CN100337936C - 改良的生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水处理领域,尤其涉及一种水处理的好氧生物处理生物反应器,其特征是生物反应器填料为比重0.7~0.95、空隙率≥50%、易流化颗粒填料;填料装填量占反应器有效容积的50-90%;曝气装置为各自独立的供氧曝气和流化曝气。本发明反应器较已有技术具有:结构简单,充氧效率高,生物量大,运行水头损失小,不堵塞运行稳定可靠,处理效率高,经济性好,运行管理方便。
Description
技术领域
本发明属于水处理领域,尤其涉及一种水处理的好氧生物处理生物反应器。
背景技术
法国OTV公司开发的“淹没式固定生物膜曝气滤池”好氧处理工艺(典型的如BIOSTYRTM工艺),是将滤池和生化反应器结合起来组成的一种上向流曝气生物滤池,基本结构见(图1):是在反应池2上部设置装有滤水帽8的滤料挡板5,下底部设有曝气装置7和进水布水装置1,中间装填有称之为BIOSTYRENETM比重小1的轻质球形颗粒(3-6mm)滤料3,例如泡沫塑料滤珠。该反应器由于采用具有很大比表面积滤料作为微生物载体,可附着大量的微生物,因而具有较高的净化能力和处理负荷;而且微生物固定在载体上,而不象活性污泥法悬浮在水中,因此其单位体积内的生物量极大,处理能力大大高于活性污泥法;同时还由于污水流经滤床的方向是压缩滤料方向,而不是扩展滤料方向,也加强了对悬浮物质的截留作用,具有连续的物理过滤能力,从而可省略沉淀池,并且一旦生物反应器发生问题,滤池仍可去除绝大部分的悬浮物。但生物滤池的滤料空隙率较低,这就降低了载带生物量,因而处理效率不很高;小的空隙率,加上填料本身被压缩不流化,容易出现滤料板结,导致滤料反冲洗困难,不仅反冲水量大,而且反冲不彻底,缩短了反冲周期,降低了产水量和产水率,会造成使用中处理效率下降。其次,在设计上为满足对滤料有效反冲洗,反应器下部需设置体积比较大用于反冲洗的填料膨胀空间,上部又需留有体积比较大的反冲水贮存和均衡反应器流态出水区(如不设出水区则需在反应器外设置反冲水贮池),这样又使得滤料体积装填率减少,一般约为60%左右,因而反应器容积利用率不高,也会降低反应器的处理效率。再就是,为保证良好的反冲洗,还需配备大功率反冲泵;细颗粒滤料采用滤帽过水,长期运行会出现滤帽堵塞,这些也会影响处理效率,因此生物滤池运行不够稳定,因而运行管理麻烦。
WO 02/096806公开的另一种流化生物反应器AGARTM(Attached Growth AirliftReactor),基本结构见图2。是在反应器2中设置若干隔板,将其分成多个处理单元,与生物滤池不同的是,反应器采用大颗粒中空柱状填料3作生物载体(流化填料);采用较低的填装率(一般为35%左右),以使填料呈流化状态。为增强填料流化效果及脱膜需要,处理单元内还增设有中心导流筒图3。此反应器虽然克服了曝气生物滤池的一些缺点,但由于填料装填率较低,生物量较少,导致处理效率不高,反应器体积膨大,占地面积多;其次,完全流化的填料对上升气泡的切割作用小,因而曝气充氧效率低,必须加大曝气量,又增加了运行能耗;再就是,反应器对有机负荷变化的适应性差,为使填料处于良好的流化状态,在低有机负荷时,也不能减少曝气量(若减少曝气量则流化的气量就不足),但若要保证流化则充氧就会有富于,两种情况都会导致反应器效率降低。
中国专利00131548.X公开的隔离曝气装置,是采用至少1个隔离筒将生物膜法的曝气池或生化曝气滤池分为曝气区和填料区,隔离筒内底部置有曝气头,使之成为曝气区,底侧开设有水回流窗,筒外为填料区,顶部淹没于水中。然而此结构填料仍然固定不动,因而反应器容易堵塞,水头损失大;其次,曝气与填料不直接接触,充氧效率更低,处理效果并不会好于生物滤池。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足,提供一种充氧效率高,水头损失小,反应器不堵塞,运行稳定,生物量大,处理效率高,运行管理方便的生物反应器。
