CN1626460A - 一种处理废水的生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效生物反应器及其运行方式，针对目前生物处理设施普遍存在占地大、效率较低、造价较高等问题，本发明公开了一种处理废水的生物反应器，采用同心圆结构，内部为厌氧区，外部为好氧区；厌氧区由进水管、布水装置、厌氧反应区、三相分离器、回流装置、沉淀区组成；好氧区由布水装置、布气装置、升流区、降流区、沉淀分离区组成，可分别以上流式厌氧污泥床或厌氧颗粒污泥膨胀床的方式运行，具有占地少，适应水质广、处理效果好等优点。

Description

一种处理废水的生物反应器

                     一、技术领域：

本发明属环境生物工程领域，具体涉及一种高效生物反应器及其运行方式。

                     二、背景技术：

目前国内外处理有机废水工程上常见的厌氧生物反应器主要有：上流式厌氧颗粒污泥床反应器(Upflow anaerobic Sludge Bed reactor，UASB)、厌氧膨胀颗粒污泥床(Expanded Granular sludge Bed，EGSB)、分级多相厌氧反应器(Muti-Phase Staged Anaerobic Reactor，MPSA)、厌氧内循环反应器(Internal Circulation reactor，IC-reactor)、厌氧折流板反应器(AnaerobicBaffled Reactor，ABR)、厌氧流化床(Anaerobic Flow Bed Reactor，AFBR)；厌氧复合生物反应器(Anaerobic Hybrid Reactor，AHR)、厌氧复合床过滤器(anaerobic Hybrid Filter Bed，AHBF)等，其中上流式厌氧污泥床(UASB)由于其中能形成产甲烷活性高、沉降性能好的颗粒污泥而具有很高的有机负荷(15kgCOD/m³d)，因而得到了最广泛的应用，目前约占全世界正在运行的厌氧反应器总数的67％。厌氧膨胀颗粒床反应器(EGSB)是在UASB反应器基础上开发的第三代高效厌氧反应器，其特点包括反应器传质效果好；抗冲击负荷能力强；去除负荷高，占地面积小，被认为是最有前途的第三代厌氧反应器，国际上仅少数国家对EGSB反应器进行研究，工业规模的EGSB反应器为数还少，国内对此方面的研究也刚刚起步。另外80年代中后期开发的ABR和IC也具有一定的发展潜力。

目前主要研究和应用的好氧生化反应器有序批式反应器(Sequence BatchReactor，SBR)、好氧固定化生物膜序批式反应器(Aerobic fixed Film SequenceBatch Reactor，AFFSBR)、序批式生物膜反应器(Sequence Batch BiofilmReactor，SBBR)。以膜技术为代表的膜生物反应器(MBR)、序批式膜生物反应器(SBMBR)等；其中以生物流化床、BAF、膜生物反应器最具研究开发潜力。

处理有机废水的生物反应器的主要作用是为功能微生物生长创造最佳的条件，做到高效低耗，其主要发展趋势为：高负荷、低投资、低能耗、占地面积小、适用温度范围广及运行稳定。

但是目前的生物处理设施普遍存在占地大、效率较低、造价较高等问题。本发明旨在提高反应器处理效率、减少装置占地面积和降低成本。

                     三、发明内容：

针对以上问题，本发明公开了一种处理废水的生物反应器，即厌氧好氧一体化水处理生物反应器。

本发明反应器采用同心柱状结构，内部为厌氧区，外部为好氧区；厌氧区由进水管、布水装置、厌氧反应区、三相分离器、回流装置、沉淀区组成；好氧区由布水装置、布气装置、升流区、降流区、沉淀分离区组成，另外配备相关的泵、曝气装置。

