CN100408487C - 一种用于处理高浓度有机废水的高效复合式厌氧反应器 - Google Patents
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Abstract
一种用于处理高浓度有机废水的高效复合式厌氧反应器，它涉及一种高浓度有机废水处理设备。针对多生物量生物反应器，污泥淤积和沙粒流化需要消耗动力费用大；厌氧反应池及处理废水的方法，投资费用大且维护困难及非密闭厌氧复合床处理有机废水的方法，需要回流使反应器体积增大和处理负荷降低的问题。本发明的活性污泥床(3)、曝气头(4)和轻质填充床(2)设置在反应容器(1)内，曝气头(4)与气泵(5)相连接，反应容器(1)上设有生物气出口(9)、出水口(11)和进水口(10)，出水堰(8)设置在反应容器(1)内的出水口(11)处，出水堰(8)的外壁上设有网孔(12)。本发明具有生物量大、运行负荷高、处理效率高、投资少、易于操作和维护的优点，可广泛应用于处理各种高浓度有机废水。
Description
技术领域
本发明涉及一种高浓度有机废水处理设备。
背景技术
将厌氧技术应用到高浓度有机废水的处理方法中由来已久，目前常用的有机废水处理方法有活性污泥法和生物膜法。活性污泥法在反应过程中不存在传质问题，但存在污泥易流失，难以维持较高的生物量的问题，要想获得较高的生物量，要么就采取污泥回流，要么就采取较长的水力停留时间或者较低的水力表面负荷，这势必造成反应器体积的增大，而且构造繁琐的气液固三相分离设备也使投资成本增加，另外，活性污泥法对环境变化如温度改变和有毒物质反应敏感，容易造成运行不稳定；生物膜法是将微生物固定在一定的生物载体上，常见的生物载体有沙粒、活性炭、废旧轮胎颗粒、塑料纤维等，常见的反应器类型有生物滤池和生物流化床。该方法的确是把微生物固定在生物载体上了，解决了污泥流失的问题，增大了反应器内的生物量，而且由于生物膜的保护抗温度变化和有毒物质的能力强，从而保证了高处理效率，但在生物滤池中存在堵塞淤积、局部短流等现象，需要不定期反冲洗；在生物流化床中由于使用的载体密度大，流化过程需要消耗大量的动力费用。
而公开号为CN1262238A、公开日为2000年8月9日、发明名称为《多生物量生物反应器》公开了在厌氧反应器中，采用沙粒和纤维束软性填料来富集厌氧微生物，从而提高有机废水的降解速率。该发明虽然能够提高反应器内的生物量，但是存在污泥淤积和沙粒流化需要消耗较大动力费用的问题；授权公告号为CN1072613C、授权公告日为2001年10月10日、发明名称为《厌氧反应池及处理废水的方法》中公开了在反应器的中下部采用固定式组合填料来解决污泥流失和生物滤池的堵塞问题，但是反应器上部复杂的三相分离器和回流设备显然增加了投资费用，而且填料的安装维护更换极其困难；公开号为CN1080620A、公开日为1994年1月12日、发明名称为《非密闭厌氧复合床处理有机废水的方法》中公开了在厌氧反应器上部设置填料层来阻止污泥流失和起到密封阻氧的作用，但是在所采用的装置中，出水回流装置无疑使反应器的体积增大和处理负荷降低，而且填料需要人工固定，操作不方便，必然存在填料长时间使用堵塞和短流的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种既能提高反应器中总的生物量，又能简化气液固三相分离设备的一种用于处理高浓度有机废水的高效复合式厌氧反应器。它可解决采用沙粒和纤维束软性填料来富集厌氧微生物的多生物量生物反应器，存在污泥淤积和沙粒流化需要消耗较大动力费用的问题、采用固定式组合填料的厌氧池处理废水的方法，存在投资费用增加，填料安装维护更换困难和需要三相分离设备的问题及采用非密闭厌氧复合床处理有机废水的方法存在需要增大反应器的体积，处理负荷降低，而且填料需要人工固定，操作不方便，填料易堵塞的问题。
