CN100363273C - 一种处理有机废水的环流式好氧生物反应器 - Google Patents

Abstract

一种处理有机废水的环流式好氧生物反应器(aerobic jet-loop compactreactor，JLCR)，属于废水处理技术领域。本发明JLCR反应器采用内外套管的射流管，下部置有导流筒，融合了射流曝气、生物流化床、深井曝气等工艺技术特点，使反应系统中物料间的混合、传质得到显著的改善，从根本上解决了污水处理过程中氧传质受限的问题。本发明反应器采用环路回流，使得废水反复充氧，含氧量高，污泥的活性保持良好，反应器能快速启动，具有传质效率高、容积负荷高、抗冲击负荷能力强、处理效果稳定等优点，投资和运行费用比常规生化处理方法节约三分之一以上，特别适用于高浓度有机废水如化工、医药、农药、印染、生化废水的处理。

Description

一种处理有机废水的环流式好氧生物反应器

技术领域

一种处理有机废水的环流式好氧生物反应器(aerobic jet-loop compactreactor，JLCR)，属于废水处理技术领域。具体地说，是能够处理高浓度有机废水如化工、医药、农药、印染、生化废水的高强度好氧生物反应器。

背景技术

改革开放以来我国经济获得了前所未有的持续高速增长，但是，由于资源开发的迅速扩大和能源消耗的迅猛增长，我国的生态破坏和环境污染已经达到了十分严重的程度。为了实现我国经济和社会的可持续发展，必须解决好发展和环境保护的矛盾。

当前由于人口的快速增加、社会经济的不断发展，不仅用水的需求量大大增加，而且污水的排放量亦与日俱增，而建造新污水处理设施所需土地面积又相对的不足，再加上能耗的短缺。更重要的是随着化学工业的发展和化学品的广泛使用，大量的人工合成有机化合物进入环境，无论生活污水还是工业废水中有机污染物质种类和数量都在不断增多。同时，传统的活性污泥法在处理的多功能性、高效稳定性和经济合理方面已难以满足不断提高的要求。为了缓解这一矛盾，开发、研究和应用新型高效废水生物处理工艺，已成为世界各国水污染控制工程领域研究的重要课题。

污水好氧生物处理是废水处理的主要方法和常用的手段，被广泛应用于城市污水和工业废水的净化处理工程中，这些技术在设计理论、实际运行管理等方面，都已经有了比较成熟的经验，但这些技术在传质效率、操作管理、运行负荷及能源消耗等方面仍存在严重缺陷。直到目前，废水处理工程的基建投资高、运转能耗高、占地面积大、开放式设计对环境造成不良的影响等问题仍困扰我们，出现许多城镇和工厂建设不起污水厂或建得起却运行不起的局面。究其原因，其本质仍是现有污水处理工艺和技术设施传质效率较低、结构不合理所造成的：传质效率低，使污水在反应器中停留时间过长，这就大幅度增加了污水处理构筑物的设计容积，造成工程建设投资的巨额浪费；传质效率低，使鼓风机等曝气设备的充氧效率低下，形成电能消耗巨大损失，大幅度增加了运行成本负担；传质效率低，反应器中微生物对氧与基质的需求难以得到充分满足，致使微生物活性下降，影响处理后出水质量。因此当前废水生物处理技术所面临的主要议题是如何提高处理效率、降低能耗、减少污水处理设施的占地面积，而解决此问题的关键技术之一是强化废水处理过程中物质传递效率。好氧生物处理技术的发展进程主要是其传质效率不断得到提高的过程。探索高效、节能、占地面积小的工艺用于处理高浓度的、波动范围大的、水量日益增加的工业及城市废水是好氧生物处理技术的重要发展方向。本发明涉及的高强度好氧生物反应器便是污水好氧生物处理的研发之例。这对于全国工业废水的处理具有极高的实用价值和现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种处理有机废水的环流式好氧生物反应器，开发高效、节能、占地面积小、能处理高浓度的、波动范围大的、工业及城市废水的一种高强度好氧生物反应器JLCR。

