CN201250141Y - 使用微胶囊载体的内循环生物流化床反应器 - Google Patents

Abstract

使用微胶囊载体的内循环生物流化床反应器，含有床体、升流管、导流管、隔离管、布气布水装置，床体分为上筒体、下筒体和倒锥形筒体，上筒体的上口处有出水槽，下筒体上有进水口和取样口，下筒体底部安装了布气布水装置和载体排出口；升流管为两端敝开的直管，置于下筒体的内腔；床体内腔上部有导流管，导流管分为上导流管、下导流管和锥形管，下导流管罩在升流管的上部；上导流管的外侧有隔离管，隔离管的下口与锥形管的上口连接，锥形管下口与倒锥形管上口连接，倒锥形管管壁与连接上筒体和下筒体的锥形筒体筒壁形成载体回流槽。本实用新型使用方便，操作简单，便于实际使用过程中实现不同规模与不同应用目标的系统优化和放大设计。

Description

使用微胶囊载体的内循环生物流化床反应器

技术领域：

本实用新型涉及污水处理装置，特别是适合厌氧生物流化处理工艺和好氧生物流化处理工艺的内循环生物流化床反应器。

背景技术：

内循环生物流化床反应器现行使用的载体主要有活性污泥载体和陶粒、活性炭、焦炭等吸附载体，还有微胶囊载体。活性污泥是一种自然形成的或是人工培养的微生物絮体，将活性污泥投入内循环生物流化床反应器中，通过微生物菌体的自身代谢作用，降解废水。随着现代工业的迅速发展，城市和工业废水排放量加大，水质水量的不稳定性日益加剧，废水中难降解有机物种类和数量不断增加，采用活性污泥作载体达不到理想的处理效果。向内循环生物流化床反应器投加陶粒、活性炭、焦炭等一类较小颗粒的吸附载体，利用这些吸附载体将活性污泥吸附到表面。这种方法最大的特点就是增大了微生物与污水的接触面积，通过吸附载体在流化床中的循环流化，进一步提高了污水处理效率。但存在着挂膜困难，挂膜耗时长，附着在载体上的生物膜厚度无法很好地控制，容易造成载体的流失等问题。微胶囊载体技术是20世纪八十年代以来发展起来的，该技术将酶、辅酶、蛋白质等生物大分子或微生物，以及动植物细胞包封在一层亲水性的半透膜内，形成珠状微胶囊，使生物大分子和细胞阻隔在微胶囊的半透膜内或半透膜外，而氧气，营养物质以及其它的小分子物质则可以自由通过微胶囊的半透膜进行物质传递，从而达到催化、培养或免疫隔离的目的。提高了微生物对有毒物质的耐受能力和降解能力，避免微生物随水流失，维持反应器中较高的生物浓度，并且有利于反应后的固液分离和微生物的回收利用。

微胶囊载体虽是内循环生物流化床反应器的理想载体，但是没有适用于微胶囊载体的内循环生物流化床反应器，现有内循环生物流化床反应器，如中国专利“一种内循环三相生物流化床”(专利号95213562.0)，由床体、提升管、导流管、隔离管、曝气头组成，床体为一个下端封闭的直筒，其上端的直径较下端大，成一漏斗状；提升管为一个两端敝开的等径直筒，其直径较床体下端的筒体直径小；导流管的一端为一直径大于提升管的敝口直筒，另一端为一直径较小的敝口直筒，其间有过渡段连接；隔离管一端为一直径较导流管大的敝口直筒，另一端由两个喇叭筒相连组成；提升管安置在床体内的下部，导流管的大直径部分套入提升管上端外部，隔离管的喇叭筒部分套在导流管外；曝气头安置在床体下端，床体下部有进水口。当要清除内循环生物流化床反应器中的载体时，需将床体下部的封盖折下才行，使用不方便，操作麻烦。另外，但由于该专利文献中没有对内循环生物流化床的结构参数作详细介绍，在实际使用过程中无法实现不同规模与不同应用目标的系统优化和放大设计。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种操作使用方便、结构尺寸优化、便于放大设计的使用微胶囊载体的内循环生物流化床反应器。

