CN1129557C - 垂直折流生化反应器污水好氧处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种将含有BOD浓度为500-5000毫克/立升污水，与空气在进水管线射流混合器中混合后用污水泵送到若干级装有填料的垂直折流生化反应器内，处理过程中控制压力为0-1.0MPa，温度15-45℃，停留时间2.2-38.4小时，脱除负荷为1.5-4.5公斤BOD/米3·天，从而可以实现目前常见的各类污水的好氧处理过程，满足各类污水处理需要，在技术经济等方面更具有优越性。
Description
本发明属于环境工程中高效污水好氧处理过程与工艺。
水污染与水资源短缺是当今世界面临的重大社会问题，我国大部分江河湖海都遭受到程度不同的污染，520个大中城市中，有300个城市缺水，100个城市严重缺水。严重的水污染更加剧了水资源短缺，反之水资源不足又加重了水污染，形成恶性循环。因此污水处理不仅是解决环境污染问题，也是解决水资源短缺问题的关键。污水处理中应用最广最经济的方法是生物处理法，它经历了近百年的沿革与变迁，目前已成为环境污染控制的最关键技术。然而，更高的处理效率，更低的处理成本仍然是人们一直追求的目标。
对于常规好氧污水处理过程，由于水中饱和溶解氧和氧传递效率所限，一般仅能处理BOD(生化需氧量，表示污染物浓度的大小)在1500毫克/立升以下的废水，浓度再高时就可能由于供氧不足而厌氧。提高饱和溶解氧的方法常见的有三种：加压生化反应器(溶解氧随压力增高而加大)、深井曝气(利用静液柱加大而压力升高，从而提高溶解氧)或纯氧(富氧)曝气(利用氧的的分压提高而增大溶解氧)，但它们都具有诸多局限性而不能广泛运用。此时，由垂直折流多功能生化反应器(简称VTBR)所组成的好氧工艺，可以满足上述要求并具有新的更优越的特点。可以处理BOD高达数千的废水而保证溶解氧的供给。
垂直折流多功能生化反应器(VTBR)是我们基于深井曝气的基本原理所发明的，它对深井过程进行了彻底的改进，使其技术先进性、经济性、适用性都远远超过了深井曝气过程，它结合了固定膜生物反应器，加压供气、厌氧脱氮好氧水解，污泥消化等诸多生物处理过程于一体。具有广泛的实用性、可靠性和经济性。
本发明的目的是提供一个VTBR污水好氧处理方法。
VTBR好氧工艺的流程图见附图1，图中：1-污水泵，2-第一级垂直折流生化反应器，3-射流混合器，4-空压机，5-连接管，6-第二级垂直折流生化反应器，7-最后一级垂直折流生化反应器，8-出水管，9-排气管。
VTBR生化反应器组成的污水好氧处理方法是这样实现的：
将BOD浓度为500-5000毫克/立升的污水经污水泵(1)送到第一级垂直折流生化反应器VTBR(2)的底部，在进水管线上用射流混合器(3)将空压机(4)送来的空气与污水混合，气水混合物从第一级垂直折流生化反应器VTBR底部进入，从顶部排出，再流过连接管(5)进入第二级VTBR生化反应器(6)，依次类推直到从距离最后一级(7)顶部1-2米处的出水管(8)流出，气体在顶部排气管(9)排出。
整个好氧污水处理过程中操作压力范围为0-1.0MPa，污水温度范围为15-45℃，污水在系统中停留时间为2.2-38.4小时。
所用的垂直折流生化反应器(即VTBR)单体的直径3-15米，高度根据建设场地的空间高度和施工难度，取2米到10米之间的数值，反应器内装有填料。有效容积参数选取的原则，是保证水力停留时间在生化脱除能力的范围内或设计脱除负荷在1.5公斤BOD/立方米容积·天(一般化工难降解污水)和4.5公斤BOD/立方米容积·天(一般可生物降解污水)，详细计算见表1所示。但为了实现气水同向折流，最少单体设备数为两个，为了控制总的气体阻力，最长的折流路径之和一般不超过100米，使之运行在经济范围之内。
表1 VTBR污水好氧处理装置工艺设计参数计算举例
| 序号 | 污水浓度BOD(毫克/立升) | 污水性质(BOD/COD) | 污水量(吨/小时) | 级数 | 高度(米) | 直径(米) | 压力范围(MPa) | 温度范围(度) | 停留时间(小时) |
