垂直折流生化反應器汙水好氧處理工藝的製作方法

2023-07-28 00:24:26 3

專利名稱：垂直折流生化反應器汙水好氧處理工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於環境工程中高效汙水好氧處理過程與工藝。
水汙染與水資源短缺是當今世界面臨的重大社會問題，我國大部分江河湖海都遭受到程度不同的汙染，520個大中城市中，有300個城市缺水，100個城市嚴重缺水。嚴重的水汙染更加劇了水資源短缺，反之水資源不足又加重了水汙染，形成惡性循環。因此汙水處理不僅是解決環境汙染問題，也是解決水資源短缺問題的關鍵。汙水處理中應用最廣最經濟的方法是生物處理法，它經歷了近百年的沿革與變遷，目前已成為環境汙染控制的最關鍵技術。然而，更高的處理效率，更低的處理成本仍然是人們一直追求的目標。
對於常規好氧汙水處理過程，由於水中飽和溶解氧和氧傳遞效率所限，一般僅能處理BOD(生化需氧量，表示汙染物濃度的大小)在1500毫克/立升以下的廢水，濃度再高時就可能由於供氧不足而厭氧。提高飽和溶解氧的方法常見的有三種加壓生化反應器(溶解氧隨壓力增高而加大)、深井曝氣(利用靜液柱加大而壓力升高，從而提高溶解氧)或純氧(富氧)曝氣(利用氧的的分壓提高而增大溶解氧)，但它們都具有諸多局限性而不能廣泛運用。此時，由垂直折流多功能生化反應器(簡稱VTBR)所組成的好氧工藝，可以滿足上述要求並具有新的更優越的特點。可以處理BOD高達數千的廢水而保證溶解氧的供給。
垂直折流多功能生化反應器(VTBR)是我們基於深井曝氣的基本原理所發明的，它對深井過程進行了徹底的改進，使其技術先進性、經濟性、適用性都遠遠超過了深井曝氣過程，它結合了固定膜生物反應器，加壓供氣、厭氧脫氮好氧水解，汙泥消化等諸多生物處理過程於一體。具有廣泛的實用性、可靠性和經濟性。
本發明的目的是提供一個VTBR汙水好氧處理工藝。
VTBR好氧工藝的流程圖見附

圖1，圖中1-汙水泵，2-第一級垂直折流生化反應器，3-射流混合器，4-空壓機，5-連接管，6-第二級垂直折流生化反應器，7-最後級垂直折流生化反應器，8-出水管，9-排氣管。
VTBR生化反應器組成的汙水好氧處理工藝是這樣實現的將BOD濃度為500-5000毫克/立升的汙水經汙水泵(1)送到第一級VTBR(2)的底部，在進水管線上用射流混合器(3)將空壓機(4)送來的空氣與汙水混合，氣水混合物從第一級VTBR底部進入，從頂部排出，再流過連接管(5)進入第二級VTBR生化反應器(6)，依次類推直到最後一級(7)，汙水從距離頂部1-2米處的出水管(8)流出，氣體在頂部排氣管(9)排出。
本工藝的操作壓力範圍為0-10MPa，溫度範圍為15-45℃，汙水在系統中停留時間為2.2-38.4小時。
所用的垂直折流生化反應器(即VTBR)單體的直徑3-11米，高度根據建設場地的空間高度和施工難度，取2米到15米之間的數值。有效容積參數選取的原則，是保證水力停留時間在生化脫除能力的範圍內或設計脫除負荷在1.5公斤BOD/立方米容積·天(一般化工難降解汙水)和4.5公斤BOD/立方米容積·天(一般可生物降解汙水)，詳細計算見表1所示。但為了實現氣水同向折流，最少單體設備數為兩個，為了控制總的氣體阻力，最長的折流路徑之和一般不超過100米，使之運行在經濟範圍之內。