本实用新型的解决方案：含有床体、升流管、导流管、隔离管、布气布水装置，床体分为上筒体和下筒体，上筒体与下筒体由倒锥形筒体连接，整个床体成漏斗状，上筒体的上口处有出水槽，下筒体上有进水口和取样口，下筒体的底部安装了布气布水装置，下筒体的底部还有载体排出口；升流管为两端敝开的直管，置于床体的下筒体的内腔；床体内腔的上部有导流管，导流管分为上导流管、下导流管和锥形管三部分，下导流管罩在升流管的上部；上导流管的外侧有隔离管，隔离管的下口与锥形管的上口连接，锥形管的下口与倒锥形管的上口连接，倒锥形管的管壁与连接上筒体和下筒体的锥形筒体的筒壁形成载体回流槽。

升流管的上口低于床体的下筒体的上口，便于污水与微胶囊载体更好的回流，避免污水与微胶囊载体的混合液全部冲入导流管内。

床体的下筒体的高与直径的比值为4—15。

床体的下筒体的截面积与升流管的截面积的比值为1—4。

升流管的下口与床体的下筒体的底端的距离d满足 $0.4\≤\frac{\mathrm{\π}{\mathrm{Dr}}^2}{4\mathrm{\πDr}*d}\≤0.8$ 的要求，Dr是升流管的直径。

本实用新型由于在床体的下筒体的底部增加了载体排出口，使用方便，操作简单，通过对床体的下筒体的高与直径的比值、床体的下筒体的截面积与升流管的截面积的比值和升流管的下口与床体的下筒体的底端的距离d的确定，便于实际使用过程中实现不同规模与不同应用目标的系统优化和放大设计。

附图说明：

附图为本实用新型实施例的结构示意图。

图中：1--出水口；2--固液分离区；3--气液分离区；4--载体回流槽；5--倒锥形管；6--锥形管；7--降流区；8--升流区；9--进水口；10--载体排出口；11——布气布水装置；12——下筒体；13--取样口；14--升流管；15--下导流管；16--倒锥形管；17--倒锥形筒体；18--上导流管；19--隔离管；20--上筒体；21--出水槽；22——内槽壁；23——出水口。

具体实施方式：

含有床体、升流管14、导流管、隔离管19、布气布水装置11，床体分为上筒体20和下筒体12，上筒体20与下筒体12由倒锥形筒体17连接，整个床体成漏斗状，上筒体20的上口处有出水槽21，出水槽21的外槽壁即上筒体20上有出水口1，出水槽21的内槽壁22上有出水口23，下筒体12上有进水口9和取样口13，下筒体12的底部安装了布气布水装置11，下筒体12的底部还有载体排出口10；升流管14为两端敝开的直管，置于床体的下筒体12的内腔，升流管14的上口低于床体的下筒体12的上口，便于污水与微胶囊载体更好的回流，避免污水与微胶囊载体的混合液全部冲入导流管内；床体内腔的上部有导流管，导流管分为上导流管18、下导流管15和倒锥形管16三部分，下导流管15罩在升流管14的上部；上导流管18的外侧有隔离管19，隔离管19的下口与锥形管6的上口连接，锥形管6的下口与倒锥形管5的上口连接，倒锥形管5的管壁与连接上筒体20和下筒体12的倒锥形筒体17的筒壁形成载体回流槽4。

床体的下筒体12的高H与直径D的比值的选择：如H/D较大时，液体循环速度快，循环流量大，可增大稀释能力，抗冲击负荷能力强，循环流量加大将使本实用新型气、液、固之间的传质效果加强，从而提高处理效率。其缺点是：由于本实用新型的下筒体较高，使运行管理不方便，结构不稳定，同时，水位较高，需要配备大功率的曝气系统，增加了建筑耗材。如H/D较小时，其优缺点正好与前者相反。本实用新型的实施例选择H/D的值为8。在确定了H之后，下筒体12的内径为 $D=\sqrt{4V/\mathrm{\πH}}.$ 其中V为下筒体12的总体积，可以通过对某废水处理的要求和本实用新型实施例的容积负荷来确定。 $V=\frac{Q\×(\mathrm{So}-\mathrm{Se})\×24}{{10}^6\×\mathrm{Nv}},$ Q为循环水量，单位L/h；So和Se为进出水COD浓度，单位mg/L，Nv为容积负荷，单位Kg/(m3.d)。

