改良的生物反應器的製作方法
2023-05-24 05:58:26
專利名稱：改良的生物反應器的製作方法
技術領域：
實用新型屬於水處理領域，尤其涉及一種水處理的好氧生物處理生物反應器。
背景技術：
法國OTV公司開發的「淹沒式固定生物膜曝氣濾池」好氧處理工藝(典型的如BIOSTYRTM工藝)，是將濾池和生化反應器結合起來組成的一種上向流曝氣生物濾池，基本結構見(圖1)是在反應池2上部設置裝有濾水帽8的濾料擋板5，下底部設有曝氣裝置7和進水布水裝置1，中間裝填有稱之為BIOSTYRENETM比重小1的輕質球形顆粒(3-6mm)濾料3，例如泡沫塑料濾珠。該反應器由於採用具有很大比表面積濾料作為微生物載體，可附著大量的微生物，因而具有較高的淨化能力和處理負荷；而且微生物固定在載體上，而不象活性汙泥法懸浮在水中，因此其單位體積內的生物量極大，處理能力大大高於活性汙泥法；同時還由於汙水流經濾床的方向是壓縮濾料方向，而不是擴展濾料方向，也加強了對懸浮物質的截留作用，具有連續的物理過濾能力，從而可省略沉澱池，並且一旦生物反應器發生問題，濾池仍可去除絕大部分的懸浮物。但生物濾池的濾料空隙率較低，這就降低了載帶生物量，因而處理效率不很高；小的空隙率，加上填料本身被壓縮不流化，容易出現濾料板結，導致濾料反衝洗困難，不僅反衝水量大，而且反衝不徹底，縮短了反衝周期，降低了產水量和產水率，會造成使用中處理效率下降。其次，在設計上為滿足對濾料有效反衝洗，反應器下部需設置體積比較大用於反衝洗的填料膨脹空間，上部又需留有體積比較大的反衝水貯存和均衡反應器流態出水區(如不設出水區則需在反應器外設置反衝水貯池)，這樣又使得濾料體積裝填率減少，一般約為60％左右，因而反應器容積利用率不高，也會降低反應器的處理效率。再就是，為保證良好的反衝洗，還需配備大功率反衝泵；細顆粒濾料採用濾帽過水，長期運行會出現濾帽堵塞，這些也會影響處理效率，因此生物濾池運行不夠穩定，因而運行管理麻煩。
WO 02/096806公開的另一種流化生物反應器AGARTM(Attached Growth AirliftReactor)，基本結構見圖2。是在反應器2中設置若干隔板，將其分成多個處理單元，與生物濾池不同的是，反應器採用大顆粒中空柱狀填料3作生物載體(流化填料)；採用較低的填裝率(一般為35％左右)，以使填料呈流化狀態。為增強填料流化效果及脫膜需要，處理單元內還增設有中心導流筒圖3。此反應器雖然克服了曝氣生物濾池的一些缺點，但由於填料裝填率較低，生物量較少，導致處理效率不高，反應器體積膨大，佔地面積多；其次，完全流化的填料對上升氣泡的切割作用小，因而曝氣充氧效率低，必須加大曝氣量，又增加了運行能耗；再就是，反應器對有機負荷變化的適應性差，為使填料處於良好的流化狀態，在低有機負荷時，也不能減少曝氣量(若減少曝氣量則流化的氣量就不足)，但若要保證流化則充氧就會有富於，兩種情況都會導致反應器效率降低。
中國專利00131548.X公開的隔離曝氣裝置，是採用至少1個隔離筒將生物膜法的曝氣池或生化曝氣濾池分為曝氣區和填料區，隔離筒內底部置有曝氣頭，使之成為曝氣區，底側開設有水回流窗，筒外為填料區，頂部淹沒於水中。然而此結構填料仍然固定不動，因而反應器容易堵塞，水頭損失大；其次，曝氣與填料不直接接觸，充氧效率更低，處理效果並不會好於生物濾池。
發明內容
實用新型的目的在於克服上述已有技術的不足，提供一種充氧效率高，水頭損失小，反應器不堵塞，運行穩定，生物量大，處理效率高，運行管理方便的生物反應器。
實用新型目的實現，主要改進是在反應器中裝填有比重為0.7～0.95的輕質、空隙率大(≥50％)、大顆粒易流化(在不藉助除氣體以外的其它流化動力的情況下，流化所需氣量≤正常供氧所需氣量)填料；並使填料裝填量佔反應器有效容積的50-90％；反應器底部至少設有各自獨立的供氧曝氣和流化曝氣裝置。從而使反應器達到充氧效率高，水頭損失小，運行穩定，生物量大，處理效率高，運行管理方便。具體說，實用新型生物反應器，包括反應器和內置填料，填料上方水面以下的填料擋板，以及底部曝氣裝置，處理水由下而上經過填料層，其特徵在於所說填料為比重0.7～0.95、空隙率≥50％、大顆粒易流化填料；所說填料裝填量佔反應器有效容積的50-90％；所說曝氣裝置為各自獨立的供氧曝氣和流化曝氣。
