結合富氧曝氣的好氧生物流化床裝置及其充氧方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種結合富氧曝氣的好氧生物流化床裝置，包括反應塔、提升管、空氣曝氣頭、氧氣曝氣裝置、氧壓縮機、氧源、風機、流量調(diào)控裝置、第一電磁閥和第二電磁閥；空氣曝氣頭設置在反應塔的底部，空氣曝氣頭的輸入端與第一電磁閥的輸出端相連，第一電磁閥的輸入端與風機的輸出端相連；氧氣曝氣裝置位于環(huán)隙區(qū)的下部，氧氣曝氣裝置的輸入端與第二電磁閥的輸出端相連，第二電磁閥的輸入端與氧壓縮機的輸出端相連，氧壓縮機的輸入端與氧源相連；流量調(diào)控裝置分別與第一電磁閥的控制端、第二電磁閥的控制端以及氧濃度探頭相連；同時也公開了該裝置的充氧方法。本發(fā)明實現(xiàn)了一種能夠提高氣升式內(nèi)循環(huán)好氧生物流化床氧溶量的裝置及方法。
【專利說明】結合富氧曝氣的好氧生物流化床裝置及其充氧方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種結合富氧曝氣的好氧生物流化床裝置及其充氧方法，屬于環(huán)境工程、能源工程領域。
【背景技術】
[0002]生物流化床污水處理技術始于二十世紀七十年代，具有生物量濃度高、帶出微生物少、液固接觸傳遞特性好、不易堵塞等優(yōu)點。生物流化床技術在污水厭氧型處理工藝中已經(jīng)得到應用，隨著環(huán)境要求的提高，生物流化床技術有望進一步推廣到好氧型污水處理，如煤、生物質氣化洗焦廢水深度處理(C0D、氨氮去除)等場合。
[0003]生物反應器是整個廢水生物處理工藝過程的核心。好氧生物流化床將普通活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點有機結合，在有氧條件下，采用微生物在活性炭、多孔聚合物等載體顆粒表面生長，同時引入流化技術形成移動狀態(tài)的生物顆粒，來處理有機廢水，具有容積負荷高、生物降解速度快、占地面積小等優(yōu)點。處理好氧污水時，污水中的氧濃度直接關系到微生物的生化作用效果，從而影響污水處理效果，因此需要向床層充氣。實現(xiàn)這一目標，有兩種方案，一種是預充氣，即污水先通過一個預充氣器，使得進料廢水中的氧濃度提高，然后再進入液固兩相流化生物反應器去污染物，另一種方案則是使用三相流化床，能夠同步實現(xiàn)床層充氣、污染物去除，受到廣泛關注。
[0004]傳統(tǒng)三相生物流化床中，為了防止載體的流失，氣速和液速均不能很大，如果流速過大，超過載體的終端 沉降速度，則載體只作單向上流運動，生物粒子將大量進入沉淀分離區(qū)，極易被帶出反應器外。但低流速下，反應器內(nèi)流體的剪切力不能有效地控制過度增長的生物膜，最終使得反應器堵塞失效。
[0005]氣升式內(nèi)循環(huán)生物流化床是三相流化床的一種，區(qū)別于常規(guī)三相流化床，具有可控制生物膜厚度過度增長的優(yōu)點。由于氣、液、固在升流區(qū)和降流區(qū)之間循環(huán)流動，循環(huán)速度很大，載體不易被帶出反應器，另外，循環(huán)流速遠大于載體終端沉速，流體造成的剪切作用可有效地控制生物膜厚度，以避免過厚的生物膜引起的內(nèi)傳質阻力增大，使循環(huán)式流化床中生物膜保持較高的活性。此外，氣升式內(nèi)循環(huán)生物流化床還具有載體流失量少、結構緊湊等優(yōu)點。
