CN105948238B - 一种塔式自循环好氧降解反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塔式自循环好氧降解反应器，通过反应器底部的进水管和布水系统，将废水均匀地引入反应器底部的缺氧反应区，与反应器底部的高浓度污泥、消化液及通过中心回流管回流的混合液，共同混合、反应、上升，形成垂直上升式流态向上运动，并且除通过进水泵和曝气风机提供动力外，无需任何的污泥、消化液回流泵等设备，同时，曝气风机动力要求低，采用常规鼓风机即可，大大降低了运行费用及管理难度。

Description

一种塔式自循环好氧降解反应器

技术领域

本发明涉及好氧生物处理设备技术领域，更具体地，涉及一种塔式自循环好氧降解反应器。

背景技术

好氧生物处理技术是利用好氧微生物在有氧气存在的条件下进行生物代谢以降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。微生物利用水中存在的有机污染物为底物进行好氧代谢，经过一系列的生化反应，逐级释放能量，最终以低能位的无机物稳定下来，达到无害化的要求。好氧处理目前已发展的技术应用非常广泛，但由于供氧方式的限制，采用传统风机鼓风曝气，由于风力有限，使反应器的曝气池深限于在4–6米，在此条件下，极大地限制了曝气池的深度和容量，为了提高曝气池容量，就需要采用增大面积，导致好氧处理所需的占地面积较大，很多企业都无法提供足够的好氧用地，而导致废水处理系统出现问题；为了解决占地面积的问题，由此产生了常规的高塔式好氧设备，通过增高设备来增加容量，设备增高后，内部压力增强，常规风机鼓风曝气已无法满足设备曝气需要，通常采用的曝气方式有两种：高压曝气供氧和射流供氧，这两种技术都需要强大的曝气动力，对曝气设备要求严格，要求曝气动力大，造成能耗高，成本增加；同时，反应器需要专门的二沉池进行污泥分离，并且污泥需采用外加措施进行回流等问题，能耗高，且设备复杂，不便于维护。

如2014年2月26日授权公告的公告号为CN 203451280 U的专利申请，公开了一种高塔式内循环活性污泥好氧反应器，其降流循环管顶部密封，底部开放，并不能形成循环回流；且曝气头从降流循环管顶部伸入，曝气支管长6-8m，降流循环管长8-10m，在强大水压的作用下，需要强大的曝气动力，对曝气装置的压力提出了苛刻的要求，极大地限制了常规曝气风机的应用。

又如2013年10月2日公布的申请号为201310324284.5的发明专利，公布了一种三级循环好氧反应器，其曝气管设置在池体的底部，由其说明书中指出的池体高一般在16米左右可知，对曝气系统具有较高的要求，常规风机曝气系统的深度限于4-6米，对曝气系统的动力要求更为苛刻，曝气成本和能耗高。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种曝气动力要求低、采用常规风机鼓风即可实现有效曝气、且占地面积小的塔式自循环好氧降解反应器，该反应器能够有效地形成内循环回流，有效提高氧气利用率，同时避免了由进水水质变化幅度过大而造成的出水水质不稳定的问题。

本发明的另一目的是，提供一种采用上述塔式自循环好氧降解反应器进行好氧降解的方法。为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种塔式自循环好氧降解反应器，包括反应器本体，所述反应器本体包括上部的好氧降解区和下部的缺氧反应区，所述缺氧反应区设置有进水管、布水系统和排泥管，所述布水系统为螺旋式盘管，所述螺旋式盘管具有一定的螺旋间隙，所述螺旋式盘管中心的端头为密封结构，所述螺旋式盘管设置若干开口向下的出水孔，所述布水系统使废水均匀地分布在所述反应器本体的底面上，并形成垂直上流式流态，所述好氧降解区与所述缺氧反应区之间设置连接有进气管的微孔曝气系统，所述好氧降解区上部为设置有气体收集器的气体收集区、和设置在所述气体收集区上面的沉淀区，所述沉淀区设置有上升管和具有溢流堰的出水管，所述上升管下端与所述气体收集器连接、上端与设置在所述反应器本体顶部的气水分离室连接，所述气水分离室底部设置有直通所述缺氧反应区的中心回流管，所述反应器中污泥和消化液的回流均为自循环回流模式，所述上升管和所述回流管上均设置有控制阀。

