汙水處理上升螺旋流生物反應器及所組成的處理系統的製作方法
2023-06-08 19:40:56
專利名稱：汙水處理上升螺旋流生物反應器及所組成的處理系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於汙水處理技術領域，具體涉及一種城市汙水處理的上升螺旋流生物反應器及所組成的處理系統。
背景技術：
當前，在汙水處理方面，國內外許多專家和學者對處理技術，即微生物進行生化反應的動力學特徵、內在反應機制以及達到高效去除率的操作和反應條件等方面研究較多，但卻缺乏對反應技術，即對結合動力學的反應器優化設計等方面的研究。反應器理論認為，化學或生物化學反應靠反應器去完成。如果反應技術不先進，工藝再好也達不到預期的效果。反應技術取決於反應器中的流態。常見的反應器形式可分為四類間歇反應器(Batch Reactor，BR)，連續攪拌罐式反應器(Continuous Stirred TankReactor，CSTR)，階式CSTR(CSTR Cascades)，活塞流(即「推流」)反應器(Plug Flow Reactor，PFR)等。BR反應器和PFR反應器由於具有時間或空間推流流態，濃度梯度大，因而反應效果較好。但考慮到間歇反應器的停工時間等影響因素，反應器的反應效率以PFR為最高。對SBR系列而言，其單元過程雖屬BR反應器，具有較好的濃度效應，但其間歇運行的方式不利於工程應用，而對進出水方式進行改進後(如ICEAS技術，為連續進水間歇出水工況)，又在一定程度上改變了BR反應器的特性，從而影響了反應效率；而對A2/O系列而言，其連續流的方式有利於工程應用，但其單元過程基本上屬於CSTR反應器，反應效率較低。雖然有一些反應器主觀上想設計成推流式，如氧化溝等，但由於在臥式條件下的水池流態特徵，實際上返混比較嚴重，影響反應效果。汙水處理的反應器實際上是生物反應器，反應器中微生物的生存狀態與水流流態有密切的關係，穩定的推流流態有利於微生物的共生和互生。顯然，如果目前的汙水處理(包括除磷脫氮)工藝的每一個單元過程都能使相應的生物化學反應較為徹底的完成，則前述的工藝技術將會取得更好的效果，而且工藝流程和反應器容積還可大大地縮短和減少，處理效果也會大幅度提高。
與本申請最為相關的技術是深井曝氣活性汙泥法，該工藝與傳統的活性汙泥法類似，只是為了提高氧氣的利用率而將水深增加，從反應技術上並沒有新的突破。一方面，從反應器形式上看，沒有形成螺旋推流這一特徵，因而其深度高達幾十米至上百米；另一方面，僅考慮了氧氣的傳遞，並未考慮其它基質與活性汙泥之間的傳質和微生物之間的共生與互生關係。因而深井曝氣活性汙泥法在提高處理效率上是有限的。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術存在的缺陷，設計一種能真正形成推流式反應的上升螺旋流生物反應器，使活性汙泥混合液在立式圓柱形反應器內由下而上螺旋上升，提高水處理效率，本發明進一步的目的是利用該反應器設計出一套汙水處理系統，形成完整的處理流程，大幅度提高處理效果。
本發明的技術方案如下本發明首先設計了一種汙水處理上升螺旋流生物反應器，它是在一定長徑比的立式反應器中，設置螺旋升流設備，螺旋升流設備採用導流螺旋推進器，如具有一定傾角的葉片式螺旋攪拌裝置，進水口和出水口分別設在反應器下部和上部。這種結構可以使汙水在反應器內形成穩定的螺旋上升流。由於「螺旋流」是流線以「股流」的方式沿圓周方向螺旋上升，因而「股流」的長徑比非常大，反應器的長徑比則可比較小。這就大大提高了便於工程應用的反應器中穩定的推流流態的容積利用率。此種流態還可使相鄰流線之間產生一定的速度梯度以利物系之間的質量傳遞，有利於形成並維繫相對固定的微生物群落，使微生物之間產生共、互生生態關係，進而在微生物之間發揮協同作用，充分利用汙水中的各種營養物質，使處理效果高效而穩定。
利用上述反應器，本發明進一步設計了一套處理系統，該系統採用三個上述結構的反應器分別作為上升螺旋流厭氧反應器、上升螺旋流缺氧反應器和上升螺旋流好氧反應器、用管路將它們依次連接起來，最後連接沉澱池構成，各管路依次由上一反應器的上部接入下一反應器的下部，進水管由厭氧反應器底部接入，出水管由沉澱池上部接出。
上述系統處理的缺氧反應器和好氧反應器的出水處接有回流管，分別接進前一反應器的進水處。另外沉澱池的底部也接有回流管，接缺氧反應器的進水處。
處理系統的工作過程是進水經計量後與從缺氧反應器回流的混合液一起進入厭氧反應器底部，厭氧末端的混合液與從沉澱池回流的汙泥及從好氧反應器回流的混合液一起進入缺氧反應器底部，缺氧末端的混合液進入好氧反應器底部，好氧末端的混合液進入沉澱池進行泥水分離，沉澱池的上清液為系統的出水。混合液在厭氧反應器、缺氧反應器與好氧反應器中，在有特定傾角的葉片的攪拌下，螺旋上升。
