CN105461055A - 曝气好氧兼氧生物膜消化反应装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了曝气好氧兼氧生物膜消化反应装置及方法。该装置包括兼氧池、消化反应塔和泡沫处理装置。该消化反应塔的塔身内设有布水器、曝气装置、生物膜载体填料层和回流管，该布水器和塔身的排水口分别位于填料层竖直两侧，该回流管贯穿穿过填料层。该填料层与曝气气泡接触和反应，填料层的生物膜吸收氧气并消化污水中有机物以形成好氧污泥，该好氧污泥经回流管沉入塔底部以能清理出，污水中溶解有气泡内的氧气以实现氧化作用。曝气气泡受填料层剪切作用接触、吸附污水中悬浮物，且悬浮物随气泡上升浮出水面以形成泡沫，收集泡沫并通过泡沫处理装置处理。污水经排水口流回兼氧池进行兼氧反应和反硝化反应，以降解污水中的氨氮和COD。

Description

曝气好氧兼氧生物膜消化反应装置及方法

技术领域

本发明涉及一种曝气好氧兼氧生物膜消化反应装置及方法。

背景技术

生物方法处理污水的工艺中，好氧曝气是最常用且最广泛和有效的一种方法。由于该方法历史沿革发展的原因，在实际应用中一直采用的是直接在好氧池里直接安装曝气装置进行曝气增氧的方法，在该曝气池里得到充分的曝气增氧，使污水中的溶解氧上升到工艺要求的指标值(2mg/L)。然后让污水流入另一缺氧池(兼氧池)使其溶解氧因稀释而减少，处于一种缺氧状态。通过好氧菌的消化作用将污水中的有机物转化为好氧污泥形态而去除，通过好氧菌的硝化作用和厌氧菌的反硝化的交替作用(细菌生长—硝化—反硝化—细菌消亡—细菌生长)而降解了污水中氨氮。此工艺过程有设置成A/O也有设置成A2/O的，即缺氧/好氧，缺氧、缺氧/好氧的过程。视需要处理的污水的COD、氨氮成分比例而定。需要降解COD的，则以好氧消化反应为主；需要降解氨氮的则以兼氧硝化、反硝化反应为主。

传统和现行的方法存在的主要缺陷为：

1、直接在池内曝气，曝气过程中产生的大量泡沫无法去除或重新返入池中或溢出而对环境造成二次污染，同时大量的悬浮物又回到污水中(COD)，没有得到有效去除，既浪费了大量能量(曝气过程自然会产生大量泡沫，而不加去除视同浪费)，又影响了环境。

2、曝气过程中产生的大量污泥容易因沉降而堵塞曝气头的曝气孔而使曝气头失效。

3、曝气装置(曝气管道和曝气头)安装在池的中部或底部，难以进行维修和维护(维修时要清空整池污水，排空污水需要有备用池进行周转。一般污水处理站皆不具备)。

4、曝气头离水面的距离受到限制，而使氧传导效率不高。由于池的建设成本与深度成几何级数正比例，池的深度的加深会大大增加池的建设成本，所以一般它的深度在3米ˉ4米间，而曝气头安装在2.5米左右。空气从污水中上升的距离越短则氧传导效率越低，如果降低曝气头的位置增加其深度，则势必增大水的压力而必须增加曝气风机的功率。而靠池表面面积来达到增氧效果的方法，会大大的提高能耗。

5、由于直接利用污水池来进行曝气(即曝气池)，成倍地增大了污水池的容量。增加了整体投资成本和占地面积。给土地面积紧缺的场合带来实施的困难。

发明内容

本发明提供了曝气好氧兼氧生物膜消化反应装置及方法，其克服了背景技术中好氧曝气装置所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：

曝气好氧兼氧生物膜消化反应装置，包括兼氧池、消化反应塔和泡沫处理装置；

该消化反应塔，包括塔身，该塔身内设有用于分布污水的布水器、用于产生曝气气泡的曝气装置、生物膜载体填料层和用于污泥下沉的回流管，该布水器和塔身的排水口分别位于填料层竖直两侧，该回流管贯穿穿过填料层；该兼氧池内污水通过布水器分布污水，该污水流经填料层并能从排水口排出；

该填料层与曝气气泡接触和反应，填料层的生物膜吸收氧气并消化污水中有机物以形成好氧污泥，该好氧污泥经回流管沉入塔底部以能清理出，污水中溶解有气泡内的氧气以实现氧化作用；

