专利名称：漂浮粒子生化流化床的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种废水生化处理装置，特别是一种以漂浮塑料短管为生物膜载体的生化流化床废水处理装置。
在世界范围内，废水的生化处理目前仍以活性污泥法为主。但是，此方法存在着占地面积大，基建投资高，处理效率低，运转管理复杂等难以克服的缺点，成为工业废水和城市污水处理厂建设步伐缓慢，跟不上环境保护和城市建设需要的主要原因。
Jeris.J.S等人发展的废水处理方法和装置(USP3，846，289，USP3，956，129，USP4，009，098，USP4，009，105，授让给美国Ecolotrol公司)涉及的是一种生化流化床废水处理工艺，它的效率可比活性污泥法提高一个数量级。其主要技术特征是在一个垂直处理废水的容器内，处理液自下向上通过一个载有生物膜的粒子流化床层，载体粒子大多使用黄砂，其比重大于被处理液，以一定流速向上流动的液体将粒子带起，使床层膨胀流化，粒子上升至一定高度后，流速减缓，粒子因其重力而沉降，接着又被上升液流带起，如此周而复始，从而形成流化床。粒径很小的载体为附着的生物膜提供了一个巨大的，不断运动的表面，借助微生物的生化处理，使废水得到处理。美国Ecolotrol公司于七十年代后期将此法用于废水的二、三级处理，称之为Hy-Flo生化流化床工艺。这个方法具有效率高，占地少，投资省等优点，但消耗能量较大，大量的能用在使载体粒子流化和液体的回流上。虽经努力，但在降低动力消耗上十余年来未取得显著进展，因此而阻碍了这个方法在工业上的推广应用。
此外，上述流化床在连续操作时，由于微生物的生长，它所附着的载体粒子会不断增大，严重时甚至结成团块，如不控制，将会减少单位容积的生物膜面积，导致流化床的效率降低，为此，需设立专门的装置对载体粒子进行脱膜，並使脱膜后的粒子返回流化床装置(USP4，177，144，USP4，250，033)，这样，不但使流化床装置趋于复杂，而且还增加了操作的复杂程度。
活性污泥法从1914年问世，至今(1987年)已有73年历史，其间从未间断地在探求一种高效节能的新的废水处理方法，至今终未如愿。本发明提供一种改进的生化流化床装置，它采用载有生物膜后仍略小于被处理液体比重的漂浮粒子作为流化介质，达到了高效节能的目的。
本发明的装置由垂直式容器，进水管，进气管，装有滤网的液体出口管，气体分布器，漂浮粒子层和排泥排空管组成。垂直式容器，可为园形、方形、长方形、多边形或其它几何截面。
本发明所用的漂浮粒子是中空开口塑料短管，它是由单环或由若干单环组合的多环短管，单环直径为3～10mm，最好为4～6mm，横截面可为园形、三角形或多边形，内外表面粗糙或兼具条纹，以利微生物挂膜生长。此短管载上生物膜后的比重仍略小于被处理液体的比重，载有生物膜后的中空开口短管的比重越接近被处理液体比重越好，比重越接近，越易流化且流化越均匀，耗能越低。凡使制成品达到上述目的的塑料都可作为原料制造上述的中空开口短管。
当容器中液体处于静止状态时，介质漂浮在液体上部，基本上被液体所浸没。当装置操作运行时，被处理废水从容器下部不断进入，空气则在废水入口管之下靠近容器底部处以一定速度经气体分布器导入，进行气力搅拌，漂浮粒子受到来自气-液混合物的搅动，上下左右翻动，以少量的空气，不需其它条件就可达到均匀流化的目的，形成气、液、固三相流化床。气体分布器可以是爪形曝气头、散流式曝气器、穿孔管、多孔陶瓷或其它鼓风充氧装置。经气体分布器的布气强度以有利于生物膜生长为原则，但最佳布气强度不是一个固定的，一成不变的数值，将受填料管径、填料的长径比、水质、布气方式等的综合影响。经气体分布器所布的气具有使填料流化和充氧两种作用，其充氧量在水质浓度稍高时，一般不能满足生化流化床高速耗氧量的需求，供氧不足部分在容器外采用其它补充供氧装置提供。补充供氧装置可以采用射流器喷射(自吸气或低压送气)充氧，也可以采用爪形曝气头、散流式曝气器、穿孔管、多孔陶瓷或其它鼓风充氧装置。容器外补充供氧装置可以对被处理废水直接充氧，部梢远曰亓饕航谐溲酰溲鹾蟮囊禾逶倭魅肴萜髂诮写怼 本发明的气体分布器和补充充氧装置采用空气为氧源，而Hy-Flo生物流化床以纯氧为氧源，此时需要整套的制造纯氧的装置和技术;需要封闭的废水处理装置，令人望而却步，不敢采用。本发明采用空气为氧源时，效率已可超过Hy-Flo生物流化床，如果有条件在本发明中采用纯氧为氧源，效率还能提高若干倍。
