一种用于污水处理的混合颗粒系统的制作方法

本实用新型属于污水处理领域，尤其是涉及一种用于污水处理的混合颗粒系统。

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。固体颗粒上附着微生物，通过流态手段使固体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，固体颗粒的选择是影响污水处理效率的关键因素之一，传统的固体流态化体系一般选用密度大于水的重颗粒作为固相，若要维持重颗粒的流化需要消耗较多的能量，液体回流比大，具在轴相上容易存在颗粒分布不均。因此现今需要找到合适的固体颗粒应用到流态化污水处理中，从而节约能量。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种用于污水处理的混合颗粒系统。为达到上述目的，本实用新型公开了如下技术方案：

一种用于污水处理的混合颗粒系统，其特征在于：包括接触器，所述接触器内包括气液固三相区，所述气液固三相区包括气相、液相和固相，所述液相为连续相，所述固相为混合颗粒，所述混合颗粒包括轻颗粒和重颗粒，所述轻颗粒密度小于所述液相密度，所述重颗粒密度大于所述液相密度，所述混合颗粒至少能够通过其表面携带微生物。

此外，本实用新型还公开了一种利用所述的混合颗粒系统处理污水的方法，其特征在于：将污水通入所述混合颗粒系统中，并将处理后的污水从所述混合颗粒系统中排出。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：在气液固流态化体系中，加入轻、重混合颗粒，在气、液流体的作用下，使轻颗粒向下流化，重颗粒向上流化，使固体颗粒在垂直方向上达到均匀的分布，有利于包覆于所述轻、重颗粒外的微生物充分与污水接触，促进生化反应的进行，且节省能量。

本实用新型提供了一种用于污水处理的混合颗粒流动系统，使用该系统进行污水处理，可有效提高微生物浓度，具有处理效率高，能量消耗少，污泥产量低，有机负荷小、空间利用率高等优点。混合颗粒悬浮系统包括气液固三相区，所述的气液固三相区包括气相、液相和固相。液相为所处理的污水；气相为空气，空气一则为系统提供足够的氧气，二则提供动力使颗粒得到充分的混合；固相选用混合颗粒，混合颗粒由轻颗粒和重颗粒组成，混合颗粒所携带的微生物，用于处理污水。

附图说明

图1为混合颗粒系统结构示意图；

图2为采用混合颗粒系统处理污水装置实施例。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合实施例进行阐述。

在一个实施例中，本实用新型公开了一种用于污水处理的混合颗粒系统，包括接触器，所述接触器内包括气液固三相区，所述气液固三相区包括气相、液相和固相，所述液相为连续相，所述固相为混合颗粒，所述混合颗粒包括轻颗粒和重颗粒，所述轻颗粒密度小于所述液相密度，所述重颗粒密度大于所述液相密度，所述混合颗粒至少能够通过其表面携带微生物。

容易理解，所述系统用于污水处理时，所述接触器与所述颗粒系统所作用的污水存在接触，以便实施污水处理。混合颗粒的加入使颗粒在垂直方向上具有分布梯队，更加有利于污水处理过程中的接触、传质。当系统用于污水处理时，颗粒较大的比表面积为微生物附着提供足够的空间，由于微生物在悬浮颗粒介质的表面生长与脱落，不断更新，可有效地提高系统中微生物的浓度，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，从而提高污水处理效率。此外，该实施例可以根据具体污水的特点，对应的选择微生物。

更特别的，所述混合颗粒还可以包括一个或多个微孔，预先或在污水处理过程中在微孔中富集微生物。更进一步的，所述混合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，也可以是颗粒用于处理污水时富集、携带自污水中本身存在的。

对于所述混合颗粒系统而言，静置时轻颗粒在浮力的作用下浮于液体的上部，重颗粒在自身重力的作用下沉降于系统的底部(系统的上部为自由界面)。液相可连续或间歇地从装置上部或下部加入到系统中，若要保持液位恒定，可增设溢流堰或采用其他可实施性方案；气体从装置的底部通入，经气体分布器均匀分布后进入到体系中。随着气速的增大，当气速达到第一临界气速时，上层的轻颗粒向下膨胀处于悬浮状态，当气速达到第二临界气速时，下层的重颗粒受到向上气体的曳力的作用，向上膨胀处于悬浮状态。所述第一临界气速为所述轻颗粒在所述系统中形成部分悬浮的表观气速；所述第二临界气速为所述重颗粒在所述系统中形成部分悬浮的表观气速。第一临界气速和第二临界气速没有大小区分。