曝气气泡受填料层剪切作用接触、吸附污水中悬浮物，且悬浮物随气泡上升浮出水面以形成泡沫，收集泡沫并通过泡沫处理装置处理；

污水经排水口流回兼氧池进行兼氧反应和反硝化反应，以降解污水中的氨氮和COD。

一实施例之中：该塔身底部设排泥口，该排泥口接有排泥管，该排泥管上设有开关阀门。

一实施例之中：该塔身顶部设置为泡沫收集结构，该泡沫收集结构之截面面积渐上渐小且为上小下大的锥形结构，该锥形结构之顶端设开口以构成排泡口，该泡沫处理装置接通排泡口。

一实施例之中：该塔身之位于泡沫收集结构之下及填料层之上的内壁设置有一开口朝上的环形槽，该环形槽能构成溢水槽；该排水口设在环形槽底部以接通环形槽，以将环形槽内的水排出。

一实施例之中：该布水器和排水口分别布置在填料层之上下两侧，布水器布置在塔身的塔底，排水口布置在塔身的上部。

一实施例之中：该曝气装置位于填料层和布水器之间，该曝气装置包括曝气头，曝气头包括开设有多个气孔的腔体，该腔体通过气管接通气泵，该腔体围成环形或多个腔体排列成环形；在上下投影视图中布水器位于环形内。

一实施例之中：该回流管上端口伸出填料层之上，该回流管下端口伸出填料层之下，回流管之轴线和曝气装置的环形轴线重合，且回流管之直径小于环形之直径，该回流管下端口位于曝气装置之上。

一实施例之中：该泡沫处理装置包括一排泡管、一接通排泡管的消泡器和一接通消泡器的泡沫干燥装置；该排泡管一端口朝下且接通塔身，另一端口水平横向延伸，然后再竖直朝下延伸；该消泡器水平布置且接通排泡管另一端口，该泡沫干燥装置接通消泡器。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之二是：

上述的曝气好氧兼氧生物膜消化反应装置的反应方法，包括：

a.将兼氧池的污水送至布水器，通过布水器将污水送入塔身，污水流经填料层，在填料层中污水与曝气装置输入的气泡接触和反应，填料层的生物膜吸收氧气并消化污水中的有机物以形成好氧污泥，该污泥经下沉的回流管沉入塔身底部，污水经消化反应后污水中溶解了气泡内的氧达到了好氧反应要求，实现氧化作用；

b.曝气装置输入的气泡在填料层的剪切作用下与污水中的悬浮物接触，悬浮物吸附在气泡上，悬浮物随气泡上升而浮出水面并形成大量的泡沫，泡沫集中在塔身顶部，通过曝气装置输入的气体的压力将泡沫压至泡沫处理装置处理；

c.污水回流入兼氧池后在兼氧池内完成兼氧反应、反硝化反应。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1、布水器、曝气装置、填料层、回流管设在塔身内，反应塔集氧化作用和硝化反应于一体构成集成化，一方面，体积小，无须另备污水池,污水直接排入兼氧池即可，另一方面，容易实现全自动控制，使***稳定高效运行。

2、容易拆装和维护曝气装置，曝气效率大大改善和提高。

3、回流管能供污泥下沉，避免污泥容易因沉降而堵塞曝气头的曝气孔而使曝气头失效；泡沫处理装置连接反应塔，能有效吸收去除泡沫，避免泡沫重新返入池中或溢出。

4、反应塔集成化，可以轻易地实现曝气水深的加深，而不会成正比例地加大消耗能量。加深了水深和利用生物膜载体填料的作用来提高氧传导效率，延长气水溶解时间，延长生物膜与氧接触时间，可以大大的降低能耗和提高氧传导效率，减少(土地面积占用)占地成本。

5、集成化塔式曝气装置的应用和内充填料层的巨大的比表面积的作用，使曝气***无须占用一个体积庞大的曝气池，从而大大减少好氧兼氧池的体积和投入成本。可以通过提高高度和增加填料的体积来达到大面积曝气池的效果，所以传统的曝气池被该消化反应塔所取代，而只需建造兼氧池即可。污水在该反应塔内呈好氧反应，污水回流到兼氧池后，由于稀释作用兼氧池的污水溶解氧迅速降低，如维持在0.2mg/L上下(可根据需要计算和控制)这样一个最适合兼氧反消化反应的指标，且只要控制该消化反应器的参数，如溶解氧(2mg/L±0.3)，就可轻易控制兼氧池的相关指标，为***控制带来极大的自动化便利。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1绘示了反应装置的结构框架示意图。

