CN1291925C - 卧式一体化三相内循环流化反应器及其生物反应工艺 - Google Patents

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卧式一体化三相内循环流化反应器及其生物反应工艺涉及高浓度有机废水的处理装置及工艺，在该反应器的箱体(1)内，由导流板(3)和沉淀斜板(4)将反应器的箱体内部分为三个区，沉淀斜板位于反应器的箱体内的一侧，其上部位于反应器的箱体的上边沿，下部有一滤网(9)，在升流区(2)的下部设有微孔曝气器(10)，在泥水分离区(7)的上部设有集水器(6)，在泥水分离区的下部设有排泥阀(8)；流化反应工艺为：将有机废水泵入卧式一体化三相内循环流化反应器内，并加入多孔泡沫海绵(11)；通过微孔曝气器通入空气进行曝气；澄清水从集水器排出反应器，沉降污泥在循环水流的抽吸作用下无动力回流至降流区(5)，剩余污泥由排泥阀排出。

Description

卧式一体化三相内循环流化反应器及其生物反应工艺
                         技术领域
本发明涉及一种废水处理装置及工艺，尤其涉及一种卧式一体化三相内循环流化反应器及其生物反应工艺。
                         背景技术
生物流化床处理废水的研究和应用始于20世纪70年代初，80年代生物流化床工艺用于处理工业废水，在工程上开始得到应用。好氧生物流化床法按床内气、液、固三相的混合程度的不同，以及供氧方式及床体结构、脱膜方式等的差别可分为两相生物流化床和三相生物流化床。两相生物流化床的废水进入流化床之前先充氧气或空气进行预曝气，使废水中含有足够的氧气(一般3～4mg/L)，然后再进入流化床，液固两相在流化床内充分混合接触进行生化反应；而三相生物流化床则直接将氧气或空气、废水同时泵入流化床，造成气-液-固三相在流化床中混合流动并进行生物反应。
两相生物流化床存在脱膜困难这一问题，需专门设计机械脱膜装置，使处理流程复杂化。而三相生物流化床解决了这个间题，由于载体在升流区和降流区之间的循环流动造成的摩擦碰撞，可通过合理的设计使得较厚的生物膜自行脱落，有效地控制膜厚，因而三相生物流化床的研究和应用目前较为普遍。但研究发现内循环三相生物流化床高径比大，设备制造安装成本高，能耗大，工程应用有所限制。
                         发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种适合于高浓度有机废水处理并具有有机物降解性能好、脱氮效果好的卧式一体化三相内循环流化反应器及其生物反应工艺。
技术方案：该反应器为一体化矩形卧式结构，在该反应器的箱体内，由导流板和沉淀斜板将反应器的箱体内部分为三个区，即升流区、降流区和泥水分离区，导流板的左右两端固定在反应器的箱体内的两侧，上下两端分别距反应器的箱体的顶和底留有一段距离，导流板的左侧为升流区，右侧为降流区；沉淀斜板位于反应器的箱体内的一侧，其上部位于反应器的箱体的上边沿，下部有一滤网，滤网的另一边与反应器的箱体相连接，沉淀斜板的右边为泥水分离区；在升流区的下部设有微孔曝气器，在泥水分离区的上部设有集水器，在泥水分离区的下部设有排泥阀。
卧式一体化三相内循环流化反应器的生物反应工艺为：
a、将有机废水泵入卧式一体化三相内循环流化反应器。
b、通过微孔曝气器通入空气进行曝气，使轻质多孔泡沫海棉流化，并使空气中的氧气快速溶解于水中，并使有机废水在三相流不断循环移动中得到降解净化。
c、水流和从轻质多孔泡沫海棉脱落下来的生物膜经滤网进入泥水分离区进行泥水分离，澄清水从集水器排出反应器，沉降污泥在循环水流的抽吸作用下无动力回流至降流区。剩余污泥由排泥阀排出。各部分的作用为；
1、升流区由微孔曝气使载体和废水形成上升流，并完成充氧。
2、降流区为下向流变截面，水流携带气泡向下移动，从载体上脱落下来的生物膜进入泥水分离区形成絮体，在降流区底部存在缺氧环境。
3、泥水分离区为上向流变截面，上升水流流速减小，污泥沉降，回流至降流区，澄清水由集水器排出池外。
轻质多孔泡沫海棉，球体直径2.5mm～3.5mm，空隙率85％～90％，比表面积2600～2800m2/m3，堆积密度0.2g/cm3左右，挂膜后密度1.02～1.05g/cm3。
该流化反应器的工作原理为：
在空气的提升作用下，载体和废水在反应器内不断循环移动，呈现不同的接触混合状根据反应区内导流板两侧工艺特征和功能，将反应器的反应区分为升流区和降流区。
