專利名稱：一種節(jié)能曝氣填料裝置及包含該裝置的一體化氧化沉淀池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種節(jié)能曝氣填料裝置及包含該裝置的一體化氧化沉淀池，屬于水處
理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
污水生物處理是一種節(jié)能、有效的水處理方式，它通過依附于設(shè)置在污水處理池 中的填料的微生物(也即微生物膜)對污水進行處理。填料是微生物的棲息地，因此，填料 上的微生物是否正常生長以及對營養(yǎng)物質(zhì)包括空氣在內(nèi)的充分利用直接影響處理能力及 處理成本，微生物的最佳生長狀態(tài)以及最低運行成本一直是相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)工作者精益求精 的追求目標。 利用細菌把含氮有機化合物轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過程為生物過濾，生物過濾器通常由 生長著硝化細菌的載體填料構(gòu)成，生物過濾的主要目的是將氨轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽和將亞硝酸 鹽轉(zhuǎn)化成硝酸鹽。填料是水處理生物接觸氧化法的核心部分，它直接影響著處理效果、充氧 性能、基建投資、運行周期和費用。據(jù)估計我國每年需要消耗的填料已達15 20萬m3，隨 著我國經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展和對環(huán)保事業(yè)的日益重視，各種新型填料在生物膜處理工藝中 必將發(fā)揮更加廣泛的應(yīng)用。同時，曝氣效果的好壞極大地影響生物處理系統(tǒng)的效率。而曝氣 又是一個非常耗能的過程，一般情況下曝氣的能耗要占整個處理系統(tǒng)能耗的60% 80%， 曝氣設(shè)備是城市污水和工業(yè)廢水處理廠的關(guān)鍵設(shè)備之一，它對污水處理廠的節(jié)能起著決定 性作用。因此，提高微生物對氧的利用率是非常必要的。 同時，生物接觸氧化法是在生物濾池的基礎(chǔ)上，通過接觸曝氣形式改良而演變出 的一種生物膜處理技術(shù)。它具有生物膜法的基本特征，典型的工藝由氧化池、填料、布水裝 置和曝氣系統(tǒng)四部分組成，運行時填料全部浸沒在污水中，利用機械裝置向水體充氧，生物 膜絕大部分附著在固體填料上，少量懸浮于水中，它將生物濾池和活性污泥法有機結(jié)合在 一起，同時兼?zhèn)鋬烧叩膬?yōu)點。從水中微生物的附著場所及生存方式來看，類似于生物濾池； 從反應(yīng)器流體力學特性及曝氣方式來看，它又與活性污泥法相似。 生物接觸氧化法處理污水。主要依靠反應(yīng)器內(nèi)的填料及生物膜首先對有機物的吸
附和阻留作用，然后再在微生物作用下降解填料具有巨大的比表面積，污水中有機物進入
反應(yīng)器后很快被填料吸附和阻留，這種吸附和阻留所積聚的有機顆粒增加了填料表面的粗
糙程度，加強了吸附阻留作用。與此同時，微生物同樣在填料表面落戶并大量繁殖形成生物
膜，相應(yīng)地也增加了生物吸附作用。由于吸附作用，生物膜表面上附著一層滯流薄水層，氧
通過滯流層進入生物膜，有氧條件下，污水層內(nèi)有機物不斷被膜中微生物吸附、氧化、分解。
滯流水層內(nèi)有機物濃度極大地低于流動層，在傳質(zhì)推動力作用下，流動層內(nèi)有機物不斷向
附著層轉(zhuǎn)移，使流動水層在整體流動中逐步得到凈化，達到處理污水目的。 由于城市污水處理主要是一項側(cè)重于環(huán)境效益和社會效益的工程，在建設(shè)和日常
運行過程中常常受到資金的限制，同時隨著城市發(fā)展步伐的加快及城市取悅的拓展，地價
上漲，土地使用也成為污水廠建設(shè)的制約因素之一，資金和技術(shù)已成為制 我國污水處理
