2个为好氧环境下气体连续曝气，2个为缺氧环境间歇曝气，另外2个为厌氧环境下间歇曝气。优选的采用连续曝气时，尽量确保箱笼内颗粒在气、液流体的共同作用下处于悬浮状态；类似的，采用间歇曝气时，尽量通过液体的流动维持颗粒的悬浮状态。所使用的气体可以为空气，曝气管可以是微孔型皮管，容易理解的，气体、曝气管也可以是其他的，只要不影响污水处理即可。每个小系统可以通过水泵将大系统的污水通入到箱笼的上部进入小系统，而经过处理后的水则可以从箱笼下部排入到大系统中，再由大系统的底部后续排出。容易理解，小系统、大系统均可以级联设置，也可以多级过滤，存在多种组合形式，能够满足不同污水处理标准的要求。

如果采用2组该实施例的小系统，即使用12个箱笼式小系统进行污水处理实验的话，每天的处理量为210吨，在运行期内，进水平均COD为250g/m³，平均NH₄-N为30g/m³，总氮为36g/m³，总磷为1.8g/m³。经过2.0小时的水力停留时间后，可去除91％COD，97％总氮和86％总磷，出水达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ类水标准。相比不使用箱笼式小系统的体系，处理污水效率可提高4倍以上。

如图2所示，在另一个实施例中，为了对已有的污水处理池进行改造，将箱笼式颗粒分布小系统引入到该系统中，从而提高其污水处理效率。改造的污水池的长、宽、高分别为10×6×5m，在污水池中设置13个小箱笼，分别对每个小箱笼进行单独曝气或/和布液，从而保证每个箱笼皆为一个生物污水处理小系统。箱笼的长、宽、高分别为1×1×5m。这些小箱笼在污水池中采用交错方式进行排列，如图2所示，小箱笼在污水流动方向上按3-2-3-2-3方式进行设置，即第一列设置3个箱笼，第二列的设置2个小箱笼且与第一列交错设置，并以此类推。这种交错形式排列使得大部分的污水都能通过小箱笼进行强化处理。

由于小箱笼采用单独曝气或/和布液，曝气装置可设置在箱笼底部也可以设置在箱笼外的大系统的底部，若设置在大系统中，则箱笼的底部为敞口或大部分敞口。一般采用微孔曝气头、微孔型皮管等作为曝气装置，使用鼓风机为小系统和大系统供气，进气都是以有利于大系统、小系统中各种组分的扩散为准，对于小系统而言，有利于污水处理。箱笼内的布液一般采用机械污水泵。该实施例中共有13个小箱笼，其中5个为厌氧环境，3个为缺氧环境，5个为好氧环境，可跟据具体环境不同分别采用间歇或连续曝气。

在每一个箱笼内都放入固体颗粒，所述的固体颗粒可以是轻颗粒或/和重颗粒，固体颗粒表面可携带或在污水处理过程中富集微生物，固体颗粒在气液流体的共同作用下均匀分散于箱笼小系统中，颗粒上所携带的微生物可有效地处理污水。

污水处理是这样实现的：在污水池的一端通入污水，污水在液位差的作用下流向另一端的出口，在此过程中，遇到一系列分布于污水池中的小箱笼，通过溢流或在电动水泵或机械水流的作用下，将污水通入到箱笼式分布小系统中，使得箱笼中颗粒所携带的微生物对污水进行有效处理。由于箱笼在污水池中交错分布，可有效提高污水进入箱笼的机率，从而保证污水能流入到不同需氧环境的箱笼内，使得不同的污染物都能得以有效的处理。

对于所述实施例，每天的污水的处理量为150吨，在运行期内，进水平均COD为300g/m³，平均NH₄-N为32g/m³，总氮为38g/m³，总磷为1.9g/m³。经过2.0小时的水力停留时间后，可去除94％COD，95％总氮和88％总磷，出水达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ类水标准。相比不使用箱笼式小系统的体系，处理污水效率可提高4倍以上。

如图3所示，在另一个实验例中，在长、宽、高为10×4×6m的污水处理池中，设置4个箱笼式分布小系统，为了使箱笼式分布小系统能充分拦截污水池中的污水，将小系统的尺寸加工成长、宽、高为4×1×6m的长方体形。箱笼式分布小系统在污水池中的排列如图3所示。为了保证每一个箱笼都是一个完整的生物污水处理小系统，对每个箱笼都单独曝气或/布液。