经过本发明处理后的流出液，采用回流时，其中一部分为回流液，其余为排放液;如不回流，流化床容器的排出液全部为排放液。凡排放液必须经过固液分离装置处理后才能排放，固液分离装置可采用漂浮滤池，一般的快滤池或斜板沉淀池。凡回流液可以经过，也可以不经过固液分离装置。被处理液和回流液，分别或合并经过进水管进入容器内。
本发明如采用同样比重，同样粒径的一种规格的中空塑料短管为填料，流化状态时，在液面以下同一水平面上，填料密度基本相同;在液面以下不同水平面上，填料密度是有差异的，为了缩小或消除这种差异，可以采用比重相同粒径不同，比重不同粒径相同，比重不同粒径也不同的各种规格的中空塑料短管为填料。
本发明最大的优点是节能。众所周知，流化床层中的固体粒子的受力情况是，一为向下作用的固体粒子的重力，另一为向上作用的浮力和流体阻力。在流化点时，此两种作用力势必相等，即LF(1-ε)γs＝LF(1-ε)γe+ΔPF……(1)此上式稍作变化可得ΔP＝L(1-ε)(γs-γe)……(2)式中ΔP流体阻力(公斤/米2)L流化床中固体粒子静止时的高度(米)F流化床的截面积(米2)ε流化床的空隙度γs固体粒子重度(公斤/米3)e液体重度(公斤/米3)其中的ε (VH-V)/(VH) ……(3)式中VH流化床层体积V固体粒子所占的体积如果流化介质是黄砂，其重度为2600公斤/米3，ε＝0.67，废水比重取1000公斤/米3，代入式(2)得ΔP1＝L(1-0.67)(2600-1000)＝528L在工程上要使黄砂膨胀流化，液流必须以25～40米/小时的上升流速向黄砂供能，介质流化和废水生化所需氧量都要求流出液以10～30倍的回流比进行回流，能耗是十分可观的。
本发明载有生物膜后的中空塑料短管，重度可在950公斤/米3，ε＝0.9，废水重度取1000公斤/米3(由于鼓入空气，最好取气-液混合物的重度，其值＜1000公斤/米3，实际上是和载体重度很接近的)，代入式(2)得ΔP2＝L(1-0.9)(950-1000)＝-5L
由式(4)可见，本发明载体对流体的阻力其绝对值是黄砂为载体时流体阻力的1%，方向相反，表现为极小的浮力。当用本发明装置操作时，在容器下部鼓入少量气体搅动，就可达到流态化，其均匀程度可超过以黄砂为载体的流化床。本发明依靠气力使载体流化所需的能量，与依靠水力使黄砂流化所需的能量相比，将如(4)式所计算的结果，可见本装置耗用的能量将有可观的降低。
本发明的另一个优点是装置简单。由于载体漂浮于液体上部，在装置中不叵蠡粕傲骰材茄柚枚嗫装逡员阍谕３凳庇糜谧霸鼗粕 由于本发明采用气力搅拌，流化状态比用液力使黄砂流化的状态激烈得多，载体内、外表面生长的生物膜在稍微老化一些以后就会自行脱落，因此不需要专门的脱膜装置以及脱膜后的载体粒子的返回装置;本发明载体易流化且流化状态易均匀，对配水装置无特殊要求。
本发明的其它优点是运转管理方便。在实际操作时，被处理废水的流量和流出液的回流与否，以及回流比的大小均可视处理水质、处理要求采用相应的处理装置並在一定范围内任意调节而不影响流化床操作，比Hy-Flo生物流化床的操作简便易行。
此外，本发明对被处理的废水水质和水量有很强的适应性，既可用于城市废水处理，也可用于各种浓度的工业有机废水。实践表明，高或低浓度的有机废水用本发明处理，效果皆好。
本发明的污泥浓度可高达35克/升，大大超过Hy-Flo流化床的污泥浓度14克/升，污泥量大大减少，对固一液分离及污泥脱水大为有利。
本发明装置见附
图1。以下结合附图1，对漂浮粒子生化流化床废水处理装置的结构和操作进行说明。
垂直式容器1是流化床装置的壳体，可为园形、方形、长方形或其它几何截面。在容器1中，配置有载有生物膜后的比重仍小于被处理液体的中空开口流化介质2，当装置操作运行时，被处理的废水不断由高位槽或泵经计量通过入口管3送入容器，由鼓风机送入的空气经计量后经管4通过设在容器下部的向下开口的气体分布器5，以一定速度在容器下部导入，漂浮粒子受到来自气-液混合物的搅动，上下翻动，均匀流化，形成气-液-固三相流化床，供氧不足部分在流化床外用补充供氧装置6提供，要处理的废水和载有生物膜的粒子密切接触，微生物消耗废水中的溶介氧，对废水中的污染物质进行生物氧化，从而使废水得到净化处理。处理过的废水从容器上部经阻截漂浮粒子的滤网7，从出水管8排出的液体，其中有一部分可以回流，也可以不回流，采用回流时，回流液经管9，通过泵10，由补充供氧装置6充氧后送入容器1中。
