CN114133032B - 污水处理用新型隧道式固定床反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污水处理用新型隧道式固定床反应器，属于污水处理技术领域。其技术方案为：所述固定床反应器设置有进水口和出水口，所述固定床反应器内固定安装有若干个填料组件，填料组件浸没于污水中；填料组件包括若干个生物填料，生物填料设置有通道，通道内壁上的进水段生长有好氧生物膜，出水段生长有缺氧生物膜；填料组件由若干个生物填料并联而成，或者由若干个生物填料串联形成生物填料组后再将若干个生物填料组并联而成；填料组件的底部侧面安装有曝气器。本发明的固定床反应器无需分区即可实现好氧去除有机物、硝化反硝化脱氮等作用，大大提高了处理效率，且无需内回流装置，减少了工艺单元组合，降低了装置成本及运行费用。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种污水处理用新型隧道式固定床反应器。
背景技术
生物膜法是与活性污泥法并列的一类污水生物处理技术，是一种固定膜法，主要用于去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物。处理技术有生物滤池(普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池)、生物转盘、生物接触氧化没备和生物流化床等。
在工艺应用中，有机物的去除主要依靠微生物好氧条件下的氧化分解作用，而氨氮、总氮的处理则主要需要好氧条件下的硝化菌及缺氧条件下的反硝化菌配合完成。传统的脱氮机理认为：脱氮一般包括氨化、硝化、反硝化和同化四个过程；先是异养型细菌把有机氮转化为铵态氮（氨化），此后铵态氮又被自养型亚硝化菌氧化成亚硝态氮，进而亚硝态氮又被自养型硝化菌氧化为硝态氮（硝化），最后异养型的反硝化菌同时将亚硝态氮和硝态氮还原为气态氮（反硝化）。
由于氨化反应速度很快，一般不作考虑，生物的同化代谢过程也能去除少部分氮，这是脱氮的次要过程，所以生物脱氮主要是硝化和反硝化两个过程。硝化细菌是一种好氧细菌，需要在好氧条件下培养，而反硝化细菌则需要在缺氧的调节下培养，因而传统工艺通常需进行设置多个池体或进行池体分区以控制不同的溶解氧浓度从而培养出不能功能的微生物菌群，同时为了有效利用碳源，在AO工艺中将消耗碳源的反硝化池前置，污水先经过反硝化池再进入硝化池，硝化池的硝化液再经水泵回流至前端反硝化池中进行反硝化作用脱除总氮。因此污水生化处理要达到良好的有机物去除及脱氮效果，需要在生物池内进行好氧区、缺氧区等功能区的划分。
传统生物膜处理工艺通常需进行设置多个池体或进行池体分隔，控制水体中的溶解氧等环境条件，从而培养出特定功能的生物膜以完成工艺环节；传统工艺中完成反硝化回流过程通常需要通过回流泵等动力装置完成，能耗较大，设备投入及后期维护成本较高。
即便在已分区的工艺单元中，传统工艺的填料控制仍存在较多问题：
1、传统工艺池体中的填料在无搅拌装置的辅助下难以保证污水均匀过流，易发生局部短流等状况影响处理效果；而在搅拌器的推动下，流动状态填料还存在易于池体角落堆积，无法正常参与到处理环节的问题；传统形式的固定床工艺通常采用小块载体填充作为填料，污水流速较慢，生物质传质效率低，径向可能存在不均一流速分布，易产生沟流、短流；2、传统形式的固定床工艺采用小块载体填充作为填料，床层阻力较大，特别容易产生堵塞情况；由于缺少有效的脱膜机制，传统工艺中填料附着的老化生物膜难以脱落，一段时间后为保证处理效率，需进行填料更换，导致建设及维护成本的提高；3、传统工艺中采用的流动状态填料存在流失风险，如不能设置有效拦截网，则易导致填料随出水流失甚至堵塞管道或损坏后续单元设备。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种污水处理用新型隧道式固定床反应器，通过采用隧道式生物填料，固定床反应器无需分区即可实现好氧去除有机物、硝化反硝化脱氮等作用，大大提高了处理效率，且无需内回流装置，减少了工艺单元组合，降低了装置成本及运行费用。