3發(fā)展的"瓶頸"。因此，開展經(jīng)濟有效的污水處理新工藝或者組合工藝的研究與開發(fā)，降低污 水處理投資和運行費用、節(jié)省用地、管理方便、能達到城市一般回用水質(zhì)標準，將對我國國 民經(jīng)濟和社會發(fā)展及環(huán)境保護具有十分重要的意義，且也將有巨大的應(yīng)用范圍和市場。生 物接觸氧化池常常獨立設(shè)置，這樣結(jié)構(gòu)上不緊湊，占空間和地面積大，而沉淀池又是水處理 工藝中必不可少的一個單元，建立生物接觸氧化池與沉淀池組合的一體式反應(yīng)池尚未得到 應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的為了解決上述缺點，本發(fā)明提供一種節(jié)能曝氣填料裝置及包含該裝置 的一體化氧化沉淀池，該填料裝置可以在寡營養(yǎng)、低溫情況下快速掛膜，具有比表面積大、 耐水質(zhì)水量波動的沖擊，對氧的利用率高等特點，同時降低了建造成本。 同時，本發(fā)明提供一種一體化氧化沉淀池，解決生物接觸氧化池與沉淀池分散設(shè)
置、流程較長、投資較大和處理效率低的問題。 技術(shù)方案 為了達到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 —種節(jié)能曝氣填料裝置，包括中心管、M束纖維束、N個圓環(huán)；所述中心管為空心 管，且中心管的上端開口，下端封閉；纖維束通過壓環(huán)固定設(shè)置在圓環(huán)上；在中心管的外壁 上從上至下均勻設(shè)置n對相互對稱的扣孔；在中心管的外壁上設(shè)置的相鄰兩個扣孔之間均 設(shè)置有m對相互對稱的曝氣孔，曝氣孔的開口直徑從中心管的頂部至底部依次增大，其中 M、 N、 m、 n均為大于2的正整數(shù)； 所述N個圓環(huán)的每個圓環(huán)由兩個相同的半圓環(huán)組成，每個半圓環(huán)的左右兩端分別
設(shè)置有卡扣、卡槽；兩個半圓環(huán)通過卡扣、卡槽相互對接形成一個圓環(huán)，在兩個半圓環(huán)內(nèi)壁
的中心位置分別設(shè)置有扣子，每個圓環(huán)通過扣子與中心管的設(shè)置的扣孔固定連接。本發(fā)明的節(jié)能曝氣填料裝置所述中心管的內(nèi)徑為8mm 14mm，所述M束纖維束的
每束纖維束的直徑為①120mm ①210mm，相鄰兩個扣孔之間的間距分別取80mm 140mm，
曝氣孔設(shè)置于相鄰兩扣孔之間距離上方扣孔下方的16mm 28mm處。 本發(fā)明的節(jié)能曝氣填料裝置的纖維束由聚丙烯制作而成。 本發(fā)明的節(jié)能曝氣填料裝置的中心管由聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等耐酸 堿性、耐老化和性能較好的材料制成。 本發(fā)明的節(jié)能曝氣填料裝置的圓環(huán)由塑料材質(zhì)制成。 本發(fā)明的節(jié)能曝氣填料裝置的曝氣孔的開口直徑從中心管的頂部至底部依次增 大，在確定中心管的上端第一曝氣孔開口直徑后，依照下式計算下端曝氣孔的開口直徑
p水g (Vh》=1/2 P氣((VcQ 4-1) v22 上式中p i代表水的密度，g代表重力加速度，^代表曝氣孔1離水面的高度，h2 代表下端曝氣孔離水面的高度，P ，代表曝氣管內(nèi)的氣體密度，^代表下端曝氣孔的氣體速 度A代表上端曝氣孔的直徑，d2代表下端曝氣孔的直徑。 —種包含本發(fā)明所述節(jié)能曝氣填料裝置的一體化氧化沉淀池，包括生物接觸氧化 池、N個節(jié)能曝氣填料裝置、支架和沉淀池，N為大于2的正整數(shù)；所述生物接觸氧化池為圓 柱形，沉淀池為圓錐形；所述生物接觸氧化池與沉淀池的直徑相同，生物接觸氧化池的下端
4開口并且與沉淀池的上端對接；節(jié)能曝氣填料的中心管的上端與支架的框架固定連接，支