本发明包括反应容器、轻质填充床、活性污泥床、曝气头、气泵、进水管、出水管和出水堰；所述反应容器的顶端设有生物气出口，反应容器底端的进水口与进水管相连通，所述活性污泥床、曝气头和轻质填充床依次按下、中、上顺序设置在反应容器内，曝气头与设置在反应容器外面的气泵相连接，所述出水管的一端与反应容器上端侧壁上的出水口相连通，所述出水堰设置在反应容器内且与反应容器的内壁紧贴安装，出水堰的上端面位于出水口的上方，出水堰的下端面位于出水口的下方，出水堰的外壁上设有网孔。
本发明具有以下有益效果：本发明在反应容器内的底部设置有活性污泥床，在反应容器内的上部设置有轻质填充床，可充当生物膜反应器和气固液三相分离器的作用，在反应容器内的中部安装有曝气头，不仅可对轻质填充床进行反冲洗，以将轻质填充床缝隙间截留的污泥回流到反应容器下部的活性污泥床中，同时还可疏导气水通道。除此之外，曝气头还可改变反应器的操作模式，如果长期曝气的话，反应器将从轻质填充床的平推流反应器(PFR)操作模式变成了生物流化床的全混流反应器(CSTR)操作模式，以适应不同水质、不同负荷的要求。比如水中毒性物质增加时，采用生物流化床的运行模式可以降低毒性物质对微生物的抑制毒害作用；用于反冲洗时可以使用空气、氮气以及反应器产生的生物气均可，一般是每次1～10min，一天4～24次，视情形而定。用于生物流化床的可以是氮气或者反应器上部收集的生物气，本发明在不增加反应容器体积的情况下，既可增大反应容器内的总生物量，又可简化气固液三相分离器的设计，并减少了投资成本，同时还能根据废水的特征对反应容器内的操作模式进行调整。本发明可以广泛应用于处理各种高浓度有机废水，包括市政污水、垃圾渗滤液、工业有机废水，并具有生物量大、运行负荷高、抗冲击负荷能力强、处理效率高而稳定、操作简单、投资少的优点。
附图说明
图1是本发明的整体结构主视图，图2是出水堰8的主视剖面图，图3是图2的俯视图，图4是轻质填料体13的主视图，图5是图4的左视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式由反应容器1、轻质填充床2、活性污泥床3、曝气头4、气泵5、进水管6、出水管7和出水堰8组成；所述反应容器1的顶端设有生物气出口9，反应容器1底端的进水口10与进水管6相连通，所述活性污泥床3、曝气头4和轻质填充床2依次按下、中、上顺序设置在反应容器1内，曝气头4与设置在反应容器1外面的气泵5相连接，所述出水管7的一端与反应容器1上端侧壁上的出水口11相连通，所述出水堰8设置在反应容器1内且与反应容器1的内壁紧贴安装，出水堰8的上端面位于出水口11的上方，出水堰8的下端面位于出水口11的下方，出水堰8的外壁上设有网孔12；所述出水堰8从上至下依次由小圆柱筒19、过渡筒18和大圆柱筒17组成；所述过渡筒18的上端面与小圆柱筒19的下端面固定连接，过渡筒18的下端面与大圆柱筒17的上端面固定连接，过渡筒18和小圆柱筒19的外壁上设有网孔12，所述大圆柱筒17的外壁与所述反应容器1的内壁紧贴安装；所述轻质填料床2由轻质填料体13自然堆积而成；所述轻质填料体13由混有无机粒子的聚合物塑料制成，所述无机粒子是活性炭、焦炭、矿渣煤灰或沸石，可依要求进行选择，所述聚合物塑料是聚乙烯、聚丙烯或聚酰胺类有机高分子塑料，可依要求进行选择，轻质填料体13的密度为0.95-0.99g/cm3，通常在0.97～0.99g/cm3之间，轻质填充床2与反应容器1的体积比为(1～7)∶10。在反应容器1内设置出水堰8，可防止轻质填料体13流出反应容器1的外面，该轻质填料体13的使用寿命在10年以上。由于该轻质填料体13的密度比水轻，极易流化，所需的气量和动力费用较其他的填料体要少。
