本發(fā)明屬于化工及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種廢水處理裝置及其廢水處理方法，更進一步說，涉及一種用于廢水處理的好氧膨脹床裝置及方法。

背景技術(shù)：

廢水處理中，好氧生物處理(生化處理)是最常用的工藝，但由于廢水排放標準的提高，廢水生化處理的難度相應(yīng)增加。對于經(jīng)過生化處理且未達到排放標準的廢水，需要進一步進行廢水深度處理。

曝氣生物濾池是目前常用的廢水深度處理工藝。曝氣生物濾池處理工藝可有效進行廢水深度處理，但也存在投資高、運行費用高、占地面積大、處理負荷小等不足。

首先，曝氣生物濾池中填料床為固定床運行，經(jīng)過一定時間后，由于布水、布氣的不均勻性，會使生物膜的生長不均勻，進而導(dǎo)致通過填料床時的水流短路，影響整體的處理效率；

其次，待處理的廢水一次通過填料床，廢水與生物膜的接觸時間短，處理效果的穩(wěn)定性不高；

第三，需要在填料床的底部鼓入空氣，為填料上生長的生物膜提供降解有機物所需要的氧氣，而由于鼓入的空氣對生物膜產(chǎn)生強烈的擾動，阻礙了生物膜的生長；

第四，曝氣生物濾池的填料床厚度在3m左右，通常情況下需要很大的床層面積，導(dǎo)致占地面積和投資增加。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種廢水處理裝置 及其廢水處理方法，可以實現(xiàn)：(1)生化處理中溶氧過程與生化過程分離，創(chuàng)造良好的生物反應(yīng)條件，操作控制更易于實現(xiàn)；(2)填料床以膨脹態(tài)運行，避免水流短路，提高有機物去除負荷；(3)采用細小的顆粒填料，比表面積更大，附著的生物膜量大；(4)大大增加了填料床厚度，填料區(qū)厚度與填料區(qū)橫截面直徑之比不小于2，減少好氧處理單元的占地面積。

一種好氧膨脹床，所述好氧膨脹床5自下而上依次為反應(yīng)區(qū)、連接段和出水區(qū)29，反應(yīng)區(qū)和出水區(qū)29通過連接段連接；

所述出水區(qū)29的橫截面積大于反應(yīng)區(qū)的橫截面積；

所述反應(yīng)區(qū)的底部設(shè)有進水口26；

反應(yīng)區(qū)自下至上依次為承托層27和填料區(qū)28，所述承托層27內(nèi)填裝級配礫石顆粒；所述填料區(qū)28內(nèi)填裝直徑為1-3mm的小粒徑填料；

所述出水區(qū)29的頂部周邊設(shè)置集水槽35，集水槽35上方的側(cè)壁設(shè)置溢流堰34；

所述出水區(qū)29的側(cè)壁上部還設(shè)置與集水槽35聯(lián)通的出水口30；所述出水區(qū)29的中心位置居中設(shè)有三相分離器31。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述反應(yīng)區(qū)的外部設(shè)有夾套，夾套的下部設(shè)有加熱水進口38，夾套的上部設(shè)有加熱水出口37。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述連接段的側(cè)壁設(shè)有第二排泥口36。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述連接段與出水區(qū)29的連接部分呈喇叭形。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述好氧膨脹床5為立式筒形結(jié)構(gòu)，橫截面為圓形。

在上述方案的基礎(chǔ)上，填料區(qū)28的厚度與填料區(qū)28的橫截面直徑之比≥2。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述好氧膨脹床5可由鋼板或玻璃制成。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述三相分離器31包括中心管31-a，中心管31-a下端口連接上部罩體31-b，上部罩體31-b與下部罩體31-c通過連接件31-d連接，并構(gòu)成過流通道；上部罩體31-b及下部罩體31-c呈喇叭形，且擴口端向下。

