CN2229450Y - 一种内循环三相生物流化床 - Google Patents
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Abstract
一种内循环三相生物流化床,属污水处理领域。本流化床由床体,提升管,导流管,隔离管,曝气头所组成,床体为一个下端封闭的直筒,其上端直径较下端大,成一漏斗状;提升管为一个两端敞开的直筒,其直径较床体下端的直径小;导流管一端为一直径大于提升管的敞口直筒,另一端为一直径较小的敞口直筒;隔离管一端为一直径较导流管大的敞口直筒,另一端由两个喇叭筒相连而成;曝气头安置在床体,床体下部有进水口,本流化床性能好,氧的转移效率高,载体流失少,放大设计较容易,运行管理方便。
Description
本实用新型涉及废水,污水处理,属废水、污水处理领域。
流化床的概念是从化工反应器中引入的,在化工概念中,当流体自下向上与固体颗粒物接触,使颗粒在流体中呈悬浮状态并作随机运动,就称该状态为流化状态,相应的反应器就称为流化床(FLUIDIZED BED)。其最大的优点在于传质条件好。而在废水好氧生物处理过程中,微生物、废水与氧三者之间的传质条件的好坏是影响反应装置效能的关键。因此,七十年代初国内外一些学者为改善反应器的传质条件,提高反应器内生物量而将流化床的概念引入废水处理领域。
好氧生物流化床是利用细小的惰性颗粒作载体,在其表面大量微生物生长、栖息,形成生物膜,在气和水的动力作用下,使载体流化,气、固、液三相良好接触,达到了提高生物处理效率的目的。
与传统生物处理法相比较,好氧生物流化床具有以下优点:
(1)水力停留时间短,生物量高,有机负荷高,因此设备体积可大大减小,使基建费用、占地面积相应减少;
(2)不需要污泥回流***,使处理流程简化;
(3)不存在活性污泥法中常发生的污泥膨胀问题或生物过滤法中存在的床层堵塞现象,运行比较稳定;
(4)具有较高的抗冲击负荷的能力。依据流化床内介质的相数,生物流化床可分为二相流化床和三相流化床两大类。
二相床主要包括厌氧流化床和体外充氧的好氧二相床,其特点是流化床内仅存在固液两相之间的接触,载体的流化仅依赖于进水的提升作用。
三相床主要包括无循环三相床和体外循环三相床,其特点是流化床内存在固、液、气三相间的传质,载体的流化依赖于气和水的共同提升作用。
但现行的流化床,还存在下列缺点:
由于二相床在床体内是固液两相之间的作用,载体的流化完全依赖于上升水流的提升作用,为达到较好的流态化,必须借助于较大的循环水量,相应的能耗必然增加很多。另外,要使载体流化均匀就要求底部布水非常均匀,相应增大了设计难度,同时也给流化床的放大带来了许多困难。
对于体外充氧的好氧二相床,其体外充氧设备相当复杂,,相应增加了设备投入和操作难度。同时现有二相床一般均需设置体外脱膜装置,这使***流程更为复杂。
对于无循环三相床,为使床体内载体流化充分、均匀,对底部布水、布气设备要求十分严格,这就增加了流化床的设计和放大难度。另外,头部气、液、固分离效果不佳,需设置体外固、液分离装置和载体回流设备。
对于体外循环三相床,除去上述存在的问题外,由于增加了体外循环***使***能耗大大提高。
综上两点所述,传统生物流化床主要问题在于底部布水、布气设备复杂,使设计和放大难度增加;一般出水的一部分需要循环进入反应器增大了***能耗;需设专门的脱膜设备和载体回流设备,使***投入增大、操作运行更为复杂。
本实用新型的目的是提供一种运行时能耗小,气、液、固分离良好的流化床。
本实用新型内循环三相生物流化床由床体,提升管、导流管、隔离管、曝气头所组成。床体为一个下端封闭的直筒,其上端的直径较下端大,成一漏斗状。提升管为一个两端敞开的等径直筒,其直径较床体下端筒体的直径小。导流管一端为一直径大于提升管的敞口直筒,另一端为一直径较小的敞口直筒,其间有过渡段连接。隔离管一端为一直径较导流管大的敞口直筒,另一端由二个喇叭筒相联组成。提升管安置在床体内的下部,在提升管内形成一升流区,提升管与下部床体之间形成一降流区,导流管的大直径部分套入提升管上端外部,导流管内形成分离区。隔离管的喇叭筒部分套在导流管外,在隔离管和导流管之间形成一回流区。在隔离管外壁与上部床体内壁之间形成一沉淀区及一回流缝。曝气头安置在床体下端。床体下部有进水口。
本实用新型流化床的运行过程如下:
在流化床中充满着带有细小载体(如砂石、陶粒等)的待处理废水,压缩空气通过床体下部的曝气头进行曝气充氧,由于升流区的密度小于降流区,故在升流区中、气体、废水、载体一齐向上流动,当运动到提升管顶部时,部分废水,载体及少数小气泡沿导流管下端在降流区向下流动,另有部分废水、载体及大量气泡通过分离区,在导流管顶部实现气、固、液的分离,使气体逸出,废水与载体通过回流区重返降流区,同时相当于进水流量的那部分液体,通过回流缝上升进入沉淀区经沉淀后上清液排出流化床外。