在升流区内，具有一定压力和流量的压缩空气通过微孔曝气器由池底进入升流区，对载体产生气提作用，升流区内的载体与液体、气体形成三相流，以一定的速率向上移动。降流区是一沿水流方向截面逐渐增大的区域，水流速率在此区逐渐下降，在运动惯性和气体的抽吸作用下，降流区内的水流携带气泡、载体和从沉淀区回流的污泥由导流板底部进入升流区再次被提升，由此在反应器内形成循环流。在载体循环流动过程中，载体之间相互摩擦、碰撞，同时由于三相流中气、液、固三相的不同步特征，空气和液体对载体表面产生较强的剪切作用，载体表面老化的生物膜不断脱落更新，使生物膜处于高活性，维持整个反应器净化高效状态。由于载体的不断循环，反应区呈动平衡下的移动状态，使生物膜与废水充分接触，强化了生物降解作用；同时在升流区内由于三相流的剧烈运动，空气中的氧得以以较快的速率溶于水中，以及降流区水流携带气泡流动，其水接触时间长，氧转移率高，因此在反应器具有较好的充氧效果。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
①结构新颖。反应器设计成一体化矩形卧式结构，容积利用率高，高度与常规曝气池相同，可采用普通风机鼓风充氧。载体采用轻质多孔泡沫海棉，挂膜后比重略大于水，易于流化；污泥在泥水分离区内无动力回流，动力消耗省。
②氧传递率高。载体在水气流循环移动中相互碰撞，水流紊流程度高，气液接触时间长，氧转移率高。
③生物降解条件好。污泥在循环水流抽吸作用下可全部回流至生物反应区，随水流循环，反应器可任意控制污泥浓度和泥龄。污泥负荷率低，有机物降解效果好。泥龄长，并由于缺氧区的存在反应器具有良好的硝化脱氮作用。
④泥水分离效果好。泥水分离区变截面有利于污泥沉降，并形成絮凝污泥层，对自下而上的泥水混合液接触絮凝，出水水质好。
                         附图说明
图1是卧式一体化三相内循环流化反应器处理有机废水工艺流程图，
图2是卧式一体化三相内循环流化反应器装置正视图，
图3是卧式一体化三相内循环流化反应器装置俯视图，
以上的图中有反应器的箱体1、升流区2、导流板3、沉淀斜板4、降流区5、集水器6、泥水分离区7、排泥阀8、滤网9、微孔曝气器10、多孔性泡沫海棉11。
                         具体实施方式
本发明的实施例为：
该反应器为一体化矩形卧式结构，在该反应器的箱体1内，由导流板3和沉淀斜板4将反应器的箱体1内部分为三个区，即升流区2、降流区5和泥水分离区7，导流板3的左右两端固定在反应器的箱体1内的两侧，上下两端分别距反应器的箱体1的顶和底留有一段距离，导流板3的左侧为升流区2，右侧为降流区5：沉淀斜板4位于反应器的箱体1内的一侧，其上部位于反应器的箱体1的上边沿，下部有一滤网9，滤网9的另一边与反应器的箱体1相连接，沉淀斜板4的右边为泥水分离区7；在升流区2的下部设有微孔曝气器10，在泥水分离区7的上部设有集水器6，在泥水分离区7的下部设有排泥阀8。
生物反应工艺为：
d、将有机废水泵入卧式一体化三相内循环流化反应器内，并加入多孔泡沫海棉11，
e、通过微孔曝气器10通入空气进行曝气，使轻质多孔泡沫海棉11流化，使空气中的氧气快速溶解于水中，并使有机废水在三相循环流中依靠载体上微生物的呼吸活动得到降解净化，
f、水流和从轻质多孔泡沫海棉11脱落下来的生物膜经滤网9进入泥水分离区7进行泥水分离，澄清水从集水器6排出反应器，沉降污泥在循环水流的抽吸作用下无动力回流至降流区5，剩余污泥由排泥阀8排出。
轻质多孔泡沫海棉11的球体直径为2.5mm～3.5mm，优选球体直径为3mm；空隙率85％～90％，优选空隙率为90％；比表面积2600～2800m2/m3，优选比表面积275m2/m3，堆积密度0.2g/cm3左右，挂膜后密度略大于水，为1.02～1.05g/cm3。
某化工厂将原有曝气池改造成卧式一体化三相内循环流化反应器，用来处理该厂车间排出的高浓度有机废水。
该厂车间排出废水的水质指标为：COD＝1200～2100mg/L、TN＝42～68mg/L、PH＝6.7～7.8。
该厂改造前后处理出水的水质指标见表1。改造后的卧式一体化三相内循环流化反应器省去了沉淀池，但从表1可见处理效果明显优于该厂的原有工艺。从实践运行情况来看，改造后的工艺比改造前能耗节省10％左右。
表1改造前后处理效果
项目   出水CODmg/L   COD去除率％   出水TNmg/L   TN去除率％   出水SSmg/L
  改造前改造后   150～24080～100   80～9193～96   35～4722～35   16～2045～52   130～15078～92

