垂直折流多功能生化反應器的製作方法

2023-11-04 22:58:02

專利名稱：垂直折流多功能生化反應器的製作方法
技術領域：
本發明屬於利用垂直折流工藝過程開發一種多功能高效汙水生化處理裝置。
在汙水生化處理工藝過程中，目前主要有兩大類反應器懸浮生長與固著生長反應器，其中以固著生長生化反應器的高生物量，高負荷運行特性而倍受人們重視。另外，在生化處理過程中，以物料(氣液)流體力學特性來分類，有垂直流動與水平流動兩類，常見水處理設施(曝氣池.接觸氧化池等)均為簡單的垂直流;液體折流式已有專利報導(CN2036946U;CN2054456U;CN1055347A.CN1040970A)，典型的水平流為水平管道反應器，典型的垂直流為深井曝氣反應器。水平管道反應器採用較高的流體流速，使氣液呈湍流混合狀態，有利於生化反應的進行，但由於較高的流速，無法實現固定膜生化反應過程，局限性很大。深井曝氣的兩大特點是實現了氣液接觸時間延長，壓力升高引起的氣體溶解增大，使氧吸收率高達80～90%，國內已在製藥廠、農藥廠、化工廠、建材廠獲得應用。多為北京市市政設計院開發。深井曝氣的局限性在於建設投資大，地質條件要求高，難以實現固定膜生物處理工藝。本發明的思路在於將深井曝氣分段建於地上，將水平管式改為垂直管式，分段後產生上下折流，只要解決了氣流同時輸運問題，該過程即可實現。同時它可以方便地加裝填料，形成固定膜生化反應器，從而充分利用了各種反應器的優點。另外，該裝置的應用特性不僅在好氧工藝中體現，而且可以在厭氧工藝中得以體現，它不僅引入了固定膜厭氧生化器，而且使氣流攪拌代替了機械攪拌，在節約能源，減少設備投資，方便運行管理方面都有獨到之處。值得推薦的還在於它可以通過適當控制給氣量及給氣方式，可組成厭-好氧串聯組合工藝，以實現汙泥消化，脫氮脫磷，無汙泥化工藝。
本發明的目的是給出一種多功能高效生化處理裝置，該裝置可以系列化生產，可以實現好氧，厭氧，好厭氧組合生物處理工藝，可以實現懸浮床，固定床生物生長過程，可以實現各類有機廢水及汙泥的處理，可以實現脫氮脫磷及無汙泥化工藝。
本發明的構成如下圖一為單體設備的外型及結構圖。
單體設備由封頭(1)，筒體(3)，人孔(2)，內填料網板(4)構成。
單體設備為高度2-20米，直徑0.2-20米的鋼製，玻璃鋼製，工程塑料及鋼筋混凝土製容器，圖一所示為鋼製反應器結構，其它材質結構類同。容器內部設置有填料支撐板，可以填充鋼製填料，瓷製填料，塑料填料，半軟性填料，纖維填料等。填料填充量及性質，根據處理水質，水量及處理水平而定，組合時部分單體可不裝填料，特別是在汙泥消化及厭-好氧串聯工藝中。設備的供氣採用氣液同管同流混合進氣方式，氣源可採用純氧(鋼瓶，制氧機或工業副產)，富氧(制氧機或工業副產)，空氣(低壓風機或自吸射流給氣)以及非氧氣體(厭氧處理時可利用自產的甲烷氣體或惰性氣體)。本設備可以在常壓或加壓下操作，壓力範圍為0-15大氣壓。
由單體設備構成的垂直折流多功能生化反應器，可以由2-30個單體設備組成，其個數依水力停留時間和設備高度而定，高度根據場地情況可從2米到25米變化。設計中根據處理水水質及容積負荷，即可確定水力停留時間，段數，反應器單體高度及反應器直徑等有關參數。
下面以工藝的氣特性分四類介紹其工藝特點
