本發(fā)明涉及一種輕顆粒系統(tǒng)的污水處理設(shè)備，應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。同時也可以用于其他領(lǐng)域作為高效的液固及氣液固接觸、反應(yīng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

從2015年地表水和地下水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果來看，我國目前的整體水質(zhì)狀況不容樂觀，并且隨著人口的增長和經(jīng)濟的發(fā)展，我國對水資源的需求會越來越大，廢水排放量也隨之增加，因此中國的水資源形勢岌岌可危。目前，越來越多的企業(yè)開始運用綠色技術(shù)，盡量減少廢物產(chǎn)生，以此來提高水質(zhì)質(zhì)量，但其效果仍未太明顯。為了使得水資源能夠可持續(xù)發(fā)展，必須對排放的廢水進行處理，將廢水變?yōu)榭捎盟?，由此可見，廢水處理技術(shù)是非常重要的，尤其現(xiàn)今的就地廢水處理技術(shù)太少，不能使得廢水及時有效地被處理，從而使得水污染日益增重，水質(zhì)質(zhì)量逐漸降低。

廢水主要來源于生活廢水、工業(yè)廢水、畜禽養(yǎng)殖場廢水及農(nóng)業(yè)廢水等，廢水的主要指標為化學(xué)需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、氨氮以及總磷等，其中含有能促進水生植物生長的各種營養(yǎng)物質(zhì)、能致病的病原體微生物以及可能致癌或基因突變的有毒化合物，因此，從保護人類健康和保護環(huán)境角度出發(fā)，在廢水重新利用或直接排入環(huán)境之前，必須對其進行處理。處理廢水的方法有很多，按其作用原理可分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物法四種，處理廢水時可同時運用這些方法，其中生物法是最經(jīng)濟有效的處理方法，因而被廣泛采用。目前，在國內(nèi)的大部分傳統(tǒng)廢水處理廠中，生物法處理廢水技術(shù)采用的是活性污泥法，比如氧化溝活性污泥法、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，雖然處理效果能達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)的要求，但這些方法有機負荷低、微生物濃度低、耐沖擊負荷能力弱、剩余污泥產(chǎn)量大，易產(chǎn)生污泥膨脹，造成處理效率低、能耗高、剩余污泥量大，從而使得設(shè)備體積大，占用空間多，因此需要一種更加高效、節(jié)能的污水處理技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了達到上述的目的，本發(fā)明提供了一種輕顆粒系統(tǒng)的污水處理設(shè)備。

為達到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種輕顆粒系統(tǒng)的污水處理設(shè)備，包括兩個或多個生物反應(yīng)區(qū)。所述生物反應(yīng)區(qū)可以是厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)中的任兩種或多種組合，且所述生物反應(yīng)區(qū)為輕顆粒系統(tǒng)，所述的輕顆粒系統(tǒng)中包括作為微生物群的載體顆粒，其操作模式為氣體自由懸浮模式或氣體輔助懸浮模式，所述輕顆粒系統(tǒng)以有利于微生物群生長為原則；以及所述的兩個或多個生物反應(yīng)區(qū)的液體相通。

本發(fā)明為一種輕顆粒系統(tǒng)的污水處理設(shè)備，其具有以下優(yōu)點：該設(shè)備中的輕顆粒系統(tǒng)應(yīng)用于污水處理不僅能夠使微生物濃度得到極大的提高，耐沖擊負荷增強，剩余污泥產(chǎn)量小，無污泥膨脹，而且通過氣體作用使得顆粒懸浮的方式可以更多的降低能耗。因此該系統(tǒng)具有效率高、能耗低的特點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的污水處理設(shè)備簡圖；

圖2是本發(fā)明一種含輕顆粒系統(tǒng)的污水處理設(shè)備示意圖；

圖3是生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)含沉淀區(qū)示意圖；

圖4(a)、圖4(b)、圖4(c)、圖4(d)是氣體帶動液體自循環(huán)裝置在設(shè)備內(nèi)外部的示意圖；

圖5(a)、圖5(b)、圖5(c)、圖5(d)是氣體分布器排列示意圖；

圖6(a)、圖6(b)、圖6(c)是氣體分布器不同位置排列示意圖；

圖7是污水處理設(shè)備的實施例一圖；

圖8是另一污水處理設(shè)備圖；

圖9是含沉淀區(qū)的污水處理設(shè)備實施例二圖；

圖10是另一含沉淀區(qū)的污水處理設(shè)備圖。

圖2中各標記含義是：1.第一生物反應(yīng)區(qū)；2.第二生物反應(yīng)區(qū)；3.低效氣體分布器；4.高效氣體分布器；5.輕顆粒；6.進水；7.第一生物反應(yīng)區(qū)處理后出水；8.出水；9.循環(huán)水。

