專利名稱：氣浮生物處理工藝及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種對多種有機(jī)污染水進(jìn)行處理的工藝，是一種將氣浮分離和生物處理的主要工藝過程有機(jī)地組合在一個容器中而形成的特高效處理工藝。本發(fā)明所能處理的有機(jī)污染水是除少數(shù)含有對微生物起強(qiáng)烈毒性抑制作用的有機(jī)污染水外的各種有機(jī)污染水，包括工業(yè)有機(jī)廢水、城市污水、居民生活污水、受有機(jī)物污染的天然地表水、地下水等。
一、對于含有一定有機(jī)污染物的水，現(xiàn)有的處理方法有物理分離法及物理化學(xué)法、生物處理法等基本方法。其中，物理分離法主要有沉淀、氣浮、超聲、微波、過濾處理等工藝，物理化學(xué)法主要有混凝沉淀、電解氣浮、化學(xué)加藥、光催化氧化等工藝。長期以來，人們對各種物理化學(xué)分離工藝作了大量的研究與改進(jìn)，例如在沉淀池中增加斜板或斜管，大幅度提高了沉淀分離的效率與出水水質(zhì)。氣浮分離工藝廣泛用于油水分離、造紙白水等工業(yè)廢水的處理。一般來說，物理化學(xué)處理法存在以下問題沉淀、氣浮、過濾、混凝沉淀等傳統(tǒng)處理工藝的出水水質(zhì)不高，一般不容易達(dá)到污水排放的要求，而化學(xué)加藥、光催化氧化等工藝則運行費用較高，所以應(yīng)用受到限制。


圖1是一種典型的氣浮池結(jié)構(gòu)示意圖。需要處理的水一般預(yù)先加入凝聚劑后，由進(jìn)水管(101)進(jìn)入主體設(shè)備氣浮池(102)。在主體設(shè)備氣浮池(102)內(nèi)的上部裝有刮浮渣裝置(103)，下部裝有微氣泡發(fā)生裝置(105)。微氣泡發(fā)生裝置(105)可以由加壓溶氣罐、空壓機(jī)、水泵和溶氣水釋放器組成，也可以由葉輪式氣浮裝置或由電解槽和直流電源等組成。由浮渣排出口(104)排出的浮渣還要經(jīng)過進(jìn)一步的處理。處理出水由出水管(106)流出。被處理水在設(shè)備內(nèi)的停留時間一般為0.2～0.5小時。
氣浮過濾設(shè)備是一種將氣浮工藝和過濾工藝組合在一起的一種設(shè)備，它將凝聚、器浮、介質(zhì)過濾器、連續(xù)反洗組合在一個外觀像澄清器的容器中，所以也有人稱為溶氣氣浮過濾澄清器。圖2是一種氣浮過濾設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。需處理的水一般預(yù)先加入凝聚劑后，由進(jìn)水管(201)進(jìn)入氣浮過濾池(202)上部的氣浮區(qū)。和一般的氣浮工藝一樣，氣浮區(qū)設(shè)有刮浮渣裝置(203)和微氣泡發(fā)生裝置(205)、浮渣排出口(206)。氣浮過濾池(202)下部的過濾區(qū)裝有過濾介質(zhì)(204)，通常為砂子和無煙煤。過濾區(qū)底部裝有沖洗進(jìn)氣管(207)和沖洗進(jìn)水管(208)，過濾后的水經(jīng)過出水管(209)流出。通常情況下，過濾區(qū)是分格的，反沖洗是逐格依次進(jìn)行的，以移動罩式的反沖洗裝置應(yīng)用最多。最近，氣浮過濾設(shè)備的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展到代替沉淀池用于曝氣生物處理的二次沉淀工藝，大大提高了單位面積設(shè)備的污水處理能力，減少了工程占地面積。被處理水在氣浮過濾設(shè)備內(nèi)的停留時間一般為0.5～1小時。
生物處理法主要有好氧處理和厭氧處理法，其中好氧處理有活性污泥法、生物膜法等工藝，細(xì)分為傳統(tǒng)活性污泥法、A/O脫氮除磷污水處理工藝、生物接觸氧化法、氧化溝法、生物轉(zhuǎn)盤、序批式生物反應(yīng)器、三相流化床生物反應(yīng)器、膜生物反應(yīng)器、生物濾池、曝氣生物濾池等。在生物處理工藝中的很多工藝包含有物理的或物理化學(xué)的處理工藝。例如傳統(tǒng)的活性污泥法生物處理工藝中就包含沉淀分離工藝，膜生物反應(yīng)器中有膜分離工藝，曝氣生物濾池中有過濾分離工藝。一般來說，生物處理的綜合運行成本較低，所以應(yīng)用十分廣泛，但是普遍存在處理效率較低的問題，使得處理設(shè)備設(shè)施體積較大，占地面積大，工程建設(shè)周期長。