一種廢水處理裝置，應(yīng)用上述的好氧膨脹床5，還包括充氧器3，充氧器3與好氧膨脹床5的出水口30連接；

風(fēng)機1，與充氧器3連接；

第一氣體流量計2，設(shè)置于風(fēng)機1與充氧器3之間；

循環(huán)泵4，分別連接充氧器3和好氧膨脹床5的進水口26；

進料泵14，與好氧膨脹床5的進水口26連接；

進料罐12，與進料泵14連接，進料罐12設(shè)有低液位報警裝置13；

加熱泵15，與好氧膨脹床5的加熱水進口38連接；

氣泵17，與好氧膨脹床5的進水口26連接，氣泵17與好氧膨脹床5的進水口26之間設(shè)有第二氣體流量計16；

加熱器18，連接好氧膨脹床5的加熱水出口37，并連接加熱泵15，加熱器18上設(shè)有溫度過熱傳感器8；

數(shù)顯溫度傳感器7，其溫度探頭33設(shè)置在好氧膨脹床5的出水區(qū)29內(nèi)；

數(shù)顯pH傳感器6，其pH探頭32設(shè)置在好氧膨脹床5的出水區(qū)29內(nèi)。

所述的廢水處理裝置還包括控制數(shù)據(jù)柜9和終端控制器10，二 者之間通過電腦數(shù)據(jù)線11連接；

數(shù)顯溫度傳感器6、數(shù)顯pH傳感器7、溫度過熱傳感器8、低液位報警裝置13、進料泵14、循環(huán)泵4、加熱泵15、風(fēng)機1、氣泵17以及氣體流量計的顯示和/或操作控制均通過控制數(shù)據(jù)柜9來運作。

在上述方案的基礎(chǔ)上，由加熱器18、加熱泵15和好氧膨脹床5的加熱水進口38、加熱水出口37組成加熱循環(huán)管路，熱水通過反應(yīng)器夾套對反應(yīng)區(qū)進行加熱。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述充氧器3底部設(shè)置第一排泥口19，第一排泥口19上方為出水/沉泥區(qū)20，出水/沉泥區(qū)20側(cè)壁的下部設(shè)有循環(huán)出水口25，出水/沉泥區(qū)20上方為溶氧區(qū)22，出水/沉泥區(qū)20和溶氧區(qū)22的分界處設(shè)置曝氣器21，充氧器3側(cè)壁的上部設(shè)置溢流排水口23，充氧器3側(cè)壁的中部設(shè)置循環(huán)進水口24。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述充氧器3為筒形結(jié)構(gòu)，橫截面為圓形。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述充氧器3的循環(huán)進水口24連接好氧膨脹床5的出水口30。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述充氧器3的曝氣器21連接第一氣體流量計2。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述充氧器3的循環(huán)出水口25連接循環(huán)泵4。

一種廢水處理方法，應(yīng)用上述的廢水處理裝置，包括以下步驟：

1)廢水經(jīng)過進料泵14后，進料泵14的出水和循環(huán)泵4的出水進行混合，形成混合水；

2)混合水通過進水口26進入好氧膨脹床5的反應(yīng)區(qū)進行處理；

3)反應(yīng)區(qū)出水通過連接段進入出水區(qū)29，然后通過出水口30進入充氧器3；

4)充氧器3的出水經(jīng)過出水口25進入循環(huán)泵4；同時充氧器3的溢流排水口23排出處理后排水，所述處理后排水的水量與進料泵14進入的廢水的水量相同。

在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟2)中混合水通過進水口26進入好氧膨脹床5，然后經(jīng)過承托層27內(nèi)填裝的級配礫石顆粒進行配水后，進入填料區(qū)28。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述填料區(qū)28內(nèi)的填料顆粒隨循環(huán)水流浮動，使填料區(qū)28內(nèi)的填料顆粒處于膨脹狀態(tài)。

在上述方案的基礎(chǔ)上，控制循環(huán)水流流量，使填料區(qū)28的膨脹率在50％以下。

在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟4)中所述充氧器3內(nèi)的水流自上向下流動，由曝氣器21產(chǎn)生的微氣泡自下向上運動，在氣、水相對運動過程中，氧氣溶解在水流中。