具體實施方式

為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合圖1-圖10例進一步闡述詳細內(nèi)容。

在一個實施例中，本發(fā)明公開了一種輕顆粒系統(tǒng)的污水處理設(shè)備，包括兩個或多個生物反應(yīng)區(qū)。所述生物反應(yīng)區(qū)可以是厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)中的任兩種或多種組合，且所述生物反應(yīng)區(qū)為輕顆粒系統(tǒng)，所述的輕顆粒系統(tǒng)中包括作為微生物群的載體顆粒，其操作模式為氣體自由懸浮模式或氣體輔助懸浮模式，所述輕顆粒系統(tǒng)以有利于微生物群生長為原則；以及所述的兩個或多個生物反應(yīng)區(qū)的液體相通。

對于輕顆粒系統(tǒng)而言，其含有的輕顆粒比表面積很大，將其應(yīng)用于污水處理過程中，能夠極大地增加微生物的濃度，從而提高其處理效率。微生物群體能夠附著于顆粒的表面產(chǎn)生生物膜并懸浮在液體中，在微生物中含有異養(yǎng)型細菌、自養(yǎng)型細菌，形成由多種微生物組合的群體。它們在顆粒介質(zhì)的表面生長與脫落，不斷更新，對有機污染物進行代謝降解反應(yīng)，和/或?qū)Π钡M行硝化反硝化反應(yīng)，和/或?qū)α走M行釋放磷和吸收磷的反應(yīng)。

輕顆粒系統(tǒng)的特點如下：(1)有機容積負荷較高，水力停留時間短，所需反應(yīng)器的體積小，占用空間也隨之減少，特別適用于土地緊張且地價高昂的地方；(2)傳質(zhì)性能好，特別是采取氣體方式流化后，可以使其具有更高的處理效率；(3)氣液固三相的流動可促進生物膜的更新，保證活性強的微生物占有顆粒表面從而具有更強的處理能力；(4)通過氣體作用使得顆粒懸浮的方式可以更多的降低能耗，同時使得顆粒分布較均勻，更加有利于污水處理。綜上所述，輕顆粒系統(tǒng)在廢水處理中不僅能夠提高其處理效率，而且也可以節(jié)約能量。

所述的輕顆粒密度小于液體密度，尺寸可大可小，顆粒的材料和形狀各式各樣，如中空型的球形聚丙烯顆粒等等，不排除其它顆粒。優(yōu)選比表面積大，形狀類似球形，密度接近于液體的顆粒，應(yīng)用于污水處理時則盡量選擇表面適合微生物生長的顆粒。

所述的輕顆粒系統(tǒng)還包含氣體自由懸浮模式和氣體輔助懸浮模式兩種操作模式，所述的氣體自由懸浮模式具體操作方式如下：在初始狀態(tài)下，由于輕顆粒密度小于液體密度，輕顆粒懸浮于液體上部，此時，顆粒僅僅與上部液體接觸，當(dāng)從下部通入氣體后，氣泡進入液相內(nèi)，形成氣液混合體，液體上部的輕顆粒向下運動，最終通過改變氣體進入量使得顆粒懸浮于氣液混合體中。在所述的氣體輔助懸浮模式中，本發(fā)明的污水處理設(shè)備含氣體帶動液體自循環(huán)裝置，當(dāng)設(shè)備較小時，可安裝在設(shè)備外部，如圖4(a)所示，在循環(huán)管中通入氣體，氣體在液體中形成上升的大氣泡，從而帶動循環(huán)管中的液體向上流動進入設(shè)備上部，而設(shè)備內(nèi)的液體則向下流動進入循環(huán)管內(nèi)，從而使得輕顆粒隨著液體向下運動，最終使得顆粒懸浮于液體中。當(dāng)設(shè)備較大時，所述的氣體帶動液體自循環(huán)裝置亦可安裝在設(shè)備內(nèi)部，如圖4(b)、圖4(c)、圖4(d)所示，在初始狀態(tài)下，由于輕顆粒密度小于液體密度，輕顆粒懸浮于液體上部，此時，顆粒僅僅與上部液體接觸，當(dāng)從設(shè)備下部通入氣體，氣體從氣體分布器出來后產(chǎn)生的大氣泡帶動其上方液體向上流動，而無氣泡區(qū)的液體向下流動，從而使得輕顆粒隨著液體向下運動，最終使得顆粒懸浮于液體中。