由于小箱笼采用单独曝气或/和布液，曝气装置可设置在箱笼底部也可以设置在箱笼外的大系统的底部，若设置在大系统中，则箱笼的底部为敞口或大部分敞口。一般采用微孔曝气头、微孔型皮管等作为曝气装置，使用鼓风机为小系统和大系统供气，进气都是以有利于大系统、小系统中各种组分的扩散为准，对于小系统而言，有利于污水处理。箱笼内的布液一般采用机械水泵。该实施例中共有4个小箱笼，其中1个为厌氧环境，1个为缺氧环境，2个为好氧环境，可根据环境中耗氧量的不同分别采用间歇或连续曝气。

在每一个箱笼内都放入固体颗粒，所述的固体颗粒可以是轻颗粒或/和重颗粒，固体颗粒表面可携带或在污水处理过程中富集的微生物，固体颗粒在气液流体的共同作用下均匀分散于箱笼小系统中，颗粒上所携带的微生物可有效地处理污水。

污水处理是这样实现的：在污水处理池的一端通入污水，污水在液位差的作用下流向另一端的出口，在此过程中，被处理的污水通过溢流或在电动水泵或机械水流的作用下依次流入到箱笼式分布小系统中，使得箱笼中颗粒所携带的微生物对污水进行有效地处理。由于箱笼式分布小系统采用阻流的形式分布于污水池中，可有效的保证待处理的污水都能通过4个箱笼式分布小系统。由于这4个小箱笼的需氧环境不同，可有效地保证不同的污染物在相应的环境下都能得以处理，大大提高了污水处理效率。

对于所述实施例，每天的污水的处理量为190吨，在运行期内，进水平均COD为310g/m³，平均NH₄-N为28g/m³，总氮为35g/m³，总磷为1.8g/m³。经过2.0小时的水力停留时间后，可去除96％COD，93％总氮和86％总磷，出水达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ类水标准。相比不使用箱笼式小系统的体系，处理污水效率可提高4倍以上。

如图4所示，在另一个实施例中，为了治理已污染的河流或湖泊，将箱笼式颗粒分布小系统引入该污水体系中，从而有效地处理被污染的河水或湖水。在较窄的水域沿河流流向设置多个小箱笼，分别对每个小箱笼进行单独曝气或/和布液，从而保证每个箱笼皆为一个生物污水处理小系统。箱笼的长、宽、高分别为1×1×3m。这些小箱笼在河流或湖泊中按照对称交错形式排列，具体如图4所示。这种形式的排列既能使大部分的污水都能通过小箱笼进行强化处理又可以减缓水流湍急时对设备的冲击。

由于小箱笼采用单独曝气或/和布液。一般采用微孔曝气头、微孔型皮管等作为曝气装置，使用鼓风机为小系统供气，进气都是以有利于小系统中各种组分的扩散为准，对于小系统而言，有利于污水处理。箱笼内的布液一般采用机械污水泵。该实施例中共有18个小箱笼，其中6个为厌氧环境，6个为缺氧环境，6个为好氧环境，可跟据具体环境不同分别采用间歇或连续曝气。

在每一个箱笼内都放入固体颗粒，所述的固体颗粒可以是轻颗粒或/和重颗粒，固体颗粒表面可携带或在污水处理过程中富集微生物，固体颗粒在气液流体的共同作用下均匀分散于箱笼小系统中，颗粒上所携带的微生物可有效地处理污水。

污水处理是这样实现的：河流或湖泊中的污水沿河流方向流动，在此过程中，遇到一系列分布于河流或湖泊中的小箱笼，通过溢流或在电动水泵或机械水流的作用下，将污水通入到箱笼式分布小系统中，使得箱笼中颗粒所携带的微生物对污水进行有效处理。由于箱笼在河流或湖泊中交错分布，可有效提高污水进入箱笼的机率，从而保证污水能流入到不同需氧环境的箱笼内，使得不同的污染物都能得以有效的处理。

对于所述实施例，每天的污水的处理量为300吨，在运行期内，进水平均COD为180g/m³，平均NH₄-N为36g/m³，总氮为45g/m³，总磷为1.9g/m³。经过1.5小时的水力停留时间后，可去除96％COD，94％总氮和89％总磷，出水达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ类水标准。相比不使用箱笼式小系统的体系，处理污水效率可提高4倍以上。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改，等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。