一种含有悬浮颗粒系统的箱体式污水处理设备的制作方法

本发明涉及一种含有悬浮颗粒系统的箱体式污水处理设备，应用于水处理领域。同时也可以用于其他领域作为高效的液固及气液固接触、反应系统。
背景技术：
：从2015年地表水和地下水水质监测结果来看，我国目前的整体水质状况不容乐观，并且随着人口的增长和经济的发展，我国对水资源的需求会越来越大，废水排放量也随之增加，因此中国的水资源形势岌岌可危。目前，越来越多的企业开始运用绿色技术，尽量减少废物产生，以此来提高水质质量，但其效果仍未太明显。为了使得水资源能够可持续发展，必须对排放的废水进行处理，将废水变为可用水，由此可见，废水处理技术是非常重要的，尤其现今的就地废水处理技术太少，不能使得废水及时有效地被处理，从而使得水污染日益增重，水质质量逐渐降低。废水主要来源于生活废水、工业废水、畜禽养殖场废水及农业废水等，废水的主要指标为化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、氨氮以及总磷等，其中含有能促进水生植物生长的各种营养物质、能致病的病原体微生物以及可能致癌或基因突变的有毒化合物，因此，从保护人类健康和保护环境角度出发，在废水重新利用或直接排入环境之前，必须对其进行处理。处理废水的方法有很多，按其作用原理可分为物理法、化学法、物理化学法、生物法四种，处理废水时可同时运用这些方法，其中生物法是最经济有效的处理方法，因而被广泛采用。目前，在国内的大部分传统废水处理厂中，生物法处理废水技术采用的是活性污泥法，比如氧化沟活性污泥法、A-B活性污泥法、SBR序批式活性污泥法、投料式活性污泥法等，虽然处理效果能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的要求，但这些方法有机负荷低、微生物浓度低、耐冲击负荷能力弱、剩余污泥产量大，易产生污泥膨胀，造成处理效率低、能耗高、剩余污泥量大，从而使得装置体积大，占用空间多，因此需要一种更加高效、节能的污水处理技术。同时，在一些人口密度低的地方，不适宜建设大规模管网、大型污水处理厂的地方以及只需短暂性处理的小型场所等等，这些地方无法使用传统的废水处理装置，需要一种建设和运行成本低且可移动的小型化污水处理装置。综上所述，现今需要一种高效、节能的污水处理技术以及可移动的小型化污水处理装置。技术实现要素：为了达到上述的目的，本发明提供了一种含有悬浮颗粒系统的箱体式污水处理设备。为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种含有悬浮颗粒系统的箱体式污水处理设备，包括：一个或多个生物反应区及沉淀区；所述生物反应区包括厌氧区、缺氧区、好氧区中的任一种或其组合，且所述生物反应区至少有一个是悬浮颗粒系统，所述的悬浮颗粒系统中包括作为微生物群的载体颗粒，所述悬浮颗粒系统以有利于微生物群生长为原则；以及至少一个所述生物反应区与所述沉淀区中的液体相通。本发明为一种含有悬浮颗粒系统的箱体式污水处理设备，其具有以下优点：该设备采用箱式结构，此箱式结构可以为集装箱式，方便移动，可任意组装，多次使用；在实际需要中也可以为构筑物式结构。其含有的悬浮颗粒系统应用于污水处理不仅能够使微生物浓度得到极大的提高，耐冲击负荷增强，剩余污泥产量小，无污泥膨胀，而且通过气液共同作用使得颗粒悬浮的方式可以更多的降低能耗。因此该系统具有效率高、能耗低的特点。附图说明图1是本发明的污水处理的装置示意图；图2是本发明带有悬浮颗粒系统的箱体式污水处理装置示意图；图3是箱体式污水处理装置组合的示意图；图2中各标记含义是：1.第一生物反应区；2.第二生物反应区；3.第三生物反应区；4.沉淀区；5.进水槽；6.颗粒；7.曝气器；8.导泥槽；9.贮泥槽；10.污泥沉降板；11.出水槽；12.出水圆筒；13.筛网；14.进水；15.处理后出水；16.循环水；17.出水。实施例：为了更好的理解本发明，下面结合实例进行阐述。