所述的氣體帶動液體自循環(huán)裝置可包含氣體分布器、管道，如圖4(a)、圖4(b)、圖4(c)、圖4(d)所示，當(dāng)氣體帶動液體自循環(huán)裝置安裝在設(shè)備外部時，如圖4(a)所示，氣體分布器和管道同時存在，當(dāng)氣體帶動液體自循環(huán)裝置安裝在設(shè)備內(nèi)部時，如圖4(b)、圖4(c)、圖4(d)所示，管道可有可無，優(yōu)選存在管道，且該管道可為全封閉式、半封閉式或全開放式管道。所述的氣體分布器可為低效氣體分布器或高效氣體分布器，在氣體自由懸浮模式中的氣體分布器優(yōu)選高效型，如微孔型氣體分布器，這樣才能使氣泡均勻分布在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，讓顆粒更好的懸浮，亦可提高溶氧量。而在氣體輔助懸浮模式中的氣體分布器則優(yōu)選低效型，如管式分布器，這樣才能誘導(dǎo)大氣泡的產(chǎn)生，從而加強液體自循環(huán)量，亦可降低溶氧量。所述的氣體分布器在設(shè)備中的排列多種多樣，如圖5(a)、圖5(b)、圖5(c)、圖5(d)、圖6(a)、圖6(b)、圖6(c)所示，其中圖5(a)、圖5(b)適用于氣體自由懸浮模式，圖5(a)所示的是在隔板兩側(cè)均勻排列氣體分布器，圖5(b)所示的是無隔板存在的排列方式；圖5(c)、圖5(d)適用于氣體輔助懸浮模式，圖5(c)所示的是含管道的排列方式，圖5(d)是不含管道的排列方式，圖6(a)、圖6(b)所示表明氣體分布器排列可高可低，不局限于管道內(nèi)部分布，圖6(c)所示的是階段式排列氣體分布器，適用于較高大的設(shè)備，可為低效或高效型，所謂的階段式排列是指從設(shè)備下部開始，按照一定的距離往上排列。進氣的方式可采用連續(xù)式或者間歇式，間歇式可節(jié)約部分能量。

如前所述，生物反應(yīng)區(qū)包括厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)的任兩種或其組合。對于此，不同的環(huán)境下可以處理不同的污染物。如果能夠組合好氧環(huán)境、厭氧環(huán)境或缺氧環(huán)境，那么自然可以將本發(fā)明的污水處理設(shè)備應(yīng)用于不同的污水處理過程。

該設(shè)備應(yīng)用于廢水處理的流程：廢水經(jīng)過進水系統(tǒng)流入生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)進行生物處理，然后處理后的廢水經(jīng)過沉淀后，最終獲得達標的出水。沉淀一般在設(shè)備外單獨設(shè)置的沉淀池中進行。在設(shè)備中亦可將生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)的無顆粒區(qū)(如底部)作為沉淀區(qū)，通過此區(qū)域沉淀后，大大降低了出水中的污泥含量，如圖3所示，虛線以下為沉淀區(qū)(無顆粒區(qū))。為了更好的除去“三氮”(亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮和氨氮)，可將處理后的廢水部分循環(huán)回任一個或多個生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)進行再處理。

該設(shè)備還包含進水系統(tǒng)、出水系統(tǒng)，其中進水系統(tǒng)可含有進水泵、進水管等。出水系統(tǒng)含有出水管等，出水管優(yōu)選π型管，以此保證設(shè)備中一定的液位。

在另一個實施例中，如圖7所示，其為本發(fā)明一種輕顆粒系統(tǒng)的污水處理設(shè)備的一種實施方式。該設(shè)備包含缺氧區(qū)和好氧區(qū)，都為輕顆粒系統(tǒng)，且缺氧區(qū)和好氧區(qū)部分相通以及好氧區(qū)處理后的液體循環(huán)回缺氧區(qū)，無沉淀區(qū)存在。圖7中缺氧區(qū)采用的操作模式是氣體輔助懸浮模式，氣體帶動液體自循環(huán)裝置只有氣體分布器，在設(shè)備內(nèi)不存在管道，且處理后的出水從下部進入好氧區(qū)，為保證其流經(jīng)好氧反應(yīng)區(qū)，則在好氧區(qū)內(nèi)加一隔板，使得缺氧區(qū)處理后的出水不會直接從好氧區(qū)下部出口直接流出。好氧區(qū)采用的操作模式是氣體自由懸浮模式。圖8所示的是另一種實施方式，其與圖7不同之處在于：缺氧區(qū)的氣體帶動液體自循環(huán)裝置含有氣體分布器和管道，管道為全封閉式，且氣體分布器在管道中，而處理后的出水從上部進入好氧區(qū)，好氧區(qū)內(nèi)不加隔板。