图2绘示了反应装置的具体结构示意图。

具体实施方式

请查阅图1和图2，曝气好氧兼氧生物膜先化反应装置，包括兼氧池10、消化反应塔20和泡沫处理装置30。

该消化反应塔20，包括塔身21，该塔身21设排水口216。该塔身21底部设排泥口，该排泥口接排泥管211，该排泥管211上设开关阀门212。该塔身21顶部设置为泡沫收集结构213，该泡沫收集结构213之截面面积渐上渐小，如为上小下大的圆锥形结构，该锥形结构之顶端设开口以构成排泡口214。该塔身21内设有用于分布污水的布水器22、用于产生曝气气泡的曝气装置23、能使曝气气泡受剪切作用的生物膜载体填料层24和用于污泥下沉的回流管25。最好，在塔身21之位于泡沫收集结构213之下及填料层24之上的内壁设置有一开口朝上的环形槽215，该环形槽215能构成溢水槽；该排水口216设在环形槽215底部以接通环形槽，以将环形槽内的水排出。该生物膜载体填料层24外最好设填料支撑架和填料阻拦网，以将生物膜载体填料层24固装在塔身的固定位置。

该布水器22和塔身21的排水口216分别位于填料层24之竖直两侧，本实施例中以布水器22和排水口216分别布置在填料层24之上下两侧为例，布水器22布置在塔身的塔底，排水口216布置在塔身的上部，至少是位于填料层24之上。当然根据需要，布水器22和排水口216也可布置在填料层24之下上两侧。

该曝气装置23位于填料层24和布水器22之间。最好，该曝气装置23包括曝气头，曝气头包括开设有多个气孔的腔体，该腔体通过气管231接通气泵232，气体通过气管231、腔体、气孔进入塔身内并产生气泡，气泡内包裹有气体，气体中至少包括有氧气。该腔体围成环形或多个腔体排列成环形，使曝气头均匀产生气泡。在上下投影视图中布水器22位于环形内。该布水器22通过进水管221由吸水泵222接通兼氧池10，吸水泵222抽取兼氧池10的污水并送至布水器22，该布水器22均匀分布污水，该布水器22如包括多个径向环形阵列布置的布水管，布水管上均匀开设有出水孔，布水管接通吸水泵，污水通过布水管、布水管的出水孔均匀出水进入塔身21，该污水流经填料层24，以完成溶解氧的反应和好氧生物硝化反应，再从排水口216排出。该填料层如采用塑料球，最好是空心的塑料球。

该回流管25上下贯穿穿过填料层24，该回流管25上端口伸出填料层24之上，该回流管25下端口伸出填料层24之下，回流管25之轴线和曝气装置23的环形轴线重合，且回流管25之直径小于环形之直径。该回流管25下端口位于曝气装置23之上。

该泡沫处理装置30包括一排泡管31、一接通排泡管31的消泡器32和一接通消泡器32的泡沫干燥装置33。该排泡管31一端口朝下且接通塔身之锥形顶部的排泡口214，另一端口水平横向延伸，然后再竖直朝下延伸；该消泡器32水平布置且接通排泡管31另一端口，在泡沫自垂直转向水平时泡沫间互相挤压实现消泡。该泡沫干燥装置33接通消泡器32，以干燥泡沫以转化成粉末加以利用和去除。泡沫受气压挤压时，能挤压出水，水流至环形槽内。

本实施例之中，布水器22、曝气装置23、填料层24和回流管25都设在塔身内，故能将曝气池的好氧反应、硝化反应集成在一个塔式反应器里进行，使污水在集成式消化反应塔中完成溶解氧的反应和好氧生物消化反应。具体而言：

1、该填料层与曝气气泡接触和反应，填料层的生物膜吸收氧气并消化污水中有机物以形成好氧污泥(该好氧污泥经回流管沉入塔底部以能被清理出)，而且污水经硝化反应后污水中溶解气泡内的氧达到了好氧反应要求，实现氧化作用。它能产生如下优点：a、载体能接受较大的曝气冲击，具有较大比表面积，可大量承载生物膜附着；b、载体还具有大量的能让气体曲折迂回的空隙通道，使曝气产生的空气微泡在载体内延长其上升速度，从而加长其停留时间，加大与生物膜及污水的接触时间与接触面积，提高氧溶解效率，使气体，如空气(主要是空气中的氧气)在反应器内得到最大的有效利用。

