CN1251980C - 用于污水和废水处理的生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于污水和废水处理的生物反应器，该反应器能够同时搅拌和供氧。根据本发明优选实施例的生物反应器包括一个培养罐，在其中进行微生物的培养；一个供料器，用于向培养罐中提供培养溶液以及有机和无机的培养基，该供料器包括与培养罐的上端连接的供料管和与该供料管连接的用于将培养溶液提供给培养罐的泵；一个搅拌器，通过将空气喷射到培养罐的培养溶液中来搅拌培养溶液，该空气来自鼓风机；和一个恒温控制器，用于控制培养溶液的温度并对培养罐的内部消毒，恒温控制器包括设置在培养罐中的至少一个加热器和加热器控制器。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于处理污水和废水的培养微生物的反应器，且更具体地说，本发明涉及一种用于污水和废水处理的生物反应器，其中该生物反应器能够同时搅拌并供氧。
背景技术
一般，处理废水的方法包括物理-化学方法和生物方法。物理-化学方法的缺点包括高成本和需要对产品进行再处理，而生物方法通过将大量的有机成分分解成二氧化碳而得到稳定，或随着产生的沼气去除了包含在废水中的有机物质，而使处理之后只产生了比较少量的产品。
在生物处理方法中，主要通过使用微生物，将废水中的污染物分解、去毒和分离。因此，使用该方法以处理含有机物质的工业污水和由此产生的污泥，其次处理生活污水。由于相对低的成本和工作进展的变化，生物方法已经在全世界得到了最广泛的应用。
在生物处理中扮演着核心角色的微生物是混合培养物，它包括各种微生物种群，例如细菌、真菌、原生动物和后生动物，它们在生物反应器中培养和繁殖。这样的微生物通过分解和去除有机污染物使污水和废水净化，所述的有机污染物滋养着微生物，而微生物的繁殖依靠废水中溶解的氧。
生物反应器是提供类似于自然条件的装置，使得兼性微生物被有效地培养。该生物反应器向生物反应器内侧提供培养溶液、有机和无机培养基，和空气，来培养和繁殖微生物。
由于生物反应器直接与微生物的培养和繁殖有关，污水和废水的处理效率或微生物的活化状态依赖于生物反应器。
通过使用生物反应器来增强污水和废水的处理效率，作为一项现有技术方法公开于PCT申请WO96/15992中，其中公开了一种污水处理方法，它通过将四种需氧的或厌氧的微生物注入曝气池而实施的，而没有使令人不快的气味、有害的气体和有毒的物质耗尽。
然而上述方法没有被用来使曝气池中的微生物繁殖，而是通过将由自然获得的特定的微生物应用于污水软泥中，用于去除有害气体等。该方法的缺点是向处理的软泥中注入微生物所花费的时间太长。
US5376275公开了一种活化的软泥处理方法，其中将污水软泥成分发酵至少15天，以形成可溶的碳源基质，将发酵的软泥成分与流入的污水接触形成调整的污水，且将该调整的污水提供给活化的软泥工厂。
然而上述方法没有被用于使发酵设施中的微生物繁殖，而代之的是使用微生物来使软泥脱磷和脱氮。该方法也具有耗时长的缺点，例如用15至60天处理软泥。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于污水和废水处理的生物反应器，该生物反应器能够同时搅拌和供氧。
本发明的另一个目的是提供一种用于污水和废水处理的生物反应器，该生物反应器能够通过温度的快速改变来实现消毒和培养。
本发明另一个目的是提供一种用于污水和废水处理的生物反应器，该生物反应器能够使热流出物最少。
本发明的另一个目的是提供一种用于污水和废水处理的生物反应器，该生物反应器能够将外部废水处理设施的曝气溶液带到生物反应器中，以便于微生物的培养。
本发明的另一个目的是提供一种用于污水和废水处理的生物反应器，该生物反应器能够使微生物的活化变得容易。
为了实现这些目的，根据本发明优选实施例的生物反应器包括一个培养罐，在罐中进行微生物的培养；一个供料器，用于向培养罐中提供培养溶液以及有机和无机的培养基；和一个搅拌器用于搅拌培养溶液并同时将空气注入培养罐中。
本发明还包括一个设置在培养罐中的恒温控制器，该恒温控制器用于控制培养溶液的温度。
供料器包括与培养罐的上端连接的供料管，和用于将培养溶液提供给培养罐的泵，该泵与供料管连接。该供料器也可以包括开、关供料管的阀和压力计。
搅拌器包括空气供应软管，它沿着培养罐的侧壁垂直设置，且与鼓风机连接；通过培养罐的侧壁从空气供应软管伸出至培养罐内部的两个支管；设置在各支管的端部的环形注入管；第一组喷嘴，其位于上部注入管的外表面，并沿着环形注入管的外周从向外方向至向下方向延伸；以及第二组喷嘴，其位于下部注入管的外表面，并沿着环形注入管的外周从向内方向至向上方向伸出。