[0006]氣升式內(nèi)循環(huán)生物流化床中，充氧過程主要發(fā)生在提升管內(nèi)，當空氣氣泡離開提升管時，大氣泡由于浮力繼續(xù)上浮，離開液相，只有部分小氣泡隨液、固兩相向下流入提升管與反應器內(nèi)壁間的環(huán)隙區(qū)。一般情況下，小氣泡在環(huán)隙區(qū)只能自提升管頂部向下穿透一定距離，這也被稱為環(huán)隙區(qū)氣泡穿透深度。這就導致，氣升式內(nèi)循環(huán)生物流化床在環(huán)隙區(qū)的充氧效果差，在環(huán)隙區(qū)中下部，缺氧更明顯，以致形成氣升式內(nèi)循環(huán)生物流化床具有提升管內(nèi)富氧，提升管外環(huán)隙區(qū)貧氧的特點。甚至有些裝置在此特點基礎上，進一步改進，形成厭氧-富氧一體的生物流化床，如專利CN100355675C就給出了這樣一種污水處理方法。
[0007]但這一特點，對于氣升式內(nèi)循環(huán)生物流化床處理好氧型污水是十分不利的。在這種情況下，為了保證污水處理效果，需要提高反應器內(nèi)氧濃度，目前的方法是通過提高提升管內(nèi)的空氣進氣量，從而提高氣泡穿透深度，這在一定范圍內(nèi)可以提高污水內(nèi)的氧濃度，但是過高的鼓氣速度會導致生物膜的過度脫落，且氣泡易發(fā)生聚集變大，影響氧傳質，最終影響污水處理效果。文獻(謝濤，藍平等.環(huán)境工程3 (2004) 17-19)已有報導?，F(xiàn)有的氣升式內(nèi)循環(huán)好氧生物流化床在提高氧含量方面存在困難。
[0008]富氧曝氣是使用富氧代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法使用的空氣，為微生物提供氧氣的一種污水處理技術。富氧曝氣能夠提高污水內(nèi)的氧溶量，使得污水處理過程中氧傳遞速度加快，最終能夠提高系統(tǒng)運行負荷，同時減小反應池池容。專利CN1994937B給出了一種結合富氧曝氣的污水處理方法。在氣升式內(nèi)循環(huán)生物流化床反應器上直接使用富氧氣升曝氣，會導致氧耗量很大，且在污水含氧量足夠時，為了形成內(nèi)循環(huán)，依舊要求較高的氧通量，這將帶來運行成本的增加。
[0009]綜上所述，目前尚缺少一種能夠提高氣升式內(nèi)循環(huán)好氧生物流化床氧溶量的裝置及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明目的是實現(xiàn)了一種能夠提高氣升式內(nèi)循環(huán)好氧生物流化床氧溶量的裝置及方法。
[0011]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:
[0012]結合富氧曝氣的好氧生物流化床裝置，包括反應塔、通過固定支架固定在反應塔內(nèi)的提升管、空氣曝氣頭、氧氣曝氣裝置、氧壓縮機、氧源、風機、流量調(diào)控裝置、第一電磁閥和第二電磁閥；所述空氣曝氣頭設置在反應塔的底部，所述空氣曝氣頭與提升管的管口相對，所述空氣曝氣頭的中心軸線與提升管的中心軸線在同一條直線上，所述空氣曝氣頭的管徑小于提升管的管徑，所述空氣曝氣頭的輸入端與第一電磁閥的輸出端相連，所述第一電磁閥的輸入端與風機的輸出端相連；所述氧氣曝氣裝置為圓管彎曲而成的環(huán)狀結構，并且圓管上均勻開有微氣孔，所述氧氣曝氣裝置位于環(huán)隙區(qū)的下部，所述氧氣曝氣裝置的內(nèi)圓中穿有提升管，所述氧氣曝氣裝置的輸入端與第二電磁閥的輸出端相連，所述第二電磁閥的輸入端與氧壓縮機的輸出端相連，所述氧壓縮機的輸入端與氧源相連；所述流量調(diào)控裝置分別與第一電磁閥的控制端、第二電磁閥的控制端以及設置在環(huán)隙區(qū)的氧濃度探頭相連。
[0013]所述氧濃度探頭設置在環(huán)隙區(qū)的中部。
