專利名稱：一種內(nèi)循環(huán)三相生物流化床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及廢水，污水處理，屬廢水、污水處理領(lǐng)域。
流化床的概念是從化工反應(yīng)器中引入的，在化工概念中，當(dāng)流體自下向上與固體顆粒物接觸，使顆粒在流體中呈懸浮狀態(tài)并作隨機運動，就稱該狀態(tài)為流化狀態(tài)，相應(yīng)的反應(yīng)器就稱為流化床(FLUIDIZED BED)。其最大的優(yōu)點在于傳質(zhì)條件好。而在廢水好氧生物處理過程中，微生物、廢水與氧三者之間的傳質(zhì)條件的好壞是影響反應(yīng)裝置效能的關(guān)鍵。因此，七十年代初國內(nèi)外一些學(xué)者為改善反應(yīng)器的傳質(zhì)條件，提高反應(yīng)器內(nèi)生物量而將流化床的概念引入廢水處理領(lǐng)域。
好氧生物流化床是利用細(xì)小的惰性顆粒作載體，在其表面大量微生物生長、棲息，形成生物膜，在氣和水的動力作用下，使載體流化，氣、固、液三相良好接觸，達到了提高生物處理效率的目的。
與傳統(tǒng)生物處理法相比較，好氧生物流化床具有以下優(yōu)點(1)水力停留時間短，生物量高，有機負(fù)荷高，因此設(shè)備體積可大大減小，使基建費用、占地面積相應(yīng)減少；(2)不需要污泥回流系統(tǒng)，使處理流程簡化；(3)不存在活性污泥法中常發(fā)生的污泥膨脹問題或生物過濾法中存在的床層堵塞現(xiàn)象，運行比較穩(wěn)定；(4)具有較高的抗沖擊負(fù)荷的能力。依據(jù)流化床內(nèi)介質(zhì)的相數(shù)，生物流化床可分為二相流化床和三相流化床兩大類。
二相床主要包括厭氧流化床和體外充氧的好氧二相床，其特點是流化床內(nèi)僅存在固液兩相之間的接觸，載體的流化僅依賴于進水的提升作用。
三相床主要包括無循環(huán)三相床和體外循環(huán)三相床，其特點是流化床內(nèi)存在固、液、氣三相間的傳質(zhì)，載體的流化依賴于氣和水的共同提升作用。
但現(xiàn)行的流化床，還存在下列缺點由于二相床在床體內(nèi)是固液兩相之間的作用，載體的流化完全依賴于上升水流的提升作用，為達到較好的流態(tài)化，必須借助于較大的循環(huán)水量，相應(yīng)的能耗必然增加很多。另外，要使載體流化均勻就要求底部布水非常均勻，相應(yīng)增大了設(shè)計難度，同時也給流化床的放大帶來了許多困難。
對于體外充氧的好氧二相床，其體外充氧設(shè)備相當(dāng)復(fù)雜，，相應(yīng)增加了設(shè)備投入和操作難度。同時現(xiàn)有二相床一般均需設(shè)置體外脫膜裝置，這使系統(tǒng)流程更為復(fù)雜。
對于無循環(huán)三相床，為使床體內(nèi)載體流化充分、均勻，對底部布水、布?xì)庠O(shè)備要求十分嚴(yán)格，這就增加了流化床的設(shè)計和放大難度。另外，頭部氣、液、固分離效果不佳，需設(shè)置體外固、液分離裝置和載體回流設(shè)備。
對于體外循環(huán)三相床，除去上述存在的問題外，由于增加了體外循環(huán)系統(tǒng)使系統(tǒng)能耗大大提高。
綜上兩點所述，傳統(tǒng)生物流化床主要問題在于底部布水、布?xì)庠O(shè)備復(fù)雜，使設(shè)計和放大難度增加；一般出水的一部分需要循環(huán)進入反應(yīng)器增大了系統(tǒng)能耗；需設(shè)專門的脫膜設(shè)備和載體回流設(shè)備，使系統(tǒng)投入增大、操作運行更為復(fù)雜。
本實用新型的目的是提供一種運行時能耗小，氣、液、固分離良好的流化床。