2、在剪切作用下气泡接触、吸附污水中悬浮物，悬浮物随气泡上升浮出水面形成泡沫，收集泡沫并通过泡沫处理装置处理。它能产生如下优点：a、因载体剪切作用，则降低了气泡上升速度，使气泡缓慢上升，以能吸附大量的悬浮物再浮出水面，在反应器顶部空间形成大量泡沫；b、该泡沫在曝气头源源不断的供气之下，使进入反应器的空气形成压力，迫使泡沫沿着排泡口和排泡管被挤出，并经消泡器和干燥装置而将大量的悬浮物转变成粉末而去除，从而极大地降低了污水中的COD；c、由于集成化塔式曝气装置的应用和填料的使用，使曝气的无效副反应转变成有效的正反应，即通过填料的剪切作用产生大量的泡沫而集成化塔式反应器能使泡沫容易自然去除，从而大大降低污水中的悬浮物和COD，根据实例，可以降低能耗50％或者说提高效率50％。

另设排水管217，该排水管217一端接通排水口216，另一端接通兼氧池10，该污水经排水口216、排水管21流回兼氧池10进行兼氧反应、反硝化反应，以降解污水中的氨氮和COD。

最好，还设置有自动控制***40，其如为PLC，自动控制***40信号连接气泵、吸气泵。根据需要，可另设溶解氧传感器，该溶解氧传感器设在兼氧池10或/和排水口216，或，兼氧池10或/和排水管217末端口。其中：1、自动控制***40通过控制曝气气泵的功率来控制反应塔的溶解氧参数；2、通过设计反应塔的高度和体积来达到节省能耗的目的。通过反应塔内生物膜载体填料的填充量来控制有效反应面积，以达到减少体积和提高效率的目的。通过反应塔和兼氧池的含氧量(溶解氧参数)来控制曝气量和曝气时间。将溶解氧和水量指标输入自动控制器(PLC)来控制整个***稳定运行以达到自动化的目的。该反应控制和溶氧参数，可以根据反应塔的大小和兼氧池的容积大小来设计实施，并轻松实现自动化控制。本发明的一个具体实施例的具体参数如：

硝化反应塔参数：高度(深度)≥2.5m；容积≥1m³；底面积≥2.5m²；形状：柱、方柱、矩形柱；生物膜填料参数：填料的比表面积≥150m²/m³；填料的比表面与容量的关系≥100m²/m³；填料的比重≥0.5g/cm³且≤1.2g/cm³；填料的颗粒度≥5000个/m³；风量的参数：供风量≥100m³/hm³；微孔曝气头数量：0.5个/m³；溶解氧参数：反应塔内溶解氧含量2mg/L±0.3；兼氧池内溶解氧含量0.2mg/L±0.03；进水布水点数量≥4；布水点分布方式：平面均匀分布。

曝气好氧兼氧生物膜消化反应方法，包括：

a.污水在反应塔内完成好氧消化反应，好氧消化反应包括消化作用和氧化作用。其中：吸水泵从兼氧池吸入污水，再将污水送至布水器且经布水器均布污水，污水从反应塔底部流入反应塔，流经填料层，在填料层中污水与曝气头输入消的微小气泡充分接触和反应，填料层的生物膜吸收氧气并硝化污水中的有机物以形成好氧污泥(好氧菌消亡后的产物)。该污泥经设在反应塔中心部位的下沉回流管沉入塔底部，以能定期从排泥口清理出污泥。而且，污水经硝化反应后污水中溶解气泡内的氧达到了好氧反应要求，实现氧化作用。

b.污水在反应塔内完成去除悬浮物的高效产泡和排泡工作。其中：经曝气头输入的微小气泡在填料层的剪切作用下与污水中的悬浮物大面积接触，悬浮物吸附在气泡上，悬浮物随气泡上升而浮出水面并形成大量的泡沫，泡沫集中在硝化反应塔顶部锥形结构内，通过曝气头输入的空气的压力将收集在排泡口的泡沫压至排泡管。泡沫经排泡管排到消泡器，再经泡沫干燥器干燥以转化成粉末加以利用和去除。

c.污水回流入兼氧池后在兼氧池内完成兼氧反应、反硝化反应和污泥沉降。其中：污水经反应塔内的好氧反应和吸收溶解氧后，溶解氧达到了好氧反应要求，其从回流管回流入兼氧池时，因兼氧池体积大于反应塔而稀释了氧溶量，因此能在池内进行反硝化和兼氧反应，以降解污水中的氨氮和COD，以有效去除氨氮和COD，并通过污泥沉降沉淀污泥。经兼氧池消化反应后污水再次被吸入反应塔内处理，如此循环往复进行，以起到好氧缺氧的连续循环消化反应，达到去除COD和氨氮的效果。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (9)