在上述方案的基礎(chǔ)上，溶氧后的水流繼續(xù)向下流動進入出水/沉泥區(qū)20，再經(jīng)過出水口25進入循環(huán)泵4。

在上述方案的基礎(chǔ)上，好氧膨脹床5的溫度、pH值和加熱水液位均由計算機系統(tǒng)自動控制和檢測。

在上述方案的基礎(chǔ)上，當好氧膨脹床5需要反洗時，包括如下步驟：

1)關(guān)閉風(fēng)機1，停止向充氧器3充氧，關(guān)閉進料泵14停止向生化系統(tǒng)進水；循環(huán)泵4正常運行，維持生化系統(tǒng)的水流循環(huán)；

2)開啟氣泵17，向好氧膨脹床5鼓入空氣，經(jīng)過承托層27進行布氣，與上升的循環(huán)水流一并通過填料區(qū)28，在氣泡的作用下，填料顆粒之間的碰撞、摩擦加劇，附著的厚生物膜被擦洗下來，進入到循環(huán)水流中，持續(xù)一段時間后，填料顆粒上過厚的生物膜被脫除；

3)關(guān)閉氣泵17，停止向好氧膨脹床5供風(fēng)，停止循環(huán)泵4，生化系統(tǒng)的水流停止流動，膨脹的填料隨之下落，隨水流存留在好氧膨脹床5，充氧器3中的脫落生物膜開始沉降，一段時間后，好氧膨脹床5中的脫落生物膜以污泥的形態(tài)沉降到填料床之上的出水區(qū)29底部，通過好氧膨脹床5的第二排泥口36將污泥排出；

4)充氧器3中的脫落生物膜以污泥的形態(tài)沉降到出水/沉泥區(qū)20底部，通過底部第一排泥口19將污泥排出。反洗脫膜過程結(jié)束，生化系統(tǒng)進入正常運行工況。

本發(fā)明的好氧膨脹床生化工藝有如下效果：

生化反應(yīng)和溶氧分開完成，獨立控制，避免了傳統(tǒng)生化工藝中溶氧、生化在一個空間內(nèi)進行所造成的相互干擾，且可以同步實現(xiàn)生化反應(yīng)過程和溶氧過程的優(yōu)化；

填料區(qū)采用細顆粒填料，比表面積大，可有效提高單位體積填料內(nèi)的微生物量，進而提高好氧膨脹床的容積負荷；

填料區(qū)正常運行時處于膨脹狀態(tài)，避免可能產(chǎn)生的水流短路；固、液兩相的流態(tài)有利于微生物與污水的接觸和傳質(zhì)，提高生化反應(yīng)效率；

采用強制水流循環(huán)，提高生化反應(yīng)過程的穩(wěn)定性和抗沖擊性；

好氧膨脹床、充氧器可采用較大的設(shè)備高度，提高好氧膨脹床的填料區(qū)的厚度，進而減少占地面積，提高溶氧效率；

好氧膨脹床內(nèi)溫度、pH和加熱水液位均由計算機系統(tǒng)自動控制監(jiān)測，自動化程度很高，大大降低了人工勞動強度。

附圖說明

本發(fā)明有如下附圖：

圖1本發(fā)明廢水處理裝置構(gòu)成示意圖

圖2本發(fā)明充氧器的示意圖

圖3本發(fā)明好氧膨脹床的主視圖

圖4本發(fā)明三相分離器的主視圖

圖5本發(fā)明三相分離器的俯視圖

附圖標記說明：

1、風(fēng)機，2、第一氣體流量計，3、充氧器，4、循環(huán)泵，5、好氧膨脹床，6、數(shù)顯pH傳感器，7、數(shù)顯溫度傳感器，8、溫度過熱傳感器，9、控制數(shù)據(jù)柜，10、終端控制器，11、電腦數(shù)據(jù)線，12、進料罐，13、低液位報警裝置，14、進料泵，15、加熱泵，16、第二氣體流量計，17、氣泵，18、加熱器