恒温控制器包括在培养罐中设置的低温加热器和高温加热器，以及加热器控制器。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照以下详细地描述，对本发明更完整的理解和本发明所带来的许多优点将会变得更显而易见，其中：
图1是本发明优选实施例的生物反应器的示意图；
图2是图1的生物反应器的平面图；
图3是图1的生物反应器的剖视图。
具体实施方式
在以下的详细说明中，仅借助于研制本发明的发明人所构想的最佳实施模式来只是对本发明优选实施例进行显示和描述。
图1是根据本发明优选实施例的生物反应器的示意图，图2是该生物反应器的平面图，而图3是该生物反应器的剖视图。
参考图1至3，根据本发明优选实施例的生物反应器，包括垂直地设置在底座10上、圆筒形的培养罐20；与培养罐上端连接、用于将培养溶液注入培养罐20的供料管30；设置在底座10上并与供料管30连接的泵31，用于将培养溶液通过供料管30传送；设置在底座10上、用于供应空气的鼓风机40；与鼓风机40连接、用于通过其传输空气的空气供应软管41；与空气供应软管41以垂直预定间隔在培养罐20中连接的注入管60和61，注入管60是环形的；沿着注入管60和61的外周以预定角度布置的喷嘴62和63，用于搅拌培养溶液；设置在培养罐20内侧、用于加热培养溶液的低温加热器50；设置在培养罐20内侧、用于在排出培养溶液后以高温消毒培养罐20的高温加热器51；以及加热器控制器52。
在培养罐20的整个外表面上附着了一隔热材料25，例如是聚亚氨酯。在培养罐20在其上端设置一个进口21，用于供应培养基等，且进口21设置有关闭进口21的盖子22。在培养罐20的外侧设置了水准仪23。水准仪23是一个垂直设置的透明管，用以目测检验培养罐20的水面高度。在培养罐20的一侧设置了温度计(未示出)，用以观察培养溶液的温度，而在培养罐20的底部设置了排料管24，用以排出已经培养的培养溶液。
泵31牢固放置在底座10上，且通过供料管30与废水处理设施的曝气池相连接，该曝气池位于培养罐20的外面。泵31从废水处理设施中抽取曝气溶液等，并通过与培养罐20上端连接的供料管30将曝气溶液等注入培养罐20。另外，在供料管30的一侧设置了压力计32。
鼓风机40牢固地安装在底座10的一侧。与鼓风机40连接的空气供应软管41包括其端部上的空气过滤器42。空气过滤器42滤出含在空气中的杂质，并向培养溶液供应培养所需的新鲜空气。电磁阀43设置在空气供应软管41上，该电磁阀43位于空气过滤器42的前、后。
该空气供应软管41沿着培养罐20的侧壁垂直安装，支管43和44分别从空气供应软管41的下端和该软管下端之上的部分伸出，通过培养罐20的侧壁进入培养罐20的内部。环形的注入管60和61分别设置在每个支管43和44的端部。
注入管60和61位于培养罐20的中央，距培养罐20的内壁预定距离处，并通过将其端部与支管43和44的端部连接而得以支撑。或者，注入管60和61可以通过设置跨过注入管60和61中央的连接管，且通过将连接管与支管60和61连接而得以支撑，支管60和61被引入培养罐20中，在培养罐20的中央向下弯曲。在这种情况下，空气通过连接管经由空气供应软管41和支管43和44传送至注入管60和61。
电磁阀45设置在从空气供应软管41伸出的支管43和44上。该电磁阀45开启和关闭每个支管43和44。
低温加热器50用于确保培养溶液的最佳温度、培养溶液物理性质的改变，以及培养溶液的有效条件。低温加热器50表面温度升至小于约60℃。高温加热器51用于消毒。高温加热器51的表面温度升至高于约60℃。
上述两加热器50和51以预定间隔设置在培养罐20中，且通过设置在培养罐20的外表面上的加热器控制器52提供电能。
加热器控制器52向低温加热器50的带电电线提供电能，以便于满足培养溶液的有效培养条件，且可以保持培养溶液的最佳温度。
分别设置在注入管60和61上的喷嘴62和63通过向培养溶液供应空气，并控制注入空气的方向来混合培养溶液。如图3所示，在上部注入管60的外表面设置多个喷嘴62。该喷嘴62沿着环形的注入管60的外周由向外的方向至向下的方向伸出。另外，在下部注入管61的外表面设置多个喷嘴63。该喷嘴63沿着环形的注入管61的外周由向内的方向至向上的方向伸出。
由于设置在上部和下部注入管60和61的各喷嘴62和63彼此以预定角度设置，因此在注入管60和61内部的培养溶液上升，而在注入管60和61的外部的培养溶液则下降，且由此通过从喷嘴62和63注入的空气，使培养溶液循环。在上述过程中，培养溶液可以被充分混合。