在另一个实施例中，本发明公开了一种含有悬浮颗粒系统的箱体式污水处理设备，包括：一个或多个生物反应区及沉淀区；所述生物反应区包括厌氧区、缺氧区、好氧区中的任一种或其组合，且所述生物反应区至少有一个是悬浮颗粒系统，所述的悬浮颗粒系统中包括作为微生物群的载体颗粒，所述悬浮颗粒系统以有利于微生物群生长为原则；以及至少一个所述生物反应区与所述沉淀区中的液体相通。对于该实施例而言，该系统颗粒的比表面积很大，将其应用于污水处理过程中，能够极大地增加微生物的浓度，从而提高其处理效率。微生物群体能够附着于悬浮颗粒的表面产生生物膜，在微生物中有的是异养型细菌，有的是自养型细菌，形成由多种微生物组合的群体。它们在悬浮颗粒介质的表面生长与脱落，不断更新，对有机污染物进行代谢降解反应，和/或对氨氮进行硝化反硝化反应，和/或对磷进行释放磷和吸收磷的反应。悬浮颗粒系统的特点如下：(1)较高的有机容积负荷，水力停留时间短，所需反应器的体积小，占用空间也随之减少，特别适用于土地紧张且地价高昂的地方；(2)传质性能好，特别是采取气体方式流化时，可以使其具有更高的处理效率；(3)气液固三相的流动可促进生物膜的更新，保证活性强的微生物占有颗粒表面从而具有更强的处理能力；(4)通过气液共同作用使得颗粒悬浮的方式可以更多的降低能耗。综上所述，悬浮颗粒系统在废水处理中不仅能够提高其处理效率，而且也可以节约能量。该装置生物反应区和沉淀区的所用设备都是箱体式设备，可最大化利用空间，同时还可以将这几个设备组合成集装箱式，便于移动。在另一个实施例中，所述悬浮颗粒为轻颗粒，所述轻颗粒的密度小于液体密度。或者，所述悬浮颗粒为重颗粒，所述重颗粒的密度大于液体密度。亦或者，所述悬浮颗粒为混合颗粒，所述混合颗粒为轻颗粒和重颗粒的混合。由于存在反应，所以生物反应区内的“悬浮颗粒系统”不应当理解为始终为恒定的悬浮，而是应当理解为通过各种方式使得颗粒悬浮在系统中并自由移动着，“各种方式”包括液体方式或气体方式等其他方式(如搅拌)，优选气液共同作用方式。悬浮颗粒系统可分为轻颗粒悬浮系统，重颗粒悬浮系统，混合颗粒悬浮系统。轻颗粒悬浮系统中轻颗粒的密度小于所述液相密度。若使轻颗粒处于悬浮状态可以通过气体或/和液体悬浮的方式实现。气体方式悬浮颗粒：在初始状态下，由于颗粒密度低于液体密度，轻颗粒悬浮于液体上部，此时，颗粒仅仅与上部液体接触，当从下部通入气体后，气泡进入液相内，形成气液混合体，液体上部的轻颗粒向下运动，最终通过改变气体进入量使得颗粒悬浮于气液混合体中。液体方式悬浮颗粒：液体从系统上部进入，通过液体的曳力作用使得颗粒悬浮于液体中。气液共同作用方式悬浮颗粒：由两种方式共同操作，在达到同等目的的情况下可以节省部分能量。重颗粒悬浮系统中重颗粒的密度大于所述液相密度。若使重颗粒处于悬浮状态可以通过气体或/和液体悬浮的方式实现。气体方式悬浮颗粒：在初始状态下，由于颗粒密度高于液体密度，重颗粒堆积在液体下部，此时，颗粒仅仅与底部液体接触，当从下部通入气体后，通过气体的曳力作用使得重颗粒向上运动，最终通过改变气体进入量使得颗粒悬浮于气液混合体中。液体方式悬浮颗粒：液体从系统下部进入，通过液体的曳力作用使得颗粒悬浮于液体中。气液共同作用方式悬浮颗粒：由两种方式共同操作，在达到同等目的的情况下可以节省部分能量。气体、液体速度需高于颗粒的最小流化速度，才能使其流化起来，且要低于颗粒的终端沉降速度，否则颗粒会被夹带出去，造成颗粒流失。混合颗粒悬浮系统中混合颗粒包含轻颗粒和重颗粒。若使混合颗粒处于悬浮状态可以通过气体或/和液体悬浮的方式得以实现。气体方式悬浮颗粒：在初始状态下，由于含有轻重两种颗粒，轻颗粒悬浮于液体上部，重颗粒堆积在液体下部，此时，颗粒仅仅与上部和底部液体接触。从下部通入气体，当气体速度达到第一临界气速时，上层的轻颗粒向下膨胀处于悬浮状态，当气体速度达到第二临界气速时，下层的重颗粒受到向上气体的曳力的作用，向上膨胀处于悬浮状态，使得所述混合颗粒从系统两端向中心膨胀，充满整个体系。第一临界气速和第二临界气速是没有大小区分的。气液共同作用方式悬浮颗粒：液相可连续或间歇地从系统上部、下部或其他部位加入到系统中，同时从下部通入气体，通过气液的共同作用，使得轻颗粒向下运动、重颗粒向上运动并都悬浮于液体中。