液体可选择的从装置的上部或下部通入到系统中，若采用上部进液，液体的通入可促进轻颗粒的流化，若采用下部进液，液体的通往可促进下部重颗粒的流化。进液方式可采用间歇亦可采用连续进液，不同的工业应用采用不同的进液方式。在实际应用中应根据具体的情况选择适当的进液方式及进液速度，使得混合颗粒在气体或气液两相流体的共同作用下均匀的分散在系统中。

在另一个实施例中，所述接触器内还包括液固两相区，所述液固两相区包括液相和固相。由于可能面临气液固三相体系会出现没有气相的情形，在该实施例中，所述接触器还包括液固两相区。特别是当污水处理针对厌氧环境和/或缺氧环境时，或者所述气体并非连续供应，而是采用间歇曝气或不曝气，那么所述液固两相区的固相同样可以为混合颗粒，当然也可以是轻颗粒或重颗粒，此处颗粒同样至少能够通过其表面携带微生物，此处轻颗粒的密度同样小于所述液固两相区的液相密度，重颗粒的密度大于所述液固两相区的液相密度。

进一步的，在另一个实施例中，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，所述混合颗粒分散于所述液相中，所述气相自下而上流动。所述气相自下而上流动，使得气相和液相混合后的流体密度降低，在气液流体的共同作用下，上层轻颗粒向下膨胀而悬浮，下层的重颗粒向上膨胀而悬浮，使得所述混合颗粒在所述系统的垂直方向形成较为均匀的密度分布，有利于微生物充分与污水接触，促进生化反应的进行。

选择轻颗粒考虑密度因素时首选密度大于等于所述液相密度的80％且小于所述液相密度的轻颗粒，优先选择大于所述液相密度90％的轻颗粒。若轻颗粒的密度低于所述液相密度的80％，同等体积下所述轻颗粒与所述液相密度差过大，需要更大的动力才能克服轻颗粒本身的浮力，能耗过大，轻颗粒的密度与所述液相密度越接近，越容易在所述液相中悬浮。选择轻颗粒考虑颗粒直径因素时，首选轻颗粒直径小于10mm的轻颗粒，优先选择轻颗粒直径小于5mm的轻颗粒，若所选择的颗粒直径过大，则颗粒的比表面积越小，不利于气液固三相充分接触传质。

所述混合颗粒悬浮系统中重颗粒的密度和尺寸可以均一也可以不均一，选择重颗粒考虑密度因素时首选密度小于等于所述液相密度的120％的重颗粒，优先选择小于所述液相密度110％的重颗粒。若重颗粒的密度大于所述液相密度的120％，同等体积下所述重颗粒与所述液相密度差过大，需要更大的动力才能克服重颗粒本身的重力，能耗过大，重颗粒的密度与所述液相密度越接近，越容易在所述液相中悬浮。选择重颗粒考虑颗粒直径因素时，首选重颗粒直径小于10mm的重颗粒，优选选择重颗粒直径小于5mm的重颗粒，若所选择的颗粒直径越大，则颗粒的比表面积越小，同等密度下所需的最小流化速度越大，既不利于气液固三相充分接触又消耗更大能量。

在选择所述混合颗粒时，不仅需要考虑颗粒的密度、粒径，而且需要考虑颗粒的材质、形状、表面性能等等影响因素。所述的轻颗粒可以是塑料颗粒(如：聚乙烯、聚丙烯、发泡的聚苯乙烯等等)也可以是中空的玻璃球等等；重颗粒可以是塑料颗粒、火山岩、沸石等等。所述轻、重颗粒的形状多种多样，可以是球形，椭球形，柱状形，也可以是不规则多边形等等。颗粒选择时应优先选择比表面积大，类似球形、密度与液体接近的颗粒，既易于流化节能又具有较高的传质效率。