生物處理工藝的研究進(jìn)展也很多，在提高生物反應(yīng)器中的微生物濃度、縮短處理時間、提高處理效率和出水水質(zhì)方面也有明顯的進(jìn)展，近年逐步推廣應(yīng)用的有三相流化床生物反應(yīng)器、膜生物反應(yīng)器等技術(shù)。采用這兩樣技術(shù)處理一般的城市污水或生活污水，污水在設(shè)備內(nèi)的停留時間為2-4小時即可達(dá)到排放要求。膜生物反應(yīng)器的出水甚至可以達(dá)到景觀娛樂用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但是造價和膜更換費用較高。
典型的城市污水活性污泥法生物處理工藝見圖6。
圖6為典型的城市污水活性污泥法生物處理工藝流程圖。
其中，只有曝氣池主要起生物反應(yīng)的作用，其中的混合液懸浮物濃度(MLSS)一般為0.3％，通常被處理水在曝氣池中的停留時間為6～20小時。
曝氣生物濾池是一種較新的處理有機(jī)物污染水的凈化處理工藝，特別是在處理微污染水方面應(yīng)用較為成功。圖3是一種典型的曝氣生物濾池的結(jié)構(gòu)示意圖。需處理的水由進(jìn)水管(301)進(jìn)入曝氣生物濾池(302)。曝氣生物濾池(302)的上部為曝氣充氧區(qū)，設(shè)有曝氣進(jìn)氣管(305)，這與一般好氧生物處理的曝氣池的作用相同。處理后的水進(jìn)入下部的顆粒生物填料(304)形成的過濾層，有機(jī)物污染水得到進(jìn)一步的生物接觸氧化處理和過濾凈化。與一般的過濾池一樣，曝氣生物濾池(302)內(nèi)還設(shè)有沖洗進(jìn)水管(308)、沖洗進(jìn)氣管(307)、沖洗排水管(306)、沖洗排水槽(303)。在曝氣生物濾池內(nèi)，污水的停留時間一般小于1小時，處理效率高。因為曝氣生物濾池下部為過濾床，對污染物的截留容量有限，所以一般來說，曝氣生物濾池適合處理懸浮物含量在50mg/l以下，COD含量在100mg/l以下的污水。所以目前曝氣生物濾池主要用于微污染飲用水的處理，以及經(jīng)過二級生物處理后的中水的深度凈化處理。
二、發(fā)明專利“壓溶電解壓溶生化多功能氣浮成套裝置”(申請?zhí)?9115260.3)公開了一種集電化學(xué)氧化還原、電物化絮凝、壓溶生化、固液分離等多種水處理功能于一體的裝置，采用物化加生化線性結(jié)合的基本原理，有機(jī)污水在該裝置中先被電化學(xué)物化預(yù)處理后，進(jìn)而被高效壓溶生化處理，最后再被電化學(xué)物化處理，清水，濃浮渣分別連續(xù)排出。該裝置適應(yīng)于各種低、中、高濃度工業(yè)污水和城市綜合污水一步處理達(dá)標(biāo)排放，適應(yīng)于特高濃度有機(jī)污水經(jīng)厭氧生化處理后再經(jīng)過該裝置一步處理達(dá)標(biāo)。根據(jù)該發(fā)明的說明書的介紹，其處理工藝流程為污水集水池→泵→一級氣浮(電解)→泵→壓力溶氣生化反應(yīng)罐→二級氣浮分離→出水。由于該工藝流程較長，特別是生化反應(yīng)要在壓力溶氣罐內(nèi)完成，停留時間為40-120分鐘，所以需要很大容積的壓力容器，所以設(shè)備投資較高，適合處理某些高濃度、難處理的廢水。
實用新型專利“氣浮充氣好氧濾池”(申請?zhí)?4205181.5)(1996.05.22公告因未繳年費專利權(quán)終止)公開了一種氣浮充氣好氧濾池，帶有兩個箱體，其中一個帶有溶氣釋放器和進(jìn)水口，排水管連接第二個箱體底部，第二個箱體內(nèi)還帶有進(jìn)行空氣反洗與充氧的充氣管，另外還帶有礫石墊層和無煙煤層，二次處理水經(jīng)過氣浮后除去懸浮絮體顆粒，并經(jīng)好氣充氧、過濾、反洗后進(jìn)一步除去水中的溶解性物質(zhì)。
氣浮工藝也在不斷發(fā)展完善中。側(cè)向流斜板浮沉固液分離方法及裝置(申請?zhí)?2104174.8，未繳年費專利權(quán)終止)將側(cè)向流斜板分離引入氣浮分離工藝中。
三、本發(fā)明揭示了一種新的有機(jī)污染水的處理工藝方法，其特征是將氣浮分離和生物處理兩項工藝過程有機(jī)地組合在一個容器中，也就是說，將傳統(tǒng)的氣浮池經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓に嚫脑炫c調(diào)整，使得同一個容器空間不僅起到起浮的作用，而且同時可起到生物處理的作用，即氣浮池同時也是生物處理池。