19、第一排泥口，20、出水/沉泥區(qū)，21、曝氣器，22、溶氧區(qū)，23、溢流排水口，24、循環(huán)進水口，25、循環(huán)出水口

26、進水口，27、承托層，28、填料區(qū)，29、出水區(qū)，30、出水口，31、三相分離器，32、pH探頭，33、溫度探頭，34、溢流堰，35、集水槽，36、第二排泥口，37、加熱水出口，38、加熱水進口

31-a、中心管，31-b、上部罩體，31-c、下部罩體，31-d、連接件

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

如圖3-5所示，一種好氧膨脹床，所述好氧膨脹床5自下而上依次為反應(yīng)區(qū)、連接段和出水區(qū)29，反應(yīng)區(qū)和出水區(qū)29通過連接段連接；

所述出水區(qū)29的橫截面積大于反應(yīng)區(qū)的橫截面積；

所述反應(yīng)區(qū)的底部設(shè)有進水口26；

反應(yīng)區(qū)自下至上依次為承托層27和填料區(qū)28，所述承托層27內(nèi)填裝級配礫石顆粒；所述填料區(qū)28內(nèi)填裝直徑為1-3mm的小粒徑填料；

所述出水區(qū)29的頂部周邊設(shè)置集水槽35，集水槽35上方的側(cè)壁設(shè)置溢流堰34；

所述出水區(qū)29的側(cè)壁上部還設(shè)置與集水槽35聯(lián)通的出水口30；所述出水區(qū)29的中心位置居中設(shè)有三相分離器31。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述反應(yīng)區(qū)的外部設(shè)有夾套，夾套的下部設(shè)有加熱水進口38，夾套的上部設(shè)有加熱水出口37。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述連接段的側(cè)壁設(shè)有第二排泥口36。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述連接段與出水區(qū)29的連接部分呈喇叭形。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述好氧膨脹床5為立式筒形結(jié)構(gòu)，橫截面為圓形。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述好氧膨脹床5可由鋼板或玻璃制成。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述三相分離器31包括中心管31-a，中心管31-a下端口連接上部罩體31-b，上部罩體31-b與下部罩體31-c通過連接件31-d連接，并構(gòu)成過流通道；上部罩體31-b及下部罩體31-c呈喇叭形，且擴口端向下。

如圖1和2所示，一種廢水處理裝置，應(yīng)用上述的好氧膨脹床5，還包括充氧器3，充氧器3與好氧膨脹床5的出水口30連接；

風(fēng)機1，與充氧器3連接；

第一氣體流量計2，設(shè)置于風(fēng)機1與充氧器3之間；

循環(huán)泵4，分別連接充氧器3和好氧膨脹床5的進水口26；

進料泵14，與好氧膨脹床5的進水口26連接；

進料罐12，與進料泵14連接，進料罐12設(shè)有低液位報警裝置13；

加熱泵15，與好氧膨脹床5的加熱水進口38連接；

氣泵17，與好氧膨脹床5的進水口26連接，氣泵17與好氧膨脹床5的進水口26之間設(shè)有第二氣體流量計16；

加熱器18，連接好氧膨脹床5的加熱水出口37，并連接加熱泵15，加熱器18上設(shè)有溫度過熱傳感器8；

數(shù)顯溫度傳感器7，其溫度探頭33設(shè)置在好氧膨脹床5的出水區(qū)29內(nèi)；

數(shù)顯pH傳感器6，其pH探頭32設(shè)置在好氧膨脹床5的出水區(qū)29內(nèi)。

所述的廢水處理裝置還包括控制數(shù)據(jù)柜9和終端控制器10，二者之間通過電腦數(shù)據(jù)線11連接；

數(shù)顯溫度傳感器6、數(shù)顯pH傳感器7、溫度過熱傳感器8、低液位報警裝置13、進料泵14、循環(huán)泵4、加熱泵15、風(fēng)機1、氣泵17以及氣體流量計的顯示和/或操作控制均通過控制數(shù)據(jù)柜9來運作。