装置的结构要点是：反应器同心柱状结构横剖面包括同心圆形、同心椭圆形和同心多边形，其中厌氧区和好氧区共壁，厌氧区在内部，好氧区在外部。

厌氧区设布水装置和三相分离器，从反应器底部进水，上部出水。厌氧区设有一个回流口，可针对不同的废水水质特点，采用厌氧区自回流或不回流的方式运行。

好氧区设有布水和布气装置，好氧区内设有一个内导流筒，将好氧区分为升流区和降流区，其中升流区为主曝气区，保证好氧生物处理对溶解氧的需要，而降流区不曝气，可形成局部兼氧区域，实现厌氧—兼氧—好氧处理。好氧区上部设有沉降区，可有效的分离固体生物相和处理后的出水，保证出水水质良好，同时维持好氧区中的高生物浓度。

该反应器可实现多种厌氧—好氧工艺组合：厌氧—好氧工艺、厌氧—兼氧—好氧工艺和好氧—厌氧工艺等。反应器可从厌氧区进水，根据待处理废水的水质特点，可分别以UASB(上流式厌氧污泥床)或EGSB(厌氧颗粒污泥膨胀床)的方式运行。污水主要在厌氧反应区发生降解反应，通过三相分离器进行固、液、气的分离，厌氧区上部设置的回流装置可根据工艺需要调节回流比。厌氧区处理后的出水可进入好氧区进行再处理。好氧区设有布水、布气装置，保证水质和曝气的均匀。其中好氧区的升流区为主曝气区，保证好氧生物处理对溶解氧的需要，而降流区不曝气，可形成局部的兼氧区域，实现厌氧—兼氧—好氧处理。对于一些特殊的水质，如低碳源高氨氮的废水，也可以先从好氧区进水，进行部分好氧硝化处理，再泵入厌氧区进行厌氧氨氧化或反硝化处理。以下具体介绍两种工艺运行方式：

A.厌氧—好氧生物处理工艺运行方式：

首先根据废水水质特性，在反应器启动时接种处理相应废水的微生物菌剂或者污泥；从反应器底部进水，污染物主要在厌氧反应区发生厌氧生物降解反应，然后通过三相分离器进行固、液、气的分离，产生的沼气从反应器顶部的集气管排出，经三相分离器分离的厌氧污泥重新沉降回厌氧反应区，厌氧区的一部分出水还可通过上部设置的回流装置回流到厌氧区的进水管，可根据工艺需要调节回流比。通过厌氧区的自身回流，一方面可降低高浓度污水对反应器造成的负荷冲击，提高反应器耐高负荷的能力。另一方面可通过水力搅拌使污水和污泥充分接触，提高传质效率，使污染物得到高效的降解。厌氧区处理后的出水通过好氧区的布水器进入好氧区进行再处理，好氧区设有布水、布气装置，可保证水质和曝气的均匀，厌氧出水首先进入升流区，通过好氧微生物将污染物降解，在曝气和上升水流的作用下，污水和污泥经过内导流筒在升流区和降流区之间形成内循环。处理后的出水经好氧区上部的挡泥板进行固液分离，好氧污泥可有效地滞留在反应器中，而澄清的出水则通过好氧区出水管排出，若产生少量的剩余污泥，可由沉淀区底部的排泥管排出。其中好氧区的升流区为主曝气区，保证好氧生物处理对溶解氧的需要，而降流区不曝气，可形成局部的兼氧区域，实现厌氧—兼氧—好氧处理。

B.好氧—厌氧生物处理工艺运行方式：

对于一些特殊的水质，如低碳源高氨氮的废水，采用硝化—厌氧氨氧化工艺处理。根据废水水质特性，在反应器启动时接种处理相应废水的微生物菌剂或者污泥；废水先从好氧区底部经布水器进水，废水在升流区和降流区之间形成内循环，在此区域进行废水的好氧硝化处理，通过控制工艺条件，使废水的氨氮转化为亚硝态氮的转化率约为50％，好氧处理的出水经好氧沉淀区排出，再泵入厌氧区进行厌氧氨氧化反应，废水从厌氧区底部进水，污染物主要在厌氧反应区发生厌氧生物降解反应，然后通过三相分离器进行固、液、气的分离，产生的气体从反应器顶部的集气管排出，经三相分离器分离的厌氧污泥重新沉降回厌氧反应区，厌氧区的一部分出水还可通过上部设置的回流装置回流到厌氧区的进水管，可根据工艺需要调节回流比。处理后的最终出水由厌氧区出水管排出。本发明具有以下优点：