[0014]結合富氧曝氣的好氧生物流化床裝置的充氧方法，包括空氣曝氣、氧氣曝氣和流量調(diào)控；空氣曝氣:風機加壓后的空氣經(jīng)過第一電磁閥送入空氣曝氣頭進行曝氣，曝氣空氣一方面向反應塔內(nèi)的污水充氧，另一方面將污水及污水中的固相生物顆粒帶入提升管，然后從頂部管口流出提升管，流出的污水及污水中的固相生物顆粒通過環(huán)隙區(qū)向下回流，從而形成反應塔內(nèi)的環(huán)流內(nèi)循環(huán)；氧氣曝氣:來自氧源的氧氣，由氧壓縮機增壓，經(jīng)過第二電磁閥調(diào)節(jié)后，送入氧氣曝氣裝置曝氣，曝氣氧氣向反應塔內(nèi)的污水充氧；流量調(diào)控:氧濃度探頭測得反應塔內(nèi)污水的氧濃度數(shù)據(jù)，反饋給流量調(diào)控裝置，流量調(diào)控裝置控制第一電磁閥的控制端和第二電磁閥的控制端，從而調(diào)控第一電磁閥通過的空氣流量和第二電磁閥通過的氧氣流量。
[0015]本發(fā)明的有益效果:1、將富氧曝氣與好氧生物流化床合理結合，提高了反應塔內(nèi)氧濃度，有利于提高反應塔的處理能力和效率；2、富氧曝氣作為充氧輔助手段，氧氣消耗量小，裝置運行成本降低，經(jīng)濟性良好，且可以減小充氧所要求的空氣量，避免生物膜的過度剝離；3、在環(huán)隙區(qū)使用氧氣曝氣能夠有效減少環(huán)隙區(qū)氣體的輸入量，不對提升管內(nèi)外密度差造成過度影響，破壞整體內(nèi)循環(huán)環(huán)流；4、通過氧濃度探頭檢測氧濃度，實時調(diào)整氧氣量和空氣量，方便快速。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
[0017]圖2為氧氣曝氣裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0019]如圖1所示，結合富氧曝氣的好氧生物流化床裝置，包括反應塔1、通過固定支架固定在反應塔I內(nèi)的提升管2、空氣曝氣頭3、氧氣曝氣裝置4、氧壓縮機5、氧源6、風機7、流量調(diào)控裝置8、第一電磁閥V-1和第二電磁閥V-2。
[0020]所述 空氣曝氣頭3設置在反應塔I的底部，所述空氣曝氣頭3與提升管2的管口相對，所述空氣曝氣頭3的管徑小于提升管2的管徑，所述空氣曝氣頭3的中心軸線與提升管2的中心軸線在同一條直線上，所述空氣曝氣頭3的輸入端與第一電磁閥V-1的輸出端相連，所述第一電磁閥V-1的輸入端與風機7的輸出端相連。
[0021]如圖2所示，所述氧氣曝氣裝置4為圓管彎曲而成的環(huán)狀結構，并且圓管上均勻開有微氣孔9，所述氧氣曝氣裝置4位于環(huán)隙區(qū)的下部，所述氧氣曝氣裝置4設置高度位置略高于提升管2底部高度位置，所述氧氣曝氣裝置4的內(nèi)圓中穿有提升管2，所述氧氣曝氣裝置4的輸入端與第二電磁閥V-2的輸出端相連，所述第二電磁閥V-2的輸入端與氧壓縮機5的輸出端相連，所述氧壓縮機5的輸入端與氧源6相連。
[0022]所述流量調(diào)控裝置8分別與第一電磁閥V-1的控制端、第二電磁閥V-2的控制端以及設置在環(huán)隙區(qū)的氧濃度探頭相連，所述氧濃度探頭設置在環(huán)隙區(qū)的中部。
[0023]結合富氧曝氣的好氧生物流化床裝置的充氧方法，包括空氣曝氣、氧氣曝氣和流量調(diào)控。
[0024]空氣曝氣:風機7加壓后的空氣經(jīng)過第一電磁閥V-1送入空氣曝氣頭3進行曝氣，曝氣空氣一方面向反應塔I內(nèi)的污水充氧，另一方面利用自身的噴動能量和提升管2內(nèi)外的密度差，將污水及污水中的固相生物顆粒帶入提升管2，然后從頂部管口流出提升管2，流出的污水及污水中的固相生物顆粒通過環(huán)隙區(qū)向下回流，從而形成反應塔I內(nèi)的環(huán)流內(nèi)循環(huán)。污水中的固相進入提升管2后，在氣、液相流動剪切及自身碰撞的雙重作用下，完成生物顆粒的脫膜，在環(huán)流內(nèi)循環(huán)作用下，回流至環(huán)隙區(qū)繼續(xù)參加去污反應。被送入的空氣一部分隨污水向環(huán)隙區(qū)穿透，其余的上升離開反應塔I。
[0025]氧氣曝氣:來自氧源6的氧氣，由氧壓縮機5增壓，經(jīng)過第二電磁閥V-2調(diào)節(jié)后，送入氧氣曝氣裝置4曝氣，曝氣氧氣向反應塔I內(nèi)的污水充氧，提高環(huán)隙區(qū)污水的氧濃度，為去污反應提供足夠的氧。
