本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于污水處理的微重顆粒系統(tǒng)。

發(fā)明背景

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，這些造成了我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。

固體流態(tài)化技術(shù)是一種新型的污水處理工藝，它將傳統(tǒng)的活性污泥法和生物膜法有機結(jié)合并引入化工流態(tài)化技術(shù)，具有高負荷、高效率等特點。固體顆粒上附著微生物，通過流態(tài)化手段使固體顆粒懸浮于污水系統(tǒng)中，由于顆粒具有較大的比表面積可有效地提高系統(tǒng)中微生物的濃度，從而提高水處理效率，整個體系中污泥產(chǎn)量低，有機負荷高。在流態(tài)化應(yīng)用中，固體顆粒的選擇是影響污水處理效率的關(guān)鍵因素之一。傳統(tǒng)的固體流態(tài)化體系經(jīng)常會選用液體作為流化固相顆粒的主動力，若要維持重顆粒的流化通常采用增加液體流率從而造成液體的回流比加大，這樣會造成能耗加大。因此現(xiàn)今需要找到合適的固體顆粒應(yīng)用到流態(tài)化污水處理中，從而節(jié)約能量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種用于污水處理的微重顆粒系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。在污水處理系統(tǒng)中先通入液體及固體顆粒，然后開始通入氣體，此時由于固體與液體的比重接近，氣體流動的少許攪動，即可使微重顆粒被分散在液相中，利于氣液固三相充分接觸，且節(jié)省能耗。

為達到上述目的，本發(fā)明公開了如下技術(shù)方案：

一種用于污水處理的微重顆粒系統(tǒng)，其特征在于：包括接觸器，所述接觸器內(nèi)包括氣液固三相區(qū)，所述氣液固三相區(qū)包括氣相、液相和固相，所述液相為連續(xù)相，所述固相為微重顆粒，所述微重顆粒至少能夠通過其表面攜帶微生物，所述微重顆粒的密度大于所述液相密度。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：在液相中通入氣體，通過氣體對液固兩相的攪動，使微重顆粒分散在液相中，微重顆粒較大的比表面積，為微生物附著提供足夠的空間，有利于微生物充分與污水接觸，促進生化反應(yīng)的進行。其含有的微重顆粒系統(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，而且通過氣液共同作用使得微重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為本發(fā)明的微重顆粒懸浮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為微重顆粒污水處理系統(tǒng)實施例示意圖。

具體實施方式

為了更好的理解此用于污水處理的微重顆粒系統(tǒng)，下面結(jié)合實施例進行闡述該裝置。在一個實施例中，本發(fā)明公開了一種用于污水處理的微重顆粒系統(tǒng)，包括接觸器，所述接觸器內(nèi)包括氣液固三相區(qū)，所述氣液固三相區(qū)包括氣相、液相和固相，所述液相為連續(xù)相，所述固相為微重顆粒，所述微重顆粒至少能夠通過其表面攜帶微生物，所述微重顆粒的密度大于所述液相密度。

容易理解，所述系統(tǒng)用于污水處理時，所述接觸器與所述微重顆粒懸浮系統(tǒng)所作用的污水存在接觸，以便實施污水處理。對于該實施例而言，其創(chuàng)造性的結(jié)合了氣液固三相的充分接觸、微重顆粒容易在液相中懸浮、以及微重顆粒能夠至少通過其表面攜帶微生物這三者的特點，使得：當系統(tǒng)用于污水處理時，顆粒較大的比表面積為微生物附著提供足夠的空間，由于微生物在懸浮顆粒介質(zhì)的表面生長與脫落，不斷更新，可有效地提高系統(tǒng)中微生物的濃度，從而很容易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)，從而提高污水處理效率。此外，該實施例可以根據(jù)具體污水的特點，對應(yīng)的選擇微生物。