当轻质填充床2与反应容器1的体积比为4∶10时，中温35℃的条件下处理城市垃圾渗滤液，在有机负荷达到16 kgCOD/(m3·d)时(进水COD浓度为16000 mg/L，水力停留时间为24h的情况下)，出水COD小于1200mg/L，去除率可达93％以上，反应容器1中悬浮生物量高达25000 mg/L，轻质填料体13上的生物量高达32000 mg/L。由此可见，该反应器具有生物量高，处理负荷和效率高的特点；当轻质填充床2与反应容器1的体积比为4.5∶10时，在中温35℃的条件下处理高浓度含苯胺有机化工废水，当有机负荷从2增加到9 kgCOD/(m3·d)时，COD去除率高达84％，即使在12.3kgCOD/(m3·d)的负荷下也能稳定运行，COD仍高达75％。采用该反应器在处理高浓度含苯胺有机化工废水时，该废水原本毒性就大，厌氧分解后产生的氨氮含量高达1600 mg/L，更是加大了废水的毒性，由于轻质填料体13的内、外表面所产生的生物膜对微生物具有保护作用，可以起到降低毒性的效果，因此采用该反应器处理含苯胺有机化工废水，依然具有较好的处理效果。
本实施方式的曝气头4可以采用市场上常用的各种类型的曝气设备。
具体实施方式二：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式的出水堰8的相邻两个网孔12之间的距离S为3～10cm，网孔12的直径视轻质填料体13的大小而定，略小于轻质填料体13的直径D，在保证处理过的水顺利地流出反应容器1的同时，还可阻挡轻质填料体13不随水流流出反应容器1外，出水堰8由塑料或不锈钢材料制成，可根据需要进行选择。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二的不同点是：本实施方式的出水堰8的相邻两个网孔12之间的距离S为4cm。如此设置，在保证处理过的水顺利地流出反应容器1的同时，还可阻挡轻质填料体13不随水流流出反应容器1外。
具体实施方式四：结合图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的轻质填料体13的形状为圆管形状，轻质填料体13的直径Dx高Hx壁厚δ分别为1～50mm×1～60mm×0.5mm，轻质填料体13的内外表面可以设计成锯齿形状，以增大生物膜的面积。轻质填料体13装在反应容器1内，不需要专门的支撑装置，生物膜生长在轻质填料体13的内、外表面，可以有效地截留流失的微生物，还可以固定生长微生物以增加反应器的生物量，轻质填料体13间的孔隙可以让产生的生物气通过。因此该轻质填料体13的引入不仅能保证反应容器1内的高生物量浓度，还可起到三相分离器的作用。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四的不同点是：本实施方式的轻质填料体13的直径D×高H×壁厚δ分别为5～20mm×5～40mm×0.5mm，此结构参数为轻质填料体13常用的结构参数。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的反应容器1由上盖14和下腔体15组成；所述上盖14和下腔体15密封连接，所述生物气出口9设置在上盖14的顶端，所述出水口11设置在下腔体15的侧壁上，所述进水口10设置在下腔体15的底端。如此设置，具有结构简单、制造容易的优点。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式还增加有定时器16；所述定时器16与气泵5的控制端相连接，用于控制气泵5的电源切断，同时还控制曝气强度和时间。
污水处理过程是：污水经过简单预处理以去除沙粒和浮渣后由反应容器1底部的进入管6进入反应容器1内(也可根据需要，在反应容器1的上端沿轴线进水，从底端向污泥床辐射进水的方式)，反应容器1底部的活性污泥床3在进水和产生的生物气的扰动下逐渐增大，以除去部分有机物；然后经过轻质填充床2，在轻质填充床2中继续降解，产生的生物气在轻质填充床2内与水和污泥实现自行分离，在反应容器1内的上部是生物气出口9，通过生物气出口9收集生物气可以用于给反应容器1加热以维持其一定的温度。处理后的水经过带有网孔12的出水堰8出水，经出水管7直接收集排放，不需回流。设置在反应容器1内中部的曝气头4由定时器16自动控制，用于反冲洗的气源可以是空气、氮气或者是生物气，曝气时间和频率视具体情形而定；用于流化床操作模式的气源可以是氮气或者生物气。