典型的城市污水氣浮生物處理工藝見圖7。
圖7為城市污水氣浮生物處理工藝流程圖。
本發(fā)明的氣浮生物處理設(shè)備可以代替原來的初沉池、曝氣池、二沉池，某些種類的氣浮生物處理設(shè)備還不需要污泥回流設(shè)備。
氣浮生物處理還可以用于對有機(jī)污染程度較輕的地面水、地下水進(jìn)行一步處理，同時去除懸浮物和有機(jī)污染物，使處理后的水達(dá)到有關(guān)的給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
曝氣生物處理需要曝氣充氧、將處理后的水與微生物絮體分離兩方面的工藝。本發(fā)明充分利用了氣浮池同時具有充氧、分離作用的特點，大大提高了設(shè)備的利用效率，處理效率極高。
然而，普通的氣浮池中不能發(fā)現(xiàn)明顯的生物處理作用。這是因為在氣浮池中沒有提供微生物大量生長繁殖的條件。
為了得到良好的生物處理效果，必須提高氣浮池內(nèi)的微生物的總量，即提高微生物的濃度或擴(kuò)大體積。本發(fā)明提出了在氣浮區(qū)增設(shè)生物接觸氧化填料、增加浮渣停留時間、浮渣回流、增加生物濾池等解決辦法。這些辦法可以根據(jù)需要，合理選擇其中一項、兩項、或多項進(jìn)行優(yōu)化組合，使各種型式的氣浮池轉(zhuǎn)變?yōu)闅飧∩锾幚碓O(shè)備。如果搭配恰當(dāng)，設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，就可以提高處理效率，提高出水水質(zhì)，減低運行成本，從而得到良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。
圖4是一種型式的氣浮生物處理工藝原理圖。氣浮生物處理工藝原理如下需要處理的有機(jī)污染水由進(jìn)水管(401)進(jìn)入氣浮生物處理池(402)中，在微氣泡發(fā)生裝置(405)產(chǎn)生的微氣泡作用下得到充氧，水中的微生物利用溶解在水中的氧氣和有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行代謝，通過好氧生化反應(yīng)對污水中的有機(jī)物進(jìn)行降解處理。為了提高微生物的處理效率，在氣浮充氣區(qū)可以設(shè)置生物接觸氧化填料(404)，在一定的情況下也可以不設(shè)生物接觸氧化填料。生物接觸氧化填料可以采用各種形式的材料，以適當(dāng)?shù)姆绞奖Ａ粼跉飧^(qū)。在氣浮區(qū)，微氣泡同時還將污水中的懸浮物和生物絮體帶到氣浮生物處理池(402)的頂部，形成浮渣層。為了增加氣浮區(qū)的微生物總量，浮渣層宜控制到較厚的厚度。浮渣由刮浮渣裝置(403)刮到浮渣排出口(407)，在設(shè)備外部對浮渣進(jìn)行處理，或根據(jù)情況將浮渣全部或部分回流到污水集水池(409)，由污水泵(410)送入進(jìn)水管(401)或直接進(jìn)入氣浮生物處理池(402)，可以實現(xiàn)活性污泥泥渣的回流循環(huán)。經(jīng)過氣浮生物處理池(402)氣浮生物處理后的水流到下部，由處理出水管(408)排出。為了增加污水處理的效果，可以在適當(dāng)位置加設(shè)曝氣裝置(406)。
氣浮生物處理設(shè)備可以采用各種工程材料做成方形、圓形、圓環(huán)形、多邊形等多種平面形狀的構(gòu)筑物，其立面形狀也可以做成錐形、卵形、梯形、階梯形等多種多樣的形狀。很顯然，某些部位的形狀變化或分隔會帶來處理效率的提高或降低，同時影響設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性。
通常情況下，生活污水采用上述設(shè)備處理，在設(shè)備內(nèi)的停留時間為0.5～1小時即可以達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)。