床体的下筒体12的截面积与升流管14的截面积的比值Ad/Ar直接影响着水力循环以及传质效果，是重要参数。当下筒体12的截面积Ad确定后，升流管14的截面积Ar的减小即造成Ad/Ar的比值增大，过大的Ad/Ar将使本实用新型实施例的氧传质系数减小，且气量稍不稳定就会造成表观气速起伏很大，易造成微胶囊载体的破裂。但Ad/Ar又不能太小，因为只有Ad/Ar大于1时，才能保证升流区8的液体循环速度大于降流区7的液体循环速度，有利于增强混合效果。所以，本实用新型的实施例选择Ad/Ar为2。

升流管14的下口与床体的下筒体12的底端的距离d是一个十分重要的参数，如果d过小，则流体流动阻力大，易造成微胶囊载体的破裂和微胶囊载体在底部的堵塞；如果d过大，则曝气产生的部份气泡会进入降流区7，从而干扰顶部沉淀区的固液分离。因此，d应满足 $0.4\≤\frac{\mathrm{\π}{\mathrm{Dr}}^2}{4\mathrm{\πDr}\×d}\≤0.8$ 的要求，Dr是升流管14的直径。本实用新型实施例选择 $\frac{{\mathrm{\πDr}}^2}{4\mathrm{\πDr}\×d}=0.6.$

实用新型实施例的工作过程如下：

在好氧的情况下，压缩空气由布气布水装置11释放进入升流管14，由于气体的推动作用和压缩空气在水中的裹夹与混合作用，污水与微胶囊载体混合液的密度减少而向上流动，到达升流管14顶部后，含有大气泡的污水与微胶囊载体混合物进入导流管，而含有小气泡的污水与微胶囊载体混合物则流入降流区7，由于降流区7含气量相对减少，导致密度增大，因此，污水与微胶囊载体混合物在升流管14内向上流动，在降流区7向下流动，构成一个内循环，污水与微胶囊载体混合物在升流管14内与在降流区7内的密度差是其循环流动的动力。在气液分离区3，气体经导流管的上口逸出，污水与微胶囊载体混合物经导流管与隔离管19之间的空间，再经锥形管6、倒锥形管5与导流管之间的空间向下，由载体回流槽4进入固液分离区2，微胶囊载体在固液分离区2沉淀，并通过载体回流槽4返回下筒体12内，上层清水将通过内槽壁22上的出水口23进入出水槽21，出水槽21中的清水经出水口1流出上筒体20外。

在厌氧环境下，微胶囊载体循环流化动力可以分成两种。一是借助较大的循环水量，通过上升水流的提升作用达到较好的流化态。二是在升流管13内通入惰性气体，如CO2，N2等，其流化循环原理和好氧情况下是一样的，逸出的气体由隔离管19收集。

Claims (5)

1、使用微胶囊载体的内循环生物流化床反应器，含有床体、升流管、导流管、隔离管、布气布水装置，床体分为上筒体和下筒体，上筒体与下筒体由倒锥形筒体连接，整个床体成漏斗状，上筒体的上口处有出水槽，下筒体上有进水口，下筒体的底部安装了布气布水装置；升流管为两端敝开的直管，置于床体的下筒体的内腔；床体内腔的上部有导流管，导流管分为上导流管、下导流管和锥形管三部分，下导流管罩在升流管的上部；上导流管的外侧有隔离管，隔离管的下口与锥形管的上口连接，锥形管的下口与倒锥形管的上口连接，倒锥形管的管壁与连接上筒体和下筒体的锥形筒体的筒壁形成载体回流槽，其特征在于下筒体上有取样口，下筒体底部还有载体排出口。

2、根据权利要求1所述的使用微胶囊载体的内循环生物流化床反应器，其特征在于升流管的上口低于床体的下筒体的上口。

3、根据权利要求2所述的使用微胶囊载体的内循环生物流化床反应器，其特征在于床体的下筒体的高与直径的比值为4—15。

4、根据权利要求3所述的使用微胶囊载体的内循环生物流化床反应器，其特征在于床体的下筒体的截面积与升流管的截面积的比值为1—4。

5、根据权利要求4所述的使用微胶囊载体的内循环生物流化床反应器，其特征在于升流管的下口与床体的下筒体的底端的距离d满足 $0.4\≤\frac{{\mathrm{\πDr}}^2}{4\mathrm{\πDr}*d}\≤0.8$ 的要求，Dr是升流管的直径。

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