Claims (3)

1、一种卧式一体化三相内循环流化反应器，其特征在于该反应器为一体化矩形卧式结构，在该反应器的箱体(1)内，由导流板(3)和沉淀斜板(4)将反应器的箱体(1)内部分为三个区，即升流区(2)、降流区(5)和泥水分离区(7)，导流板(3)的左右两端固定在反应器的箱体(1)内的两侧，上下两端分别距反应器的箱体(1)的顶和底留有一段距离，导流板(3)的左侧为升流区(2)，右侧为降流区(5)；沉淀斜板(4)位于反应器的箱体(1)内的一侧，其上部位于反应器的箱体(1)的上边沿，下部有一滤网(9)，滤网(9)的另一边与反应器的箱体(1)相连接，沉淀斜板(4)的右边为泥水分离区(7)；在升流区(2)的下部设有微孔曝气器(10)，在泥水分离区(7)的上部设有集水器(6)，在泥水分离区(7)的下部设有排泥阀(8)。
2、一种如权利要求1所述的卧式一体化三相内循环流化反应器的生物反应工艺，其特征在于生物反应工艺为：
a、将有机废水泵入卧式一体化三相内循环流化反应器内，并加入多孔泡沫海棉(11)，
b、通过微孔曝气器(10)通入空气进行曝气，使轻质多孔泡沫海棉(11)流化，使空气中的氧气快速溶解于水中，并使有机废水在三相循环流中依靠载体上微生物的呼吸活动得到降解净化，
c、水流和从轻质多孔泡沫海棉(11)脱落下来的生物膜经滤网(9)进入泥水分离区(7)进行泥水分离，澄清水从集水器(6)排出反应器，沉降污泥在循环水流的抽吸作用下无动力回流至降流区(5)，剩余污泥由排泥阀(8)排出。
3、根据权利要求2所述的卧式一体化三相内循环流化反应器的生物反应工艺，其特征在于轻质多孔泡沫海棉(11)的球体直径为2.5mm～3.5mm，空隙率85％～90％，比表面积2600～2800m2/m3，堆积密度0.2g/cm3，挂膜后密度1.02～1.05g/cm3。
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