上述系統(tǒng)中通入氣體或液體(容易理解的，也可以是氣體和液體兩者都有)，系統(tǒng)內(nèi)的微重顆粒在液體或氣液混合相流體的作用下，更易于處于流態(tài)化，從而均勻分散在系統(tǒng)中。與此伴隨的，顆粒上覆載的微生物隨著顆粒的運動各處游走從而處理周圍的污水。容易理解，此處的氣體或液體是主要用來使得所述顆粒流動，所述液體可以是待處理的污水，也可以是待處理的污水之外的其他液體，只要該液體不妨礙或者沒有不利于污水處理即可。如果微生物含量越高、且系統(tǒng)越容易被控制的話，那么就越容易提高系統(tǒng)處理污水的能力。

此外，對于微重顆粒的密度而言，同等體積下所述微重顆粒與所述液相密度差過大，需要更大的動力才能克服微重顆粒本身的重力，能耗過大，微重顆粒的密度與所述液相密度越接近，越容易在所述液相中懸浮。鑒于發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的這一點，所述的微重顆粒的尺寸可大可小，顆粒的材質(zhì)和形狀各式各樣，如聚乙烯、聚苯乙烯、玻璃球、沸石等等不排除其他顆粒，優(yōu)選比表面積大，形狀類似球形，密度接近于液體，導(dǎo)液體性好的顆粒，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。

更特別的，所述微重顆粒還可以包括一個或多個微孔，預(yù)先或在污水處理過程中在微孔中富集微生物。更進一步的，所述微重顆粒還可以在包括微孔的同時，包括一個或多個與微孔連通的空腔，空腔內(nèi)部預(yù)先富集微生物，并在污水處理過程中通過微孔與污水接觸、傳質(zhì)。所述微生物可以是處理污水前由顆粒預(yù)先攜帶的，也可以是處理污水時富集、攜帶自污水中本身存在的。

進一步的，在另一個實施例中，若要維持系統(tǒng)內(nèi)的顆粒處于懸浮狀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)流體的速度需大于顆粒的最小流化速度且小于顆粒的最小帶出速度。此處顆粒的最小帶出速度是床層由流化床向輸送床轉(zhuǎn)變的速度。

在另一個實施例中，所述接觸器的環(huán)境為厭氧環(huán)境、缺氧環(huán)境或好氧環(huán)境。不同的環(huán)境下可以處理不同的污染物。如果能夠組合厭氧環(huán)境、缺氧環(huán)境，以及好氧環(huán)境，那么也可以將本系統(tǒng)應(yīng)用于不同組合的環(huán)境中。

在另一個實施例中，所述接觸器內(nèi)還包括液固區(qū)，所述液固區(qū)包括液相和固相。由于可能面臨氣液固三相體系會出現(xiàn)沒有氣相的情形，在該實施例中，所述接觸器還包括液固區(qū)。特別是當污水處理針對厭氧環(huán)境和/或缺氧環(huán)鏡時，或者所述氣體并非連續(xù)供應(yīng)，而是采用間歇曝氣或不曝氣，那么參照前述實施例那樣，該實施例液固區(qū)的所述固相同樣可以為微重顆粒，此處微重顆粒外表面同樣載有微生物，此處微重顆粒的密度同樣大于所述液相密度。

在又另一個實施例中，所述氣相連續(xù)或間歇地自下而上流動。對于該實施例而言，這使得氣相和液相混合后的流體密度降低，從而所述微重顆粒盡可能的分散于所述液相中。微重顆粒分散于所述液相中，有利于微生物充分與污水接觸，促進生化反應(yīng)的進行。氣相連續(xù)或間歇地通入系統(tǒng)中，可根據(jù)污水處理系統(tǒng)的需氧情況進行曝氣，節(jié)省能耗，提高反應(yīng)效率。

進一步的，在所述的一種用于污水處理的微重顆粒系統(tǒng)中，所述微重顆粒的密度大于所述液相密度且小于所述液相密度的150％，優(yōu)選的，所述微重顆粒的密度小于等于所述液相密度的125％。若微重顆粒的密度高于所述液相密度的150％，同等體積下所述微重顆粒與所述液相密度差過大，需要更大的動力才能克服微重顆粒本身的重力，能耗過大，微重顆粒的密度與所述液相密度越接近，越容易在所述液相中懸浮。如果不在乎能耗，那么此處微重顆粒的密度可以放寬要求。