所述的各种颗粒尺寸可大可小，颗粒的材料和形状各式各样，如中空型的球形聚乙烯颗粒等等不排除其它颗粒，优选比表面积大，形状类似球形，密度接近于液体，导液体性好的颗粒，应用于污水处理时则尽量选择表面适合微生物生长的颗粒。生物反应区和沉淀区所用的“箱体式设备”，应当理解为一个其形状如箱子式的设备或多个箱子式的设备任意组合而成，而且箱子与箱子连接可以只用一个挡板，去掉其中一个箱子的壁面从而节省材料。其材料可以为耐腐蚀的钢铁，也可以是混凝土，还可以为其他材料等(如塑料)。采用此箱体式装置可以根据空间任意组合，适应不同的空间要求，可以上下堆叠，左右互连，可以提前加工制成不同尺寸的产品化装置，在需要时能够快速组装；或者制成可移动的成套装置，在需要时直接到现场进行处理，完毕后则收回用于其他场所；甚至还可以根据空间设计成不规则的箱体等等，从而极大的节省空间，提高空间利用率，省时省力省成本。安装时可以在建筑物里面，可以将其放在地面上，还可以埋入地底并可在其上面做一些景观。如因废水量增大，若原有的处理场地还有空间则可以继续添加箱体以达目的。如前所述，生物反应区包括厌氧区、缺氧区、好氧区中的任一种或其组合。对于此，不同的环境下可以处理不同的污染物。如果能够组合厌氧环境、缺氧环境，以及好氧环境，那么自然可以将本装置应用于不同的组合环境中。进一步的，生物反应区包括好氧区的同时，还可以至少包括一厌氧区或缺氧区。更进一步的，所述的好氧区与所述至少一厌氧区或缺氧区中的液体相通。该装置应用于处理废水的流程：废水经过进水系统流入生物反应区内进行生物处理，若需气体可通过进气系统引入，然后处理后的废水再进入沉淀区中进行沉淀，沉淀所产生的污泥可通过排泥系统定期排出，而澄清液则经过出水系统流出，最终获得达标的出水。为了更好的除去“三氮”(亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和氨氮)，可将进入沉淀区的废水部分循环回任何一个或多个生物反应区内再处理。在另一个实施例中，该装置还包含进水系统、出水系统、进气系统、排泥系统，其中进水系统可含有进水泵、进水槽等，进水槽优选边缘为锯齿状的，主要为了阻止较大物体进入反应区内，同时也可以使液体分布更均匀。出水系统可含有出水槽、出水通道等，出水槽优选边缘为锯齿状的，减少污泥进入出水中；出水通道优选两侧分布多个孔道，并且通道内有挡板，可以让孔道完全淹没在水中后才会排水，尽可能阻止水面漂浮物进入出水。示例性的，进气系统可含有鼓风机、曝气器等，曝气器优选高效曝气器，如微孔型曝气器，这样才能使气泡均匀分布在反应区内，提高溶氧，并让颗粒更好的流化。进气方式可采用连续或者间歇式，间歇式可通过监测水中的溶氧来安排如何间歇进气，可以节约部分能量。排泥系统可含有导泥槽、贮泥槽、排泥泵等，导泥槽主要是为了收导污泥并将污泥导入贮泥槽中，优选倾斜式的导泥槽，包括倾斜板与倾斜槽，使得污泥靠重力沿着导泥槽流入贮泥槽中；贮泥槽主要是为了将导泥槽中送来的污泥贮存在槽中，更加方便排泥。进一步的，除了这些构件外，还可以在生物反应区出水部位添加筛网或其他可阻止颗粒流出的构件(如可在出水部位设置固液分离装置)，主要是为了防止颗粒流失，若颗粒流失严重，可定期添加颗粒进入生物反应区内。在沉淀区中可增加污泥沉降板，主要是让污泥撞击沉降板后留在沉降区内尽可能减少出水的污泥含量，优选可以组成复杂通道的污泥沉降板。上述的“可含有”表示所含的可以全部或部分存在也可以全部或部分不存在，优选全部存在。在另一个实施例中，如图1所示，污水处理装置由多个生物反应区与沉淀区组成，其中有一个或多个生物反应区为悬浮颗粒系统，生物反应区具有进水系统和进气系统，以及出水系统、排泥系统，可选择地设置内循环。如图2所示为本发明带有悬浮颗粒系统的箱体式污水处理装置，此装置内的悬浮系统颗粒为轻颗粒，将该装置进行组合后如图3所示，图3中生物反应区(1)为图2中第一生物反应区，此反应区不是悬浮颗粒系统，只含有进水槽；图3生物反应区(2)和(3)分别对应图2中第二、第三生物反应区，这两个反应区都是悬浮颗粒系统，且生物反应区(1)和(2)部分相通、(2)和(3)全相通、生物反应区(3)与沉淀区(4)部分相通，(1)和(4)全不相通。