进一步的，加入的轻颗粒和重颗粒的总体积在所述气液固三相区中的体积分率不应高于30％，若加入颗粒量越多，颗粒越不容易被完全悬浮，相对其他两种流体所占的体积分率也会降低，不利于气液固充分接触、传质。在另一些情况下，气液两相体积分率的减少会导致没有足够的气液相与颗粒接触，影响三相间的传质效率。

更进一步的，所述的混合颗粒系统中，加入的轻颗粒至少包括两种密度或尺寸，加入的重颗粒密度也至少包括两种密度或尺寸，这样在一定的气速和液速的作用下，轻颗粒向下膨胀悬浮，重颗粒向上膨胀悬浮，使颗粒更为均匀分散在接触器中，既节省能量又充分利用空间。

优选的，在所述气液固三相区中，所述气相的体积分率小于等于25％。若所述的气相体积分率过大，气泡容易在体系中聚并形成大气泡，容易造成颗粒分散不均，从而影响三相接触反应效率。

进一步的，在所述的一种用于污水处理的混合颗粒系统中，所述的气液固三相区中设有气体分布器。对于该实施例而言，其使得颗粒从下向上流动，作用于颗粒。

进一步的，在所述的一种用于污水处理的混合颗粒系统中，所述的气液固三相区的下部设有气体分布器。对于该实施例而言，其使得颗粒从下向上流动，作用于颗粒。

在另一个实施例中，所述接触器的环境为厌氧环境、缺氧环境或好氧环境。不同的环境下可以处理不同的污染物。如果能够组合厌氧环境、缺氧环境，以及好氧环境，那么也可以将本系统应用于不同组合的环境中。

在另一个实施例中：所述接触器的形状是规则壳体或不规则壳体，优选的，规则壳体为长方壳体，所述长方壳体的上端面全封闭、部分封闭或全部开放。容易理解，该接触器可以随具体应用场景的需求而自由选择较适宜的形状。

在另一个实施例中：所述接触器内还设有微通道，所述微通道包括若干层填料，每层所述填料包括若干通道单元，每层的所述通道单元交错设置。优选的，所述微通道设置在接触器的下部。这些微通道可使流体进入气液固三相体系之前得到均匀的分布，有利于后续的各相之间的接触、传质。

进一步的：所述通道单元为立方体形通道、长方体形通道或其它形状通道。对于该实施例而言，其揭示了通道单元的具体选型，原则上，规则形的通道，例如立方体形或长方体形，可以作为优选的通道选型，这有利于降低分布过程中不必要的能耗。

此外，在另一个实施例中，本实用新型还公开了一种利用所述混合颗粒系统处理污水的方法，污水通入所述混合颗粒系统中，处理后的污水从所述混合颗粒系统中排出。依赖该方法，水循环系统可连续地处理污水。

在另一个实施例中，混合颗粒处理污水的流程可以详细示例如下：在污水体系中装有一定体积的载有微生物的混合颗粒，污水从装置的上部或下部间歇或连续地流入到系统中，气体从装置的底部通入，通过曝气装置后进入系统中，随着气速的加大，使得气、液混合流体的平均密度下降，当气、液混合流体的平均密度降低到接近或等于液相水的密度(或具体情形下的污水密度)时，气体或液体稍微的扰动便可使位于上部的轻颗粒向下、下部的重颗粒向上进行流化。进一步增加到合适的气速，系统中的轻颗粒和重颗粒在气、液流体的共同作用下均匀地分散在体系中，在此过程中，附着固体上的微生物对污水进行处理，处理完的水从系统中排出。优选的，为了提高水力停留时间，系统中可以额外设置水的自循环装置。

随着气体速度的增大，当气体速度达到第一临界气速时，上层的轻颗粒向下膨胀处于悬浮状态，当气体速度达到第二临界气速时，下层的重颗粒受到向上气体的曳力的作用，向上膨胀处于悬浮状态，使得所述混合颗粒从系统两端向中心膨胀，充满整个体系，空间利用率高。第一临界气速和第二临界气速没有大小区分。若要维持系统内的颗粒处于悬浮状态，系统内流体的速度需大于颗粒的最小流化速度小于颗粒的最小带出速度。所谓的颗粒的最小带出速度是床层由流化床向输送床转变的速度。

