CN105884023A - 一种悬浮污泥层过滤-气升循环式生化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种污泥层渗滤‑气升循环式生化反应器，主要厌氧区、污泥沉淀区、好氧区构成。呈上大下小的“V”字型的污泥沉淀区位于反应器中央，厌氧区与好氧区分别位于其两侧，污泥沉淀区底部与反应池底部之间有气升循环通道。污泥沉淀区的好氧区侧导流板下部有好氧污泥通道，原水与污泥分别经进水布水器、污泥分布器在厌氧区上部充分混合，污泥沉淀区液面上设有浮筒式滗水器。在曝气作用下，厌氧区的混合液在密度差作用下经气升循环通道自然流向好氧区，沉淀区底部污泥在污泥回流泵作用下提升至厌氧区上部与原水充分混合，好氧区污泥经好氧污泥通道迅速补充至沉淀区底部，活性污泥不断循环经历厌氧‑好氧‑沉淀三大生化处理过程。

Description

一种悬浮污泥层过滤-气升循环式生化反应器

技术领域

一种悬浮污泥层过滤-气升循环式生化反应器，涉及一种利用气升循环原理，对反应器内部结构进行合理布局，集中污水生化处理的厌氧、好氧及沉淀三大功能于一体，活性污泥在反应器内不断循环于厌氧、好氧、沉淀生化处理过程。不仅使反应器结构布局紧凑，占地小，能耗低，且具有高效去除污水有机物及较强的脱氮除磷能力，出水水质稳定的特点；可适应不同规模污水处理系统。本发明属于污水处理技术领域，特别涉及新型污水生化处理反应器。

背景技术

传统活性污泥法的基本原理为通过人工强化措施，使反应器中保持一定溶解氧及悬浮微生物浓度，利用好氧微生物的代谢作用，去除水中有机污染物的一种生物方法。活性污泥法的基本工艺流程由曝气池、二沉池、曝气系统、污泥回流及剩余污泥排放五部分组成。需处理的污水和从二次沉淀池回流的活性污泥同时进入曝气池，沿曝气池长度鼓入空气，使污水和活性污泥充分混合接触，并得到溶解氧，为微生物的生长繁殖创造良好条件。污水中的有机污染物不断地被微生物吸附、分解，污水得到净化。混合液流入二次沉淀池进行泥水分离。净化后污水向外排放，部分活性污泥回流至曝气池，剩余污泥从系统中排出。

活性污泥法的优点：处理效果好，其中BOD。和悬浮物去除率都很高，达到90％-95％左右；对废水的处理程度比较灵活，可根据要求进行调节。但存在以下缺点：易发生污泥膨胀；进水浓度尤其是含有抑制物质的浓度不高，不能适应冲击负荷；体积负荷率低、曝气池庞大、占用土地较多、基建费用高；脱氮除磷效率比较低。

为改善上述状况，发展了活性污泥法的改进工艺，如A/O、A2/O、AB、氧化沟、SBR等，近几年开发了多种改良型工艺，主要有ICEAS，CASS，Unitank工艺。

以上工艺依然存在以下缺陷：占地面积大，基建投资大；抗冲击负荷不强，出水水质不稳定；为提高脱氮除磷能力，需增加了不同功能的反应池，使流程变长，工艺复杂，也增大了基建投资；反应池之间的污泥回流采用泵提升的办法来解决，大大增加了运行能耗。

以上问题的根本原因在于，没有从反应器整体性出发深入系统研究反应器本身结构与功能之间的关系；也未能充分利用曝气能耗，曝气即可用于生化池充氧，也可利用其能造成反应器内部不同区域混合液密度差提供推动污泥回流的动力来源。因此目前活性污泥生化反应器存在脱氮除磷能力低，能耗高的问题。解决上述问题的关键在于提高反应器的结构设计合理性，充分利用曝气产生的巨大推动力。

