專利名稱：改良的生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實(shí)用新型屬于水處理領(lǐng)域，尤其涉及一種水處理的好氧生物處理生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
法國(guó)OTV公司開發(fā)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(yīng)器結(jié)合起來組成的一種上向流曝氣生物濾池，基本結(jié)構(gòu)見(圖1)是在反應(yīng)池2上部設(shè)置裝有濾水帽8的濾料擋板5，下底部設(shè)有曝氣裝置7和進(jìn)水布水裝置1，中間裝填有稱之為BIOSTYRENETM比重小1的輕質(zhì)球形顆粒(3-6mm)濾料3，例如泡沫塑料濾珠。該反應(yīng)器由于采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，因而具有較高的凈化能力和處理負(fù)荷；而且微生物固定在載體上，而不象活性污泥法懸浮在水中，因此其單位體積內(nèi)的生物量極大，處理能力大大高于活性污泥法；同時(shí)還由于污水流經(jīng)濾床的方向是壓縮濾料方向，而不是擴(kuò)展濾料方向，也加強(qiáng)了對(duì)懸浮物質(zhì)的截留作用，具有連續(xù)的物理過濾能力，從而可省略沉淀池，并且一旦生物反應(yīng)器發(fā)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(xiàn)濾料板結(jié)，導(dǎo)致濾料反沖洗困難，不僅反沖水量大，而且反沖不徹底，縮短了反沖周期，降低了產(chǎn)水量和產(chǎn)水率，會(huì)造成使用中處理效率下降。其次，在設(shè)計(jì)上為滿足對(duì)濾料有效反沖洗，反應(yīng)器下部需設(shè)置體積比較大用于反沖洗的填料膨脹空間，上部又需留有體積比較大的反沖水貯存和均衡反應(yīng)器流態(tài)出水區(qū)(如不設(shè)出水區(qū)則需在反應(yīng)器外設(shè)置反沖水貯池)，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(yīng)器容積利用率不高，也會(huì)降低反應(yīng)器的處理效率。再就是，為保證良好的反沖洗，還需配備大功率反沖泵；細(xì)顆粒濾料采用濾帽過水，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)濾帽堵塞，這些也會(huì)影響處理效率，因此生物濾池運(yùn)行不夠穩(wěn)定，因而運(yùn)行管理麻煩。
WO 02/096806公開的另一種流化生物反應(yīng)器AGARTM(Attached Growth AirliftReactor)，基本結(jié)構(gòu)見圖2。是在反應(yīng)器2中設(shè)置若干隔板，將其分成多個(gè)處理單元，與生物濾池不同的是，反應(yīng)器采用大顆粒中空柱狀填料3作生物載體(流化填料)；采用較低的填裝率(一般為35％左右)，以使填料呈流化狀態(tài)。為增強(qiáng)填料流化效果及脫膜需要，處理單元內(nèi)還增設(shè)有中心導(dǎo)流筒圖3。此反應(yīng)器雖然克服了曝氣生物濾池的一些缺點(diǎn)，但由于填料裝填率較低，生物量較少，導(dǎo)致處理效率不高，反應(yīng)器體積膨大，占地面積多；其次，完全流化的填料對(duì)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(yùn)行能耗；再就是，反應(yīng)器對(duì)有機(jī)負(fù)荷變化的適應(yīng)性差，為使填料處于良好的流化狀態(tài)，在低有機(jī)負(fù)荷時(shí)，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(huì)有富于，兩種情況都會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器效率降低。
中國(guó)專利00131548.X公開的隔離曝氣裝置，是采用至少1個(gè)隔離筒將生物膜法的曝氣池或生化曝氣濾池分為曝氣區(qū)和填料區(qū)，隔離筒內(nèi)底部置有曝氣頭，使之成為曝氣區(qū)，底側(cè)開設(shè)有水回流窗，筒外為填料區(qū)，頂部淹沒于水中。然而此結(jié)構(gòu)填料仍然固定不動(dòng)，因而反應(yīng)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，處理效果并不會(huì)好于生物濾池。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)用新型的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種充氧效率高，水頭損失小，反應(yīng)器不堵塞，運(yùn)行穩(wěn)定，生物量大，處理效率高，運(yùn)行管理方便的生物反應(yīng)器。
實(shí)用新型目的實(shí)現(xiàn)，主要改進(jìn)是在反應(yīng)器中裝填有比重為0.7～0.95的輕質(zhì)、空隙率大(≥50％)、大顆粒易流化(在不借助除氣體以外的其它流化動(dòng)力的情況下，流化所需氣量≤正常供氧所需氣量)填料；并使填料裝填量占反應(yīng)器有效容積的50-90％；反應(yīng)器底部至少設(shè)有各自獨(dú)立的供氧曝氣和流化曝氣裝置。從而使反應(yīng)器達(dá)到充氧效率高，水頭損失小，運(yùn)行穩(wěn)定，生物量大，處理效率高，運(yùn)行管理方便。具體說，實(shí)用新型生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)器和內(nèi)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(jīng)過填料層，其特征在于所說填料為比重0.7～0.95、空隙率≥50％、大顆粒易流化填料；所說填料裝填量占反應(yīng)器有效容積的50-90％；所說曝氣裝置為各自獨(dú)立的供氧曝氣和流化曝氣。
實(shí)用新型所說反應(yīng)器有效容積，是指反應(yīng)器水面以下的容積。