表1VTBR汙水好氧處理裝置工藝設計參數計算舉例
連接管直徑的設計，必須根據水量和氣量計算，使液體下降速度大於氣泡上升速度，一般大於0.4米/秒。同時，這也是提高和控制氣液接觸時間和氧傳遞效率的關鍵，氣液速度差越小，氣液接觸時間越長，氧傳遞效率越高。如果氣液速度差為0.1米/秒，對於10米的連接管來說，氣液接觸時間就是100秒鐘，是常規活性汙泥法的10倍以上，對於100米折流路徑的好氧VTBR工藝，氣液混合物上升時，速度為0.3米/秒，在上升段總的氣液接觸時間為160多秒，下降段500多秒，總計10.1分鐘。由於氣液接觸時間長，空氣中氧的利用率大幅度提高，可達90％以上。
另外，常規反應器多為常壓操作，氧氣在水中的溶解度有限，高濃度廢水供氧量不足影響處理效果。VTBR由於反應器串聯而形成一定的靜液壓力，一般可達2-3個大氣壓，並且首級壓力最大，依次遞減至常壓。此順序與生化需氧量的變化相一致，可以更好的滿足供氧需求。因此該裝置在處理高濃度有機廢水時也可保證好氧狀態，使好氧處理的濃度上限拓寬至(BOD)5000毫克/立升以上。
其次，VTBR在結構上借鑑了深井曝氣的特點，技術性能上超過了深井曝氣。因為深井曝氣不能裝填填料，而VTBR可任意裝填填料，使單位容積生物量高達10克/立升，相應的容積脫除負荷升高到5～10公斤/立方米·天(好氧)。
再則，由於採用固定膜式生物反應器，生物內源呼吸過程加強，剩餘汙泥量大大減少，當處理BOD1000毫克/立升以下的汙水時，剩餘汙泥量很少，無須設置汙泥處理設施。本發明所達到的效果為1．好氧處理工藝中的氣液接觸對間長常規生化反應器的水深3-4米，空氣鼓入水底後大約十幾秒鐘即離開水面，亦即氣液接觸時間僅為十幾秒；VTBR中由於氣液接觸時間2．可以人為調整反應器高度或折流次數，一般在幾十分鐘到一個小時，氣液接觸時間的延長使氧氣的利用率大大提高；同時在折流過程中發生氣水的相對摩擦運動(水流向下，氣體受浮力作用向上)，提高氣液傳質速率；經測定VTBR的氧傳遞效率在80％以上。3．好氧處理工藝中氧的溶解度增大常規反應器多為常壓操作，氧氣在水中的溶解度有限，高濃度廢水供氧量不足常常影響處理效果。VTBR由於幾個反應器串聯形成一定的靜液壓力，一般可達2-3個大氣壓，並且首級壓力最大，依次遞減至常壓。此順序與生化需氧量的變化相一致，可以更好的滿足供氧需求。因此該裝置在處理高濃度有機廢水時也可保證好氧狀態，使好氧處理的濃度上限拓寬至5000毫克/立升(BOD)以上。4．該生化反應器生物量大VTBR在結構上借鑑了深井曝氣的特點，技術性能上超過了深井曝氣。因為深井曝氣不能裝填填料，而VTBR可任意裝填填料，使單位容積生物量高達10克/立升，相應的容積脫除負荷升高到5-10公斤/立方米·天(好氧)。5．該工藝條件下剩餘汙泥量小由於採用固定膜式生物反應器，生物內源呼吸過程加強，剩餘汙泥量減少，當處理BOD1000毫克/立升以下的汙水時，剩餘汙泥量很少。
綜上所述，該工藝應用的汙水種類可達幾十種，幾乎工業及生活汙水均可處理，設備可以在經濟的前提下替代目前的生化處理設備，其技術經濟綜合指標為氧利用率≥80％(傳統曝氣法僅5-10％)，充氧能力0.5-1.0KgO2/m3*H(傳統曝氣法僅0.014-0.19KgO2/m3*H)，氧轉移動力效率2-4KgO2/KWH(傳統曝氣法僅0.6-2.0KgO2/KWH)，空氣，純氧，富氧均可用作氣源，適應與各類有機廢水的處理包括生活汙水，有機合成工業汙水；焦化及煤氣工業汙水，石油煉廠汙水，印染廢水，發酵工業廢水，等等.BOD5/COD比值在0.2-0.8均可，甚至0.2以下的廢水經預處理也可以處理。其經濟性表現在佔地面積較傳統工藝減少4-5倍，單位水量佔地面積為0.25-0.45m2/m3；電耗低；運行費用低，操作管理方便。