所述上升管为多个。

所述气水分离室上设置有排气孔或排气管。

所述中心回流管直通所述缺氧反应区的底部。

所述微孔曝气系统设置在反应器水面下4-5米处，所述进气管上设置有曝气风机。

所述微孔曝气系统包括多个曝气层，每个曝气层均通过曝气支管连接有若干曝气头，所述曝气层间通过连通管连通，所述连通管与所述进气管连通。

所述反应器通过调控曝气量及自循环量，实现对不同水质、不同水量下曝气量及循环量的控制。

一种采用上述权利要求任一项所述的塔式自循环好氧降解反应器进行好氧降解的方法，包括如下步骤：

1)进水：含有有机物的废水通过进水管和反应器底部的布水系统，均匀地分布在反应器的底面上，与缺氧反应区的污泥消化液均匀混合、并形成垂直上流式流态，同时，废水中的大分子有机物水解酸化成小分子，消化液中的硝态氮进行反硝化生物脱氮反应、聚磷菌进行磷释放，缺氧反应区的污泥浓度为15000～20000mg/L；

2)曝气供氧：经过缺氧反应后的污泥废水混合液上升至曝气系统处，在反应器中部设置的微孔曝气系统将空气均匀地分布在反应器中部截面上，对上升而来的混合液充分曝气，混合液与空气在好氧降解区内一同上升，上升过程中，好氧微生物快速生长繁殖，将混合液中的有机物大量降解，聚磷微生物在好氧环境下超量地从污水中摄取磷，将磷以聚合形态贮在菌体内，亚硝酸细菌将氨氮转化为亚硝酸氮，然后由硝酸细菌将亚硝酸氮进一步氧化为硝态氮；

3)气体收集与气提：混合液与空气上升至好氧降解区上部的气体收集区时，剩余气体经收集器进行收集并通过上升管到达反应器顶部的气水分离室，并同时形成气提泵，将大量泥水混合液带至反应器顶部的气水分离室，在气水分离室内再进行气水分离，剩余气体排入大气中；

4)混合液回流：泥水混合液在气水分离室中与剩余气体分开后，在重力的作用下由中间回流管自回流到反应器的底部，与进水混合，继续参与反应，形成了污泥消化液的自回流；

5)泥水分离：经过步骤3)气体收集分离后的泥水混合液，一部分通过气提进入气水分离室并回流，剩余部分继续向上流动进入沉淀区，进行泥水分离，泥水分离后的清液通过具有溢流堰的出水管排至后继处理系统，污泥则通过自身重力回落至反应器的好氧降解区内，再次参与有机物的降解过程。

本发明的塔式自循环好氧降解反应器，通过反应器底部的进水管和布水系统，将废水均匀地引入反应器底部的缺氧反应区，与反应器底部的高浓度污泥、消化液及通过中心回流管回流的混合液，共同混合、反应、上升，形成垂直上升式流态向上运动，废水中的大分子有机物水解酸化成小分子，以便更利于好氧降解区内的好氧微生物降解，同时，缺氧反应区的消化液中含有的硝态氮进行反硝化生物脱氮反应、聚磷菌进行磷释放，以备好氧反应时超量吸磷；在水面下4-5米处，混合液通过微孔曝气系统进入好氧降解区，此时，曝入空气中的氧被混合液中的好氧微生物吸收利用，有机物被大量降解，同时，好氧微生物快速生长繁殖，加快氧利用，从而有效提高有机物的降解率和氧气利用率。与此同时，在缺氧段进行磷释放的聚磷微生物在好氧环境下超量地从污水中摄取磷，将磷以聚合形态贮在菌体内，形成高磷污泥并排出到系统外。同时，在好氧条件下亚硝酸细菌将氨氮转化为亚硝酸氮，然后由硝酸细菌将亚硝酸氮进一步氧化为硝态氮，该硝态氮通过消化液的自循环回流到下部的缺氧反应区进行反硝化，实现自身的动态平衡。