優(yōu)選的，微重顆粒的體積在所述氣液固三相區(qū)中的體積分率首選小于等于30％，若加入顆粒量越多，相對的，氣液兩相所占的體積分率也會降低，顆粒越不容易被完全懸浮，不利于氣液固三相充分接觸、傳質(zhì)。在另一些情況下，氣液兩相體積分率的減少會導(dǎo)致沒有足夠的氣液相與顆粒接觸，影響三相間的傳質(zhì)效率。更優(yōu)的，在另一個實施例中：在所述氣液固三相區(qū)中，所述氣相的體積分率小于等于25％。若所述的氣相體積分率過大，氣泡容易在體系中聚并形成大氣泡，容易造成顆粒分散不均，從而影響三相接觸反應(yīng)效率。

在另一個實施例中，在所述的一種用于污水處理的微重顆粒系統(tǒng)中，所述接觸器的形狀可以是規(guī)則殼體或不規(guī)則殼體，優(yōu)選的，規(guī)則殼體為長方殼體，所述的長方殼體的下端面為全封閉或部分封閉。容易理解，該接觸器可以隨具體應(yīng)用場景的需求而自由選擇較適宜的形狀。

進一步的，在所述的一種用于污水處理的微重顆粒系統(tǒng)中，所述接觸器內(nèi)還設(shè)有微通道，所述微通道包括若干層填料，每層所述填料包括若干通道單元，每層的所述通道單元交錯設(shè)置。優(yōu)選的，所述微通道設(shè)置于接觸器的下部。這些微通道可使流體進入氣液固三相體系之前得到均勻的分布，有利于后續(xù)的各相之間的接觸、傳質(zhì)。

進一步的，所述通道單元為立方體形通道、長方體形通道，或其它類型的通道。對于該實施例而言，其揭示了通道單元的具體選型，原則上，規(guī)則形的通道，例如立方體形或長方體形，可以作為優(yōu)選的通道選型，這有利于降低分布過程中不必要的能耗。

此外，在另一個實施例中，本發(fā)明還公開了一種利用所述微重顆粒系統(tǒng)處理污水的方法，污水通入所述微重顆粒系統(tǒng)中，處理后的污水從所述微重顆粒系統(tǒng)中排出。依賴該方法，水循環(huán)系統(tǒng)可連續(xù)地處理污水。

在另一個實施例中，微重顆粒污水處理的流程可以詳細示例如下：在污水體系中裝有一定體積的、前文所述的、載有微生物的微重顆粒，污水從裝置的上部或下部間歇或連續(xù)地流入到系統(tǒng)中，氣體從裝置的底部通入，通過曝氣裝置后進入系統(tǒng)中，隨著氣速的加大，由于固體顆粒的平均密度接近于液相水的密度(或具體情形下的污水密度)，氣體的稍微擾動便可使位于下部的微重顆粒向上進行流化。進一步增加到合適的氣速，系統(tǒng)中的微重顆粒在氣、液流體的共同作用下可均勻地分散在體系中，在此過程中，附著在固體上的微生物對污水進行處理，處理完的水從裝置中排出。為了提高水力停留時間，裝置中可以設(shè)置水的自循環(huán)裝置。

進一步的，使用多個所述微重顆粒系統(tǒng)，其中，任意一個所述微重顆粒系統(tǒng)與至少一個其他的微重顆粒系統(tǒng)之間設(shè)有液體流通管路。就該實施例而言，多個所述微重顆粒系統(tǒng)共同使用，可以增強污水處理的能力。此外，當多個所述微重顆粒系統(tǒng)共同使用時，所述接觸器的環(huán)境可為厭氧環(huán)境、缺氧環(huán)境或好氧環(huán)境或其組合。

在另一個實施例中，在所述微重顆粒系統(tǒng)中，所述微重顆粒連續(xù)或間歇地加入和取出。就該實施例而言，微重顆粒被連續(xù)或間歇地加入到所述系統(tǒng)中并連續(xù)或間歇地從該微重顆粒系統(tǒng)中取出，易于使顆粒循環(huán)。若所述微重顆粒連續(xù)地加入到所述系統(tǒng)中，并從所述系統(tǒng)中連續(xù)取出，這樣有利于所述固相顆粒的循環(huán)使用，便于工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)；若所述微重顆粒間歇地加入到所述系統(tǒng)中并從所述系統(tǒng)中間歇取出，這樣可用于間歇反應(yīng)以及不常更換固相的化工過程。