本发明的技术方案为：
污水处理用新型隧道式固定床反应器，所述固定床反应器设置有进水口和出水口，所述固定床反应器内固定安装有若干个填料组件，填料组件浸没于污水中；填料组件包括若干个生物填料，生物填料设置有通道，通道内壁上的进水段生长有好氧生物膜，出水段生长有缺氧生物膜；填料组件由若干个生物填料并联而成，或者由若干个生物填料串联形成生物填料组后再将若干个生物填料组并联而成；填料组件的底部侧面安装有曝气器。
优选地，所述填料组件的下方安装有曝气冲刷管，曝气冲刷管上开设有孔或者安装有若干个喷嘴。
优选地，所述填料组件的顶部安装有挡板。
优选地，所述挡板铰接在填料组件的顶部且挡板与填料组件之间设置有固定连接件。
优选地，所述固定床反应器设置有多个进水口。
优选地，所述通道的长度为至少20cm。
优选地，所述通道内壁上设置有凹槽或凸起。
优选地，所述通道呈直线、折线或曲线形状。
优选地，所述填料组件的若干个生物填料之间平行布置。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1. 生物膜法污水处理工艺应用时间较短，20世纪20-30年代生物膜法开始以反应器形式应用于污水处理，但一直应用较少，直到20世纪后期由于材料科学的进步，新型填料的出现才使生物膜法于污水处理领域占据一席之地，并逐渐成为市场主流工艺。例如国内应用较为广泛的MBBR工艺，该工艺为挪威理工大学的教授于20世纪90年代发明应用，于21世纪初引入国内，但在近十几年中仍在不断的填料改进、工艺探索中。本发明的新型隧道式固定床反应器依托于一种全新形式的填料载体，以独特的思路解决了业界一直存在的难题——有机物去除的同时独立完成脱氮除磷，同时满足了工艺低能耗、填料免更换等要求。
2. 本发明的固定床反应器无需分区即可实现好氧去除有机物、硝化反硝化脱氮等作用，大大提高了处理效率的同时减少了工艺单元组合，降低了污水处理装置成本。
3. 本发明的固定床反应器可以将填料组件进行模组化标准化，安装难度低，因此也可在老旧污水处理装置改造中应用，池体改造难度大大降低，改造成本低，施工工期快，运行效果好。
4. 本发明无需搅拌装置，可保障污水无短流、沟流等过流问题，生物质传质效率高，填料组件固定式安装，无流失风险。
5. 本发明解决了传统固定床工艺中填料脱模容易堵塞的一大难题，通过采用隧道式固定床生物填料，污水通道上下贯通，脱除的生物膜可以顺畅得自通道内排出，结合曝气冲刷管，避免了堵塞现象的发生，可有效脱膜从而免更换填料。
6. 本发明仅利用曝气器的充氧曝气便可完成硝化及反硝化作用的水循环，无需增加动力设备进行污泥回流及硝化液回流，也无需专用水下搅拌装置，减少了相关装置的设备成本，且节约了能耗，大大降低了运行处理成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的俯视图。
图3是多块本发明的生物填料并联在一起的剖视图。
图4是本发明具有不同通道形状的生物填料的俯视图。
图5是本发明具有不同通道形状的多块生物填料固定在一起的俯视图。
图6是本发明具有不同形状的多块生物填料固定在一起的主视图。
图7是实施例6的污水处理工艺流程图。
图8是对比例1的污水处理工艺流程图。
图中，1-固定床反应器、101-进水口、102-出水口、2-生物填料、201-通道、202-好氧生物膜、203-缺氧生物膜、204-凸起、3-曝气器、4-曝气冲刷管、401-喷嘴、5-挡板。
具体实施方式
实施例1