在上述方案的基礎(chǔ)上，由加熱器18、加熱泵15和好氧膨脹床5的加熱水進口38、加熱水出口37組成加熱循環(huán)管路，熱水通過反應(yīng)器夾套對反應(yīng)區(qū)進行加熱。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述充氧器3底部設(shè)置第一排泥口19，第一排泥口19上方為出水/沉泥區(qū)20，出水/沉泥區(qū)20側(cè)壁的下部設(shè)有循環(huán)出水口25，出水/沉泥區(qū)20上方為溶氧區(qū)22，出水/沉泥區(qū)20和溶氧區(qū)22的分界處設(shè)置曝氣器21，充氧器3側(cè)壁的上部設(shè)置溢流排水口23，充氧器3側(cè)壁的中部設(shè)置循環(huán)進水口24。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述充氧器3為筒形結(jié)構(gòu)，橫截面為圓形。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述充氧器3的循環(huán)進水口24連接好氧膨脹床5的出水口30。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述充氧器3的曝氣器21連接第一氣體 流量計2。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述充氧器3的循環(huán)出水口25連接循環(huán)泵4。

一種廢水處理方法，應(yīng)用上述的廢水處理裝置，包括以下步驟：

1)廢水經(jīng)過進料泵14后，進料泵14的出水和循環(huán)泵4的出水進行混合，形成混合水；

2)混合水通過進水口26進入好氧膨脹床5的反應(yīng)區(qū)進行處理；

3)反應(yīng)區(qū)出水通過連接段進入出水區(qū)29，然后通過出水口30進入充氧器3；

4)充氧器3的出水經(jīng)過出水口25進入循環(huán)泵4；同時充氧器3的溢流排水口23排出處理后排水，所述處理后排水的水量與進料泵14進入的廢水的水量相同。

在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟2)中混合水通過進水口26進入好氧膨脹床5，然后經(jīng)過承托層27內(nèi)填裝的級配礫石顆粒進行配水后，進入填料區(qū)28。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述填料區(qū)28內(nèi)的填料顆粒隨循環(huán)水流浮動，使填料區(qū)28內(nèi)的填料顆粒處于膨脹狀態(tài)。

在上述方案的基礎(chǔ)上，控制循環(huán)水流流量，使填料區(qū)28的膨脹率在50％以下。

在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟4)中所述充氧器3內(nèi)的水流自上向下流動，由曝氣器21產(chǎn)生的微氣泡自下向上運動，在氣、水相對運動過程中，氧氣溶解在水流中。

在上述方案的基礎(chǔ)上，溶氧后的水流繼續(xù)向下流動進入出水/沉泥區(qū)20，再經(jīng)過出水口25進入循環(huán)泵4。

在上述方案的基礎(chǔ)上，好氧膨脹床5的溫度、pH值和加熱水液位均由計算機系統(tǒng)自動控制和檢測。

在上述方案的基礎(chǔ)上，當好氧膨脹床5需要反洗時，包括如下步 驟：

1)關(guān)閉風(fēng)機1，停止向充氧器3充氧，關(guān)閉進料泵14停止向生化系統(tǒng)進水；循環(huán)泵4正常運行，維持生化系統(tǒng)的水流循環(huán)；

2)開啟氣泵17，向好氧膨脹床5鼓入空氣，經(jīng)過承托層27進行布氣，與上升的循環(huán)水流一并通過填料區(qū)28，在氣泡的作用下，填料顆粒之間的碰撞、摩擦加劇，附著的厚生物膜被擦洗下來，進入到循環(huán)水流中，持續(xù)一段時間后，填料顆粒上過厚的生物膜被脫除；