實施例當汙水處理量為100噸/小時，汙水中有機物濃度(以BOD表示)在1500毫克/立升，採用的VTBR好氧工藝的流程圖見附圖1所示。經計算，當汙水處理後要求BOD值為30毫克/立升時，日脫除BOD量為3528公斤，BOD脫除容積負荷為3公斤/立方米填料/天，所用VTBR的總有效容積為1176立方米，採用4塔工藝，每塔高度10米，則單體的直徑為7-8米，單塔有效容積294立方米。壓力範圍0-0.5Mpa，溫度15-45℃，停留時間為19.2小時。其流程說明如下汙水經汙水泵(1)送到第一級VTBR(2)的底部，在進水管線上用射流混合器(3)將空壓機(4)送來的空氣與汙水混合，氣水混合物從第一級VTBR底部進入，從頂部排出，再流過特定直徑的連接管(5)進入第二級VTBR生化反應器(6)，依次類推直到最後一級(7)，汙水從距離頂部1-2米處的出水管(8)流出，氣體在頂部排氣管(9)排出。
權利要求
1.一種用生化反應器組成的汙水好氧處理工藝，其特徵在於本工藝是將含有濃度500～5000BOD毫克/立升的汙水經汙水泵送到第一級垂直折流生化反應器的底部，在進水管線上用射流混合器將空壓機送來的空氣與汙水混合，氣水混合物從第一級垂直流生化反應器頂部進入，從頂部排出，再流過連接管進入第二級垂直折流生化反應器，依次類推，直到汙水從距離最後一級頂部1～2米處的出水管流出，氣體在頂部排氣管排出；整個好氧汙水處理過程中，壓力控制在0～1.0MPa，汙水溫度為15～45℃，汙水在系統中的停留時間為2.2～38.4小時。
2．按照權利要求1所述的汙水好氧處理工藝，其特徵在於垂直折流生化反應器單體的直徑為3～15米，高度為2～10米。反應器內裝有填料，脫除負荷在1.5公斤BOD/米3·天至4.5公斤BOD/米3·天。最少單體設備個數為兩個，最長的折流路徑之和不超過100米。
3．按照權利要求1所述的汙水好氧處理工藝，其特徵在於垂直折流生化反應器單體設備連接管的直徑，是根據水量和氣量計算，使液體下降速度大於氣泡上升速度，一般大於0.4米/秒。
4．按照權利要求1所述的汙水好氧處理工藝，其特徵在於垂直折流生化反應器內所裝填料，使單位容積生物量高達10～20克/立升，相應的容積脫除負荷升高到5～10公斤/米3·天。
5．按照權利要求1所述的汙水好氧處理工藝，其特徵在於當處理BOD為1000毫升/立升以下的汙水時，剩餘汙泥量很少，無需設置汙泥處理設施。
全文摘要
本發明將垂直折流生化反應器根據處理汙水種類不同和要求不同而組合成不同形式好氧工藝,使垂直折流生化反應器具有廣泛的實用性和優異的工藝特性,可以實現目前常見的各類汙水的好氧處理過程,滿足各類汙水處理需要,在技術經濟等方面更具有優越性。
文檔編號C02F3/04GK1288863SQ0013132
公開日2001年3月28日 申請日期2000年10月27日 優先權日2000年10月27日
發明者周集體, 童健, 王棟, 張勁松, 滕麗曼, 曹同川 申請人:大連理工大學