本发明目的实现,主要改进是在反应器中装填有比重为0.7~0.95的轻质、空隙率大(≥50%)、易流化(在不借助除气体以外的其它流化动力的情况下,流化所需气量≤正常供氧所需气量)颗粒填料;并使填料装填量占反应器有效容积的50-90%;反应器底部至少设有各自独立的供氧曝气和流化曝气装置。从而使反应器达到充氧效率高,水头损失小,运行稳定,生物量大,处理效率高,运行管理方便。具体说,本发明生物反应器,包括反应器和内置填料,填料上方水面以下的填料挡板,以及底部曝气装置,处理水由下而上经过填料层,其特征在于所说填料为比重0.7~0.95、空隙率≥50%、易流化颗粒填料;所说填料装填量占反应器有效容积的50-90%;所说曝气装置为各自独立的供氧曝气和流化曝气。
本发明所说反应器有效容积,是指反应器水面以下的容积。
本发明所说各自独立的供氧曝气和流化曝气,是根据其工作状态人为设定,即一套用于正常生物处理供氧,一套用于使填料产生流化而脱膜。为保证两者有效工作,简化调节,所说用于供氧的曝气器,一种较好是采用微孔曝气,尤以采用小气量、大密度安装有的微孔曝气器,例如每只曝气器供气量为每小时0.2~0.6立方米左右,每平方米设置25~49个左右的曝气头;用于填料流化的曝气器,可以采用微孔曝气器,也可以采用大孔曝气装置,每只曝气量大,但安装密度相对要小,例如每只曝气器供气量为每小时2.0~6.0立方米左右,每平方米设置2~6个左右的曝气头,使曝气相对集中,这样有利于填料的流化。本发明可以根据污水及运行情况,两类曝气器既可以独立交替工作,也可以调整气量同时工作。
本发明所说易流化颗粒填料,是指填料满足在不借助除气体以外的其它流化动力的情况下,流化所需气量≤正常供氧所需气量,它可以是例如各种中空管状填料,或其他非规整填料。其中较好是采用中空管状,例如填料轴向与径向比为0.9~1.1,每立方米30万~45万粒左右的中空管状填料,其内部中空,不仅提高了填料的空隙率,而且在填料流化脱膜后,其内部仍能保持一定量的生物膜,有利于脱膜后迅速复处理能力;所说填料的空隙率较好为70~90%,所说填料装填量较好为占反应器有效容积的65~80%。
本发明生物反应器,其处理过程分为供氧阶段和填料流化脱膜阶段。供氧阶段,压缩空气或氧气由供氧曝气器均匀分散进入反应器,向反应器内微生物进行供氧,此时流化曝气器也可以工作,只是供气量调小。由于反应器填料填充量大,此时上层填料具有生物滤池功能,填料对气泡具有切割作用,从而提高了曝气充氧效率;下层部分填料在曝气作用下呈流化状态,又相当于流化床功能,并可促使进水迅速混合,不仅省略了进水布水器,而且还有利于提高处理效率。随着处理进程当填料上的生物膜厚度增加,使得水头损失过大或处理效率降低过大时,转入流化脱膜阶段。关闭供氧曝气器或减少曝气量,打开流化曝气器或加大曝气量,压缩空气或氧气通过流化曝气器进入反应器,由于曝气量相对集中,曝气强度大,使轻质填料呈流化达到互相碰撞而脱膜,填料经脱膜再生恢复高的处理能力,如采用中空管状填料,因填料内部呈中空状态,因而在填料内部仍保持一定的生物量,因而脱膜后很快就能转入正常生化处理。由于在流化脱膜阶段,反应器内仍能保持较高生物活性,所以仍然具有处理能力,而不需要象其他反应器那样,关闭进水,可以实现反应器的连续运行。
如果将曝气量控制在较低范围内,本发明还作为缺氧反应器使用。
因此,本发明较已有技术,具有:
〔1〕充氧效率高。因供氧阶段大部分填料处于固定状态,对气泡有切割作用,不仅延长了气泡上升到水面的路径,而且使气泡呈不规整形状,增大了气液接触面积,还强化了气液固三相的相对运行,有效提高了氧的转移速度,使充氧效率得到提高,较好氧流化床充氧效率可提高20%以上。此外采用微孔曝气供氧,也是反应器获得高充氧效率的原因之一。
〔2〕反应器运行水头损失小。因填料具有很大的空隙率,填料层能长期保持较小的阻力,一旦生物膜生长过厚阻力也不会增加很多,而且通过填料流化脱膜又很快使填料层恢复较小的阻力。在供氧阶段,全截面曝气,反应器运行相当于一个空气提升器,这也水头损失小的一个重要因素。