好氧工藝用於濃度為五日生化需氧量(BOD5)≤1500毫克/立升的廢水直接生化處理(詳見實施例)，汙水泵將集水池中的汙水送到射流混合器中進行氣液混合，氣源可以如前所述進行選擇，一般以廢水濃度大小而選擇純氧，富氧或空氣。氣液混合物進入反應器，最後經氣液分離，氣體從排出口排出，水從排放口排放。當廢水濃度需循環處理時，或供氣量不足需回流時，由回流管部分回流。該工藝中反應器單體中均裝填料，以提高其容積處理負荷。
厭氧工藝用於濃度為BOD5≥10000毫克/立升的廢水處理。汙水泵將積水池中的汙水送到射流混合器中進行液體與非氧氣體的混合，然後進入反應器，非氧氣體來於自產的甲烷氣體，多餘氣體從排氣口排出，廢水經排放口排出。汙泥回流從排出口返回系統，汙水回流從排放口完成，從而實現汙泥消化及廢水深度處理的目的。
厭氧-好氧串聯處理工藝汙水泵將積水池中的廢水打入反應器進行厭氧處理，反應器根據汙泥量大小可不裝或裝填料，空氣或其它氧源從反應器中部加入，供氣方式如好氧工藝所述，從而使反應器後部為好氧段。尾氣從排出口排走，廢水從排放口排走，回流經回流管實現。
厭氧-好氧-厭氧串聯工藝可實現高濃度廢水處理，脫氮脫磷，汙泥消化及無汙泥化工藝。反應器前2/3於上流程相同，工藝條件也相同。在反應器2/3處設氣液分離器，使廢氣從此排走，反應器由兼氧轉入厭氧狀態，進行厭氧汙泥消化過程。汙泥從排出口返回前一級厭氧，進行接觸預處理，對於適當的停留時間，可以實現無汙泥化。
另外，厭氧-好氧-兼氧的交替組合可以構成其它的處理工藝，以滿足不同水質，不同水量，不同可生化性及不同場地的需要。
本發明所能達到的效果是1.好氧工藝中的氧特性氧吸收率≥90%(傳統曝氣法僅5-10%)充氧能力0.5-1.0公斤氧/立方米.小時(傳統曝氣法僅0.014-0.19公斤氧/立方米.小時)
氧轉移動力效率2-4公斤氧/度(傳統曝氣法僅0.6-2.0公斤氧/度)，空氣，純氧，富氧均可用作氣源，不需對設備進行任何改變。
2.厭氧工藝中的氣特性利用非氧氣體進行攪拌，使生物懸浮並處於良好的生長狀態，降低了動力消耗，整個反應器密閉，無臭味產生，所產甲烷可用於反應器保溫。
3.適應性各類有機廢水包括生活汙水，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。
水質範圍可寬至BOD5＝50-20000毫克/立升左右，僅需調整工藝參數即可。
4.經濟性佔地面積較傳統工藝減少4-5倍，單位水量佔地面積為0.25-0.45平方米/立方米。
電耗低單位水量電耗可低至0.35度/立方米，傳統曝氣法為2.05度/立方米，深井曝氣法為1.22度/立方米，純氧曝氣法為1.38度/立方米(均以脫除1公斤BOD5/小時為基準)。
運行費用低同樣以上述基準，本法為0.49元/噸水，傳統曝氣法為1.10元/噸水，深井曝氣法為0.86元/噸水，純氧曝氣法為0.95元/噸水。
一次性投資少同樣的處理能力，單位處理水量投資額本法為500元/噸＊天，傳統曝氣法為600-1000元/噸＊天，深井曝氣法為800-3000元/噸＊天。
5.操作管理方便無論日處理量為100噸還是10000噸，每班僅需1-2人操作運行。