架的四周與生物接觸氧化池的頂部四周連接。 有益效果 本發(fā)明的纖維束由聚丙烯制作而成，屬微米級填料，該填料的特點為(l)化學穩(wěn) 定性好，過濾過程中不發(fā)生任何化學反應(yīng)；(2)無論反洗強度多大，不會發(fā)生破損和流失跑 料；(3)單絲直徑可達幾十微米甚至幾微米，具有巨大的比表面積和表面自由能(單絲直徑 50微米纖維濾層比表面積80000m7m3)，大大增加了水中雜質(zhì)顆粒與濾料的接觸機會及濾 料的吸附能力，可顯著提高過濾效率和截污容量；(4)纖維束濾料不掉毛、不流失、不纏繞、 不糾纏、易清洗，正因如此，纖維束濾元壽命可達io年以上，期間不需更換，大大降低了運 行成本，減輕了勞動強度，減少了停水檢修的時間。 圓環(huán)作用是將纖維束壓在環(huán)的環(huán)圈上，使纖維束均勻分布，同時，使纖維束固定， 以防止水流的強制紊動作用，由于每一纖維束都有相對應(yīng)的曝氣孔供氣，從而大大提高了 曝氣效率，可以節(jié)省曝氣所用的電耗的20% 40%，同時纖維束上面的微生物可以受到氣
體的刷新，提高了微生物的新陳代謝能力，從而提高了污水處理效率，具有良好的應(yīng)用前
旦 豕。 生物接觸氧化池中的節(jié)能曝氣填料是由支架所支撐和連接，不需要進行反沖洗，
不需要考慮反沖洗的水的去向，節(jié)省了運行成本； 生物接觸氧化池無需設(shè)置承托層，減少了投資成本； 填料節(jié)能曝氣填料為一對一曝氣，即每一微生物生均有相應(yīng)的曝氣孔曝氣，提高 了曝氣效率； 沉淀池置于生物接觸氧化池底部，沉淀池與生物接觸氧化池共享部分墻壁，而且
沉淀池池壁在生物接觸氧化池中能對水流起到碰撞作用，有利于提高曝氣效率； 沉淀池可作為初沉池、二沉池或終沉池，沉淀池作為初沉池時，水從圓形沉淀池進
入，從生物接觸氧化池上部流出，此時生物接觸氧化池為上向流形式；沉淀池作為二沉池或
終沉池時，水從生物接觸氧化池上部進入，從沉淀池流出，此時生物接觸氧化池為下向流形
式； —體化節(jié)生物接觸氧化沉淀池集生物接觸氧化與沉淀池于一體，剩余污泥量少，
不存在污泥膨脹的問題，占地面積小，運行管理方便，節(jié)省了投資和運行成本。 適用于各種生化降解的生活污水、醫(yī)療污水和有機廢水處理，用于去除高、中、低
濃度的有機化合物，對各類生活污水、醫(yī)療廢水，有機廢水和工業(yè)廢水均具有良好的處理效果。


圖1是本發(fā)明的節(jié)能曝氣填料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是圖1中纖維束2的局部放大圖。 圖3是圖2中A-A方向的剖面圖。 圖4是圖2中B-B方向的剖面圖。 圖5是圖2中的中心管剖面圖。 圖6是本發(fā)明中組成圓環(huán)的半圓環(huán)的展開圖。
圖7是一體化氧化沉淀池的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是一體化氧化沉淀池的支架示意圖。 附圖標記:1-中心管，2-纖維束，3_圓環(huán)，4-曝氣孔，5-扣孔，6-扣子，7-卡口， 8-卡槽，9-壓環(huán)，10-生物接觸氧化池，11-節(jié)能曝氣填料裝置，12-支架，13-沉淀池。
具體實施例方式
下面同構(gòu)實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但不是對本發(fā)明的限定。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的圖1為此發(fā)明填料裝置的整體結(jié)構(gòu)，包括中心 管1、M束纖維束2、N個圓環(huán)3 ;所述中心管1為空心管，中心管1由聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙 烯、聚丁烯等耐酸堿性、耐老化和性能較好的材料制成，且中心管1的上端開口，下端封閉； 纖維束2由聚丙烯制作而成，纖維束2通過壓環(huán)9固定設(shè)置在圓環(huán)3上；在中心管1的外壁 上從上至下均勻設(shè)置n對相互對稱的扣孔5 ;在中心管1的外壁上設(shè)置的相鄰兩個扣孔之 