實用新型所說反應器有效容積，是指反應器水面以下的容積。
實用新型所說各自獨立的供氧曝氣和流化曝氣，是根據其工作狀態人為設定，即一套用於正常生物處理供氧，一套用於使填料產生流化而脫膜。為保證兩者有效工作，簡化調節，所說用於供氧的曝氣器，一種較好是採用微孔曝氣，尤以採用小氣量、大密度安裝有的微孔曝氣器，例如每隻曝氣器供氣量為每小時0.2～0.6立方米左右，每平方米設置25～49個左右的曝氣頭；用於填料流化的曝氣器，可以採用微孔曝氣器，也可以採用大孔曝氣裝置，每隻曝氣量大，但安裝密度相對要小，例如每隻曝氣器供氣量為每小時2.0～6.0立方米左右，每平方米設置2～6個左右的曝氣頭，使曝氣相對集中，這樣有利於填料的流化。實用新型可以根據汙水及運行情況，兩類曝氣器既可以獨立交替工作，也可以調整氣量同時工作。
實用新型所說大顆粒易流化填料，是指填料滿足在不藉助除氣體以外的其它流化動力的情況下，流化所需氣量≤正常供氧所需氣量，它可以是例如各種中空管狀填料，或其他非規整填料。其中較好是採用中空管狀，例如填料軸向與徑向比為0.9～1.1，每立方米30萬～45萬粒左右的中空管狀填料，其內部中空，不僅提高了填料的空隙率，而且在填料流化脫膜後，其內部仍能保持一定量的生物膜，有利於脫膜後迅速復處理能力；所說填料的空隙率較好為70～90％，所說填料裝填量較好為佔反應器有效容積的65～80％。
實用新型生物反應器，其處理過程分為供氧階段和填料流化脫膜階段。供氧階段，壓縮空氣或氧氣由供氧曝氣器均勻分散進入反應器，向反應器內微生物進行供氧，此時流化曝氣器也可以工作，只是供氣量調小。由於反應器填料填充量大，此時上層填料具有生物濾池功能，填料對氣泡具有切割作用，從而提高了曝氣充氧效率；下層部分填料在曝氣作用下呈流化狀態，又相當於流化床功能，並可促使進水迅速混合，不僅省略了進水布水器，而且還有利於提高處理效率。隨著處理進程當填料上的生物膜厚度增加，使得水頭損失過大或處理效率降低過大時，轉入流化脫膜階段。關閉供氧曝氣器或減少曝氣量，打開流化曝氣器或加大曝氣量，壓縮空氣或氧氣通過流化曝氣器進入反應器，由於曝氣量相對集中，曝氣強度大，使輕質填料呈流化達到互相碰撞而脫膜，填料經脫膜再生恢復高的處理能力，如採用中空管狀填料，因填料內部呈中空狀態，因而在填料內部仍保持一定的生物量，因而脫膜後很快就能轉入正常生化處理。由於在流化脫膜階段，反應器內仍能保持較高生物活性，所以仍然具有處理能力，而不需要象其他反應器那樣，關閉進水，可以實現反應器的連續運行。
如果將曝氣量控制在較低範圍內，實用新型還作為缺氧反應器使用。
因此，實用新型較已有技術，具有〔1〕充氧效率高。因供氧階段大部分填料處於固定狀態，對氣泡有切割作用，不僅延長了氣泡上升到水面的路徑，而且使氣泡呈不規整形狀，增大了氣液接觸面積，還強化了氣液固三相的相對運行，有效提高了氧的轉移速度，使充氧效率得到提高，較好氧流化床充氧效率可提高20％以上。此外採用微孔曝氣供氧，也是反應器獲得高充氧效率的原因之一。
〔2〕反應器運行水頭損失小。因填料具有很大的空隙率，填料層能長期保持較小的阻力，一旦生物膜生長過厚阻力也不會增加很多，而且通過填料流化脫膜又很快使填料層恢復較小的阻力。在供氧階段，全截面曝氣，反應器運行相當於一個空氣提升器，這也水頭損失小的一個重要因素。
〔3〕生物量大。因反應器單位容積填料填裝量大，填料層又具有較大的空隙率，供氧階段空氣衝刷強度小而均勻，這就使填料層有較大容納汙泥的空間，且生物膜不易脫落，較現有好氧流化床汙泥濃度提高近5倍，較曝氣生物濾池提高近2倍，從而大大提高了生物量，提高了處理能力。
〔4〕反應器處理效率高、經濟性好。在達到相同處理效果時，由於以上優點使反應器體積，比現有好氧流化床可減小50％以上，能耗降低20％以上，投資費用基本相同。
