CN1215992C - 污水处理上升螺旋流生物反应器及所组成的处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污水处理上升螺旋流生物反应器，是在一定长径比的立式反应器中，设置螺旋升流设备，进水口和出水口分别设在反应器下部和上部。本发明进一步涉及一种由上述反应器组成的处理系统，是采用三个上述结构的反应器分别作为上升螺旋流厌氧反应器、上升螺旋流缺氧反应器、上升螺旋流好氧反应器，用管路将它们依次连接起来，最后连接沉淀池，各管路依次由上一反应器的上部接入下一反应器的下部，进水管由厌氧反应器底部接入，出水管由沉淀池上部接出。本反应器及所组成的处理系统能真正形成推流式反应，使活性污泥混合液在立式圆柱形反应器内由下而上螺旋上升，大幅度提高水处理效率。

Description

污水处理上升螺旋流生物反应器及所组成的处理系统

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种城市污水处理的上升螺旋流生物反应器及所组成的处理系统。

背景技术

当前，在污水处理方面，国内外许多专家和学者对处理技术，即微生物进行生化反应的动力学特征、内在反应机制以及达到高效去除率的操作和反应条件等方面研究较多，但却缺乏对反应技术，即对结合动力学的反应器优化设计等方面的研究。反应器理论认为，化学或生物化学反应靠反应器去完成。如果反应技术不先进，工艺再好也达不到预期的效果。反应技术取决于反应器中的流态。常见的反应器形式可分为四类：间歇反应器(Batch Reactor，BR)，连续搅拌罐式反应器(Continuous Stirred TankReactor，CSTR)，阶式CSTR(CSTR Cascades)，活塞流(即“推流”)反应器(Plug Flow Reactor，PFR)等。BR反应器和PFR反应器由于具有时间或空间推流流态，浓度梯度大，因而反应效果较好。但考虑到间歇反应器的停工时间等影响因素，反应器的反应效率以PFR为最高。对SBR系列而言，其单元过程虽属BR反应器，具有较好的浓度效应，但其间歇运行的方式不利于工程应用，而对进出水方式进行改进后(如ICEAS技术，为连续进水间歇出水工况)，又在一定程度上改变了BR反应器的特性，从而影响了反应效率；而对A2/O系列而言，其连续流的方式有利于工程应用，但其单元过程基本上属于CSTR反应器，反应效率较低。虽然有一些反应器主观上想设计成推流式，如氧化沟等，但由于在卧式条件下的水池流态特征，实际上返混比较严重，影响反应效果。污水处理的反应器实际上是生物反应器，反应器中微生物的生存状态与水流流态有密切的关系，稳定的推流流态有利于微生物的共生和互生。显然，如果目前的污水处理(包括除磷脱氮)工艺的每一个单元过程都能使相应的生物化学反应较为彻底的完成，则前述的工艺技术将会取得更好的效果，而且工艺流程和反应器容积还可大大地缩短和减少，处理效果也会大幅度提高。

与本申请最为相关的技术是深井曝气活性污泥法，该工艺与传统的活性污泥法类似，只是为了提高氧气的利用率而将水深增加，从反应技术上并没有新的突破。一方面，从反应器形式上看，没有形成螺旋推流这一特征，因而其深度高达几十米至上百米；另一方面，仅考虑了氧气的传递，并未考虑其它基质与活性污泥之间的传质和微生物之间的共生与互生关系。因而深井曝气活性污泥法在提高处理效率上是有限的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，设计一种能真正形成推流式反应的上升螺旋流生物反应器，使活性污泥混合液在立式圆柱形反应器内由下而上螺旋上升，提高水处理效率，本发明进一步的目的是利用该反应器设计出一套污水处理系统，形成完整的处理流程，大幅度提高处理效果。

本发明的技术方案如下：

本发明首先设计了一种污水处理上升螺旋流生物反应器，它是在一定长径比的立式反应器中，设置螺旋升流设备，螺旋升流设备采用导流螺旋推进器，如具有一定倾角的叶片式螺旋搅拌装置，进水口和出水口分别设在反应器下部和上部。这种结构可以使污水在反应器内形成稳定的螺旋上升流。由于“螺旋流”是流线以“股流”的方式沿圆周方向螺旋上升，因而“股流”的长径比非常大，反应器的长径比则可比较小。这就大大提高了便于工程应用的反应器中稳定的推流流态的容积利用率。此种流态还可使相邻流线之间产生一定的速度梯度以利物系之间的质量传递，有利于形成并维系相对固定的微生物群落，使微生物之间产生共、互生生态关系，进而在微生物之间发挥协同作用，充分利用污水中的各种营养物质，使处理效果高效而稳定。

利用上述反应器，本发明进一步设计了一套处理系统，该系统采用三个上述结构的反应器分别作为上升螺旋流厌氧反应器、上升螺旋流缺氧反应器和上升螺旋流好氧反应器、用管路将它们依次连接起来，最后连接沉淀池构成，各管路依次由上一反应器的上部接入下一反应器的下部，进水管由厌氧反应器底部接入，出水管由沉淀池上部接出。