1.曝气好氧兼氧生物膜消化反应装置，其特征在于：包括兼氧池、消化反应塔和泡沫处理装置；

该消化反应塔，包括塔身，该塔身内设有用于分布污水的布水器、用于产生曝气气泡的曝气装置、生物膜载体填料层和用于污泥下沉的回流管，该布水器和塔身的排水口分别位于填料层竖直两侧，该回流管贯穿穿过填料层；该兼氧池内污水通过布水器分布污水，该污水流经填料层并能从排水口排出；

该填料层与曝气气泡接触和反应，填料层的生物膜吸收氧气并消化污水中有机物以形成好氧污泥，该好氧污泥经回流管沉入塔底部以能清理出，污水中溶解有气泡内的氧气以实现氧化作用；

曝气气泡受填料层剪切作用接触、吸附污水中悬浮物，且悬浮物随气泡上升浮出水面以形成泡沫，收集泡沫并通过泡沫处理装置处理；

污水经排水口流回兼氧池进行兼氧反应和反硝化反应，以降解污水中的氨氮和COD。

2.根据权利要求1所述的曝气好氧兼氧生物膜消化反应装置，其特征在于：该塔身底部设排泥口，该排泥口接有排泥管，该排泥管上设有开关阀门。

3.根据权利要求1所述的曝气好氧兼氧生物膜消化反应装置，其特征在于：该塔身顶部设置为泡沫收集结构，该泡沫收集结构之截面面积渐上渐小且为上小下大的锥形结构，该锥形结构之顶端设开口以构成排泡口，该泡沫处理装置接通排泡口。

4.根据权利要求3所述的曝气好氧兼氧生物膜消化反应装置，其特征在于：该塔身之位于泡沫收集结构之下及填料层之上的内壁设置有一开口朝上的环形槽，该环形槽能构成溢水槽；该排水口设在环形槽底部以接通环形槽，以将环形槽内的水排出。

5.根据权利要求1所述的曝气好氧兼氧生物膜消化反应装置，其特征在于：该布水器和排水口分别布置在填料层之上下两侧，布水器布置在塔身的塔底，排水口布置在塔身的上部。

6.根据权利要求1所述的曝气好氧兼氧生物膜消化反应装置，其特征在于：该曝气装置位于填料层和布水器之间，该曝气装置包括曝气头，曝气头包括开设有多个气孔的腔体，该腔体通过气管接通气泵，该腔体围成环形或多个腔体排列成环形；在上下投影视图中布水器位于环形内。

7.根据权利要求6所述的曝气好氧兼氧生物膜消化反应装置，其特征在于：该回流管上端口伸出填料层之上，该回流管下端口伸出填料层之下，回流管之轴线和曝气装置的环形轴线重合，且回流管之直径小于环形之直径，该回流管下端口位于曝气装置之上。

8.根据权利要求1所述的曝气好氧兼氧生物膜消化反应装置，其特征在于：该泡沫处理装置包括一排泡管、一接通排泡管的消泡器和一接通消泡器的泡沫干燥装置；该排泡管一端口朝下且接通塔身，另一端口水平横向延伸，然后再竖直朝下延伸；该消泡器水平布置且接通排泡管另一端口，该泡沫干燥装置接通消泡器。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的曝气好氧兼氧生物膜消化反应装置的反应方法，其特征在于：包括：

a.将兼氧池的污水送至布水器，通过布水器将污水送入塔身，污水流经填料层，在填料层中污水与曝气装置输入的气泡接触和反应，填料层的生物膜吸收氧气并消化污水中的有机物以形成好氧污泥，该污泥经下沉的回流管沉入塔身底部，污水经消化反应后污水中溶解了气泡内的氧达到了好氧反应要求，实现氧化作用；

b.曝气装置输入的气泡在填料层的剪切作用下与污水中的悬浮物接触，悬浮物吸附在气泡上，悬浮物随气泡上升而浮出水面并形成大量的泡沫，泡沫集中在塔身顶部，通过曝气装置输入的气体的压力将泡沫压至泡沫处理装置处理；

c.污水回流入兼氧池后在兼氧池内完成兼氧反应、反硝化反应。