進一步的，在所述微重顆粒系統(tǒng)中，所述液相被連續(xù)或間歇地加入和取出，可選擇性的，所述液相從所述氣液固三相區(qū)的下方被加入。

進一步的，當所述接觸器內(nèi)環(huán)境為厭氧環(huán)境或缺氧環(huán)境時，所述氣相間歇曝氣，當所述接觸器內(nèi)環(huán)境為好氧環(huán)境時，所述氣相間歇曝氣或連續(xù)曝氣。根據(jù)生物環(huán)境需氧量，通過不同的曝氣方式可有效地控制體系中的氧含量，為微生物的生長提供最佳的需氧環(huán)境。

在另一個實施例中，如圖1所示，本發(fā)明的微重顆粒懸浮系統(tǒng)包括氣液固三相區(qū)，所述的三相區(qū)包括氣相、液相和固相。液相為所處理的污水；氣相為空氣，空氣一則為系統(tǒng)提供足夠的氧氣，二則提供動力使顆粒得到充分的混合。

如圖2所示為本發(fā)明的微重顆粒污水處理系統(tǒng)示意圖，此裝置包括兩個接觸器。接觸器1和接觸器2均為生物反應(yīng)區(qū)，接觸器1為缺氧區(qū)，其尺寸為0.5m×1m×6m(長×寬×高)(也可為其他組合尺寸，如0.6m×0.8m×5m,1m×0.8m×8m等)，接觸器2為好氧區(qū)，其尺寸為1m×1m×6m(長×寬×高)(也可為其他組合尺寸，如1.2m×0.8m×5m,2m×0.8m×8m等)。3為高效填料，接觸器1和接觸器2均布置高效填料層，且放置在接觸器下部，既可以為微生物提供附著場所也有利于氣體分布更加均勻。在接觸器下部布置有曝氣管4，缺氧區(qū)內(nèi)的曝氣量小于好氧區(qū)，在接觸器2內(nèi)的曝氣管數(shù)量多于接觸器1，所使用的氣體為空氣5，曝氣管是微孔型皮管，皮管口徑10厘米。接觸器1和接觸器2內(nèi)均加入了微重顆粒6，微重顆粒的密度為1070kg/m³,當量直徑為1.5mm(也可是直徑小于5mm,密度1000-1500kg/m³之間的微重顆粒)。

污水7進入接觸器1，接觸器1內(nèi)曝氣量較小，發(fā)生反硝化等缺氧反應(yīng)，為使接觸器1內(nèi)微重顆粒流化狀態(tài)更好，在接觸器1內(nèi)加入內(nèi)循環(huán)8即在接觸器1頂部抽取部分水至底部，這樣可改善缺氧區(qū)內(nèi)污水處理效果。經(jīng)過接觸器1處理后的廢水經(jīng)管道9流入接觸器2內(nèi)，接觸器2內(nèi)曝氣量較大，發(fā)生好氧反應(yīng)，經(jīng)過接觸器2處理后的廢水達到相應(yīng)的排放標準一部分經(jīng)管道10可排出，一部分經(jīng)管道11回流到接觸器1或接觸器2底部。

采用該裝置進行污水處理實驗，每天的處理量為140噸，在運行期內(nèi)，進水平均COD為250g/m³，平均NH₄-N為30g/m³，總氮為36g/m³，總磷為1.8g/m³。經(jīng)過2.0小時的水力停留時間后，可去除90％COD，96％總氮和85％總磷，出水達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)Ⅳ類水標準。

綜上，本發(fā)明提供了一種用于污水處理的微重顆粒系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)進行污水處理，可有效提高微生物濃度，具有處理效率高，能量消耗少，污泥產(chǎn)量低，有機負荷小等優(yōu)點。

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)。