本发明的技术方案：结合附图1和附图2对本发明说明如下：

本发明反应器由可由钢板或其他材料制成，反应器被分为三个功能不同的区域：反应区1、沉降区2和脱气区3。

在反应区的下部置有导流筒4，导流筒通过支架在反应器中轴线位置与反应器悬空固定连接。在导流筒上方装有射流管5，射流管为内外套管，内管为空气喷气管，外管为废水和活性污泥悬液相喷管，射流管上部伸出反应器，装在反应器顶部中央，喷气管的进气口13和外设的空气压缩机相连，进压缩空气；液相喷管的进水口14和外设的进水泵和/或循环泵相连，泵进废水和/或循环水，射流管下部为一气液两相喷嘴6，废水和污泥由两相喷嘴喷出，通过导流筒使气液混合，强化传递，出导流筒后液相向上形成环流，在反应器上部装有溢流板7，在反应区和沉降区之间设置一圈回流缝8，液相通过溢流板由回流缝进入沉降区，液相中的气体由脱气区排出，在沉降区的器壁上设出水口11，一部分处理后的出水从沉降区出水口排出，在反应器的中部外接循环管路9，与外设的循环泵相接。反应器内的一侧还设有一备用循环管10，也与外设的循环泵相接，起到帮助液相强化循环的作用。

反应区的高径比(H/D)为3∶1-8∶1之间；导流筒直径与反应器直径比(D_E/D)为0.4-0.45之间；导流筒距底部尺寸为50-500mm范围内。曝气方式以射流曝气代替了传统的鼓风曝气、表面曝气等形式。射流管的喷嘴中喷气管的相对位置能突出或缩进，进行调节；射流管为活动装置，使喷嘴距导流筒入口的距离能调节。该区内气和悬液混合物从气液两相喷嘴高速喷出，气体被破碎成微米级的小气泡，使空气中的氧很快地扩散入液体中；同时由于喷射和导流筒的双重作用，使从循环回流的活性污泥受到较大的作用力，避免活性污泥长得过大，污泥颗粒细小、致密，沉降性能良好，同时也防止活性污泥沉降和内部传递性能变坏。

基于降低液相的阻力，喷嘴的形式采用液体流经外套管环形喷嘴而气体通过中心喷嘴的中心进气式气液两相喷嘴。为了使射流管减少对工作条件的要求，有更广泛的使用范围，采用无喉管、扩散管射流器。喷嘴吸气管(中心空气管)与液相喷嘴的相对位置可以调节(附图2中所示的b.喷气管口突出的射流管剖面图，c.喷气管口缩进的射流管剖面图)，因此随着设备运行状况的变化可以调节生物反应器的吸气量和喷射剪切强度。

上部为体积较大的沉降区和脱气区，回流缝的宽度为15-35mm。该区既可以提供较好的底物和氧传递性能，又可以避免流速过快而使活性污泥的活性下降。

废水经进水泵提升进入反应器，循环水从沉降区经循环泵增压，空气由空气压缩机提供。通过循环水泵产生高压水流经喷头与空气混合射入反应器，形成高速射流，在水流和气流共同作用下使喷头下方形成高速紊流剪切区，将吸入的空气切割成细微的气泡。富含溶解氧的污水经导流筒到反应器底部后，又沿导流筒外筒壁向上返流，从而形成环流。在循环泵的作用下，混合液在反应器中循环往复运行，反复充氧；在此过程中活性污泥被不断剪切，形成了细密的絮凝体，从而使反应做到高传质和高传氧的效果。如此循环中，微气泡和菌胶团充分接触，获得很好的传质效果。一部分出水从沉降区出水口排出。

本发明的有益效果：本发明JLCR反应器作为一种高效好氧反应器，利用物质交换和生物降解的机理发展而成，融合了当今的射流曝气技术、气液相物相强化传递、紊流剪切等技术。这些技术的运用大大提高了氧的传质系数，加快了好氧速率，从根本上解决了污水处理过程中氧传质受限的问题，使反应系统中物料间的混合、传质得到显著的改善，具有传质效率高、容积负荷高、抗冲击负荷能力强、处理效果稳定等优点。它具有以下几个特点：