實(shí)用新型所說各自獨(dú)立的供氧曝氣和流化曝氣，是根據(jù)其工作狀態(tài)人為設(shè)定，即一套用于正常生物處理供氧，一套用于使填料產(chǎn)生流化而脫膜。為保證兩者有效工作，簡(jiǎn)化調(diào)節(jié)，所說用于供氧的曝氣器，一種較好是采用微孔曝氣，尤以采用小氣量、大密度安裝有的微孔曝氣器，例如每只曝氣器供氣量為每小時(shí)0.2～0.6立方米左右，每平方米設(shè)置25～49個(gè)左右的曝氣頭；用于填料流化的曝氣器，可以采用微孔曝氣器，也可以采用大孔曝氣裝置，每只曝氣量大，但安裝密度相對(duì)要小，例如每只曝氣器供氣量為每小時(shí)2.0～6.0立方米左右，每平方米設(shè)置2～6個(gè)左右的曝氣頭，使曝氣相對(duì)集中，這樣有利于填料的流化。實(shí)用新型可以根據(jù)污水及運(yùn)行情況，兩類曝氣器既可以獨(dú)立交替工作，也可以調(diào)整氣量同時(shí)工作。
實(shí)用新型所說大顆粒易流化填料，是指填料滿足在不借助除氣體以外的其它流化動(dòng)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(guī)整填料。其中較好是采用中空管狀，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(nèi)部中空，不僅提高了填料的空隙率，而且在填料流化脫膜后，其內(nèi)部仍能保持一定量的生物膜，有利于脫膜后迅速?gòu)?fù)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占反應(yīng)器有效容積的65～80％。
實(shí)用新型生物反應(yīng)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(jìn)入反應(yīng)器，向反應(yīng)器內(nèi)微生物進(jìn)行供氧，此時(shí)流化曝氣器也可以工作，只是供氣量調(diào)小。由于反應(yīng)器填料填充量大，此時(shí)上層填料具有生物濾池功能，填料對(duì)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(tài)，又相當(dāng)于流化床功能，并可促使進(jìn)水迅速混合，不僅省略了進(jìn)水布水器，而且還有利于提高處理效率。隨著處理進(jìn)程當(dāng)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(shí)，轉(zhuǎn)入流化脫膜階段。關(guān)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(jìn)入反應(yīng)器，由于曝氣量相對(duì)集中，曝氣強(qiáng)度大，使輕質(zhì)填料呈流化達(dá)到互相碰撞而脫膜，填料經(jīng)脫膜再生恢復(fù)高的處理能力，如采用中空管狀填料，因填料內(nèi)部呈中空狀態(tài)，因而在填料內(nèi)部仍保持一定的生物量，因而脫膜后很快就能轉(zhuǎn)入正常生化處理。由于在流化脫膜階段，反應(yīng)器內(nèi)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(yīng)器那樣，關(guān)閉進(jìn)水，可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的連續(xù)運(yùn)行。
如果將曝氣量控制在較低范圍內(nèi)，實(shí)用新型還作為缺氧反應(yīng)器使用。
因此，實(shí)用新型較已有技術(shù)，具有〔1〕充氧效率高。因供氧階段大部分填料處于固定狀態(tài)，對(duì)氣泡有切割作用，不僅延長(zhǎng)了氣泡上升到水面的路徑，而且使氣泡呈不規(guī)整形狀，增大了氣液接觸面積，還強(qiáng)化了氣液固三相的相對(duì)運(yùn)行，有效提高了氧的轉(zhuǎn)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。此外采用微孔曝氣供氧，也是反應(yīng)器獲得高充氧效率的原因之一。
〔2〕反應(yīng)器運(yùn)行水頭損失小。因填料具有很大的空隙率，填料層能長(zhǎng)期保持較小的阻力，一旦生物膜生長(zhǎng)過厚阻力也不會(huì)增加很多，而且通過填料流化脫膜又很快使填料層恢復(fù)較小的阻力。在供氧階段，全截面曝氣，反應(yīng)器運(yùn)行相當(dāng)于一個(gè)空氣提升器，這也水頭損失小的一個(gè)重要因素。
〔3〕生物量大。因反應(yīng)器單位容積填料填裝量大，填料層又具有較大的空隙率，供氧階段空氣沖刷強(qiáng)度小而均勻，這就使填料層有較大容納污泥的空間，且生物膜不易脫落，較現(xiàn)有好氧流化床污泥濃度提高近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(yīng)器處理效率高、經(jīng)濟(jì)性好。在達(dá)到相同處理效果時(shí)，由于以上優(yōu)點(diǎn)使反應(yīng)器體積，比現(xiàn)有好氧流化床可減小50％以上，能耗降低20％以上，投資費(fèi)用基本相同。
〔5〕反應(yīng)器運(yùn)行可靠，運(yùn)行管理方便。由于反應(yīng)器內(nèi)的填料是可流化的，在進(jìn)水滿足預(yù)處理要求的前提下，不會(huì)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，從而保證了反應(yīng)器可靠運(yùn)行工作。其次，能根據(jù)進(jìn)水負(fù)荷的變化，曝氣量可在較大范圍內(nèi)調(diào)整，而不影響反應(yīng)器處理效率，因而適應(yīng)負(fù)荷變化能力強(qiáng)。
〔6〕結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。因反應(yīng)器下層部分填料呈流化狀態(tài)，又相當(dāng)于流化床功能，還能省略布水系統(tǒng)。
實(shí)用新型反應(yīng)器不僅可以用于污水處理，還可以用于給水、中水處理。