实施例一流化床装置直径1000mm，流化床有效高度2700mm，处理印染废水，进水生化需氧量BOD5＝751mg/l，化学耗氧量CODcr＝1371mg/l，出水BOD5＜60mg/l，COD5＜200mg/l，直接布气强度为10～20米3/米2·小时，回流比2.5，容积负荷为10kg BOD/日·米3。
权利要求
1.一种由垂直式容器、处理水进出管、排空排泥管、布气装置，载有生物膜的粒子组成的生化流化床废水处理装置，其特征是a.流化介质采用载有生物膜后的比重小于被处理废水的中空开口塑料短管，b.容器下部装有气体分布器，c.除容器内气体分布器直接供氧外，容器外还有补充充氧装置，d.处理水出口处装有滤网，e.采用空气为氧源，f.被处理液和回流液，分别或合并经过进水管进入容器内。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是垂直式容器，可为园形、方形、长方形、多边形或其它几何截面。
3.根据权利要求1和2所述的装置，其特征是中空开口短管，短管由单环或由若干单环组合的多环构成。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征是单环的横截面可以是园形、三角形、多边形，多环的横截面是由单环规则排列的横截面组成。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征是单环横截面直径或边长为3～10mm，最好为4～6mm。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征是中空短管内外表面粗糙无光泽或兼具规则或不规则条纹。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征是除中空开口短管载有生物膜后的比重小于被处理液体外，载有生物膜后的中空开口短管的比重越接近被处理液体的比重越好。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征是同一个流化床容器内，可以采用用样比重同样粒径的中空塑料短管为填料，也可采用不同比重相同粒径、不同粒径、相同比重、不同粒径不同比重的中空塑料短管为填料。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征是气体分布器可以是爪形曝气头、散流式曝气器、穿孔管、多孔陶瓷或其它鼓风充氧装置。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征是补充充氧装置可以是射流器喷射充氧，也可以是爪形曝气头，散流式曝气器，穿孔管，多孔陶瓷或其它鼓风充氧装置。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征是补充充氧装置可以对被处理液体直接充氧，也可以对回流液进行充氧，充氧后的液体再进入容器内进行处理。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征是气体分布器和补充充氧装置，可采用空气的氧源，也可采用纯氧为氧源。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征是经本装置处理后的流出液，采用回流时，其中一部分为回流液，其余为排放液;如不回流，经本装置处理后的流出液全部为排放液。凡排放液必须经过固液分离装置处理后才能排放。凡回流液可以经过，也可以不经过固液分离装置。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征是固液分离装置可以是漂浮滤池，一般的快滤池或斜板沉淀池。
全文摘要
本发明公开了一种以漂浮物质为生物膜载体的生化流化床废水处理装置。该装置使用比重略小于处理液的中空塑料短管作流化介质，单环中空短管(是单环或由若干单环组合的多环)的管径范围是3～10mm，模截面可为圆形、三角形或多边形，而且内外表面粗糙，以利微生物挂膜生长。操作时，处理液自下而上通过流化床装置，并在装置下部通入空气进行气力流化。本装置具有效率高、能量省、装置简单、运转管理方便，应用面广的优点。
文档编号C02F3/12GK1030028SQ8710107
公开日1989年1月4日 申请日期1987年6月23日 优先权日1987年6月23日
发明者巫惠湘 申请人:东方冷却塔水处理技术开发中心