生物反应区(1)为厌氧反应，生物反应区(2)和生物反应区(3)通过间歇曝气实现缺氧和好氧的环境。整套装置为碳钢材料钢板制成，内部隔板厚度为0.01米的钢板，尺寸为6.1×2.1×2米，有效尺寸为6×2×1.8米生物反应区(1)有效尺寸3×1×1.8米；(2)和(3)有效尺寸为6×1×1.8米；(4)有效尺寸为3×1×1.8米。(1)和(2)之间采用隔板使得处理后的废水从上部进入生物反应区(2)中；(3)和(4)之间的隔板下部有一长×宽为3×0.2米并镶有筛网的出口；(1)和(4)用隔板完全分隔开。进水槽深度为10厘米；导泥槽为倾斜板3×0.7×0.005米和倾斜槽深度5厘米组成；贮存槽尺寸为30×30×50厘米；出水槽深度为45厘米，出水圆筒公称直径为30厘米.颗粒选择的是聚丙烯椭球形轻颗粒，密度约930kg/m3,当量直径约2.5mm。所使用气体为空气，所采用的曝气管是微孔型皮管，皮管口径10厘米，通气量为5m3/(m·h)，需采用多根曝气管以保证颗粒悬浮。此装置中的微生物培养方式具体为：从化粪池或其他地方取新鲜的活性污泥放入此装置中，通入废水，在此装置中通过内部废水循环方式培养微生物，以此加强微生物对该废水的适应能力，达到更好的处理效果。此装置中采用了在线监测系统，除了进水、出水各部分流量的监测外，还包括水中溶氧的监测(如溶氧探头)，PH监测等。可通过监测系统的反馈调节系统，使得各生物反应区符合微生物所需的环境，如：通过溶氧探头监测水中的溶氧，通过控制溶氧创造厌氧、缺氧或好氧环境。整套装置流程如图2所示，废水经过进水槽5进入第一生物反应区1，经第一生物反应区1处理的废水通过筛网13后连续进入生物反应区2和3，若需要可继续进入其他生物反应区，然后从第三生物反应区3下部部分进入沉淀区4，经过污泥沉降板10沉降后从沉淀区4上部进入出水槽11，将多孔的出水圆筒12充满后出水；另一部分则循环进入生物反应区1的进水槽5中，与新鲜废水进行混合后进入生物反应区1内。气体通过曝气器7进入第二和第三生物反应区。污泥则在沉淀区4通过污泥沉降板10沉淀从导泥槽8进入贮存槽9，然后通过排泥泵排出。采用此装置进行实验，每天处理污水量为200吨，在运行期内，进水平均COD为273g/m3，生物可降解部分平均BOD为177g/m3，平均NH4-N为29.0g/m3，TN为31.2g/m3，TP为1.8mg/L。经2.5小时的水力停留时间后，该系统可除去94％，81％和65％的COD,TN和TP，具体数据如表1。出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A标准。表1该装置处理污水进出指标指标进水出水pH7.1-7.47.2-7.6TCOD(mg/L)273±2526±5SCOD(mg/L)73±1921±4NH4-N(mg/L)29±2.60.7±0.2NO3-N(mg/L)0.5±0.26.5±1.1STKN(mg/L)24±2.81.4±0.1TKN(mg/L)28.2±3.71.8±0.1TN(mg/L)31.2±1.98.6±1.2TP(mg/L)1.8±0.520.6±0.1TSS(mgL)144±304±2VSS(mg/L)118±213±1BOD(mg/L)177±109±2SBOD(mg/L)42±76±1综上，本发明提供的一种带有悬浮颗粒系统的箱体式污水处理装置，由一个或多个生物反应区与沉淀区组成，其中有一个或多个生物反应区为悬浮颗粒系统，该系统颗粒的比表面积很大，将其应用于废水处理过程中，能够极大地增加微生物的浓度，从而提高其处理效率。微生物群体能够附着于悬浮颗粒的表面产生生物膜，在微生物中有的是异养型细菌，有的是自养型细菌，形成由多种微生物组合的群体。它们在悬浮颗粒介质的表面生长与脱落，不断更新，对有机污染物进行代谢降解反应，对氨氮进行硝化反硝化反应，对磷进行释放磷和吸收磷的反应。以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改，等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。当前第1页1 2 3