申请日2003.05.30
公开(公告)日2005.09.21
IPC分类号C02F3/02; C02F3/10; C02F3/08
摘要
本发明涉及一种城市生活污水处理的方法及设备，它是将宾馆、餐馆生活污水先进行隔油隔渣预处理后，再进入三相生物流化床反应器，让污水在反应器中停留一段时间进行生化氧化反应，该反应器包括反应区、载体分离和脱膜区，液固分离区，反应区包括外筒、内导流筒、控制截流导管、废水、空气分布器;载体分离脱膜区包括扩大导管及导流挡板;液固分离区包括导流板及出水分布器。控制截流导管装在内导流筒装与外筒的中间，反应区均装有生物载体，反应器下部装有空气分布器，内导流筒下部装有废水进水分布器，并与高位槽或水泵连接，用这种方法及设备处理宾馆、餐馆污水，综合处理效率高，设备体积小，过程易控制，操作简便，运行费用低，经处理后的污水能达到或超过GB8978-1996规定的污水排放一级标准。
権利要求書
1、一种三相生物流化床反应器处理污水的方法，包括将生物载体放到反应器内，先用 生活污水在5-35℃的温度下通到反应器内循环流动3-20天，使微生物在生物载体上生长， 全部布满生物载体的表面后，再将污水氧化处理的过程，其特征在于：所述的流化床反应器 是生化反应、脱膜及分离一体化的设备，分为反应区、载体分离区、脱膜区和液固分离区， 污水先用筛网过滤或用沉淀池初沉淀隔油隔渣处理，由高位槽进入流化床反应器底部的反应 区，与从底部通入的空气、生物载体的微生物接触，让污水在反应器中停留35-120分钟进 行氧化反应，再经过载体分离区，澄清的水从反应器上部经溢流槽流出，脱膜后的生物载体 在分离区与上升的气、液相分离，通过反应器液固分离区回到反应器底部。
2、一种如权利要求1所述的三相生物流化床反应器处理污水的方法采用的设备，其特 征在于：它包括外筒(9)、内导流筒(7)、截流导管(8)构成的反应区，中部载体分离区和 脱膜区(5)包括扩大导管及导流挡板，顶部为液固分离区(4)包括导流板及出水分布器， 空气分布器(11)与空气压缩机(2)连接，内导流筒下部装有废水进水分布器(10)，并与 高位槽(1)或水泵连接，反应器出口接溢流槽(12)。
3、根据权利要求2所述的三相生物流化床反应器处理污水的设备，其特征在于：生物 载体在石英砂、玻璃球、陶粒、碎石、活性碳或者有机微孔球亲水性的物质中选择，或者选 用它们的混合物。
4、根据权利要求2所述的三相生物流化床反应器处理污水的设备，其特征在于：反应 器一定高度间隔设有监测取样孔(6)。
5、根据权利要求2所述的三相生物流化床反应器处理污水的设备，其特征在于：截流 导管(8)为内导流筒(7)长度的50%-80%;
说明书
三相生物流化床反应器处理污水的方法及设备
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，特别是城市生活污水处理的方法及设备。
背景技术
随着人类社会的不断发展和进步，城市人口大量增加，城市供水和生活污水的排放和处 理也越来越受到人们的关注，特别是在许多大城市，污水处理成了城市发展中的难点。在城 市污水排放中，除了家庭、宾馆中的洗涤室、浴室等排出的污水和厕所排出的粪尿污水及工 厂废水外，排量较大的还有餐饮业污水，这些污水含有变质的蔬菜、肉类、粪便、洗涤剂、 淀粉、脂肪、动物植物油、糖、盐及各种佐料、蛋白质，有的还形成大量的胶体粒子和悬浮 物，据有关部门资料统计，城市总污水中有1/3-1/2为生活污水，并以每年5%-6%的递增率 增加，到2002年，全国城市污水的排放量将达到200亿t/a，对这些污水如果不及时处理， 排放到江河湖海后，一方面由于有机物发生降解而大量耗氧，造成水体腐败发臭，鱼虾绝迹， 另一方面，生活污水中的含N、P物质进入水体后将刺激某些藻类的异常增殖，导致水体的 富营养化，降低水体的利用价值，造成对环境的影响，许多大河大湖如海河、太湖、黄浦江、 珠江等水质监测结果即可说明这一点。
城市污水的早期处理是通过污水收集系统收集排放到附近下游水体，使其经过水体的稀 释和自然净化变污为清，变成我们可以循环利用的资源。但是随着城市社会经济发展规模的 越来越大，排放的污水越来越多，水质越来越复杂，水体有限的自然净化能力已经不堪污水 治理的重负!