本反应器在气升循环原理与脱氮效率公式的指导下，对反应器的构型进行了精心设计，集中厌氧、好氧、沉淀三大生化处理功能于一体，使其可以多级利用曝气能耗，曝气不仅供氧，也可替代泵推动污泥回流所需的动力来源，使活性污泥在厌氧区、好氧区及沉淀区之间不断循环；再结合污泥沉淀区悬浮污泥层过滤及其污泥浓缩沉降的性能特点，开发出具有高效脱氮除磷、低能耗、占地小，同时集中了厌氧、好氧及沉淀三大生化处理功能于一体的反应器构型。反应器功能模块化设计可提高其应用于不同处理规模水处理系统的适应能力。反应器结构紧凑，工艺流程短，去除有机物及脱氮除磷的效率高，抗冲击负荷强，出水水质稳定。反应器的操作简单方便，可降低劳动强度。

发明内容

本发明目的在于提供一种悬浮污泥层过滤-气升循环式生化反应器，以期解决，公知现有的活性污泥法生化反应器能效利用效率不高，污泥膨胀及脱氮除磷效率低，工艺流程长且效果不佳等问题。

为实现上述目的，本发明提供一种污泥层渗滤-气升循环式生化反应器，其主要构成为：厌氧区、污泥沉淀区、好氧区；三区的容积比为1∶1∶1；污泥沉淀区位于反应器中央，厌氧区与好氧区分别位于污泥沉淀区两侧；污泥沉淀区由导流板围成，呈上大下小的“V”字型；两侧导流板与水平方向成60度夹角；污泥沉淀区底部与反应池底部之间有0.5m以上的气升循环通道；位于好氧区侧的导流板下部在其长度1/4处为好氧污泥通道；污泥沉淀区水面0.5m以下均为稳定的悬浮污泥层；厌氧区上部设有进水布水器与污泥分布器，进水布水器的主干管中部与原水进水管相连，污泥分布器的主干管中部与污泥回流泵出水管道相连；污泥沉淀区液面上设有浮筒式滗水器。

所述污泥层渗滤-气升循环式生化反应器的好氧区底部设曝气装置，曝气装置为穿孔曝气管或微孔曝气盘；进水布水器由一根主干管与若干支管组成“鱼刺”状布水器，主干管与支管的直径比为4∶1以上，原水从主干管中部进入，经由主干管分配至各个支管中，最终从各支管端口进入反应池内；各相邻支管分立于主干管两侧，它们之间成120度夹角，支管口朝下；污泥分布器与进水布水器具有相同“鱼刺”状结构，但其支管口朝上；回流污泥泵出水管道与污泥分布器的主干道中部相连，回流污泥先进入污泥分布器主干道后分配至各支管出口，再流入厌氧区上部；污泥布水器位于进水布水器下方，其支管与进水布水器支管口相距20cm左右；进水布水器与污泥分布器的管道可采用UPVC或金属制成；浮筒式滗水器为方形或者圆形，其上端为连续的锯齿状堰口，其底部设有集水总管，浮筒式滗水器底部高于反应池出水总管1.5m以上。

技术原理

本工艺技术原理建立在脱氮效率公式与气升循环原理的基础上。

脱氮效率公式为：

η％＝R/(1+R)

由公式可知：脱氮效率与污泥回流比R正相关，R越大，脱氮效率η％越高，当R趋向于无穷大时，脱氮的效率趋向于100％。

反应器分为厌氧区、沉淀区、好氧区，中间为“V”字型沉淀区，厌氧区与好氧区分立于沉淀区两侧。在沉淀区的底部与反应器的底部之间有至少0.5m高气升循环通道，它是厌氧区与好氧区之间活性污泥交换通道；沉淀区的好氧侧的导流板上有好氧污泥通道，它是好氧区与沉淀区之间活性污泥交换通道；沉淀区底部的浓缩污泥通过污泥回流泵提升至厌氧区的上部与原水充分混合，如此，活性污泥可完成厌氧、好氧、沉淀区之间的往复循环运动。其工作过程描述如下：