本发明的操作如下所述。
用于培养的包含微生物的溶液通过泵31经过供料管30输送至培养罐20。供应的培养溶液的量通过观察设置在培养罐20侧壁的水准仪23来加以确定。
当在培养罐20中达到了培养溶液的最佳量时，停止泵31的操作，且通过向低温加热器50提供电能，将培养溶液加热至预定的温度。
由于低温加热器50设置在培养罐20的内部，且因此浸没在培养溶液中，由加热器50产生的热量可以被直接输送至培养溶液，以便于将培养溶液加热至最佳温度。
低温加热器50可以使培养溶液保持在预定温度(约25±5℃)，同时加热器50表面温度通过加热器控制器52保持在预定的水平(通常30±10℃)。
培养基与培养溶液一起通过设置在培养罐20上端的进口21提供到培养罐20中，以便于活化培养。
该培养溶液与培养基进行混合，且该混合物给培养的微生物提供氧气。结果培养被活化。
通过空气供应软管41，鼓风机40向各支管43和44供应空气。供应的空气分别被输送至与支管43和44连接的注入管60和61，且通过沿注入管外周设置的喷嘴62和63最终喷射到培养溶液中。
通过设置在上部注入管60的喷嘴62的空气在环形的注入管60向下和向外的方向范围的方向上喷射，以便于使培养溶液随喷射的空气向下流动。
在另一方面，通过设置在下部注入管61的喷嘴63的空气在环形注入管61向上和向内的方向范围内的方向上喷射，以便于使培养溶液随喷射的空气向上流过注入管61的中央。
因此，通过喷嘴62和63，培养溶液在上部注入管60和培养罐20的内壁之间向下流动，接着向上流过下部注入管61的中央，且由此使培养溶液循环。在上述过程中，培养溶液和培养基均匀混合，且供应的氧气被均匀输送给微生物。
因此，本发明的生物反应器能够通过注入空气而在搅拌培养溶液的同时供氧，而不使用附加的搅拌器。
在完成培养之后，培养溶液通过打开设置在培养罐20底部的排料管24而排出，通过高温加热器51的操作，在高温条件下对培养罐20的内部进行消毒。通过高温加热器51操作，培养罐20的内部被快速加热，并在用于该操作(约95±5℃)的温度下消毒。
本发明的生物反应器用于废水处理是如下进行的。
将曝气池中的曝气溶液通过供料管30直接注入培养罐20中，接着在如上所述的同样条件下将微生物与曝气溶液混合。
通过注入管60和61的喷嘴62和63将这样的微生物供应给废水。通过分解和去除有机污染物，该微生物使污水和废水净化，而所述的有机污染物滋养了微生物，同时通过利用溶解于废水中的氧，微生物得到了繁殖。
根据本发明优选实施例的生物反应器，通过从外部将用于培养的溶液引入，可以使微生物易于培养。
而且，根据本发明优选实施例的生物反应器，通过直接培养曝气池中的曝气溶液而提高了废水处理的效率。
根据本发明优选实施例的生物反应器也可以通过将氧气供应进培养罐而不使用附加的搅拌器搅拌培养溶液使得反应器结构简化。
参照优选实施例，本发明已经得到了详细说明，本领域技术人员在不背离所附权利要求书限定的本发明的精髓和范围的前提下可以对其作出多种变化和替换。
Claims (4)
1.一种生物反应器，包括：
培养罐，在罐中进行微生物的培养；
供料器，用于向培养罐中提供培养溶液以及有机和无机的培养基，该供料器包括与培养罐的上端连接的供料管和与该供料管连接的用于将培养溶液提供给培养罐的泵；
搅拌器，用于通过将空气喷射到培养罐中的培养溶液来搅拌培养溶液，该空气来自鼓风机；以及
恒温控制器，用于控制培养溶液的温度并对培养罐的内部消毒，恒温控制器包括设置在培养罐中的至少一个加热器和加热器控制器，
其中，搅拌器包括
空气供应软管，它沿着培养罐的侧壁垂直设置，且与鼓风机连接；
通过培养罐的侧壁从空气供应软管伸出至培养罐内部的两个支管；
设置在各支管的端部的环形注入管；
第一组喷嘴，其位于上部注入管的外表面，并沿着环形注入管的外周从向外方向至向下方向延伸；以及
第二组喷嘴，其位于下部注入管的外表面，并沿着环形注入管的外周从向内方向至向上方向伸出。
2.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于，隔热材料被附着在培养罐的外表面上。
3.根据权利要求2所述的生物反应器，其特征在于，所述隔热材料是聚氨酯。
4.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于，恒温控制器包括一个低温加热器，用于通过加热至小于60℃来实现培养所需的温度条件，和一个高温加热器，用于通过加热至60℃以上来消毒培养溶液。
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