如图1-6所示，本实施例提供了一种污水处理用新型隧道式固定床反应器，所述固定床反应器1设置有进水口101和出水口102，所述固定床反应器1内通过支架等方式固定安装有若干个填料组件，填料组件浸没于污水中；填料组件包括若干个平行布置的生物填料2，生物填料2设置有长度至少20cm的通道201，通道201内壁上的进水段生长有好氧生物膜202，出水段生长有缺氧生物膜203，其中进水段和出水段还可能生长有其他生物膜，如兼氧生物膜等，但分别以好氧生物膜202和缺氧生物膜203为主；填料组件由若干个生物填料2并联而成，或者由若干个生物填料2串联形成生物填料2组后再将若干个生物填料2组并联而成，生物填料2间的固定方式可以采用焊接、胶粘或捆绑等多种方式；填料组件的底部侧面安装有曝气器3。
根据实际环境的需要，生物填料2可以水平或倾斜放置在固定床反应器1中。通道201可以做成任意合适的形状，如直线、折线或曲线形状；生物填料2可采用聚烯烃类材料、聚酰胺类材料或聚烯烃类材料与聚酰胺类材料的复合材料制成，材料还可通过改性获得更好的亲水性等其他性质，以在产品性能上满足不易变形、耐老化、耐腐蚀以及亲水性好、易挂膜等特点。
工作原理：
生物填料2具备隧道形状的通道201，由进水口101进入固定床反应器1的污水流入生物填料2的通道201内，含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动，一定时间后，微生物会附着在填料表面而增殖和生长，形成一层薄的生物膜。当含有溶解氧的污水从生物填料2的进水端流入时，污水中的溶解氧将由于生物膜的有机物分解过程逐渐消耗，从而随水流方向在生物填料2的进水段和出水段依次呈现好氧生物膜202、缺氧生物膜203，从而除具备传统填料的好氧反应分解有机物及硝化反应外，还能培养出缺氧条件下的反硝化菌等，从而具备反硝化作用；在同一生物填料2载体上可以具备有明显分区的好氧生物膜202及缺氧生物膜203，附着的微生物沿程分级，特征性种群丰富，对污染物的处理效率更高，且能大大简化工艺流程及设备构造。
设备运行时，由填料组件顶部（即进水端）进入通道201内的污水先后经过硝化反应和反硝化反应，流至填料组件的底部。此时向曝气器3中通入空气，利用曝气充气造成填料组件底部区域的有效密度降低，则局部压强降低，流体压力将驱动底部周围的流体流入，使得局部水深加大，类似于气提的原理。表现为形成向上的水流，曝气器3顶部的水面明显高于周边水面，而后水流流向周边，使得经过了硝化和反硝化反应的污水流至填料组件底部后再流回填料组件的顶部，随后经由生物填料2的隧道状通道201形成向下的水流，再次流至填料组件的底部，循环往复进行硝化和反硝化反应。
因此，在功能上污水经生物填料2的好氧区氧化分解有机物及硝化作用后进入缺氧区，在缺氧区中进行反硝化作用脱除总氮，并且由于水流的流动，上部硝化液可以完全进入下部缺氧区进行反硝化作用，而后再次返回至上部好氧区，多次循环往复强化了有机物去除及脱氮效果，大大提高了脱氮效率。这种处理方式无需池体分区，无需内回流装置，降低了运行处理成本。
实施例2
在实施例1的基础上，所述填料组件的下方安装有曝气冲刷管4，曝气冲刷管4上开设有孔或者安装有若干个喷嘴401。在生物填料2内壁上附着的老化的生物膜已不能通过正常水流冲刷脱除时，通过填料组件下方的曝气冲刷管4进行底部间歇曝气，气泡上行从而产生剪切力辅助脱膜，由于生物填料2上下贯通的隧道式贯穿型的结构，脱除的生物膜可以顺畅得自通道201内排出，避免了堵塞现象的发生，从而保障了后期的高效运行。
实施例3
在实施例2的基础上，所述填料组件的顶部安装有挡板5，所述挡板5铰接在填料组件的顶部且挡板5与填料组件之间设置有固定连接件，调整好挡板5在填料组件上的倾斜角度后用固定连接件将挡板5固定在填料组件顶部，其中固定连接件可以是螺栓连接在挡板5和填料组件上的连接板等。