| 1 | 500 | 0.3-0.5 | 100 | 4 | 10 | 4.5 | 0-0.5 | 15-45 | 6.4 |
| 2 | 500 | 0.3-0.5 | 100 | 8 | 5 | 4.5 | 0-0.5 | 15-45 | 6.4 |
| 3 | 1000 | 0.3-0.5 | 100 | 4 | 10 | 6.4 | 0-0.5 | 15-45 | 12.8 |
| 4 | 1000 | 0.3-0.5 | 100 | 8 | 5 | 6.4 | 0-0.5 | 15-45 | 12.8 |
| 5 | 1500 | 0.3-0.5 | 100 | 4 | 10 | 7.8 | 0-0.5 | 15-45 | 19.2 |
| 6 | 1500 | 0.3-0.5 | 100 | 8 | 5 | 7.8 | 0-0.5 | 15-45 | 19.2 |
| 7 | 3000 | 0.3-0.5 | 100 | 4 | 10 | 11.0 | 0-0.5 | 15-45 | 38.4 |
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| 9 | 500 | 0.6-0.8 | 100 | 3 | 10 | 3.0 | 0-0.4 | 15-45 | 2.2 |
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| 7 | 3000 | 0.3-0.5 | 100 | 3 | 10 | 7.5 | 0-0.4 | 15-45 | 13.2 |
| 8 | 3000 | 0.3-0.5 | 100 | 6 | 5 | 7.5 | 0-0.4 | 15-45 | 13.2 |
垂直折流生化反应器单体设备连接管直径的设计，必须根据水量和气量计算，使液体下降速度大于气泡上升速度，一般大于0.4米/秒。同时，这也是提高和控制气液接触时间和氧传递效率的关键，气液速度差越小，气液接触时间越长，氧传递效率越高。如果气液速度差为0.1米/秒，对于10米的连接管来说，气液接触时间就是100秒钟，是常规活性污泥法的10倍以上，对于100米折流路径的好氧VTBR工艺，气液混合物上升时，速度为0.3米/秒，在上升段总的气液接触时间为160多秒，下降段500多秒，总计10.1分钟。由于气液接触时间长，空气中氧的利用率大幅度提高，可达90％以上。
另外，常规反应器多为常压操作，氧气在水中的溶解度有限，高浓度废水供氧量不足影响处理效果。VTBR由于反应器串联而形成一定的静液压力，一般可达2-3个大气压，并且首级压力最大，依次递减至常压。此顺序与生化需氧量的变化相一致，可以更好的满足供氧需求。因此该装置在处理高浓度有机废水时也可保证好氧状态，使好氧处理的浓度上限拓宽至(BOD)5000毫克/立升以上。
其次，VTBR在结构上借鉴了深井曝气的特点，技术性能上超过了深井曝气。因为深井曝气不能装填填料，而VTBR可任意装填填料，使单位容积生物量高达10-20克/立升，相应的容积脱除负荷升高到5-10公斤/立方米·天(好氧)。
再则，由于采用固定膜式生物反应器，生物内源呼吸过程加强，剩余污泥量大大减少，当处理BOD1000毫克/立升以下的污水时，剩余污泥量很少，无须设置污泥处理设施。
本发明所达到的效果为：
1.好氧处理工艺中的气液接触时间长：常规生化反应器的水深3-4米，空气鼓入水底后大约十几秒钟即离开水面，亦即气液接触时间仅为十几秒；VTBR中由于气液接触时间
2.可以人为调整反应器高度或折流次数，一般在几十分钟到一个小时，气液接触时间的延长使氧气的利用率大大提高；同时在折流过程中发生气水的相对摩擦运动(水流向下，气体受浮力作用向上)，提高气液传质速率；经测定VTBR的氧传递效率在80％以上。