随着我国社会和经济的高速发展，环境问题日益突出，尤其是城市水环境的恶化，加剧 了水资源的短缺，影响着人民群众的身心健康，这已经成为城市可持续发展的严重制约因素。 近年来。国家和地方政府非常重视污水处理事业，正以前所未有的速度推进城市污水处理工 程的建设，有数百座污水处理厂正在工程设计和建设中。预计到2010年，我国要新建城市 污水处理厂一千余座，污水厂的投资将达1800亿元。在这一进程中，城市污水处理工艺的 选择，将是工程界面临的首要问题。
为了处理好城市污水，近年来人们采取了许多措施，公开文献报道，目前国内外主要采 用物化法和生物法处理技术，其中物化法是19世纪后期，英、美等国曾广泛采用的絮凝沉 淀技术：世界性能源紧缺和价格上扬，新型高效絮凝剂的出现，物化法处理生活污水技术有 所发展，其特点为：(1)不用曝气，电耗低，(2)有机污染物去除较稳定，且对磷、重金属、 细菌和病毒的处理率较高;(3)基建投资和远行费用低，在削减较大污染负荷的前提下，能 取得较好的投资效益。生物法又分为传统活性污泥法和A/O、A2/O法。传统活性污泥法是 污水处理最早的工艺，有机物去除率高，能耗和远行费用低：活性污泥实用工程始于1917 年，A/O、A2/O法是传统活性污泥法的改进型，分别采用厌氧—好氧或缺氧—好氧，以及 厌氧—缺氧—好氧工艺。近年来，国内外广泛采用A/O系统，提高了出水水质和N、P去除 率、并节约了能源。美国的亚历克赛污水处理厂建于1974年，原设计采用延迟曝气活性污 泥法，后仿照A/O法，使脱N率从43%提高到72%，除P率由0提高到40%，而能耗仅为 原先的72%。
近年来，在处理城市污水的方法上，又有了一些进展，如，1、高梯度磁分离技术处理 污水。它的原理是，由于污水中含有各种各样的杂质，对于尺寸为微米级的磁性污染物，直 接用磁分离器分离，对于非磁性物质和尺寸在微米以下的污染物，先投加磁种剂和絮凝剂， 使污染物共聚沉淀结合起来，然后用高磁分离器分离。它具有适应范围广、处理效率高、处 理量大、处理速度快、占地面积少、能耗低、操作管理方便、自动化程度高等优点。此种技 术可以用于钢铁废水和重金属废水的处理外，还可以处理某些有机废水、含病毒污水及生活 污水。尽管该技术70年代刚开始研究，但一些国家和地区，如美、日、欧等已取得了很大的 进展。国内虽然在这方面起步较晚，但是发展速度较快，如有的城市曾采用此技术处理河水， 一次净化后就能使其达到或接近饮用水水质标准。2、电离辐射技术在污水处理中的应用， 传统的工业废水和生活污水的处理方法有物理化学法、生物化学法等。它们在处理某些体系 (如含有对微生物有毒的物质和物理化学等传统方法不易处理的物质，如腐殖质等)时遇到了 困难。应用电离辐射技术处理废水和污水主要是使其中的污染物质辐射分解、聚合、氧化变 性和消毒灭菌。它具有在处理过程中不引入污染物、处理效率高等优点。但是由于处理大规 模的废水，需要很大的辐射源和很高的运行成本，所以前些年，很难被人们接受。70年代以 后，前苏联在这方面做了大量的工作。他们采用辐射及活性炭吸附相结合的方法作为三级处 理手段，得到令人满意的效果。美国现在也建立了规模较大的城市废水处理厂，它是在生物 处理后采用辐射处理。运行结果表明，各种指标都有较大的改善。我国目前还未见这方面的 报道。3、液膜分离技术在污水处理中的应用，液膜技术作为一种新颖的化学、化工分离技 术，使分离科学达到了新的水平。与一般处理工业废水的方法比较，液膜法具有技术先进而 且较为经济的优点。