3)關(guān)閉氣泵17，停止向好氧膨脹床5供風(fēng)，停止循環(huán)泵4，生化系統(tǒng)的水流停止流動，膨脹的填料隨之下落，隨水流存留在好氧膨脹床5，充氧器3中的脫落生物膜開始沉降，一段時間后，好氧膨脹床5中的脫落生物膜以污泥的形態(tài)沉降到填料床之上的出水區(qū)29底部，通過好氧膨脹床5的第二排泥口36將污泥排出；

4)充氧器3中的脫落生物膜以污泥的形態(tài)沉降到出水/沉泥區(qū)20底部，通過底部第一排泥口19將污泥排出。反洗脫膜過程結(jié)束，生化系統(tǒng)進入正常運行工況。

本發(fā)明所述的廢水處理方法具體如下：

循環(huán)泵4的出水和進料泵14的出水混合后進入好氧膨脹床5中，經(jīng)過承托層27內(nèi)填裝的級配大粒徑礫石層進行配水后，進入填料區(qū)28，在向上流動的循環(huán)水流的作用下，填料區(qū)28內(nèi)的填料顆粒隨水流浮動，循環(huán)水流使填料區(qū)28內(nèi)的填料顆粒處于膨脹狀態(tài)，控制循環(huán)水流流量，使填料區(qū)的膨脹率在50％以下；承托層27內(nèi)的礫石顆粒由于粒徑大，不隨水流浮動。由于循環(huán)水流已在充氧器3中充氧，且含有可生化降解的有機物，填料區(qū)的細顆粒填料上會生長大量的微生物，從形態(tài)看就是在填料表面生長微生物膜，水流通過填料區(qū)的過程中即可實現(xiàn)生化反應(yīng)，完成有機物的生化降解，水流中的有機物得以去除。

循環(huán)水流通過填料區(qū)28后進入出水區(qū)29，出水區(qū)29的橫截面積大于填料區(qū)28的橫截面積，水流上升流速降低，填料區(qū)28內(nèi)被循 環(huán)水流帶起的細小填料顆粒在水流流速降低后又沉降回填料區(qū)28，防止細小填料被水流帶出好氧膨脹床5。水流到達出水區(qū)29頂部后通過溢流堰34和集水槽35由出水口30自流進入充氧器3，在充氧器3內(nèi)，水流自上向下流動，由曝氣器21產(chǎn)生的微氣泡自下向上運動，在氣、水相對運動過程中，氧氣溶解在水流中。溶氧后的水流繼續(xù)向下流動進入出水/沉泥區(qū)20，再經(jīng)過出水口25進入循環(huán)泵4，至此完成生化系統(tǒng)的水流循環(huán)。在生化系統(tǒng)的運行過程中，從充氧器上部的溢流排水口23排出與廢水進水泵14流量相等的水量，該廢水即為生化系統(tǒng)處理后排水。反應(yīng)器內(nèi)的溫度和pH，加熱水液位均由計算機系統(tǒng)自動控制和檢測。

好氧膨脹床5經(jīng)過一定時間的運行后，填料區(qū)28內(nèi)的填料顆粒上生長的生物膜厚度增加，當處理負荷不高時，填料顆粒通過碰撞摩擦脫除老化生物膜并隨出水排出系統(tǒng)，生物膜厚度平衡，可長期連續(xù)運行；當處理負荷高時，填料顆粒上生長的生物膜過厚，無法通過顆粒間碰撞摩擦實現(xiàn)厚度平衡時，過厚的生物膜可導(dǎo)致填料顆粒的粘連或結(jié)團，進而可能產(chǎn)生局部水流短路，好氧膨脹床無法正常運行，此時需要定期將過多的生物膜脫除?？赏ㄟ^反洗將過多的生物膜脫除。

本發(fā)明廢水處理裝置的處理效果：某石化廢水經(jīng)常規(guī)生化處理后COD為200-300mg/L，廢水處理裝置啟動時COD進水容積負荷為0.5kg/m³·d，一周內(nèi)出水COD降至60mg/L以下，去除率高于90％，可長期穩(wěn)定運行。

本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。