利用气升循环原理，在曝气作用下，好氧区混合液密度低于厌氧区，在密度差推动作用下，厌氧区混合液通过气升循环通道自然流向好氧区；沉淀区底部污泥在污泥回流泵作用下提升至厌氧区上部与原水充分混合，同时，好氧区的污泥通过好氧污泥通道迅速补充至沉淀区底部，污泥在“V”型的沉淀区内浓缩，因此活性污泥经历厌氧-好氧-沉淀三大生化处理过程。污泥区的“V”型结构，不仅利用污泥顺利沉入污泥区底部，并且污泥在上升过程中，由于截面积增大，降低了污泥的上升速度，利于污泥絮体聚集与泥水分离。污泥沉淀区沉淀后的清水上升至浮筒式滗水器上部经锯齿状堰口进入滗水器内，再通过其集水总管重力出水排出成为反应器出水。

在气升循环作用下，厌氧区与好氧区的活性污泥产生整体循环，污泥交换量尤其巨大；提高沉淀池与厌氧区之间污泥交换量可通过控制污泥回流泵大小来解决。根据脱氮效率公式，调整厌氧区、好氧区、沉淀区的容积比，控制好污泥回流泵可提高污泥回流量，反应器的生化反应环境可调整至最佳状态，使其具有高效去除有机物及脱氮除磷能力。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

(1)结构紧凑，占地小，能耗低。将厌氧、好氧及沉淀功能集中于一个反应器中，结构布局合理，与传统活性污泥法比，总占地可减少1/4。利用气升循环原理可替代泵提升来完成好氧区与厌氧区的污泥交换，可大大降低能耗，与传统活性污泥法及其变形工艺(如A/O，A2/O等)相比，能耗降低1/4。

(2)有机物去除效率高，脱氮除磷效果好，不产生污泥膨胀。在气升循环作用下，厌氧区与好氧区的活性污泥产生整体循环，污泥交换量尤其巨大；沉淀池与厌氧区的污泥交换量可通过控制污泥回流泵予以调整。反应器的生化反应环境可调整至最佳状态，使其具有高效去除有机物及脱氮除磷能力。COD去除率达到90％，脱氮效率达到65-85％以上。

(3)操作简单方便，可适应各种规模的水处理系统。反应器结构紧凑，反应器内只有污泥回流泵这一设备，设备维护较为简单。反应器集中了厌氧、好氧、沉淀三大完整的生化处理过程，其处理能力与反应器长度成正比。反应器的长度可以根据实际情况予以调整，其处理能力即可适应各种规模的水处理系统，处理水量小的反应器可制成设备，大规模水处理系统可做成工程。

附图说明

图1为悬浮污泥层过滤-气升循环式反应器平面布置示意图

图2为为悬浮污泥层过滤-气升循环式反应器示意图，即图1的A-A剖面图

图3为进水布水器示意图

图4为污泥分布器示意图

附图中的符号说明：

1-厌氧区，2-气升循环通道，3-好氧区，4-污泥沉淀区，5-污泥回流泵，6-污泥分布器，7-进水布水器，8-好氧污泥通道，9-悬浮污泥层，10-浮筒式滗水器，11-导流板，12-曝气器，13-鼓风机，14-剩余污泥排放阀门。

具体实施方式：

下面结合附图1、2及实施例详细加以说明，以进一步理解本发明。

(1)安装：制作的反应器主要包括厌氧区1、好氧区3、污泥沉降区4三个部分，三区具有相同容积。在反应器的中央采用导流板11围成上大下小的“V”字型区域构成污泥沉淀区11，左侧导流板11与反应器左墙围成厌氧区1；右侧导流板11与反应器右墙围成好氧区3，在其下端导流板长1/4处开口为好氧污泥通道8。左右导流板11与水平方向成60夹角。在沉淀区底部与反应器的底部至少留有0.5m以上的空间为气升循环通道2。将污泥回流泵5置于污泥沉淀区4的底部，污泥回流泵上的出泥管道末端与位于厌氧区3上部的污泥分布器6的主干管中部相通，出泥管道中部伸出反应器外与剩余污泥排放阀门14相连。在好氧区底部安装曝气器12，曝气器可采用穿孔曝气管或微孔曝气盘。在反应池液面上安装浮筒式滗水器10，位于其底部的出水口与反应器池上总出水口的高差在1.5m以上。“鱼刺”状进水布水器7安装于厌氧区1的上部，支管口朝下，其下安装污泥分布器6，污泥分布器6的支管朝上，与进水布水器7支管相对，上下支管间距离为20cm。将曝气器12的总进气管与鼓风机13相连。以上步骤完成了反应器的制作与安装。