本實用新型內(nèi)循環(huán)三相生物流化床由床體，提升管、導(dǎo)流管、隔離管、曝氣頭所組成。床體為一個下端封閉的直筒，其上端的直徑較下端大，成一漏斗狀。提升管為一個兩端敞開的等徑直筒，其直徑較床體下端筒體的直徑小。導(dǎo)流管一端為一直徑大于提升管的敞口直筒，另一端為一直徑較小的敞口直筒，其間有過渡段連接。隔離管一端為一直徑較導(dǎo)流管大的敞口直筒，另一端由二個喇叭筒相聯(lián)組成。提升管安置在床體內(nèi)的下部，在提升管內(nèi)形成一升流區(qū)，提升管與下部床體之間形成一降流區(qū)，導(dǎo)流管的大直徑部分套入提升管上端外部，導(dǎo)流管內(nèi)形成分離區(qū)。隔離管的喇叭筒部分套在導(dǎo)流管外，在隔離管和導(dǎo)流管之間形成一回流區(qū)。在隔離管外壁與上部床體內(nèi)壁之間形成一沉淀區(qū)及一回流縫。曝氣頭安置在床體下端。床體下部有進水口。
本實用新型流化床的運行過程如下在流化床中充滿著帶有細(xì)小載體(如砂石、陶粒等)的待處理廢水，壓縮空氣通過床體下部的曝氣頭進行曝氣充氧，由于升流區(qū)的密度小于降流區(qū)，故在升流區(qū)中、氣體、廢水、載體一齊向上流動，當(dāng)運動到提升管頂部時，部分廢水，載體及少數(shù)小氣泡沿導(dǎo)流管下端在降流區(qū)向下流動，另有部分廢水、載體及大量氣泡通過分離區(qū)，在導(dǎo)流管頂部實現(xiàn)氣、固、液的分離，使氣體逸出，廢水與載體通過回流區(qū)重返降流區(qū)，同時相當(dāng)于進水流量的那部分液體，通過回流縫上升進入沉淀區(qū)經(jīng)沉淀后上清液排出流化床外。
說明附圖如下圖1為本實用新型內(nèi)循環(huán)三相生物流化床結(jié)構(gòu)示意圖。
結(jié)合

實施例如下本實用新型內(nèi)循環(huán)三相生物流化床由床體(1)、提升管(2)、導(dǎo)流管(3)、隔離管(4)、曝氣頭(5)所組成。提升管(2)安置在床體(1)內(nèi)的下部，在提升管(2)內(nèi)為升流區(qū)(6)，提升管(2)與床體(1)之間為降流區(qū)(7)；導(dǎo)流管(3)套入提升管(2)的上端外部，在導(dǎo)流管(3)的內(nèi)部為分離區(qū)(8)；隔離管(4)套在導(dǎo)流管(3)的外面，在隔離管(4)與導(dǎo)流管(3)之間形成一回流區(qū)(9)，在隔離管(4)外壁與床體(1)的內(nèi)壁之間形成沉淀區(qū)(10)及回流縫(11)；曝氣頭(5)安置在床體(1)的下部；床體(1)的下部有進水口(12)。
內(nèi)循環(huán)三相生物流化床(ITFB)不僅具有一般好氧流化床傳質(zhì)性能好，污泥濃度高等優(yōu)點，還具有傳統(tǒng)流化床無法比擬的優(yōu)點1、流化性能好在ITFB中只要在升流區(qū)(5)(內(nèi)管)中通過足夠的空氣并且保證內(nèi)管(2)管徑合理，就能實現(xiàn)良好的載體流化。ITFB載體的流化與傳統(tǒng)流化床有所不同。ITFB在內(nèi)管中載體同時受到上升氣泡及循環(huán)水流的推動，不斷膨脹上升，當(dāng)載體膨脹高度超過內(nèi)管上端時，載體就會隨循環(huán)水流進入降流區(qū)(6)中，作下降運動。因此，保證足夠的氣量和合適的內(nèi)管直徑，就可實現(xiàn)載體流化。ITFB載體流化的另一特點是大部分載體都參與循環(huán)流動，因此不存在床中載體分層現(xiàn)象，各個載體顆粒在床中所受到的摩擦、剪切基本相同，載體流化所需動能基本上僅僅是供氣所消耗的能量，較之傳統(tǒng)流化床能耗大大降低；同時，為滿足流化均勻所需的布?xì)庠O(shè)備也比傳統(tǒng)流化床簡單許多。
2、氧的轉(zhuǎn)移效率高在供給同樣氣量時，由于ITFB在內(nèi)管曝氣，其曝氣截面積小于傳統(tǒng)流化床在整個床體載面積曝氣，故ITFB中曝氣強度較大，液相與氣相間的接觸比傳統(tǒng)的二相床和三相床劇烈。同時，大量液體循環(huán)時會夾帶一些細(xì)小的氣泡，使氣-液接觸時間延長，從而提高了氧的轉(zhuǎn)移效率。實驗表時，ITFB中空氣利用率可達10—30％，動力效率可達2—5kgO2/kwh。
3、載體流失量少且不需專門的脫膜和載體回流設(shè)備。