[0026]流量調(diào)控:氧濃度探頭測得反應塔I內(nèi)污水的氧濃度數(shù)據(jù)，反饋給流量調(diào)控裝置8，流量調(diào)控裝置8控制第一電磁閥V-1的控制端和第二電磁閥V-2的控制端，從而調(diào)控第一電磁閥V-1通過的空氣流量和第二電磁閥V-2通過的氧氣流量。當氧濃度不足時，首先適當提高空氣量，達到不過度破壞生物膜的最大空氣流量時，若氧濃度還是不足，則適當提高氧氣的進氣量；當氧濃度過高時，則降低氧氣進氣量，空氣量可不做調(diào)整，隨著微生物的生物作用，氧濃度會自然下降。
[0027]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。`
【權利要求】
1.結合富氧曝氣的好氧生物流化床裝置，其特征在于:包括反應塔(I)、通過固定支架固定在反應塔(I)內(nèi)的提升管(2)、空氣曝氣頭(3)、氧氣曝氣裝置(4)、氧壓縮機(5)、氧源(6)、風機(7)、流量調(diào)控裝置(8)、第一電磁閥(V-1)和第二電磁閥(V-2)； 所述空氣曝氣頭(3 )設置在反應塔(I)的底部，所述空氣曝氣頭(3 )與提升管(2 )的管口相對，所述空氣曝氣頭(3)的中心軸線與提升管(2)的中心軸線在同一條直線上，所述空氣曝氣頭(3)的管徑小于提升管(2)的管徑，所述空氣曝氣頭(3)的輸入端與第一電磁閥(V-1)的輸出端相連,所述第一電磁閥(V-1)的輸入端與風機(7)的輸出端相連； 所述氧氣曝氣裝置(4)為圓管彎曲而成的環(huán)狀結構，并且圓管上均勻開有微氣孔(9)，所述氧氣曝氣裝置(4)位于環(huán)隙區(qū)的下部，所述氧氣曝氣裝置(4)的內(nèi)圓中穿有提升管(2)，所述氧氣曝氣裝置(4)的輸入端與第二電磁閥(V-2)的輸出端相連，所述第二電磁閥(V-2)的輸入端與氧壓縮機(5)的輸出端相連，所述氧壓縮機(5)的輸入端與氧源(6)相連；所述流量調(diào)控裝置(8)分別與第一電磁閥(V-1)的控制端、第二電磁閥(V-2)的控制端以及設置在環(huán)隙區(qū)的氧濃度探頭相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的結合富氧曝氣的好氧生物流化床裝置，其特征在于:所述氧濃度探頭設置在環(huán)隙區(qū)的中部。
3.基于權利要求1所述的結合富氧曝氣的好氧生物流化床裝置的充氧方法，其特征在于:包括空氣曝氣、氧氣曝氣和流量調(diào)控； 空氣曝氣:風機(7)加壓后的空氣經(jīng)過第一電磁閥(V-1)送入空氣曝氣頭(3)進行曝氣，曝氣空氣一方面向反應塔(I)內(nèi)的污水充氧，另一方面將污水及污水中的固相生物顆粒帶入提升管(2)，然后從頂部管口流出提升管(2)，流出的污水及污水中的固相生物顆粒通過環(huán)隙區(qū)向下回流，從而 形成反應塔(I)內(nèi)的環(huán)流內(nèi)循環(huán)； 氧氣曝氣:來自氧源(6 )的氧氣，由氧壓縮機(5 )增壓，經(jīng)過第二電磁閥(V-2 )調(diào)節(jié)后，送入氧氣曝氣裝置(4 )曝氣，曝氣氧氣向反應塔(I)內(nèi)的污水充氧； 流量調(diào)控:氧濃度探頭測得反應塔(I)內(nèi)污水的氧濃度數(shù)據(jù)，反饋給流量調(diào)控裝置(8)，流量調(diào)控裝置(8)控制第一電磁閥(V-1)的控制端和第二電磁閥(V-2)的控制端，從而調(diào)控第一電磁閥(V-1)通過的空氣流量和第二電磁閥(V-2)通過的氧氣流量。
【文檔編號】C02F3/12GK103755017SQ201410028043
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權日:2014年1月22日
【發(fā)明者】金保昇, 鐘文琪, 徐惠斌 申請人:東南大學