(2)运行：在反应器内加入接种污泥，开启鼓风机13、污泥回流泵5，原水通过进水布水器7的支管均匀进入反应池，与污泥分布器6支管出来的回流污泥充分混合。在好氧区曝气作用下，好氧区3混合液密度比厌氧区1低，厌氧区1的混合液通过气升循环通道2自然流向好氧区3；污泥回流泵5把污泥沉淀区4底部的浓缩污泥提升至厌氧区1上部的污泥分布器经其支管进入厌氧区1；由于污泥沉淀区4底部污泥被抽走，好氧区3的污泥通过好氧污泥通道8自然补充进入污泥沉淀区，因此活性污泥依次经历厌氧区、好氧区、沉淀区，再经过污泥回流泵5提升至厌氧区，如此循环往复，完成活性污泥的在厌氧、好氧、沉淀的三大生化处理过程，可以将污水中的有机物及氮磷等污染物质充分降解与高效去除。

好氧区3的污泥进入污泥沉淀区4后自然上升，与污泥沉淀区沉降的污泥接触，一方面上升污泥阻碍下降污泥沉降，同时另一方面，使上升污泥絮体积聚，形成更大的絮体，有利于污泥沉降。不仅如此，污泥沉淀区4上大下小的结构，使污泥的上升流速变慢，有利于污泥沉降，当上述污泥上升与污泥沉降的两个相反过程达到一定平衡后，可形成了稳定的悬浮污泥层9，经过悬浮污泥层的污泥得到充分的泥水分离，清水上升至浮筒式滗水器10的锯齿形堰板之上，可进入浮筒式滗水器10内得到稳定的出水。

Claims (6)

1.一种污泥层渗滤-气升循环式生化反应器，主要由厌氧区、污泥沉淀区、好氧区组成，三区容积比为1∶1∶1；污泥沉淀区位于反应器中央，厌氧区与好氧区分别位于污泥沉淀区两侧；污泥沉淀区由导流板围成，呈上大下小的“V”字型；两侧导流板与水平方向成60度夹角；污泥沉淀区底部与反应池底部之间有0.5m以上的气升循环通道；位于好氧区侧的导流板下部在其长度1/4处为好氧污泥通道；污泥沉淀区水面0.5m以下均为稳定的悬浮污泥层；污泥沉淀区底部设有污泥回流泵；厌氧区上部设有进水布水器与污泥分布器，进水布水器的主干管中部与原水进水管相连，污泥分布器的主干管中部与污泥回流泵出水管道相连；污泥沉淀区液面上设有浮筒式滗水器。

2.按照权利要求1所述污泥层渗滤-气升循环式生化反应器，其特征在于：好氧区底部设曝气装置，曝气装置为穿孔曝气管或微孔曝气盘。

3.按照权利要求1所述进水布水器，其特征在于：进水布水器由一根主干管与若干支管组成“鱼刺”状布水器，主干管与支管的直径比为4∶1以上，原水从主干管中部进入，经由主干管分配至各个支管中，最终从各支管出口进入反应池内；各相邻支管分立于主干管两侧，它们之间成120度夹角，支管口朝下。

4.按照权利要求1所述污泥分布器，其特征在于：污泥分布器与权利要求3所述的进水布水器具有相同“鱼刺”状结构，但其支管口朝上；回流污泥泵出水管道与污泥分布器的主干管中部相连，回流污泥先进入污泥分布器的主干管后分配至各支管出口，再流入厌氧区上部。

5.按照权利要求1、3、4所述污泥布水器与进水布水器，其特征在于：污泥布水器位于进水布水器下方，其支管与进水布水器支管口相距20cm左右；进水布水器与污泥分布器的管道可采用UPVC或金属制成。

6.按照权利要求1所述浮筒式滗水器，其特征在于：浮筒式滗水器为方形或者圆形，其上端为连续的锯齿状堰口，其底部设有集水总管，浮筒式滗水器底部高于反应池出水总管1.5m以上。