在ITFB中，由于載體大部分參與循環(huán)流動。整個反應(yīng)器內(nèi)載體受到的剪切與摩擦基本上均勻一致，因此不會出現(xiàn)載體分層現(xiàn)象(這是傳統(tǒng)流化床的基本現(xiàn)象)。同時，由于床內(nèi)水力摩擦、剪切較劇烈，故過厚的生物膜會自行剝落，以懸浮污泥的形式存在于流化床中，保證流化床中生物載體的密度基本均勻一致。脫落下的污泥經(jīng)過脫氣區(qū)后，在固、液分離區(qū)可較好地與載體分離，隨出水進入沉淀池中。所以在ITFB中，不需增加脫膜機械就能保證流化床中生物載體上的膜不會過度增長，同時載體又不會流失，這樣就大大簡化了傳統(tǒng)流化床處理污水系統(tǒng)中所需的輔助設(shè)備。
4、放大設(shè)計較容易傳統(tǒng)的流化床之所以放大困難，原因主要有兩點(1)流化床中整體流態(tài)復(fù)雜難于精確描述，無法指導(dǎo)放大設(shè)計；(2)流化設(shè)備(布水系統(tǒng)、布?xì)庀到y(tǒng))為使載體流化均勻其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且放大到大截面時很難實現(xiàn)。
而ITFB針對以上兩條有很大改進。首先，增設(shè)了內(nèi)管，將流化床中的載體和液體的運動規(guī)范成上升流動和下降流動，經(jīng)這樣改變后，便可從整體上清楚地描繪出流化床中載體和液體的運動規(guī)律。經(jīng)過幾個控制參數(shù)如液體循環(huán)速度等來實現(xiàn)對流化床行為的控制。在放大設(shè)計時，只要保證這些關(guān)鍵參數(shù)相似就能期望得到相似的流化床行為。其次，由于ITFB中載體的流化決定于管中曝氣頭釋放的氣體提升，而內(nèi)管截面積相對較小，這樣放大時曝氣頭的位置和形式易于布置，不會影響載體的均勻流化。
5、運行管理方便由于ITFB較之傳統(tǒng)生物流化床，省去了體外充氧設(shè)備、脫膜及載體回流設(shè)備、部分出水回流系統(tǒng)，使ITFB系統(tǒng)一體化程度大大提高，運行管理更為方便。
6、系統(tǒng)能耗大大降低由于ITFB系統(tǒng)載體流化僅依賴供給一定量空氣即可完成，無需二相床大量循環(huán)回水以保證載體充分流化；同時，氧的轉(zhuǎn)移效率較之傳統(tǒng)流化床大大提高。因此ITFB系統(tǒng)能耗自然較低。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)循環(huán)三相生物流化床，其特征是由床體，提升管，導(dǎo)流管，隔離管，曝氣頭所組成，床體為一個下端封閉的直筒，其上端的直徑較下端大，成一漏頭狀；提升管為一個兩端敞開的等徑直筒，其直徑較床體下端筒體的直徑??；導(dǎo)流管一端為一直徑大于提升管的敞口直筒，另一端為一直徑較小的敞口直筒，其間有過渡段連接，隔離管一端為一直徑較導(dǎo)流管大的敞口直筒，另一端由二個喇叭筒相聯(lián)組成；提升管安置在床體內(nèi)的下部，導(dǎo)流管的大直徑部分套入提升管上端外部，隔離管喇叭筒部分套在導(dǎo)流管外；曝氣頭安置在床體下端，床體下部有進水口。
專利摘要一種內(nèi)循環(huán)三相生物流化床，屬污水處理領(lǐng)域。本流化床由床體，提升管，導(dǎo)流管，隔離管，曝氣頭所組成，床體為一個下端封閉的直筒，其上端直徑較下端大，成一漏斗狀；提升管為一個兩端敞開的直筒，其直徑較床體下端的直徑小；導(dǎo)流管一端為一直徑大于提升管的敞口直筒，另一端為一直徑較小的敞口直筒；隔離管一端為一直徑較導(dǎo)流管大的敞口直筒，另一端由兩個喇叭筒相連而成；曝氣頭安置在床體，床體下部有進水口，本流化床性能好，氧的轉(zhuǎn)移效率高，載體流失少，放大設(shè)計較容易，運行管理方便。
文檔編號C02F3/02GK2229450SQ9521356
公開日1996年6月19日 申請日期1995年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月23日
發(fā)明者錢易, 杜兵, 張忠祥, 周平 申請人:清華大學(xué), 北京市環(huán)境保護科學(xué)研究院