Claims (10)
1. 一种用于处理高浓度有机废水的高效复合式厌氧反应器，它包括反应容器(1)、轻质填充床(2)、活性污泥床(3)、曝气头(4)、气泵(5)、进水管(6)、出水管(7)和出水堰(8)；其特征在于所述反应容器(1)的顶端设有生物气出口(9)，反应容器(1)底端的进水口(10)与进水管(6)相连通，所述活性污泥床(3)、曝气头(4)和轻质填充床(2)依次按下、中、上顺序设置在反应容器(1)内，曝气头(4)与设置在反应容器(1)外面的气泵(5)相连接，所述出水管(7)的一端与反应容器(1)上端侧壁上的出水口(11)相连通，所述出水堰(8)设置在反应容器(1)内且与反应容器(1)的内壁紧贴安装，出水堰(8)的上端面位于出水口(11)的上方，出水堰(8)的下端面位于出水口(11)的下方，出水堰(8)的外壁上设有网孔(12)。
2. 根据权利要求1所述的一种用于处理高浓度有机废水的高效复合式厌氧反应器，其特征在于所述出水堰(8)从上至下依次由小圆柱筒(19)、过渡筒(18)和大圆柱筒(17)组成；所述过渡筒(18)的上端面与小圆柱筒(19)的下端面固定连接，过渡筒(18)的下端面与大圆柱筒(17)的上端面固定连接，过渡筒(18)和小圆柱筒(19)的外壁上设有网孔(12)，所述大圆柱筒(17)的外壁与所述反应容器(1)的内壁紧贴安装。
3. 根据权利要求1所述的一种用于处理高浓度有机废水的高效复合式厌氧反应器，其特征在于所述出水堰(8)的相邻两个网孔(12)之间的距离S为3～10cm。
4. 根据权利要求1所述的一种用于处理高浓度有机废水的高效复合式厌氧反应器，其特征在于所述轻质填料床(2)由轻质填料体(13)自然堆积而成；所述轻质填料体(13)由混有无机粒子的聚合物塑料制成，轻质填料体(13)的密度为0.95～0.99g/cm3，轻质填充床(2)与反应容器(1)的体积比为(1～7)∶10。
5. 根据权利要求4所述的一种用于处理高浓度有机废水的高效复合式厌氧反应器，其特征在于所述无机粒子是活性炭、焦炭、矿渣煤灰或沸石，所述聚合物塑料是聚乙烯、聚丙烯或聚酰胺类有机高分子塑料。
6. 根据权利要求4所述的一种用于处理高浓度有机废水的高效复合式厌氧反应器，其特征在于所述轻质填料体(13)的形状为圆管形状，轻质填料体(13)的直径D×高H×壁厚δ分别为1～50mm×1～60mm×0.5mm。
7. 根据权利要求6所述的一种用于处理高浓度有机废水的高效复合式厌氧反应器，其特征在于所述轻质填料体(13)的直径D×高H×壁厚δ分别为5～20mm×5～40mm×0.5mm。
8. 根据权利要求1所述的一种用于处理高浓度有机废水的高效复合式厌氧反应器，其特征在于所述出水堰(8)由塑料或不锈钢材料制成。
9. 根据权利要求1所述的一种用于处理高浓度有机废水的高效复合式厌氧反应器，其特征在于所述反应容器(1)由上盖(14)和下腔体(15)组成；所述上盖(14)和下腔体(15)密封连接，所述生物气出口(9)设置在上盖(14)的顶端，所述出水口(11)设置在下腔体(15)的侧壁上，所述进水口(10)设置在下腔体(15)的底端。
10. 根据权利要求1所述的一种用于处理高浓度有机废水的高效复合式厌氧反应器，其特征在于它还包括定时器(16)；所述定时器(16)与气泵(5)的控制端相连接。
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| 复合式厌氧污泥床反应器处理城市生活污水的研究. 李波等.环境技术，第无卷第4期. 2002 |
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