圖5是氣浮生物處理的另外一種組合形式——氣浮生物濾池的原理圖。氣浮生物濾池工藝原理如下需要處理的污水由進(jìn)水管(501)進(jìn)入氣浮生物濾池(502)中，在微氣泡發(fā)生裝置(505)產(chǎn)生的微氣泡作用下得到充氧，水中的微生物利用溶解在水中的氧氣和有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行代謝，通過好氧生化反應(yīng)對污水中的有機(jī)物進(jìn)行降解處理。為了提高微生物的處理效率，在氣浮充氣區(qū)可以設(shè)置生物接觸氧化填料(504)。在某些情況下也可以不設(shè)填料。生物接觸氧化填料可以采用各種形式的材料，以適當(dāng)?shù)姆绞奖Ａ粼跉飧^(qū)。在氣浮區(qū)，微氣泡同時還將污水中的懸浮物和生物絮體帶到氣浮生物濾池(502)頂部，形成浮渣層，由刮浮渣裝置(503)刮到浮渣排出口(506)，在設(shè)備外部對浮渣進(jìn)行處理，或根據(jù)情況將浮渣全部或部分回流到污水集水池，由泵送入進(jìn)水管(501)，可以實現(xiàn)活性污泥泥渣的回流循環(huán)。經(jīng)過氣浮生物濾池(502)上部氣浮生物處理后的水流到下部的過濾區(qū)。與普通的曝氣生物濾池一樣，過濾區(qū)裝有生物濾池顆粒填料(507)、沖洗進(jìn)氣管(508)、沖洗進(jìn)水管(509)、處理出水管(510)。根據(jù)需要，可以將過濾區(qū)分格，反洗逐格進(jìn)行。氣浮生物濾池可以采用各種工程材料做成方形、圓形、圓環(huán)形等多種平面形狀的構(gòu)筑物。通常情況下，生活污水經(jīng)過上述設(shè)備的一次處理，在1小時左右的時間內(nèi)即可以達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)，在適當(dāng)?shù)臈l件下還可以達(dá)到景觀娛樂用水中水回用標(biāo)準(zhǔn)。
在氣浮分離的浮渣區(qū)，由于微氣泡富集了大量的有機(jī)物、大量的微生物絮體，微生物的濃度極高，混合液懸浮物濃度(MLSS)可以達(dá)到1.0％以上，而氣泡中又有大量的氧氣供應(yīng)，所以好氧生物反應(yīng)的效率極高，這是目前任何其他的好氧生物處理法正常運行所不能達(dá)到的。
四、本發(fā)明是在氣浮工藝的基礎(chǔ)上，通過提高氣浮池的微生物總量，使氣浮分離與生物處理工藝在同一個容器內(nèi)完成，實現(xiàn)對污水的高效處理。
本發(fā)明中所述的氣浮池只提到了其基本的結(jié)構(gòu)與原理，但實際應(yīng)用的設(shè)備為了達(dá)到好的出水水質(zhì)，工藝流程、微氣泡的產(chǎn)生方法很多，結(jié)構(gòu)形式也多種多樣，很多設(shè)備還加有斜管、斜板、波紋板等。只要提高氣浮池的微生物總量的方法與氣浮池的工作不沖突，在各種氣浮池的基礎(chǔ)上都可以通過一定的改造使氣浮分離與生物處理工藝在同一個容器內(nèi)完成，使它們改變成為本發(fā)明的氣浮生物處理設(shè)備。
提高氣浮池的微生物總量的方法有合理延長浮渣在氣浮池的停留時間；浮渣回流；在氣浮分離區(qū)設(shè)置生物接觸氧化填料；在出水區(qū)設(shè)置生物填料區(qū)。
合理延長浮渣在氣浮池的停留時間的方法有增大浮渣停留區(qū)的高度，延長浮渣停留時間；用小水流噴淋到浮渣層上，使部分浮渣回到氣浮分離區(qū)，繼續(xù)參與生化反應(yīng)；用大氣泡或機(jī)械裝置攪動浮渣層；合理控制刮浮渣裝置的運行。
實現(xiàn)浮渣回流的方法有將浮渣回流到污水集水池、進(jìn)水管路或進(jìn)水口附近，實現(xiàn)活性污泥的回流；采用泵或其他機(jī)械裝置使浮渣回到水中的合適位置。
在氣浮分離區(qū)設(shè)置生物接觸氧化填料，是一種微生物固定化技術(shù)，應(yīng)用前景較好。各種生物接觸氧化填料都可以采用，如各種蜂窩填料、軟性與半軟性填料、各種飄浮型填料、多面空心球填料、容易隨水流動的顆粒狀填料等。流動性填料可以采用網(wǎng)箱式裝置安裝在合適的位置。只要采用合適的固定方法保持填料在適當(dāng)?shù)奈恢脜^(qū)域，采用脫膜防堵措施，各種填料都可以使用，不過要注意有防流失、防漂浮、防堵塞等措施才能保證使用效果。
在微氣泡發(fā)生裝置下部的氣浮出水區(qū)也可以設(shè)置各種形式的生物接觸填料，同樣可以起到一定的生物處理作用，蜂窩型、平板式、波紋板式填料還可以起到分離作用，提高出水水質(zhì)。