上述系统处理的缺氧反应器和好氧反应器的出水处接有回流管，分别接进前一反应器的进水处。另外沉淀池的底部也接有回流管，接缺氧反应器的进水处。

处理系统的工作过程是：进水经计量后与从缺氧反应器回流的混合液一起进入厌氧反应器底部，厌氧末端的混合液与从沉淀池回流的污泥及从好氧反应器回流的混合液一起进入缺氧反应器底部，缺氧末端的混合液进入好氧反应器底部，好氧末端的混合液进入沉淀池进行泥水分离，沉淀池的上清液为系统的出水。混合液在厌氧反应器、缺氧反应器与好氧反应器中，在有特定倾角的叶片的搅拌下，螺旋上升。

本发明的优点如下：

(1)本发明所具有的螺旋升流特征能明显提高反应器中推流流态的容积利用率，小长径比，简易、方便的无填料，有利于在空间上形成污水中有机物浓度的梯度分布，提高污水水处理效率；

(2)与传统的推流式反应器相比，上升螺旋流生物反应器的螺旋水流所产生的剪切力，可降低液膜的厚度，减少传质阻力；同时，螺旋水流的离心惯性效应可使污泥絮体及有机物颗粒作径向运动线使其中物质的传质效果较好。因此，上升螺旋流生物反应器系统的螺旋水流能有效地提高有机底物的传质速度，进而提高了系统的处理效率。

(3)螺旋升流特征可形成许多环境变化的“交错区”，根据生态学中的“边缘效应”，在多变环境的交错区域通常生物群落结构复杂，易于出现多种生物共存现象。因而，螺旋升流式反应器有利于活性污泥中微生物的多样化，能形成复杂而稳定的微生物生态系统，抗外界干扰及自身恢复调节能力较强。

附图说明

图1是污水处理上升螺旋流生物反应器的结构示意；

图2是污水处理上升螺旋流生物反应器组成的处理系统的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，上升螺旋流生物反应器包括壳体1、导流螺旋推进器2、进水口3和出水口4，反应器为立式的，进水口3和出水口4分别设在壳体下部和上部，导流螺旋推进器2设置在壳体内的中轴线上。其中，d是股流直径，L是股流长，H是反应器高度，D是反应器直径，L/d＞＞H/D。

参见图2，上升螺旋流生物反应器污水处理系统包括厌氧反应器A、缺氧反应器B、好氧反应器C、沉淀池O，它们之间依次由管路11连接。进水管6经进水泵5后与从缺氧反应器B接出的回流管12汇接后接进入厌氧反应器A底部，厌氧反应器A的出水在上部，接缺氧反应器B的底部，缺氧反应器B的出水进入好氧反应器C底部，同时从沉淀池O底部、好氧反应器C的出水处都接出回流管12一起进入缺氧反应器B底部，好氧反应器C的出水接进沉淀池O进行泥水分离，沉淀池O的上清液为系统的出水。上述的回流管12上都设置回流泵7。在厌氧反应器A、缺氧反应器B与好氧反应器C中都设有特定倾角的导流螺旋推进器2，由电机9带动。在好氧反应器C内设置有曝气头10。各反应器上开有取样口8。

经在实验室进行日处理量为200升连续进出水的小规模试验，其中操作参数为：沉淀池至缺氧反应柱的污泥回流比为0.4～0.6，缺氧反应器至厌氧反应器的混合液回流比为1.0～1.5，好氧反应器至厌氧反应器的混合液回流比为2.5～3.0，结果表明出水总氮、总磷、COD及悬浮物浓度均达到国家一级排放标准。

Claims (8)

1、污水处理上升螺旋流生物反应器，其特征在于是在立式反应器中，设置螺旋升流设备，形成螺旋上升流，进水口和出水口分别设在反应器下部和上部；立式反应器的高度为H，直径为D，螺旋上升流的股流直径为d，股流长为L，L/d＞＞H/D。

2、根据权利要求1所述的污水处理立式螺旋流生物反应器，其特征在于螺旋升流设备是具有一定倾角的导流螺旋推进器，在反应器中设置至少两个导流螺旋推进器。

3、采用权利要求1或2的污水处理上升螺旋流生物反应器的处理系统，其特征在于由三个上述结构的反应器分别作为上升螺旋流厌氧反应器、上升螺旋流缺氧反应器、上升螺旋流好氧反应器，采用管路将它们依次连接起来，最后连接沉淀池，各管路依次由上一反应器的上部接入下一反应器的下部，进水管由厌氧反应器底部接入，出水管由沉淀池上部接出。

4、根据权利要求3所述的处理系统，其特征在于上升螺旋流缺氧反应器和上升螺旋流好氧反应器的出水处接有回流管，分别接进前一反应器的进水处。

5、根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于沉淀池的底部也接有回流管，接缺氧反应器的进水处。

6、根据权利要求4或5所述的处理系统，其特征在于各回流管路上设有回流泵，进水管上设有进水泵。

7、根据权利要求4或5所述的处理系统，其特征在于上升螺旋流好氧反应器内设有曝气头。

8、根据权利要求4或5所述的处理系统，其特征在于各反应器上开有取样口。

Images