實(shí)用新型與BIOSTYRTM生物濾池、AGARTM流化反應(yīng)器對(duì)比表 以下結(jié)合一個(gè)具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步說明實(shí)用新型，但實(shí)施例具體結(jié)構(gòu)，不是對(duì)實(shí)用新型的具體限定。


圖1為已有技術(shù)BIOSTYRTM生物濾池結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為已有技術(shù)AGARTM流化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為已有技術(shù)AGARTM流化反應(yīng)器另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為實(shí)用新型實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為實(shí)用新型實(shí)施例中填料立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6-圖9為其他中空管狀填料結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例參見圖4、5，在反應(yīng)容器2內(nèi)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)，填料填裝量占反應(yīng)器有效容積的65～80％，反應(yīng)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(tǒng)7和流化曝氣系統(tǒng)6，及進(jìn)水管1。供氧曝氣采用微孔曝氣器，每只曝氣器供氣量為每小時(shí)0.2～0.6立方米，安裝密度為每平方米25～49只；流化曝氣采用單孔曝氣器，每只曝氣器供氣量為每小時(shí)2.0～6.0立方米，安裝密度為每平方米2～6只。運(yùn)行處理時(shí)兩類曝氣器既可以獨(dú)立交替工作，也可以調(diào)整氣量同時(shí)工作。
實(shí)用新型還可以采用其他如圖6-圖9所示中空管狀填料，或其他具有大顆粒易流化特征的填料。
根據(jù)污水情況，實(shí)用新型裝置可以單個(gè)運(yùn)行，也可以多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行。
權(quán)利要求1.一種生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)器和內(nèi)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(jīng)過填料層，其特征在于所說填料為比重0.7～0.95、空隙率≥50％、大顆粒易流化填料；所說填料裝填量占反應(yīng)器有效容積的50-90％；所說曝氣裝置為各自獨(dú)立的供氧曝氣和流化曝氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物反應(yīng)器，其特征在于所說填料裝填量占反應(yīng)器有效容積的65-80％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物反應(yīng)器，其特征在于填料空隙率70～90％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述生物反應(yīng)器，其特征在于所說所說填料為中空管狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述生物反應(yīng)器，其特征在于所說填料每立方米30萬～45萬粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述生物反應(yīng)器，其特征在于所說填料軸向與徑向比為0.9～1.1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述生物反應(yīng)器，其特征在于所說供氧曝氣器為微孔曝氣器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述生物反應(yīng)器，其特征在于所說供氧曝氣器每只供氣量每小時(shí)0.2～0.6立方米。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述生物反應(yīng)器，其特征在于所說供氧曝氣器安裝密度每平方米25～49只。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述生物反應(yīng)器，其特征在于所說流化曝氣器為單孔曝氣器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述生物反應(yīng)器，其特征在于所說流化曝氣器每只曝氣器供氣量每小時(shí)2.0～6.0立方米。
12.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述生物反應(yīng)器，其特征在于所說流化曝氣器安裝密度每平方米2～6只。
專利摘要本實(shí)用新型屬于水處理領(lǐng)域，尤其涉及一種水處理的好氧生物處理改良的生物反應(yīng)器，其特征是生物反應(yīng)器填料為比重0.7～0.95、空隙率≥50％、大顆粒易流化填料；填料裝填量占反應(yīng)器有效容積的50－ 90％；曝氣裝置為各自獨(dú)立的供氧曝氣和流化曝氣。實(shí)用新型反應(yīng)器較已有技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，充氧效率高，生物量大，運(yùn)行水頭損失小，不堵塞運(yùn)行穩(wěn)定可靠，處理效率高，經(jīng)濟(jì)性好，運(yùn)行管理方便。
文檔編號(hào)C02F3/12GK2719834SQ20042007852
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2004年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月8日
發(fā)明者孫繼輝, 強(qiáng)紹杰, 王洪春, 黃政新 申請(qǐng)人:江蘇鵬鷂環(huán)境工程技術(shù)研究中心有限公司, 宜興鵬鷂陽光環(huán)保有限公司