3.好氧处理工艺中氧的溶解度增大：常规反应器多为常压操作，氧气在水中的溶解度有限，高浓度废水供氧量不足常常影响处理效果。VTBR由于几个反应器串联形成一定的静液压力，一般可达2-3个大气压，并且首级压力最大，依次递减至常压。此顺序与生化需氧量的变化相一致，可以更好的满足供氧需求。因此该装置在处理高浓度有机废水时也可保证好氧状态，使好氧处理的浓度上限拓宽至5000毫克/立升(BOD)以上。
4.该生化反应器生物量大：VTBR在结构上借鉴了深井曝气的特点，技术性能上超过了深井曝气。因为深井曝气不能装填填料，而VTBR可任意装填填料，使单位容积生物量高达10克/立升，相应的容积脱除负荷升高到5-10公斤/立方米·天(好氧)。
5.该工艺条件下剩余污泥量小：由于采用固定膜式生物反应器，生物内源呼吸过程加强，剩余污泥量减少，当处理BOD1000毫克/立升以下的污水时，剩余污泥量很少。
综上所述，该工艺应用的污水种类可达几十种，几乎工业及生活污水均可处理，设备可以在经济的前提下替代目前的生化处理设备，其技术经济综合指标为：
氧利用率：≥80％(传统曝气法仅5-10％)，充氧能力：0.5-1.0KgO2/m3*H(传统曝气法仅0.014-0.19KgO2/m3*H)，氧转移动力效率：2-4KgO2/KWH(传统曝气法仅0.6-2.0KgO2/KWH)，空气，纯氧，富氧均可用作气源，适应与各类有机废水的处理：包括生活污水，有机合成工业污水；焦化及煤气工业污水，石油炼厂污水，印染废水，发酵工业废水，等等.BOD5/COD比值在0.2-0.8均可，甚至0.2以下的废水经预处理也可以处理。其经济性表现在占地面积较传统工艺减少4-5倍，单位水量占地面积为：0.25-0.45m2/m3；电耗低；运行费用低，操作管理方便。
实施例
当污水处理量为100吨/小时，污水中有机物浓度(以BOD表示)在1500毫克/立升，采用的VTBR好氧工艺的流程图见附图1所示。经计算，当污水处理后要求BOD值为30毫克/立升时，日脱除BOD量为3528公斤，BOD脱除容积负荷为3公斤/立方米填料/天，所用VTBR的总有效容积为1176立方米，采用4塔工艺，每塔高度10米，则单体的直径为7-8米，单塔有效容积294立方米。压力范围0-0.5Mpa，温度15-45℃，停留时间为19.2小时。其流程说明如下：污水经污水泵(1)送到第一级VTBR(2)的底部，在进水管线上用射流混合器(3)将空压机(4)送来的空气与污水混合，气水混合物从第一级VTBR底部进入，从顶部排出，再流过特定直径的连接管(5)进入第二级VTBR生化反应器(6)，依次类推直到最后一级(7)，污水从距离顶部1-2米处的出水管(8)流出，气体在顶部排气管(9)排出。
Claims (4)
1、一种用垂直折流生化反应器组成的污水好氧处理方法，其特征在于本方法是将含有BOD浓度为500-5000毫克/立升的污水经污水泵送到第一级垂直折流生化反应器的底部，在进水管线上用射流混合器将空压机送来的空气与污水混合，气水混合物从第一级垂直折流生化反应器底部进入，从顶部排出，再流过特定直径的连接管进入第二级垂直折流生化反应器，依次类推，直到污水从距离最后一级顶部1-2米处的出水管流出，气体在顶部排气管排出；整个好氧污水处理过程中，压力控制在0-1.0MPa，污水温度为15-45℃，污水在系统中的停留时间为2.2-38.4小时。
2、按照权利要求1所述的污水好氧处理方法，其特征在于垂直折流生化反应器单体的直径为3-15米，高度为2-10米，反应器内装有填料，脱除负荷在1.5公斤BOD米3·天至4.5公斤BOD/米3·天，最少单体设备个数为两个，最长的折流路径之和不超过100米。
3、按照权利要求1所述的污水好氧处理方法，其特征在于垂直折流生化反应器单体设备连接管的直径的设计是根据水量和气量计算，使液体下降速度大于气泡上升速度，大于0.4米/秒。
4、按照权利要求1所述的污水好氧处理方法，其特征在于垂直折流生化反应器内所装填料，使单位容积生物量高达10-20克/立升，相应的容积脱除负荷升高到5-10公斤/米3·天。
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