(1)活性污泥浓度高，耐冲击负荷能力强，能适合各种水质的有机废水处理。射流曝气方式可以提高细菌和微生物繁殖、更新、变异的能力，使MLSS上升。当负荷变小时，因细菌、微生物得不到充分营养物质而总量减少，从而达到自我调节的目的。

(2)曝气方式以射流曝气代替了传统的鼓风曝气、表面曝气等形式，融合了全新高效的曝气方式、物相强化传质、紊流剪切等技术，因此，其空气中氧的转化率高，氧利用率也高，反应器的容积负荷大，水里停留时间短。

(3)采用环路回流，使得废水反复充氧，含氧量高，污泥的活性保持良好，代谢旺盛，多数处于对数增长期，当养分低时，又能加快微生物的内源呼吸，剩余污泥量少。当来水水质发生变化时，环路回流可把冲击负荷降至最低。

(4)处理费用低，占地面积小，机械设备总量少，系统的运行成本低。

附图说明

图1环流式好氧生物反应器(JLCR)结构图。

1.反应区，2.沉降区，3.脱气区，4.导流筒，5.射流管，6.喷嘴，7.溢流板，8.回流缝，9.循环管，10.备用循环管，11.出水口，12.取样口，13.进气口，14.进水口。

图2射流管的结构图。

a.射流管侧视图，b.喷气管口突出的射流管剖面图，c.喷气管口缩进的射流管剖面图

图3 JLCR对COD的去除。

图4 JLCR反应器中的活性污泥和SBR中活性污泥氧利用率的对比。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明给予进一步详细的说明。

实施例1：JLCR对COD的去除率

废水中有机污染物的最重要的指标就是化学需氧量COD，高强度好氧生物反应器应该对废水中的COD有很高的去除效果。图3是JLCR运行的去除率情况。进水COD_Cr浓度在8000mg/L左右，去除率在75％以上，出水COD_Cr相对较为稳定。

在运行过程中进水COD_Cr有所波动，最低值为5969mg/L，最高值为9847mg/L，去除率相应的有微小变化，去除率维持在75％以上，去除效果良好。

实施例2：JLCR反应器中的活性污泥和SBR中活性污泥氧利用率的对比

温度为21℃，污泥浓度为2000mg/L。图4是JLCR反应器中的活性污泥和SBR中活性污泥氧利用率的对比试验结果，在相同的实验条件下进行。从图中可以看出，JLCR反应器中的活性污泥氧利用率曲线比SBR污泥氧利用曲线斜率大，说明前者的氧利用率大于后者。经过线性拟合，计算出两者的氧利用率分别为46.2mgO2/L·h、26.8mgO2/L·h，此试验结果表明，JLCR反应器内的活性污泥的活性很高，对污染物的分解和利用速率比传统活性污泥法更快。

Claims (1)

1.一种处理有机废水的环流式好氧生物反应器，其特征在于反应器被分为三个功能区：反应区(1)、沉降区(2)和脱气区(3)，在反应区的下部置有导流筒(4)，导流筒通过支架在反应器中轴线位置与反应器悬空固定连接，在导流筒上方装有射流管(5)，射流管为内外套管，内管为空气喷气管，外管为废水和活性污泥悬液相喷管，射流管上部伸出反应器，装在反应器顶部中央，喷气管的进气口(13)和外设的空气压缩机相连，液相喷管的进水口(14)和外设的进水泵和/或循环泵相连，射流管下部为一气液两相喷嘴(6)，反应器上部装有溢流板(7)，在反应区和沉降区之间设置一圈回流缝(8)，液相通过溢流板由回流缝进入沉降区，液相中的气体由脱气区排出，在沉降区的器壁上设出水口(11)，一部分处理后的出水从沉降区出水口排出，在反应器的中部外接循环管路(9)，与外设的循环泵相接，反应器内一侧设有一备用循环管(10)，也与外设的循环泵相接，反应区的高径比H/D为3∶1-8∶1，导筒直径与反应器直径比D_E/D为0.4-0.45；导流筒距底部尺寸为50-500mm，回流缝的宽度为15-35mm；

所用射流管的喷嘴中喷气管的相对位置能突出或缩进，进行调节；射流管为活动装置，喷嘴距导流筒入口的距离能调节。

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