實施例好氧工藝汙泵將集水池中的汙水送到射流混合器中進行氣液混合，氣源可以如前所述進行選擇，一般以廢水濃度大小而選擇純氧，富氧或空氣。氣液混合物進入反應器，最後經氣液分離，氣體從排出口排出，水從排放口排放。當廢水濃度高需循環處理時，或供氣量不足需回流時，由回流管部分回流。該工藝中反應器單體中均裝填料，以提高其容積處理負荷。當處理量為10立方米/小時，進水BOD5濃度為1060毫克/立升，出水BOD5濃度為60毫克/立升，BOD5脫除量為10公斤/小時。反應器容積負荷為3公斤BOD5/立方米.天，反應器總容積為80立方米，反應器高度10米，停留時間8小時，分10段，每段停留時間0.8小時，單體設備容積8M3，單體設備直徑1.0米，氣液接觸時間8.9分鐘.氣液比為3/1，按此工藝條件運行，水處理成本為0.50元/噸水，一此性投資12萬元。
權利要求
1.一種垂直折流多功能高效生化反應器由封頭，人孔，筒體和填料網板組成。其特徵在於一個反應器的高度為2-20米，折流次數隨高度改變，直徑可相等或不等。不同的水力狀態，反應器內可用多種材質和型式的填料；不同的操作壓力和氣源；以及不同的供氣方式。從而優化組合成好氧，厭氧，兼氧多種工藝，應用於高，中，低濃度有機廢水的處理，BOD範圍為50毫克/立升-20，000毫克/立升。
2.根據權利要求1所述的反應器，其特徵在於反應器內的填料可以由鋼材，陶瓷，塑料，軟纖維製造，填充一種或多種配合，也可以部分不填充;操作壓力為0.0-15大氣壓;氣源可以用空氣，純氧，富氧及非氧氣體(厭氧時用);供氣方式有自吸式，低壓風機，制氧機，工業副產純氧及富氧，也可用高壓鋼瓶供氧。
3.根據權利要求書1，2所述的反應器，其特徵在於由該反應器組成的好氧工藝，保持溶解氧在0.5-5毫克/立升範圍內，氣液折流次數2-15次，關鍵參數為下降管中的液速要大於氣泡上升的速度0.3米/秒，為了保證其氧利用率≥90%，要根據所用氧源確定折流次數，氧含量越高，折流次數要求越多。
4.根據權利要求書1，2所述的反應器，其特徵在於由該反應器所組成的厭氧工藝，主要考慮停留時間，折流次數2～10次，單體直徑5米以內，有利於用氣體攪拌。該工藝的技術關鍵為採用自產氣體作為攪拌動力，大大的節約能量，簡化了工藝過程。
5.根據權利要求書1，2所述的反應器，其特徵在於由該反應器所組成的厭氧-好氧串聯工藝，一般使厭氧反應時間大於好氧反應時間。厭氧段考慮到汙泥量大，第一、二段不裝填料。好氧段控制條件與(3)相同，一般均裝填料。
6.根據權利要求書1，2所述的反應器，其特徵在於由該反應器所組成的厭氧-好氧-厭氧串聯工藝，厭氧-好氧部分與(5)相同，第二厭氧段主要用於汙泥消化或脫氮脫磷，停留時間隨水質不同而異，一般在8-48小時。
全文摘要
垂直折流多功能生化反應器，在流體力學優化的基礎上，實現了好氧，厭氧，兼氧及其各種串聯工藝於一體化設備之中，它可處理高，中，低濃度有機廢水，可用於脫氮脫磷，汙泥消化，無汙泥化。其氧利用率高(90％)，氧動力效率高(2—4公斤氧/度)，佔地面積少(比活性汙泥法少4—5倍)，運行費用低。其設備由垂直單體設備組合而成，可以系列化生產及靈活配合，具有廣闊的應用前景。
文檔編號C02F3/30GK1084831SQ9211147
公開日1994年4月6日 申請日期1992年9月28日 優先權日1992年9月28日
發明者周集體, 楊鳳林, 俎玉筠 申請人:大連理工大學