在另一个实施例中：使用多个所述混合颗粒系统，其中，任意一个所述混合颗粒系统与至少一个其他的混合颗粒系统之间设有液体流通管路。就该实施例而言，多个所述混合颗粒系统共同使用，可以增强污水处理的能力。此外，当多个所述混合颗粒系统共同使用时，所述接触器的环境可为厌氧环境、缺氧环境或好氧环境或其组合。

在另一个实施例中：在所述混合颗粒系统中，所述混合颗粒连续或间歇地加入和取出。就该实施例而言，混合颗粒被连续或间歇地加入到所述系统中并连续或间歇地从该混合颗粒系统中取出，易于使颗粒循环。若所述混合颗粒连续地加入到所述系统中，并从所述系统中连续取出，这样有利于所述固相颗粒的循环使用，便于工业连续生产；若所述混合颗粒间歇地加入到所述系统中并从所述系统中间歇取出，这样可用于间歇反应以及不常更换固相的化工过程。

进一步的，在另一个实施例中：在所述混合颗粒系统中，所述液相连续或间歇地加入和取出。可选的，从所述气液固三相区的上方加入所述液相。

进一步的，当所述接触器内环境为厌氧环境或缺氧环境时，间歇地曝气所述气相；当所述接触器内环境为好氧环境时，间歇或连续地曝气所述气相。根据生物环境需氧量，通过不同的曝气方式可有效地控制体系中的氧含量，为微生物的生长提供最佳的需氧环境。

在另一个实施例中，如图1所示，混合颗粒悬浮系统包括气液固三相区，所述的气液固三相区包括气相、液相和固相。液相为所处理的污水；气相为空气，空气一则为系统提供足够的氧气，二则提供动力使颗粒得到充分的混合；固相选用混合颗粒，混合颗粒由轻颗粒和重颗粒组成，混合颗粒表面附着微生物，用于处理污水。

如图2所示，为混合颗粒系统处理污水装置，此装置包括两个接触器，接触器1内的颗粒为轻重混合颗粒，接触器2内的颗粒为轻颗粒。接触器1和接触器2均为生物反应区，接触器1为缺氧区，其尺寸为1m×1m×6m(长×宽×高)(也可为其他组合尺寸，如0.6m×0.8m×5m，1m×0.8m×8m等)，接触器2为好氧区，其尺寸为2m×1m×6m(长×宽×高)(也可为其他组合尺寸，如1.2m×0.8m×5m，2m×0.8m×8m等)。在接触器下部布置有曝气管3，缺氧区内的曝气量小于好氧区，在接触器2内的曝气管数量多于接触器1，所使用的气体为空气6，曝气管是微孔型皮管，皮管口径10厘米。接触器1内加入轻重混合颗粒，轻颗粒5密度为910kg/m³，当量直径为2.5mm，重颗粒4的密度为1200kg/m³，当量直径为1.8mm(也可是直径小于5mm，密度1000-1200kg/m³之间的重颗粒)。接触器2内加入轻颗粒5，轻颗粒5的密度为910kg/m³，当量直径为2.5mm(也可是直径小于5mm，密度800-1000kg/m³之间的轻颗粒)。

污水7从接触器1底部进入生物反应区，接触器1为缺氧区，曝气量较小，主要发生反硝化等缺氧反应。重颗粒在液体和气体的作用下向上运动，轻颗粒在气体的作用下向下运动，为改善缺氧区内污水处理效果，接触器1设计内循环，一部分水从接触器顶部经管线10返回至接触器底部。经过接触器1处理后的废水经管线8流入接触器2内，接触器2内曝气量较大，发生好氧反应，经过生物反应区2的废水达到相应的排放标准即可经管线9排出，如不达标则经管线11返回接触器1再次进行处理。

采用该装置进行污水处理实验，每天的处理量为120吨，在运行期内，进水平均COD为208g/m³，生物可降解部分为110³g/m，平均NH4-N为30g/m³，总氮为32g/m³，总磷为2g/m³。经过2.0小时的水力停留时间后，可去除86％COD，98％总氮和85％总磷，出水达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)IV类水标准。

综上，本实用新型提供了一种用于污水处理的混合颗粒系统，使用该系统进行污水处理，可有效提高微生物浓度，具有处理效率高，能量消耗少，污泥产量低，有机负荷小等优点。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，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。凡是依据本实用新型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，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。