該實施例的整套設(shè)備為碳鋼材料鋼板制成，有效尺寸為3×1×6米，好氧區(qū)有效尺寸2×1×6米；缺氧區(qū)有效尺寸為1×1×6米。缺氧區(qū)和好氧區(qū)之間的隔板厚度為1厘米，好氧區(qū)內(nèi)的隔板厚度為0.5厘米，高度為1.6米。顆粒選擇的是聚丙烯橢球形輕顆粒，密度約930kg/m³，當(dāng)量直徑約2.5mm。所使用氣體為空氣，氣體自由懸浮模式所采用的氣體分布器是微孔型皮管，皮管口徑10厘米，通氣量為5m³/(m·h)，需采用多根皮管保證顆粒懸??；氣體輔助懸浮模式所采用的氣體分布器是無孔皮管，口徑是3.5厘米，需多根無孔皮管排列。好氧區(qū)處理后的出水循環(huán)回缺氧區(qū)，其循環(huán)量約為4倍進水量。

此設(shè)備中的微生物培養(yǎng)方式具體為：從化糞池或其他地方取新鮮的活性污泥放入此設(shè)備中，通入廢水，在此設(shè)備中通過內(nèi)部廢水循環(huán)方式培養(yǎng)微生物，以此加強微生物對該廢水的適應(yīng)能力，達到更好的處理效果。

此設(shè)備中采用了在線監(jiān)測系統(tǒng)，除了進水、出水各部分流量的監(jiān)測外，還包括水中溶氧的監(jiān)測(如溶氧探頭)，PH監(jiān)測等?？赏ㄟ^監(jiān)測系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使得各生物反應(yīng)區(qū)符合微生物所需的環(huán)境，如：通過溶氧探頭監(jiān)測水中的溶氧，通過控制溶氧創(chuàng)造好氧、厭氧或缺氧環(huán)境。

整套設(shè)備流程如圖7所示，廢水通過進水系統(tǒng)進入缺氧區(qū)，經(jīng)缺氧反應(yīng)區(qū)處理的廢水從下部進入好氧反應(yīng)區(qū)，若需要可繼續(xù)進入其他生物反應(yīng)區(qū)，然后從好氧區(qū)的下部離開設(shè)備；一部分作為出水，另一部分則循環(huán)回缺氧區(qū)中，與新鮮廢水進行混合后進入缺氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)。氣體通過氣體分布器進入各個反應(yīng)區(qū)內(nèi)。

采用此設(shè)備進行實驗，每天處理污水量為160噸，在運行期內(nèi)，進水平均COD為278g/m³，生物可降解部分平均BOD為189g/m³，平均NH₄-N為29.1g/m³，TN為31g/m³。經(jīng)約2.5小時的水力停留時間后，該系統(tǒng)可除去89％，97％和83％的COD，NH₄-N，TN，具體數(shù)據(jù)如表1。因為未經(jīng)過沉淀區(qū)，所以出水的污泥量TSS、VSS大于進水的值。出水達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準。

表1該設(shè)備處理污水進出指標

在另一個實施例中，如圖9所示，其為本發(fā)明一種含輕顆粒系統(tǒng)的污水處理設(shè)備的一種實施方式。該設(shè)備包含缺氧區(qū)和好氧區(qū)，都為輕顆粒系統(tǒng)，且缺氧區(qū)和好氧區(qū)部分相通以及好氧區(qū)處理后的液體循環(huán)回缺氧區(qū)，在缺氧區(qū)和好氧區(qū)下部存在沉淀區(qū)。圖9中缺氧區(qū)采用的操作模式是氣體輔助懸浮模式，氣體帶動液體自循環(huán)裝置只有氣體分布器，在設(shè)備內(nèi)不存在管道，且處理后的出水從下部沉淀區(qū)進入好氧區(qū)，為保證其流經(jīng)好氧反應(yīng)區(qū)，則在好氧區(qū)內(nèi)加一隔板，使得缺氧區(qū)處理后的出水不會直接從好氧區(qū)下部出口直接流出。好氧區(qū)采用的操作模式是氣體自由懸浮模式，其處理后的出水經(jīng)底部沉淀區(qū)沉淀后流出設(shè)備。圖10所示的是另一種實施方式，其與圖9不同之處在于：缺氧區(qū)的氣體帶動液體自循環(huán)裝置含有氣體分布器和管道，管道為開放式，且氣體分布器在管道外，而處理后的出水從上部進入好氧區(qū)，好氧區(qū)內(nèi)不加隔板。