其处理设备和工艺流程都比较简单，特别是对那些常规方法难以分离的 烃类化合物，处理效果更好。是一种很有希望的新工艺。因为液膜分离技术是一种新型的膜 分离技术，它具有膜分离技术的一些特点，如能耗少，不需加热及工艺简单等。又不象固态 膜那样，需要高压操作及存在膜老化的问题，也不存在膜的支撑、清洗、维修和使用期限制 的问题。液膜的渗透速度之高是固态膜无法相比的。与生物法相比，液膜法处理含酚废水的 浓度可以提高，尤其是对那些常规方法难以分离的烃类混合物，此法的效果就更好。4、三 相生物流化床处理污水法，生物流化床处理污水的方法及装置自七十年代初产生以来，以其 高效、节能、经济等优点，引起了工程界的极大兴趣。它的工艺是在流化床内填充着一定量 的粒径较小的生物粒子(一般只有0.2mm-2.0mm)。当废水自下而上(或自上而下)流过载体 时，使床层膨胀并达到流化，从而避免了固定床等工艺中因生物膜的过度增厚而造成床层堵 塞的现象;又因其具有很大的比表面积(可达2000m2/m3-3000m2/m3)比固定床等生物膜法 (80m2/m3-300m2/m3高数倍至数十倍，使流化床内拥有远大于一般生物处理工艺的污泥浓 度。生物粒子处于不断混合的流化状态，从而强化了气、固、液三相传质过程。上述种种优 点使生物流化床作为极具发展前途的工艺在各类污水的二、三级处理中逐渐应用。如《中国 给水排水》.1999，15(6)“三相生物流化床中生物膜厚度研究”，通过工业规模的三相生物 流化床试验，探讨了载体表面生物膜厚度与有机物去除速率、容积负荷及污泥浓度等传统参 数之间的必然联系，证实了生物膜厚度是描述反应器行为的关键参数，揭示了三相生物流化 床高处理效率的实质是微生物浓度高，并得到最佳膜厚为90-110μm。《环境科学》 1995，16(2)“内循环生物流化床反应器的理论分析”，从反应器理论、生物膜动力学及水力 学的角度对内循环式三相生物流化床反应器的流态、生物膜降解有机物及启动挂膜特性进行 分析，认为在内循环三相流化床中D/ud=const，对于一般城市污水处理系统求出 了效率因子，建立了内循环速度与反应器尺寸的关系，同时提出了可能进一步提高反应器处 理效率的优化途径。《城市环境与城市生态》.1991，4(4)“三相生物流化床去除有机物的混 合与传递过程分析”，也提出了用生物流化床处理有机物污水;中国专利也公开了一种三相 生物流化床水处理方法(申请号：01105329.1，名称：外循环三相生物流化床水处理技术与 设备，申请人，上海大学等)，该外循环三相生物流化床废水设备包括：一主床，主床下部 为进水与进气的进口，其特点是：主床一侧设置一副床，主副床上下分别设置上连通管和下 连通管，副床上部设置出水段，其设计方法特点是：实现外循环三相流化床需选择的参数为： 主床内曝气量和气水比：主副床直径比：载体的选择及填充率;以及主、副床高径比;由此 解决内循环流化床存在的气泡对液、固分离的影响，从而加快循环速度提高废水处理效率。
但是，对生物流化床技术的开发。其工艺特点的研究重点多偏于床体构造，载体选择及 其供氧方式等工艺条件的改进上，而对于生物流化床在处理有机废水过程中的流化与混合机 理，及其对污染物的吸附氧化过程，尚缺少更深入的研究和细致的讨论。
技术内容
本发明人经过研究和探索，在深入了解现有生物流化床技术的基础上，将该技术用于生 活废水的处理，取得了较好的效果。本发明的技术方案如下：