在微氣泡發(fā)生裝置下部的氣浮出水區(qū)設(shè)置生物濾池過濾區(qū)的效果較好。適合曝氣生物濾池用的濾料品種很多，它們幾乎都可以用到氣浮生物濾池中。理想的濾料應(yīng)該具有較大的空隙率、有大小合適的通孔結(jié)構(gòu)，合適的比重和粒徑，不易損失，使用壽命長，造價低。
在微氣泡發(fā)生裝置下部合理地設(shè)置生物濾池，通過合理的設(shè)計和運行控制，可以實現(xiàn)對污水的硝化與反硝化，實現(xiàn)生物脫氮處理。
在需處理的水中加入對磷酸鹽有吸附作用的凝聚劑或其他藥劑，可以降低出水中磷的含量。
上述的方法可以選擇其中某一項，也可以同時選擇兩項或多項，經(jīng)過合理的組合，可以達(dá)到較好的效果，成為具有實用價值的氣浮生物處理設(shè)備。
本發(fā)明的氣浮生物處理設(shè)備內(nèi)部還可以組合加入其他的處理工藝，使設(shè)備可以更好地處理高濃度或難處理的有機(jī)污染水，例如電解、電解微絮凝、化學(xué)氧化、化學(xué)催化氧化、光化學(xué)氧化、電子束催化氧化等各種工藝。這樣的組合是一種空間和過程的搭積木式的組合，可以減少總體處理流程的占地面積。
氣浮生物處理設(shè)備出水口附近可以設(shè)置一個與其他部分相對隔離的消毒處理區(qū)，使設(shè)備出水的生物指標(biāo)達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn)。消毒可以采用加藥、電解、紫外光處理等方法。
氣浮生物處理設(shè)備的主體部分可以根據(jù)工程需要選用各種工程材料制造，如碳鋼、混凝土、玻璃鋼、塑料或不銹鋼等。
氣浮必需的微氣泡發(fā)生裝置種類繁多，除了傳統(tǒng)的壓力溶氣氣浮外，還有葉輪攪拌型、吸氣水泵型、射流噴射型、電解型等多種形式，只要不明顯地抑制微生物的生長繁殖都可以采用。
在用于污水處理工程時，氣浮生物處理設(shè)備一般應(yīng)配套有壓力溶氣系統(tǒng)或吸氣溶氣水泵等微氣泡發(fā)生系統(tǒng)、凝聚及加入系統(tǒng)、浮渣處理系統(tǒng)等設(shè)備，氣浮生物濾池還應(yīng)配有沖洗用鼓風(fēng)機(jī)、沖洗水泵等配套設(shè)施。通常設(shè)備的進(jìn)出水、沖洗水氣管路系統(tǒng)需要有配水、配氣裝置。
本發(fā)明的進(jìn)水管在設(shè)備內(nèi)的相對位置、流動方向等也有多種變化的形式，如進(jìn)水管可以從設(shè)備頂部進(jìn)入，水進(jìn)入設(shè)備后還經(jīng)過配水裝置等。
為了加大溶解氧的供應(yīng)量，提高污水處理的效果，溶氣氣體可以采用富氧空氣或純氧氣。
五、下面以具體的污水處理項目為例，進(jìn)一步說明本發(fā)明的實施方法與應(yīng)用效果。
某小區(qū)需要處理的生活污水流量為10t/h，主要水質(zhì)指標(biāo)為COD230mg/l，BOD 100mg/l，SS 120mg/l，氨氮35mg/l。
污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)規(guī)定的處理水二級排放標(biāo)準(zhǔn)為COD 120mg/l，BOD 30mg/l，SS 30mg/l，氨氮25mg/l；一級排放標(biāo)準(zhǔn)為COD 60mg/l，BOD 20mg/l，SS 20mg/l，氨氮15mg/l。
如采用通用的接觸氧化活性污泥法進(jìn)行生物處理，接觸氧化處理的時間為4小時，沉淀池的停留時間為1.5小時，設(shè)備的凈容積為10×(4+1.5)＝55m3。出水水質(zhì)可以滿足二級排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。如果再增加二級絮凝沉淀、過濾、殺菌工藝，出水水質(zhì)可以滿足一般的中水回用的要求。
根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)情況，如果選用單純的氣浮工藝，污水在氣浮設(shè)備內(nèi)的停留時間0.5小時，設(shè)備的凈容積為10×0.5＝5m3。出水水質(zhì)可以達(dá)到以下指標(biāo)COD 120mg/l，BOD 60mg/l，SS 30mg/l，氨氮25mg/l，距離二級排放標(biāo)準(zhǔn)還有一定差距。