間均設(shè)置有m對相互對稱的曝氣孔4，曝氣孔4的開口直徑從中心管l的頂部至底部依次增 大，其中M、 N、 m、 n均為大于2的正整數(shù)； 所述N個圓環(huán)3的每個圓環(huán)由兩個相同的半圓環(huán)組成，材質(zhì)由塑料制成；每個半 圓環(huán)的左右兩端分別設(shè)置有卡扣7、卡槽8 ;兩個半圓環(huán)通過卡扣7、卡槽8相互對接形成一 個圓環(huán)，在兩個半圓環(huán)內(nèi)壁的中心位置分別設(shè)置有扣子6，每個圓環(huán)通過扣子6與中心管1 的設(shè)置的扣孔5固定連接。中心管1內(nèi)徑可以取8mm、10mm、12mm和14mm，此時纖維束2直 徑分別對應(yīng)為①120mm、①150mm、①180mm和①210mm時，纖維束2之間的間距分別對應(yīng)取 80mm、100mm、120mm和140mm，曝氣孔4分別對應(yīng)定在纖維束2的下方16mm、20mm、24mm和 28mm處，先確定出離水面最近的曝氣孔孔徑，再根據(jù)進氣量和進氣強度即可依次確定下方 曝氣孔的孔徑。同一中心管1同一高度處曝氣孔可以根據(jù)處理水水質(zhì)定為3到8個不等， 曝氣孔的孔徑可以根據(jù)上面求出的公式P水g仏2-h》=1/2P氣((Vcg4-l)V2先確定出離 水面最近的曝氣孔孔徑，該孔徑可以定為0. 5mm 1. 5mm，再根據(jù)進氣量和進氣強度即可依 次確定下方曝氣孔的孔徑。 曝氣孔的開口直徑從中心管1的頂部至底部依次增大，在確定中心管1的上端第 一曝氣孔開口直徑后，曝氣孔的開孔相對位置以及開孔孔徑可由伯努利方程計算得到，具 體計算過程如下
伯努利方程 p+ p gh+l/2 P v2 = c (1) 上式中p代表壓強，P代表液體密度，g代表重力加速度，v代表速度，c為常數(shù)； 在此條件下，任兩曝氣孔的關(guān)系式 p水gh一l/2p氣v/ = P水gh2+l/2p氣v/ (2)
p水gQi2-h》=1/2P氣(v/-V22) (3)
而， vA = v2A2 (4)
即，
V,厶Ji = V2
V/ = (VcQ 4
Ji d22 (5)
(6)
p水gQi2-h》=1/2P氣((d/cg4-l)V22 (7) 上式中p i代表水的密度，^代表上端曝氣孔離水面的高度，P ，代表曝氣管內(nèi)的 氣體密度，Vl代表上端曝氣孔氣體速度，h2代表下端曝氣孔離水面的高度，v2代表曝氣孔2 氣體速度；上式中A代表上端曝氣孔截面積，4代表下端曝氣孔截面積A代表上端曝氣孔 的直徑，d2代表下端曝氣孔的直徑。 圓環(huán)3與中心管1的連接如圖4所示，如圖6所示，圓環(huán)為兩個半圓環(huán)而連接，而
每個半圓環(huán)的正中間有一個扣子6可以扣在中心管1的扣孔5上，以固定圓環(huán)3。 —體化氧化沉淀池，包括生物接觸氧化池10、5個節(jié)能曝氣填料裝置、支架12和沉
淀池13 ;生物接觸氧化池10為圓柱形，沉淀池13為圓錐形；生物接觸氧化池10與沉淀池
13的直徑相同，生物接觸氧化池10的下端開口并且與沉淀池13的上端對接；節(jié)能曝氣填
料裝置11的中心管的上端與支架12的框架固定連接，支架12的四周與生物接觸氧化池10
的頂部四周連接。
權(quán)利要求
一種節(jié)能曝氣填料裝置，其特征在于包括中心管(1)、M束纖維束(2)、N個圓環(huán)(3)；所述中心管(1)為空心管，且中心管(1)的上端開口，下端封閉；纖維束(2)通過壓環(huán)(9)固定設(shè)置在圓環(huán)(3)上；在中心管(1)的外壁上從上至下均勻設(shè)置n對相互對稱的扣孔(5)；在中心管(1)的外壁上設(shè)置的相鄰兩個扣孔之間均設(shè)置有m對相互對稱的曝氣孔(4)，曝氣孔(4)的開口直徑從中心管(1)的頂部至底部依次增大，其中M、N、m、n均為大于2的正整數(shù)；所述N個圓環(huán)(3)的每個圓環(huán)由兩個相同的半圓環(huán)組成，每個半圓環(huán)的左右兩端分別設(shè)置有卡扣(7)、卡槽(8)；兩個半圓環(huán)通過卡扣(7)、卡槽(8)相互對接形成一個圓環(huán)，在兩個半圓環(huán)內(nèi)壁的中心位置分別設(shè)置有扣子(6)，每個圓環(huán)通過扣子(6)與中心管(1)的設(shè)置的扣孔(5)固定連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種節(jié)能曝氣填料裝置，其特征在于所述中心管(1)的內(nèi)徑為8mm 