〔5〕反應器運行可靠，運行管理方便。由於反應器內的填料是可流化的，在進水滿足預處理要求的前提下，不會出現堵塞現象，從而保證了反應器可靠運行工作。其次，能根據進水負荷的變化，曝氣量可在較大範圍內調整，而不影響反應器處理效率，因而適應負荷變化能力強。
〔6〕結構簡單。因反應器下層部分填料呈流化狀態，又相當於流化床功能，還能省略布水系統。
實用新型反應器不僅可以用於汙水處理，還可以用於給水、中水處理。
實用新型與BIOSTYRTM生物濾池、AGARTM流化反應器對比表 以下結合一個具體實施方式
，進一步說明實用新型，但實施例具體結構，不是對實用新型的具體限定。
圖1為已有技術BIOSTYRTM生物濾池結構示意圖。
圖2為已有技術AGARTM流化反應器結構示意圖。
圖3為已有技術AGARTM流化反應器另一種結構示意圖。
圖4為實用新型實施例結構示意圖。
圖5為實用新型實施例中填料立體結構示意圖。
圖6-圖9為其他中空管狀填料結構示意圖。
具體實施方式
實施例參見圖4、5，在反應容器2內裝填有比重0.9、空隙率為85％、軸向與徑向之比為0.9～1.1的中空管狀填料3(大小為每立方米30萬～45萬粒)，填料填裝量佔反應器有效容積的65～80％，反應器頂上部水面下100～200mm有多孔填料擋板5，其孔徑為5～10mm，上方有出水口4，底部有供氧曝氣系統7和流化曝氣系統6，及進水管1。供氧曝氣採用微孔曝氣器，每隻曝氣器供氣量為每小時0.2～0.6立方米，安裝密度為每平方米25～49隻；流化曝氣採用單孔曝氣器，每隻曝氣器供氣量為每小時2.0～6.0立方米，安裝密度為每平方米2～6隻。運行處理時兩類曝氣器既可以獨立交替工作，也可以調整氣量同時工作。
實用新型還可以採用其他如圖6-圖9所示中空管狀填料，或其他具有大顆粒易流化特徵的填料。
根據汙水情況，實用新型裝置可以單個運行，也可以多個串聯或並聯運行。
權利要求1.一種生物反應器，包括反應器和內置填料，填料上方水面以下的填料擋板，以及底部曝氣裝置，處理水由下而上經過填料層，其特徵在於所說填料為比重0.7～0.95、空隙率≥50％、大顆粒易流化填料；所說填料裝填量佔反應器有效容積的50-90％；所說曝氣裝置為各自獨立的供氧曝氣和流化曝氣。
2.根據權利要求1所述生物反應器，其特徵在於所說填料裝填量佔反應器有效容積的65-80％。
3.根據權利要求1所述生物反應器，其特徵在於填料空隙率70～90％。
4.根據權利要求1、2或3所述生物反應器，其特徵在於所說所說填料為中空管狀。
5.根據權利要求4所述生物反應器，其特徵在於所說填料每立方米30萬～45萬粒。
6.根據權利要求4所述生物反應器，其特徵在於所說填料軸向與徑向比為0.9～1.1。
7.根據權利要求1、2或3所述生物反應器，其特徵在於所說供氧曝氣器為微孔曝氣器。
8.根據權利要求7所述生物反應器，其特徵在於所說供氧曝氣器每隻供氣量每小時0.2～0.6立方米。
9.根據權利要求7所述生物反應器，其特徵在於所說供氧曝氣器安裝密度每平方米25～49隻。
10.根據權利要求1、2或3所述生物反應器，其特徵在於所說流化曝氣器為單孔曝氣器。
11.根據權利要求1、2或3所述生物反應器，其特徵在於所說流化曝氣器每隻曝氣器供氣量每小時2.0～6.0立方米。
12.根據權利要求1、2或3所述生物反應器，其特徵在於所說流化曝氣器安裝密度每平方米2～6隻。
專利摘要本實用新型屬於水處理領域，尤其涉及一種水處理的好氧生物處理改良的生物反應器，其特徵是生物反應器填料為比重0.7～0.95、空隙率≥50％、大顆粒易流化填料；填料裝填量佔反應器有效容積的50－ 90％；曝氣裝置為各自獨立的供氧曝氣和流化曝氣。實用新型反應器較已有技術具有結構簡單，充氧效率高，生物量大，運行水頭損失小，不堵塞運行穩定可靠，處理效率高，經濟性好，運行管理方便。
文檔編號C02F3/12GK2719834SQ20042007852
公開日2005年8月24日 申請日期2004年8月8日 優先權日2004年8月8日
發明者孫繼輝, 強紹傑, 王洪春, 黃政新 申請人:江蘇鵬鷂環境工程技術研究中心有限公司, 宜興鵬鷂陽光環保有限公司