如采用在氣浮區(qū)加接觸氧化填料的氣浮生物處理設(shè)備，污水在氣浮生物設(shè)備內(nèi)停留時間0.8小時，設(shè)備凈容積為10×0.8＝8m3。出水水質(zhì)為COD 60mg/l，BOD 30mg/l，SS 30mg/l，氨氮20mg/l，滿足二級排放標(biāo)準(zhǔn)的排放要求。
如采用在氣浮區(qū)加入接觸氧化填料且底部增加生物濾池的氣浮生物處理設(shè)備(如圖5所示)，停留時間為l.2小時，設(shè)備的凈容積為10×1.2＝12m3。出水水質(zhì)為COD 35mg/l，BOD 10mg/l，SS 15mg/l，氨氮10mg/l，超過一級排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，經(jīng)適量的殺菌后出水水質(zhì)滿足景觀娛樂用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可以作為中水回收利用。
六、本發(fā)明的技術(shù)特征是將氣浮分離工藝和曝氣生物處理工藝有機(jī)地結(jié)合在一個容器中，氣浮分離工藝和曝氣生物處理工藝幾乎是同步完成，具有以下特點1、對有機(jī)污染水的處理在一個容器內(nèi)就可以完成，設(shè)備容積利用率極高，設(shè)備占地面積極小。
以日處理污水量4萬噸的中型城市污水處理廠為例，如果采用新型的合建式一體化氧化溝工藝，污水在池內(nèi)需要停留的時間為24小時，氧化溝的占地面積為10000m2。如果采用通常的接觸氧化活性污泥法進(jìn)行生物處理，接觸氧化處理的時間為4小時，占地面積為1800m2，沉淀池的停留時間為2小時，占地面積為1000m2。如果采用圖5所示的氣浮生物濾池設(shè)備，設(shè)備占地面積僅需要500m2，可以做成一套或兩套成套設(shè)備。
2、氣浮生物處理設(shè)備高度節(jié)能。
一般有機(jī)污染水中含有大量的有機(jī)顆粒物。這些有機(jī)顆粒物不斷地降解為可溶性的有機(jī)物轉(zhuǎn)移到水中。如果采用一般的曝氣生物處理，就需要消耗大量的溶解氧才能將這些有機(jī)物氧化分解，這樣大大增加了曝氣系統(tǒng)的動力消耗。氣浮生物處理設(shè)備則直接通過氣浮分離，將大多數(shù)懸浮物直接用物理方法分離去除，大大減少了總體的動力消耗。
氣浮生物處理設(shè)備的充氣過程不僅起到溶氣氣浮的作用，同時還起到給微生物供氧的作用，可謂一箭雙雕。這是氣浮生物處理設(shè)備的總體能耗小的重要原因。
3、處理效率極高為了提高生物反應(yīng)器的處理效率，人們已經(jīng)采用了多種方法來提高生物反應(yīng)器中的微生物濃度和活性。例如，在活性污泥法中設(shè)有污泥回流來提高微生物濃度，在序批式生物反應(yīng)器、膜生物反應(yīng)器中均有高濃度的微生物活性污泥，生物接觸氧化填料的作用也是通過微生物固定化，提高生物反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度。
在氣浮生物處理設(shè)備中，微生物絮體被微氣泡帶到設(shè)備上部，在相當(dāng)厚度的區(qū)域內(nèi)形成懸浮泥渣層。在懸浮泥渣層內(nèi)，有很高濃度的微生物，有大量夾雜的微氣泡向水中提供氧氣，所以這里存在一個高效率的好氧微生物反應(yīng)區(qū)。
4、容易達(dá)到較高的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)如果采用圖5所示的氣浮生物濾池設(shè)備，與不加生物濾池的普通氣浮生物處理設(shè)備相比，只需要加高設(shè)備、增加合適的濾料、氣水沖洗設(shè)施，所增加的設(shè)備材料很少，不增加主設(shè)備的占地面積，所以設(shè)備費用增加不多。另外，增加的部分相當(dāng)于增加了曝氣生物濾池的工藝，卻不需要增加曝氣設(shè)施，也不需要增加曝氣的動力消耗，所以增加生物濾池部分具有很高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。氣浮生物濾池設(shè)備得出水水質(zhì)高，在處理常見的生活污水和城市污水時，出水水質(zhì)很容易達(dá)到景觀娛樂用水等中水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