1、采用同心柱状结构，使整个反应器结构紧凑，降低制作成本，减少占地面积。

2、将厌氧和好氧生物处理集成为一体，使整个工艺流程工艺合理。

3、耐受有机负荷高，生物脱氮功能强，COD去除率高，处理废水运行成本低，基本不产生剩余污泥。

4、本装置适应水质广，易于工业化规模生产。

                           四、附图说明

下面结合附图进行说明，附图中：

1为总进水管；2为厌氧区进水管；3为厌氧区布水器；4为厌氧反应区；5为厌氧区外壁；6为三相分离器；7为厌氧区回流管；8为厌氧区出水管；9为厌氧区沼气排气管；10为好氧区布水器；11为好氧区布气系统；12为好氧区曝气进气管；13为好氧升流区；14为好氧区内导流筒；15为好氧降流区；16为好氧区外壁；17为好氧沉淀分离区挡泥板；18为好氧污泥沉淀区；19为好氧污泥沉淀区外壁；20为好氧区出水管；21-好氧污泥沉淀区排泥管。

                     五、具体实施方式

实施例1：反应器总有效容积为25.15L，其中反应器厌氧区有效容积为8.15L，厌氧区φ90mm，h1495mm；厌氧区采用锥形布水，厌氧区上部设置一个三相分离器，在三相分离器上方各设置一处出水管和回流管，厌氧出水接入好氧区进行后续处理，可根据处理水质的需要，选择回流或不回流的运行方式。好氧区有效容积为15L，好氧区的升流区φ150mm，高1125mm；好氧区的降流区φ200mm，高1015mm。好氧区则设置穿孔布水器和布气管。沉降区为倒锥形。

实施例2：采用实施例1所述反应器，进水为葡萄糖配水，进水COD3000-5000mg/L，处理水量为30-50L/d，采用厌氧—好氧生物处理工艺。反应器启动时厌氧区接种厌氧颗粒污泥，好氧区不接种污泥，而采用微生物菌剂TR-20和自己研制的高分子复合载体(已申报专利)形成生物颗粒。在常温(25℃左右)下运行，反应器总有机负荷达到6.5kgCOD/m3d，其中厌氧区有机负荷可达到18.4kgCOD/m3d，好氧区有机负荷可达到2.0kgCOD/m3d。反应器的COD去除率达到90％以上。在中温(30℃左右)下运行，反应器总有机负荷达到10kgCOD/m3d，其中厌氧区有机负荷达到29.68kgCOD/m3d以上，好氧区有机负荷达到2.0-6.0kgCOD/m3d。反应器系统的COD去除率达到90％以上，基本没有剩余污泥产生。

实施例3：采用实施例1所述反应器，进水为低碳源高氨氮配水，进水COD200mg/L左右，NH4+-N600-700mg/L，反应器启动时接种厌氧区接种厌氧颗粒污泥和菌剂B-350，好氧区接种菌剂B-350和自己研制的高分子复合载体(已申报专利)形成生物颗粒。采用好氧—厌氧生物处理工艺，进水首先进入好氧区，先进行好氧硝化反应，控制溶解氧浓度、pH、氨氮负荷及水力停留时间，使好氧硝化反应进行到氨氮转化为亚硝态氮的转化率约为50％左右，好氧处理出水再泵入厌氧区进行厌氧氨氧化反应，厌氧处理后的最终出水从反应器厌氧区的上部排出。在常温(25℃左右)下运行，反应器总氨氮负荷达到0.84kgNH4+-N/m3d，其中好氧区氨氮负荷可达到1.4kgNH4+-N/m3d，厌氧区氨氮负荷可达到0.92kgNH4+-N/m3d，亚硝态氮负荷可达到1.1kgNO2--N/m3d。反应器系统的氨氮总去除率达到98％以上，出水氨氮可以达到国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级标准。