〔3〕生物量大。因反应器单位容积填料填装量大,填料层又具有较大的空隙率,供氧阶段空气冲刷强度小而均匀,这就使填料层有较大容纳污泥的空间,且生物膜不易脱落,较现有好氧流化床污泥浓度提高近5倍,较曝气生物滤池提高近2倍,从而大大提高了生物量,提高了处理能力。
〔4〕反应器处理效率高、经济性好。在达到相同处理效果时,由于以上优点使反应器体积,比现有好氧流化床可减小50%以上,能耗降低20%以上,投资费用基本相同。
〔5〕反应器运行可靠,运行管理方便。由于反应器内的填料是可流化的,在进水满足预处理要求的前提下,不会出现堵塞现象,从而保证了反应器可靠运行工作。其次,能根据进水负荷的变化,曝气量可在较大范围内调整,而不影响反应器处理效率,因而适应负荷变化能力强。
〔6〕结构简单。因反应器下层部分填料呈流化状态,又相当于流化床功能,还能省略布水系统。
本发明反应器不仅可以用于污水处理,还可以用于给水、中水处理。
本发明与BIOSTYRTM生物滤池、AGARTM流化反应器对比表
以下结合一个具体实施方式,进一步说明本发明,但实施例具体结构,不是对本发明的具体限定。
附图说明
图1为已有技术BIOSTYRTM生物滤池结构示意图。
图2为已有技术AGARTM流化反应器结构示意图。
图3为已有技术AGARTM流化反应器另一种结构示意图。
图4为本发明实施例结构示意图。
图5为本发明实施例中填料立体结构示意图。
图6-图9为其他中空管状填料结构示意图。
具体实施方式
实施例:参见图4、5,在反应容器2内装填有比重0.9、空隙率为85%、轴向与径向之比为0.9~1.1的中空管状填料3(大小为每立方米30万~45万粒),填料填装量占反应器有效容积的65~80%,反应器顶上部水面下100~200mm有多孔填料挡板5,其孔径为5~10mm,上方有出水口4,底部有供氧曝气系统7和流化曝气系统6,及进水管1。供氧曝气采用微孔曝气器,每只曝气器供气量为每小时0.2~0.6立方米,安装密度为每平方米25~49只;流化曝气采用大孔曝气器,每只曝气器供气量为每小时2.0~6.0立方米,安装密度为每平方米2~6只。运行处理时两类曝气器既可以独立交替工作,也可以调整气量同时工作。
本发明还可以采用其他如图6-图9所示中空管状填料,或其他具有易流化特征的颗粒填料。
根据污水情况,本发明装置可以单个运行,也可以多个串联或并联运行。
Claims (12)
1、一种生物反应器,包括反应器和内置填料,填料上方水面以下的填料挡板,以及底部曝气装置,处理水由下而上经过填料层,其特征在于所说填料为比重0.7~0.95、空隙率≥50%、易流化颗粒填料;所说填料装填量占反应器有效容积的50-90%;所说曝气装置为各自独立的供氧曝气和流化曝气。
2、根据权利要求1所述生物反应器,其特征在于填料装填量占反应器有效容积的65-80%。
3、根据权利要求1所述生物反应器,其特征在于填料空隙率70~90%。
4、根据权利要求1、2或3所述生物反应器,其特征在于颗粒填料为中空管状。
5、根据权利要求4所述生物反应器,其特征在于颗粒填料每立方米30万~45万粒。
6、根据权利要求4所述生物反应器,其特征在于颗粒填料轴向与径向比为0.9~1.1。
7、根据权利要求1、2或3所述生物反应器,其特征在于供氧曝气器为微孔曝气器。
8、根据权利要求7所述生物反应器,其特征在于供氧曝气器每只供气量每小时0.2~0.6立方米。
9、根据权利要求7所述生物反应器,其特征在于供氧曝气器安装密度每平方米25~49只。
10、根据权利要求1、2或3所述生物反应器,其特征在于流化曝气器为单孔曝气器。
11、根据权利要求1、2或3所述生物反应器,其特征在于流化曝气器每只曝气器供气量每小时2.0~6.0立方米。
12、根据权利要求1、2或3所述生物反应器,其特征在于流化曝气器安装密度每平方米2~6只。
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