5、氣浮生物處理設(shè)備容易做成各種處理能力的設(shè)備，工程建設(shè)周期短。
由于結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備體積小，氣浮生物處理設(shè)備很容易做成單臺處理能力0.1-4000t/h的機(jī)電一體化的成套設(shè)備。對于工程建設(shè)方來說，可以極大地縮短建設(shè)周期。
七、綜上所述，本發(fā)明的氣浮生物處理設(shè)備原理簡單，容易實施，在工程應(yīng)用中具有處理效率極高、占地面積小、投資少、建設(shè)周期短、運行費用省、出水水質(zhì)好的特點，具有極為顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。
由于占地面積極大地縮小，使氣浮生物處理設(shè)備可以進(jìn)入城市中心區(qū)，進(jìn)入居民小區(qū)，進(jìn)入賓館飯店，甚至進(jìn)入辦公大樓內(nèi)。氣浮生物處理設(shè)備進(jìn)入城市中心區(qū)后，可以節(jié)省大量的排污管網(wǎng)建設(shè)投資，同時節(jié)省中水回用的管網(wǎng)建設(shè)費用，消滅城市污水長途收集輸送、回用中水輸送的大量能量消耗。
本發(fā)明的設(shè)備可以高效節(jié)能地凈化有機(jī)污染水，除少數(shù)含有對微生物起強(qiáng)烈毒性抑制作用的有機(jī)污染水外幾乎適用于一切有機(jī)污染水的凈化處理，能使大多數(shù)低、中、高濃度的有機(jī)污染水一步處理達(dá)標(biāo)，特高濃度的有機(jī)污染水可能需要串聯(lián)適當(dāng)?shù)奶幚砉に?。本發(fā)明的某些型式的設(shè)備可以使大多數(shù)城市污水一步處理達(dá)到景觀娛樂用中水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明也適用于處理受到有機(jī)物污染的天然水，特別是懸浮物含量較高的地表水進(jìn)行一步處理，同時去除懸浮物和有機(jī)污染物，處理凈化后經(jīng)過消毒等工藝，達(dá)到給水的有關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明具有明顯的先進(jìn)性、新穎性和實用性，對城市污水處理、工業(yè)廢水、給水處理的技術(shù)發(fā)展將帶來極為深遠(yuǎn)的影響。
權(quán)利要求
1.一種處理含有機(jī)污染物的天然水或生活污水、城市污水、工業(yè)廢水的氣浮生物處理工藝及設(shè)備，其特征是將氣浮分離工藝和生物處理工藝有機(jī)地組合在一個容器中，將需要處理的有機(jī)污染水在容器中經(jīng)過同時進(jìn)行的氣浮分離和生物處理，使有機(jī)污染水得到快速凈化。
2.如權(quán)利要求1所述的一種氣浮生物處理工藝及設(shè)備，其特征是通過提高氣浮池內(nèi)的微生物的總量，利用氣浮工藝產(chǎn)生的充氣和分離作用，使得氣浮分離與生物處理在一個容器中同時進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求2所述的提高氣浮池內(nèi)的微生物總量的工藝方法，其特征是通過擴(kuò)大氣浮區(qū)的體積，特別是浮渣區(qū)的體積來實現(xiàn)的。
4.如權(quán)利要求2所述的提高氣浮池內(nèi)的微生物總量的工藝方法，其特征是在氣浮區(qū)增設(shè)生物接觸氧化填料，這些填料固定在氣浮區(qū)的一定位置，或在一定的范圍內(nèi)活動。
5.如權(quán)利要求2所述的提高氣浮池內(nèi)的微生物總量的工藝方法，其特征是用小水流流噴淋到浮渣層上，或用大氣泡或機(jī)械裝置攪動浮渣層，或用泵輸送使部分表面浮渣回到氣浮池的適當(dāng)位置。
6.如權(quán)利要求2所述的提高氣浮池內(nèi)的微生物總量的工藝方法，其特征是合理控制刮浮渣裝置的運行，延長浮渣在氣浮池的停留時間。
7.如權(quán)利要求2所述的提高氣浮池內(nèi)的微生物總量的工藝方法，其特征是將部分或全部刮渣排出的浮渣回流到污水集水池、進(jìn)水泵入口、進(jìn)水管路或氣浮生物處理池的進(jìn)水口附近，實現(xiàn)生物活性污泥的回流。