实施例4：采用实施例1所述反应器，处理废水为中药生产废水，进水COD3000-4000mg/L，采用厌氧—好氧生物处理工艺。反应器启动时厌氧区接种厌氧颗粒污泥，好氧区不接种污泥，而采用微生物菌剂TR10-20和自制的高分子复合载体(已申报专利)形成生物颗粒。在中温(30℃左右)下运行，反应器总有机负荷达到8.6kgCOD/m3d，其中厌氧区有机负荷可达到24.5kgCOD/m3d以上，好氧区有机负荷可达到2.0-6.0kgCOD/m3d。反应器系统的COD去除率达到96％以上，出水COD可以达到国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的二级标准，基本没有剩余污泥产生。

Claims (6)

1、一种处理废水的生物反应器，其特征是：反应器采用同心柱状结构，内部为厌氧区，外部为好氧区；厌氧区由进水管(2)、布水装置(3)、厌氧反应区(4)、三相分离器(6)、回流装置(7)组成；好氧区由布水装置(10)、布气装置(11)、升流区(13)、降流区(15)、沉淀分离区(18)组成，另外配备相关的泵、曝气装置。

2、根据权利要求1所述的处理废水的生物反应器，其特征是：同心柱状横剖面包括同心圆形、同心椭圆形和同心多边形。

3、根据权利要求1或2所述的处理废水的生物反应器，其特征是：厌氧区和好氧区共壁。

4、根据权利要求1或2所述的处理废水的生物反应器，其特征是：反应器包括好氧污泥沉淀区。

5、采用权利要求1所述的生物反应器处理污水的运行方式：根据废水水质特性，在反应器启动时在厌氧区和好氧区接种处理相应废水的微生物菌剂或者污泥；从反应器底部进水管(2)进水，污染物主要在厌氧反应区(4)发生厌氧生物降解反应，然后通过三相分离器(6)进行固、液、气的分离，产生的沼气从反应器顶部的集气管(9)排出，经三相分离器(6)分离的厌氧污泥重新沉降回厌氧反应区(4)，厌氧区的一部分出水可通过上部设置的回流装置(7)回流到厌氧区的进水管(2)，根据工艺需要调节回流比进行厌氧区的自身回流；厌氧区处理后的出水进入好氧区，首先进入升流区(13)，通过好氧微生物将污染物降解，在曝气和上升水流的作用下，污水和污泥经过内导流筒在升流区(13)和降流区(15)之间形成内循环，其中好氧区的升流区(13)为主曝气区，保证好氧生物处理对溶解氧的需要，而降流区(15)不曝气，可形成局部的兼氧区域，实现厌氧—兼氧—好氧处理，处理后的出水经好氧区上部的挡泥板(17)进行固液分离，好氧污泥滞留在反应器中，出水通过好氧区出水管(20)排出。

6、采用权利要求1所述的生物反应器处理特殊的水质，如低碳源高氨氮的废水的运行方式：根据废水水质特性，在反应器启动时在厌氧区和好氧区分别接种处理相应废水的微生物菌剂或者污泥；废水先从好氧区底部经布水器(10)进水，废水在升流区(13)和降流区(15)之间形成内循环，进行好氧硝化处理，使废水的氨氮转化为亚硝态氮的转化率约为50％，好氧处理的出水再泵入厌氧区(4)进行厌氧氨氧化反应，废水从厌氧区底部进水管(2)进水，污染物主要在厌氧反应区(4)发生厌氧生物降解反应，然后通过三相分离器(6)进行固、液、气的分离，产生的气体从反应器顶部的集气管(9)排出，经三相分离器分离的厌氧污泥重新沉降回厌氧反应区(4)，厌氧区的一部分出水还可通过上部设置的回流装置(7)回流到厌氧区的进水管，根据工艺需要调节回流比，处理后的最终出水由厌氧区出水管排出。