實施例二的整套設(shè)備為碳鋼材料鋼板制成，有效尺寸為3×1.5×6米，好氧區(qū)的有效尺寸2×1.5×6米；缺氧區(qū)的有效尺寸為1×1.5×6米。缺氧區(qū)和好氧區(qū)之間的隔板厚度為1厘米，好氧區(qū)內(nèi)的隔板厚度為0.5厘米，高度為2.5米。顆粒選擇的是聚丙烯橢球形輕顆粒，密度約930kg/m³，當(dāng)量直徑約2.5mm。所使用氣體為空氣，在氣體自由懸浮模式中所采用的氣體分布器是微孔型皮管，皮管口徑10厘米，通氣量為5m³/(m·h)，需采用多根皮管保證顆粒懸??；在氣體輔助懸浮模式中所采用的氣體分布器是無孔皮管，口徑是3.5厘米，需多根皮管分布。出水管略低于進水口，且好氧區(qū)處理后的出水循環(huán)回缺氧區(qū)，循環(huán)量約為4倍進水量。

此設(shè)備中的微生物培養(yǎng)方式具體為：從化糞池或其他地方取新鮮的活性污泥放入此設(shè)備中，通入廢水，在此設(shè)備中通過內(nèi)部廢水循環(huán)方式培養(yǎng)微生物，以此加強微生物對該廢水的適應(yīng)能力，達到更好的處理效果。

此設(shè)備中采用了在線監(jiān)測系統(tǒng)，除了進水、出水各部分流量的監(jiān)測外，還包括水中溶氧的監(jiān)測(如溶氧探頭)，PH監(jiān)測等?？赏ㄟ^監(jiān)測系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使得各生物反應(yīng)區(qū)符合微生物所需的環(huán)境，如：通過溶氧探頭監(jiān)測水中的溶氧，通過控制溶氧創(chuàng)造厭氧、缺氧或好氧環(huán)境。

整套設(shè)備流程如圖9所示，廢水通過進水系統(tǒng)進入缺氧區(qū)，經(jīng)缺氧反應(yīng)區(qū)后處理的廢水進入下部沉淀區(qū)，經(jīng)沉淀后，從沉淀區(qū)的下部進入好氧反應(yīng)區(qū)，若需要可繼續(xù)進入其他生物反應(yīng)區(qū)，然后從好氧區(qū)的下部離開設(shè)備；一部分作為出水，另一部分則循環(huán)回缺氧區(qū)中，與新鮮廢水進行混合后進入缺氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)。氣體通過氣體分布器進入各個反應(yīng)區(qū)內(nèi)。

采用此設(shè)備進行實驗，每天處理污水量為200噸，在運行期內(nèi)，進水平均COD為278g/m³，生物可降解部分平均BOD為189g/m³，平均NH₄-N為29.1g/m³，TN為31g/m³。經(jīng)約2.5小時的水力停留時間后，該系統(tǒng)可除去89％，98％和84％的COD，NH₄-N，TN，具體數(shù)據(jù)如表2。因為處理后的廢水通過下部的沉淀區(qū)，經(jīng)沉淀后，出水的污泥量TSS、VSS小于進水的值。出水達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準。

表2該設(shè)備處理污水進出指標

綜上，本發(fā)明提供的一種含輕顆粒系統(tǒng)的污水處理設(shè)備，由兩個或多個生物反應(yīng)區(qū)組成，且生物反應(yīng)區(qū)都為輕顆粒系統(tǒng)，該系統(tǒng)顆粒的比表面積很大，將其應(yīng)用于廢水處理過程中，能夠極大地增加微生物的濃度，從而提高其處理效率。同時所述的氣體自由懸浮模式或氣體輔助懸浮模式不僅能增加傳質(zhì)效率，而且還降低了更多懸浮顆粒的能耗。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何細微修改，等同替換和改進，均應(yīng)包含在本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍之內(nèi)。