本發明的優點如下(1)本發明所具有的螺旋升流特徵能明顯提高反應器中推流流態的容積利用率，小長徑比，簡易、方便的無填料，有利於在空間上形成汙水中有機物濃度的梯度分布，提高汙水水處理效率；(2)與傳統的推流式反應器相比，上升螺旋流生物反應器的螺旋水流所產生的剪切力，可降低液膜的厚度，減少傳質阻力；同時，螺旋水流的離心慣性效應可使汙泥絮體及有機物顆粒作徑向運動線使其中物質的傳質效果較好。因此，上升螺旋流生物反應器系統的螺旋水流能有效地提高有機底物的傳質速度，進而提高了系統的處理效率。
(3)螺旋升流特徵可形成許多環境變化的「交錯區」，根據生態學中的「邊緣效應」，在多變環境的交錯區域通常生物群落結構複雜，易於出現多種生物共存現象。因而，螺旋升流式反應器有利於活性汙泥中微生物的多樣化，能形成複雜而穩定的微生物生態系統，抗外界幹擾及自身恢復調節能力較強。
圖1是汙水處理上升螺旋流生物反應器的結構示意；圖2是汙水處理上升螺旋流生物反應器組成的處理系統的結構示意圖。
具體實施例方式
參見圖1，上升螺旋流生物反應器包括殼體1、導流螺旋推進器2、進水口3和出水口4，反應器為立式的，進水口3和出水口4分別設在殼體下部和上部，導流螺旋推進器2設置在殼體內的中軸線上。其中，d是股流直徑，L是股流長，H是反應器高D度，D是反應器直徑，L/d H/D。
參見圖2，上升螺旋流生物反應器汙水處理系統包括厭氧反應器A、缺氧反應器B、好氧反應器C、沉澱池D，它們之間依次由管路11連接。進水管6經進水泵5後與從缺氧反應器B接出的回流管12匯接後接進入厭氧反應器A底部，厭氧反應器A的出水在上部，接缺氧反應器B的底部，缺氧反應器B的出水進入好氧反應器C底部，同時從沉澱池D底部、好氧反應器C的出水處都接出回流管12一起進入缺氧反應器B底部，好氧反應器C的出水接進沉澱池D進行泥水分離，沉澱池D的上清液為系統的出水。上述的回流管12上都設置回流泵7。在厭氧反應器A、缺氧反應器B與好氧反應器C中都設有特定傾角的導流螺旋推進器2，由電機9帶動。在好氧反應器C內設置有曝氣頭10。各反應器上開有取樣口8。
經在實驗室進行日處理量為200升連續進出水的小規模試驗，其中操作參數為沉澱池至缺氧反應柱的汙泥回流比為0.4～0.6，缺氧反應器至厭氧反應器的混合液回流比為1.0～1.5，好氧反應器至厭氧反應器的混合液回流比為2.5～3.0，結果表明出水總氮、總磷、COD及懸浮物濃度均達到國家一級排放標準。
權利要求
1.汙水處理上升螺旋流生物反應器，其特徵在於是在一定長徑比的立式反應器中，設置螺旋升流設備，進水口和出水口分別設在反應器下部和上部。
2.根據權利要求1所述的汙水處理上升螺旋流生物反應器，其特徵在於螺旋升流設備是導流螺旋推進器。
3.採用權1或權2的反應器組成的處理系統，其特徵在於採用三個上述結構的反應器分別作為上升螺旋流厭氧反應器、上升螺旋流缺氧反應器、上升螺旋流好氧反應器，採用管路將它們依次連接起來，最後連接沉澱池，各管路依次由上一反應器的上部接入下一反應器的下部，進水管由厭氧反應器底部接入，出水管由沉澱池上部接出。
4.根據權利要求3所述的處理系統，其特徵在於上升螺旋流缺氧反應器和上升螺旋流好氧反應器的出水處接有回流管，分別接進前一反應器的進水處。
5.根據權利要求4所述的處理系統，其特徵在於沉澱池的底部也接有回流管，接缺氧反應柱的進水處。
6.根據權利要求4或5所述的處理系統，其特徵在於各回流管路上設有回流泵，進水管上設有進水泵。
7.根據權利要求4或5所述的處理系統，其特徵在於上升螺旋流好氧反應器內設有曝氣頭。
8.根據權利要求4或5所述的處理系統，其特徵在於各反應器上開有取樣口。
全文摘要
本發明涉及一種汙水處理上升螺旋流生物反應器，是在一定長徑比的立式反應器中，設置螺旋升流設備，進水口和出水口分別設在反應器下部和上部。本發明進一步涉及一種由上述反應器組成的處理系統，是採用三個上述結構的反應器分別作為上升螺旋流厭氧反應器、上升螺旋流缺氧反應器、上升螺旋流好氧反應器，用管路將它們依次連接起來，最後連接沉澱池，各管路依次由上一反應器的上部接入下一反應器的下部，進水管由厭氧反應器底部接入，出水管由沉澱池上部接出。本反應器及所組成的處理系統能真正形成推流式反應，使活性汙泥混合液在立式圓柱形反應器內由下而上螺旋上升，大幅度提高水處理效率。
文檔編號C02F3/00GK1454855SQ0311733
公開日2003年11月12日 申請日期2003年2月21日 優先權日2003年2月21日
發明者羅固源, 吉芳英, 豆俊峰, 許曉毅 申請人:重慶大學