14mm，所述M束纖維束(2)的每束纖維束的直徑為①120mm ①210mm，相鄰兩個扣孔之間的間距分別取80mm 140mm，曝氣孔(4)設(shè)置于相鄰兩扣孔之間距離上方扣孔下方的16mm 28mm處。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種節(jié)能曝氣填料裝置，其特征在于纖維束(2)由聚丙烯制作而成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種節(jié)能曝氣填料裝置，其特征在于中心管(1)由聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等耐酸堿性、耐老化和性能較好的材料制成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種節(jié)能曝氣填料裝置，其特征在于圓環(huán)(3)由塑料材質(zhì)制成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種節(jié)能曝氣填料裝置，其特征在于所述曝氣孔(4)的開口直徑從中心管(1)的頂部至底部依次增大，在確定中心管(1)的上端第一曝氣孔開口直徑后，依照下式計算下端曝氣孔的開口直徑<formula>formula see original document page 2</formula>上式中P i代表水的密度，g代表重力加速度，^代表曝氣孔1離水面的高度，h2代表下端曝氣孔離水面的高度，P ，代表曝氣管內(nèi)的氣體密度，v2代表下端曝氣孔的氣體速度；4代表上端曝氣孔的直徑，d2代表下端曝氣孔的直徑。
7. —種包含權(quán)利要求1至6任意一條所述節(jié)能曝氣填料裝置的一體化氧化沉淀池，其特征在于包括生物接觸氧化池(10)、N個節(jié)能曝氣填料裝置(11)、支架(12)和沉淀池(13)，N為大于2的正整數(shù)；所述生物接觸氧化池(10)為圓柱形，沉淀池(13)為圓錐形；所述生物接觸氧化池(10)與沉淀池(13)的直徑相同，生物接觸氧化池(10)的下端開口并且與沉淀池(13)的上端對接；節(jié)能曝氣填料裝置(11)的中心管(1)的上端與支架(12)的框架固定連接，支架(12)的四周分別與生物接觸氧化池(10)的頂部四周連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種節(jié)能曝氣填料裝置及包含該裝置的一體化氧化沉淀池，填料裝置包括中心管(1)、M束纖維束(2)、N個圓環(huán)(3)；中心管(1)為空心管，上端開口，下端封閉；纖維束(2)通過壓環(huán)(9)固定設(shè)置在圓環(huán)(3)上；在中心管(1)的外壁上從上至下均勻設(shè)置n對相互對稱的扣孔(5)；在中心管(1)的外壁上設(shè)置的相鄰兩個扣孔之間均設(shè)置有m對相互對稱的曝氣孔(4)，曝氣孔(4)的開口直徑從中心管(1)的頂部至底部依次增大，本發(fā)明提高了微生物的活性和曝氣效率，同時也節(jié)省了建造材料費用；包含該填料裝置的一體化氧化沉淀池，集生物接觸氧化與沉淀池于一體，剩余污泥量少，占地面積小，節(jié)省了投資和運行成本。
文檔編號C02F3/10GK101704575SQ200910234340
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者劉志剛, 李軼 申請人:河海大學