随着反应的进行，混合液和气体向上运动至气体收集器，在收集器内将剩余空气进行收集，并通过上升管将剩余空气引入顶部的气水分离室，同时上升的空气在上升管内形成气提泵，将大量的泥水混合液引入顶部的气水分离室，在气水分离室内进行空气和泥水混合液的分离，空气排入大气，泥水混合液通过中心回流管回流至反应器底部的缺氧区，实现污泥和消化液的自循环回流，并为下部的缺氧反应区带去部分氧，以有效提高氧的利用率。

经气体收集器未被气提的泥水混合液继续上升至沉淀区，因没有气体的扰动，污泥在此区域内的沉淀效果好，能够迅速与液体分离、沉淀，并通过自身重力自流回反应器的好氧降解区内，再次参与有机物的降解过程，而泥水分离后的清液通过具有溢流堰的出水管排至后续处理系统。

本发明的塔式自循环好氧降解反应器，有效地实现了垂直状态的缺氧、好氧分段反应，并且除通过进水泵和曝气风机提供动力外，无需任何的污泥、消化液回流泵等设备，同时，曝气风机动力要求低，采用常规鼓风机即可，大大降低了运行费用及管理难度。本发明的塔式自循环好氧降解反应器，在运行过程中可自动形成各区专项微生物菌群，通过调节进水水质、曝气量、自循环量等，可有效控制各区的溶解氧、污泥浓度、混合强度及上升流速等运行环境，使好氧降解有机物达到最佳的处理效果。因循环回流混合液是经处理后污染物含量较低的液体，故通过循环量的调节，可有效对进水的PH、COD浓度、毒性、碱度等波动进行缓冲，以避免反应器内的污泥受到大的冲击，从而大大提升反应器的抗冲击负荷能力。

本发明的塔式自循环好氧降解反应器，相比其它同类废水处理的设备主要有以下优点：

1.采用常规曝气风机即可实现曝气供氧，在增加反应器有效容积、减少了占地面积、提高土地利用率的同时，避免了增加动力消耗，节省运行费用；

2.有效地实现了利用好氧反应后剩余空气做为提升动力，将泥水混合液提升至气水分离室，进而实现污泥消化液自循环回流，同时，消化液回流至反应器底部时，将部分剩余的溶解氧通过回流液带回反应器底部进行再利用，有效地提高了氧的利用率；

3.本申请中的污泥通过在设备内部自回流循环利用，实现了自身的动态平衡，无需增加外部动力装置，有效节约能耗，降低成本；

4.能够在反应器的垂直高度上，自动形成垂直式的A/O段，底部的污泥浓度能够自动实现高污泥量，对废水的降解能够保持稳定，抗冲击负荷能力大增强。

本发明的塔式自循环好氧反应器可使氧气利用率提升30％以上，占地面积减少50％以上，投资降低20％以上。以本公司2014年3月份投产的污水处理项目为例，原计划污水处理占地10亩，项目计划投资800万，采用本申请的塔式自循环好氧反应器后，项目占地面积有效减少至6亩，实际投资仅500万，有效节约占地面积40％，降低成本37.5％。

附图说明

图1为本发明的塔式自循环好氧降解反应器示意图；

图2是本发明实施例一中布水系统的结构示意图；

图3是本发明实施例二中布水系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细说明本发明。

实施例一

如图1所示：一种塔式自循环好氧降解反应器，包括反应器本体，所述反应器本体包括上部的好氧降解区11和下部的缺氧反应区10，所述缺氧反应区10设置有进水管1、布水系统15和排泥管9，所述布水系统15为螺旋式盘管16，所述螺旋式盘管16具有一定的螺旋间隙，所述螺旋式盘管16中心的端头为密封结构，所述螺旋式盘管16设置若干开口向下的出水孔17，使废水均匀地分布在所述反应器本体的底面上，并形成垂直上流式流态，所述好氧降解区11与所述缺氧反应区10之间设置连接有进气管2的微孔曝气系统14，所述微孔曝气系统14设置在反应器水面下4.5米处，所述进气管2上设置有鼓风机。