一种三相生物流化床反应器处理污水的方法，其特点是：首先将石英砂或玻璃球、陶粒、 碎石、活性碳以及有机微孔球的亲水性生物载体放到反应器内，再用生活污水在5-35℃的温 度下在反应器内循环流动3-20天，使微生物在生物载体上生长，全部布满生物载体的表面 后，将生活污水先用筛网过滤或用沉淀池初沉淀隔油隔渣处理，进入将生化反应、脱膜及分 离一体化的三相生物流化床反应器，让污水在反应器中停留35-120分钟进行氧化反应，得 到符合排放要求的清水。
三相生物流化床反应器，包括反应区、载体分离和脱膜区，液固分离区。反应区包括外 筒、内导流筒、控制截流导管，废水、空气分布器：载体分离和脱膜区包括扩大导管及导流 挡板;液固分离区包括导流板及出水分布器。控制截流导管装在内导流筒与外筒的中间，反 应区均装有生物载体。反应器下部装有空气分布器，空气分布器与空气压缩机连接：内导流 筒下部装有废水进水分布器，并与高位槽或水泵连接，反应器出口接溢流槽12。
以上所述的三相生物流化床反应器，其截流导管为内导流筒长度的50%-80%。
以上所述的三相生物流化床反应器，其反应器一定高度间隔设有监测取样孔。
在反应区内装有足够的生物载体后，需要进行挂膜，挂膜的方法是先用需要处理的生活 污水在5-35℃的温度下内循环流动3-20天，并加入一定的活化剂，使微生物在载体上生长， 布满生物载体的表面，这些微生物在显微镜下可观察到有大量的菌体及钟虫、纤毛虫、轮虫 等，如果气温较低，可适当提高水温，使微生物生长迅速。
本发明三相生物流化床反应器的工作原理是：生活污水进入三相生物流化床反应器内导 流管的底部，与底部进入的空气充分混合，得到充足的氧后，从内导流筒往上流动，在正常 状态下，三相生物流化床反应器中挂膜好的生物载体在水流和气流的提升作用下呈流态化， 废水、生物载体与空气剧烈混合，使废水中的有机物与载体上的生物体接触，反应得以生化 降解。由于反应器内安装中心内导流管，三相生物流化床反应器中物料在中心导管管内上升 至反应器的脱膜载体分离区进行载体分离和脱膜。带有少量菌膜的废水进入液固分离区进行 液固分离，澄清的废水从出水分布器溢流排出。分离的生物载体从外筒返回，并经截流导管 进入塔的底部。由于三相流化床中心导管反应区内，气、水及生物载体的混合向上推力及其 与外筒废水的密度差，形成外筒与截流导管水流向下、内导流管水流向上的内循环回路系统， 通过截流导管的作用减少反应器中的返混现象。气、水及生物载体在反应器中形成较为严格 的内部环流，从而大大地加快了微生物与废水之间的接触，同时又可以有效地控制生物膜的 厚度，使生化过程以较快的速度来进行。
本发明与已有技术相比，其突出的实质性特点和显著的进步是：
1、本项目研制的以三相生物流化床反应器为核心处理生活污水的工艺和设备是成功的， 过程和设备的放大达到了预期设计要求。
2、本项目研制的将反应、脱膜和生物载体分离一体化的三相生物流化床反应装置，反应 效率高，有机容积负荷高，抗冲击能力强。在选定的工艺条件和操作条件下，进水CODcr在 350-1350mg/L，BOD5在210-490mg/L，装置设备的出水水质都较稳定，经处理后的出水能达 到或超过GB8978-1996规定的污水排放一级标准。
3、本套工艺和装置与已报道的餐饮废水处理工艺和传统的生物法相比，综合处理效率高， 设备体积比传统生化法大减少。实现了设备装置化小型化。
4、本套工艺装置过程易于控制，操作简便，易于维护，运行费用低。