说明附图如下:
图1为本实用新型内循环三相生物流化床结构示意图。
结合附图说明实施例如下:
本实用新型内循环三相生物流化床由床体(1)、提升管(2)、导流管(3)、隔离管(4)、曝气头(5)所组成。提升管(2)安置在床体(1)内的下部,在提升管(2)内为升流区(6),提升管(2)与床体(1)之间为降流区(7);导流管(3)套入提升管(2)的上端外部,在导流管(3)的内部为分离区(8);隔离管(4)套在导流管(3)的外面,在隔离管(4)与导流管(3)之间形成一回流区(9),在隔离管(4)外壁与床体(1)的内壁之间形成沉淀区(10)及回流缝(11);曝气头(5)安置在床体(1)的下部;床体(1)的下部有进水口(12)。
内循环三相生物流化床(ITFB)不仅具有一般好氧流化床传质性能好,污泥浓度高等优点,还具有传统流化床无法比拟的优点:
1、流化性能好
在ITFB中只要在升流区(5)(内管)中通过足够的空气并且保证内管(2)管径合理,就能实现良好的载体流化。ITFB载体的流化与传统流化床有所不同。ITFB在内管中载体同时受到上升气泡及循环水流的推动,不断膨胀上升,当载体膨胀高度超过内管上端时,载体就会随循环水流进入降流区(6)中,作下降运动。因此,保证足够的气量和合适的内管直径,就可实现载体流化。ITFB载体流化的另一特点是大部分载体都参与循环流动,因此不存在床中载体分层现象,各个载体颗粒在床中所受到的摩擦、剪切基本相同,载体流化所需动能基本上仅仅是供气所消耗的能量,较之传统流化床能耗大大降低;同时,为满足流化均匀所需的布气设备也比传统流化床简单许多。
2、氧的转移效率高
在供给同样气量时,由于ITFB在内管曝气,其曝气截面积小于传统流化床在整个床体载面积曝气,故ITFB中曝气强度较大,液相与气相间的接触比传统的二相床和三相床剧烈。同时,大量液体循环时会夹带一些细小的气泡,使气-液接触时间延长,从而提高了氧的转移效率。实验表时,ITFB中空气利用率可达10—30%,动力效率可达2—5kgO2/kwh。
3、载体流失量少且不需专门的脱膜和载体回流设备。
在ITFB中,由于载体大部分参与循环流动。整个反应器内载体受到的剪切与摩擦基本上均匀一致,因此不会出现载体分层现象(这是传统流化床的基本现象)。同时,由于床内水力摩擦、剪切较剧烈,故过厚的生物膜会自行剥落,以悬浮污泥的形式存在于流化床中,保证流化床中生物载体的密度基本均匀一致。脱落下的污泥经过脱气区后,在固、液分离区可较好地与载体分离,随出水进入沉淀池中。所以在ITFB中,不需增加脱膜机械就能保证流化床中生物载体上的膜不会过度增长,同时载体又不会流失,这样就大大简化了传统流化床处理污水***中所需的辅助设备。
4、放大设计较容易
传统的流化床之所以放大困难,原因主要有两点:(1)流化床中整体流态复杂难于精确描述,无法指导放大设计;(2)流化设备(布水***、布气***)为使载体流化均匀其结构复杂,且放大到大截面时很难实现。
而ITFB针对以上两条有很大改进。首先,增设了内管,将流化床中的载体和液体的运动规范成上升流动和下降流动,经这样改变后,便可从整体上清楚地描绘出流化床中载体和液体的运动规律。经过几个控制参数如液体循环速度等来实现对流化床行为的控制。在放大设计时,只要保证这些关键参数相似就能期望得到相似的流化床行为。其次,由于ITFB中载体的流化决定于管中曝气头释放的气体提升,而内管截面积相对较小,这样放大时曝气头的位置和形式易于布置,不会影响载体的均匀流化。
5、运行管理方便
由于ITFB较之传统生物流化床,省去了体外充氧设备、脱膜及载体回流设备、部分出水回流***,使ITFB***一体化程度大大提高,运行管理更为方便。
6、***能耗大大降低
由于ITFB***载体流化仅依赖供给一定量空气即可完成,无需二相床大量循环回水以保证载体充分流化;同时,氧的转移效率较之传统流化床大大提高。因此ITFB***能耗自然较低。
Claims (1)
1、一种内循环三相生物流化床,其特征是由床体,提升管,导流管,隔离管,曝气头所组成,床体为一个下端封闭的直筒,其上端的直径较下端大,成一漏头状;提升管为一个两端敞开的等径直筒,其直径较床体下端筒体的直径小;导流管一端为一直径大于提升管的敞口直筒,另一端为一直径较小的敞口直筒,其间有过渡段连接,隔离管一端为一直径较导流管大的敞口直筒,另一端由二个喇叭筒相联组成;提升管安置在床体内的下部,导流管的大直径部分套入提升管上端外部,隔离管喇叭筒部分套在导流管外;曝气头安置在床体下端,床体下部有进水口。
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GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CX01 | Expiry of patent term |