所述好氧降解区11上部为设置有气体收集器的气体收集区12、和设置在所述气体收集区12上面的沉淀区13，所述沉淀区13设置有上升管3和具有溢流孔4的出水管5，所述上升管3下端与所述气体收集器连接、上端与设置在所述反应器本体顶部的气水分离室7连接，所述气水分离室7底部设置有直通所述缺氧反应区10的中心回流管8，所述排泥管9、所述上升管3和所述回流管8上均设置有控制阀。

所述上升管3为多个，可有效提高气提量，提高回流效率。

所述气水分离室7上设置有排气孔6。

所述中心回流管8直通所述缺氧反应区10的底部，形成污泥和消化液的回流的自循环回流，并与进水及时混合，进行缓冲，以避免反应器内的污泥受到大的冲击，从而大大提升反应器的抗冲击负荷能力。

实施例二

本实施例与实施例一的区别之处在于：所述布水系统15包括多个同心布水环18，所述布水环18具有若干开口向下的出水孔17，所述相邻布水环18间通过连通管19连接，所述连通管19与相邻两个布水环中较小的布水环相切。所述最外层布水环18与所述进水管1连接。所述中心回流管8穿过最内层布水环18。

所述微孔曝气系统包括多个曝气层，每个曝气层均通过曝气支管连接有若干曝气头，所述曝气层间通过连通管连通，所述连通管与所述进气管连通。所述气水分离室7上设置有排气管。

实施例三

一种实施例一或二的塔式自循环好氧降解反应器进行好氧降解的方法，包括如下步骤：

1)进水：含有有机物的废水通过进水管和反应器底部的布水系统，均匀地分布在反应器的底面上，与缺氧反应区的污泥消化液均匀混合、并形成垂直上流式流态，同时，废水中的大分子有机物水解酸化成小分子，消化液中的硝态氮进行反硝化生物脱氮反应、聚磷菌进行磷释放，缺氧反应区的污泥浓度为15000～20000mg/L；

2)曝气供氧：经过缺氧反应后的污泥废水混合液上升至曝气系统处，在反应器中部设置的微孔曝气系统将空气均匀地分布在反应器中部截面上，对上升而来的混合液充分曝气，混合液与空气在好氧降解区内一同上升，上升过程中，好氧微生物快速生长繁殖，将混合液中的有机物大量降解，聚磷微生物在好氧环境下超量地从污水中摄取磷，将磷以聚合形态贮在菌体内，亚硝酸细菌将氨氮转化为亚硝酸氮，然后由硝酸细菌将亚硝酸氮进一步氧化为硝态氮；

3)气体收集与气提：混合液与空气上升至好氧降解区上部的气体收集区时，剩余气体经收集器进行收集并通过上升管到达反应器顶部的气水分离室，并同时形成气提泵，将大量泥水混合液带至反应器顶部的气水分离室，在气水分离室内再进行气水分离，剩余气体排入大气中；

4)混合液回流：泥水混合液在气水分离室中与剩余气体分开后，在重力的作用下由中间回流管自回流到反应器的底部，与进水混合，继续参与反应，形成了污泥消化液的自回流；

5)泥水分离：经过步骤3)气体收集分离后的泥水混合液，一部分通过气提进入气水分离室并回流，剩余部分继续向上流动进入沉淀区，进行泥水分离，泥水分离后的清液通过具有溢流堰的出水管排至后继处理系统，污泥则通过自身重力回落至反应器的好氧降解区内，再次参与有机物的降解过程。

优选地，进入反应器的有机废水温度控制在20-25摄氏度，氧气利用率和有机物去除率更佳。

申请人采用实施例二的塔式自循环好氧降解反应器进行好氧降解，分别采用15000mg/L和20000mg/L的污泥浓度，对有机物含量为COD_Cr48000mg/L的生产废水进行处理，分别采用15℃、20℃、25℃、30℃的摄氏温度，进行8组试验，同时采用常规好氧降解设备作为对照组，以最终有机物含量和氧气利用率作为对比依据，试验结果如下表：

由上表试验数据可以看出，本发明的塔式自循环好氧反应器较常规好氧设备，可使氧气利用率提升30％以上，特别温度在20-25摄氏度，氧气利用率有效提高43-68％,氧气利用率得以显著提高。