同时，可以根据需要将挡板5的底部、中部或上部铰接在填料组件的顶部，这样不仅可以通过调整挡板5倾斜角度来调节气提水进入填料组件内部的角度，还可以通过调整挡板5露出填料组件顶部的长度来调节气提水进入填料组件内部的量，从而控制由气提作用引入填料组件内部的进水量及流速，从而控制填料进水负荷等参数。除此之外还可通过调节曝气器3的曝气量来控制污水的流量流速。
实施例4
在实施例1的基础上，所述固定床反应器1设置有多个进水口101，即进水多点分布。于固定床反应器1内设置多个进水点，将原水进行多点位分布进水。
碳源一直是传统生物脱氮除磷工艺的控制因素，碳源是微生物生长必须的营养元素，主要消耗于释磷、反硝化和异养菌代谢。当进水存在碳源含量低时，会造成出水脱氮除磷效果较差。在固定床反应器1内污水可由一端流入，自另一端流出，污水浓度逐渐降低，后端填料组件可能因缺少碳源影响其脱氮作用。本实施例通过多点进水，可合理有效地分配利用进水中的碳源，实现较高的脱氮效果。
实施例5
在实施例1的基础上，所述通道201内壁上设置有凹槽或凸起204，以增加生物填料2的内表面积，同时凹槽和凸起204也可起到增加生物填料2支撑强度防止变形的作用。
实施例6
如图7所示，本实施例中，固定床反应器1应用于典型的污水处理工艺，生化处理单元仅采用一个池体（固定床反应器1）便可完成有机物、氨氮、总氮的去除，处理工艺流程简单高效。
对比例1
如图8所示，与实施例6相比，对比例1分别设置了缺氧池和好氧池来单独进行反硝化反应和硝化反应。
实施例6与对比例1相比存在以下优势：
工艺单元方面：实施例6采用本发明的固定床反应器1，无需单独设置缺氧池和好氧池，生化处理单元节省池体建造费用约25%；
占地方面：实施例6由于合并池体，生化处理单元占地面积可缩小约30%；
设备配置方面：实施例6无需设置缺氧池内搅拌装置，无需专用硝化液回流泵，可节省对应装置的安装购置费用；
能耗方面：实施例6无需回流，运行成本降低，生化处理单元能耗降低约15%-25%。
此外，本发明的固定床反应器1还可应用于泥膜耦合生物处理工艺、多级AO改造工艺等等多种污水处理工艺。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.污水处理用新型隧道式固定床反应器，所述固定床反应器（1）设置有进水口（101）和出水口（102），其特征在于：所述固定床反应器（1）内固定安装有若干个填料组件，填料组件浸没于污水中；填料组件包括若干个生物填料（2），生物填料（2）设置有通道（201），通道（201）内壁上的进水段生长有好氧生物膜（202），出水段生长有缺氧生物膜（203）；填料组件由若干个生物填料（2）并联而成，或者由若干个生物填料（2）串联形成生物填料（2）组后再将若干个生物填料（2）组并联而成；填料组件的底部侧面安装有曝气器（3）；
所述填料组件的下方安装有曝气冲刷管（4），曝气冲刷管（4）上开设有孔或者安装有若干个喷嘴（401）；
所述固定床反应器（1）设置有多个进水口（101）。
2.如权利要求1所述的污水处理用新型隧道式固定床反应器，其特征在于：所述填料组件的顶部安装有挡板（5）。
3.如权利要求2所述的污水处理用新型隧道式固定床反应器，其特征在于：所述挡板（5）铰接在填料组件的顶部且挡板（5）与填料组件之间设置有固定连接件。
4.如权利要求1-3任一项所述的污水处理用新型隧道式固定床反应器，其特征在于：所述通道（201）的长度为至少20cm。
5.如权利要求1-3任一项所述的污水处理用新型隧道式固定床反应器，其特征在于：所述通道（201）内壁上设置有凹槽或凸起（204）。
6.如权利要求1-3任一项所述的污水处理用新型隧道式固定床反应器，其特征在于：所述通道（201）呈直线、折线或曲线形状。
7.如权利要求1-3任一项所述的污水处理用新型隧道式固定床反应器，其特征在于：所述填料组件的若干个生物填料（2）之间平行布置。
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