8.如權(quán)利要求2所述的提高氣浮池內(nèi)的微生物總量的工藝方法，其特征是在微氣泡發(fā)生裝置附近和/或下部的氣浮出水區(qū)設(shè)置各種形式的生物接觸填料，可以起到一定的生物處理作用，同時還可以起到分離作用，提高出水水質(zhì)。
9.如權(quán)利要求8所述的在微氣泡發(fā)生裝置附近和/或下部的氣浮出水區(qū)設(shè)置生物接觸填料的工藝方法，其特征是設(shè)置填料的方式為淹沒式生物濾池，所用的生物濾池填料為天然或人工的顆粒狀材料，構(gòu)成如圖5所示的氣浮生物濾池設(shè)備。
10.如權(quán)利要求9所述的氣浮生物濾池設(shè)備，其特征是通過擴(kuò)大生物濾池的體積，配合充氧的調(diào)整，使生物濾池的底部形成的缺氧區(qū)，使整個設(shè)備完成氮元素的硝化與反消化，達(dá)到生物脫氮處理的效果，即構(gòu)成生物脫氮氣浮生物濾池。
11.如權(quán)利要求2所述的提高氣浮池內(nèi)的微生物總量的工藝方法，其特征是在權(quán)利要求3、4、5、6、7、8、9、10的方法中選擇兩種或多種方法進(jìn)行組合，以達(dá)到更好的處理效果。
12.如權(quán)利要求1所述的氣浮生物處理工藝及設(shè)備，其特征是氣浮所采用的微氣泡發(fā)生裝置產(chǎn)生的氣泡含有的氧氣濃度高于空氣，從而提高生物處理的氧氣供應(yīng)量。
13.如權(quán)利要求1所述的氣浮生物處理工藝及設(shè)備，其微氣泡發(fā)生裝置為葉輪式、噴射式、或水泵型等形式，其特征是所產(chǎn)生的氣泡不僅有微氣泡，同時還有較大的氣泡，可以使水面上部的浮渣層和/或生物接觸氧化填料得到合適的攪動，從而提高生物處理效果。
14.如權(quán)利要求1所述的氣浮生物處理工藝及設(shè)備，其特征是在微氣泡發(fā)生裝置上部一定距離的適當(dāng)位置還設(shè)有生物處理用的曝氣裝置(406)。
15.如權(quán)利要求1所述的氣浮生物處理工藝及設(shè)備，其特征是在微氣泡發(fā)生裝置的附近或下部設(shè)有分離斜管、斜板或波紋板等裝置，主要起提高分離效果的作用，同時又可以產(chǎn)生一定的生物接觸氧化作用。
16.如權(quán)利要求1所述的氣浮生物處理工藝及設(shè)備，其特征是在氣浮生物處理設(shè)備內(nèi)部組合加入其他的處理工藝，例如電解、電解微絮凝、化學(xué)氧化、化學(xué)催化氧化、光化學(xué)氧化、電子束催化氧化等各種工藝，使設(shè)備可以更好地處理高濃度或難處理的有機(jī)污染水，提高處理效果。
17.如權(quán)利要求1所述的氣浮生物處理工藝及設(shè)備，其特征是在氣浮生物處理設(shè)備出水口附近設(shè)置消毒處理區(qū)，使設(shè)備出水的生物指標(biāo)達(dá)到較高標(biāo)準(zhǔn)的要求。
18.如權(quán)利要求1所述的氣浮生物處理工藝及設(shè)備，其特征是從權(quán)利要求11、12、13、14、15、16、17的方法中合理地選擇2種或多種進(jìn)行組合，以提高處理效果。
19.如權(quán)利要求1所述的氣浮生物處理工藝及設(shè)備，其特征是在設(shè)備的一定位置加入對磷酸鹽有沉淀吸附作用的凝聚劑如鐵鹽等藥劑，在提高氣浮分離作用的同時，還可以提高氣浮生物處理設(shè)備對磷元素的去除率。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種對多種有機(jī)污染水進(jìn)行處理的氣浮生物處理工藝與設(shè)備，它是一種將氣浮分離和生物處理的主要工藝過程有機(jī)地組合在一個容器中而形成的，可以取代常規(guī)活性污泥法生物處理中的初沉池、曝氣池、二沉池和污泥回流裝置，處理效率極高，可使主設(shè)備占地面積縮小到原來的十分之一左右。氣浮生物處理設(shè)備能處理的有機(jī)污染水是除少數(shù)含有對微生物起強(qiáng)烈毒性抑制作用的有機(jī)污染水外的各種有機(jī)污染水，包括工業(yè)有機(jī)廢水、城市污水、居民生活污水、受有機(jī)物污染的天然地表水、地下水等。
文檔編號C02F1/24GK1413916SQ0212520
公開日2003年4月30日 申請日期2002年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月17日
發(fā)明者王文兵 申請人:王文兵