Claims (6)

1.一种塔式自循环好氧降解反应器，包括反应器本体，其特征在于：所述反应器本体包括上部的好氧降解区和下部的缺氧反应区，所述缺氧反应区设置有进水管、布水系统和排泥管，所述布水系统为螺旋式盘管，所述螺旋式盘管具有一定的螺旋间隙，所述螺旋式盘管中心的端头为密封结构，所述螺旋式盘管设置若干开口向下的出水孔，所述布水系统使废水均匀地分布在所述反应器本体的底面上，并形成垂直上流式流态，所述好氧降解区与所述缺氧反应区之间设置连接有进气管的微孔曝气系统，所述好氧降解区上部为设置有气体收集器的气体收集区、和设置在所述气体收集区上面的沉淀区，所述沉淀区设置有上升管和具有溢流堰的出水管，所述上升管下端与所述气体收集器连接、上端与设置在所述反应器本体顶部的气水分离室连接，所述气水分离室底部设置有直通所述缺氧反应区的中心回流管，所述反应器中污泥和消化液的回流均为自循环回流模式，所述上升管和所述回流管上均设置有控制阀；

所述气水分离室上设置有排气孔或排气管；

所述中心回流管直通所述缺氧反应区的底部。

2.如权利要求1所述的塔式自循环好氧降解反应器，其特征在于：所述上升管为多个。

3.如权利要求1所述的塔式自循环好氧降解反应器，其特征在于：所述微孔曝气系统设置在反应器水面下4-5米处，所述进气管上设置有曝气风机。

4.如权利要求1或3所述的塔式自循环好氧降解反应器，其特征在于：所述微孔曝气系统包括多个曝气层，每个曝气层均通过曝气支管连接有若干曝气头，所述曝气层间通过连通管连通，所述连通管与所述进气管连通。

5.如权利要求1所述的塔式自循环好氧降解反应器，其特征在于：所述反应器通过调控曝气量及自循环量，实现对不同水质、不同水量下曝气量及循环量的控制。

6.一种采用权利要求1-5任一项所述的塔式自循环好氧降解反应器进行好氧降解的方法，其特征在于：它包括如下步骤：

1)进水：含有有机物的废水通过进水管和反应器底部的布水系统，均匀地分布在反应器的底面上，与缺氧反应区的污泥消化液均匀混合、并形成垂直上流式流态，同时，废水中的大分子有机物水解酸化成小分子，消化液中的硝态氮进行反硝化生物脱氮反应、聚磷菌进行磷释放，缺氧反应区的污泥浓度为15000～20000mg/L；

2)曝气供氧：经过缺氧反应后的污泥废水混合液上升至曝气系统处，在反应器中部设置的微孔曝气系统将空气均匀地分布在反应器中部截面上，对上升而来的混合液充分曝气，混合液与空气在好氧降解区内一同上升，上升过程中，好氧微生物快速生长繁殖，将混合液中的有机物大量降解，聚磷微生物在好氧环境下超量地从污水中摄取磷，将磷以聚合形态贮在菌体内，亚硝酸细菌将氨氮转化为亚硝酸氮，然后由硝酸细菌将亚硝酸氮进一步氧化为硝态氮；

3)气体收集与气提：混合液与空气上升至好氧降解区上部的气体收集区时，剩余气体经收集器进行收集并通过上升管到达反应器顶部的气水分离室，并同时形成气提泵，将大量泥水混合液带至反应器顶部的气水分离室，在气水分离室内再进行气水分离，剩余气体排入大气中；

4)混合液回流：泥水混合液在气水分离室中与剩余气体分开后，在重力的作用下由中间回流管自回流到反应器的底部，与进水混合，继续参与反应，形成了污泥消化液的自回流；

5)泥水分离：经过步骤3)气体收集分离后的泥水混合液，一部分通过气提进入气水分离室并回流，剩余部分继续向上流动进入沉淀区，进行泥水分离，泥水分离后的清液通过具有溢流堰的出水管排至后继处理系统，污泥则通过自身重力回落至反应器的好氧降解区内，再次参与有机物的降解过程。