專利名稱：高效好氧循環(huán)生物膨脹床水處理方法及反應器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種有機廢水好氧生物處理方法和設備，特別涉及高效好氧循環(huán)生物膨脹床的水處理方法及反應器，尤其是一種生物顆粒載體的膨脹床的好氧生物反應器。
背景技術(shù)：
高效好氧生物反應器必須具有下列特征①使單位體積內(nèi)擁有最大的活性生物濃度；②污水和生物膜之間的接觸面積要大，以充分利用有效空間；③污水和生物膜之間的相對運動速度要大，以增強傳質(zhì)作用；④剩余生物膜的剝離比較便易，能有效可靠地控制微生物量的增長；⑤具有強大的充氧能力。
生物流化床是以砂、活性炭、焦炭、陶粒、沸石、磁環(huán)、玻璃珠、多孔球等一類較小惰性顆粒為載體填充在床內(nèi)，載體表面覆著生物膜，水流向上流動穿過載體生物膜顆粒床層，流速要大到足以使床層膨脹和增高的程度，使每一個顆粒都懸浮于一定高度的床層中，使載體處于流化狀態(tài)。
曝氣生物濾池是20世紀90年代發(fā)展起來的一種新型污水處理技術(shù)。它采用多孔的陶粒作為微生物的載體，可保持很高的污泥濃度。在底部曝氣的情況下，陶粒流化后不斷地互相摩擦，使陶粒表面地微生物不斷更新，脫落的老化生物膜隨反沖水排出設備，陶粒表面可長期保持較高的生物活性。
生物流化床和曝氣生物濾池都具有下列優(yōu)點①單位體積內(nèi)的生物量大；②BOD容積負荷高，處理效果好；③占地面積少，投資省。但是兩者的缺點也比較明顯，生物流化床耗較高，反應器難以放大，目前實際運用較少。而生物濾池又不同程度的存在濾料堵塞、占地面積大、布水不易均勻、處理效率不高等問題。
新的高效節(jié)能好氧生物反應器有很大的用武之地，尤其是處理COD在100左右到300的廢水時(包括所稱的中水)，雖然這部分COD值低的水可以符合排放標準，但仍難以滿足水的各級回用要求，以普通的好氧或厭氧生物處理方法難以進一步降低COD，而進行精細的過濾或化學處理成本又高，為此，必須要有新的方法和技術(shù)出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是尋求一種介于固定床生物過濾和流化床生物過濾之間的新工藝。提出一種能特別滿足處理COD在100左右到300的廢水的高效好氧循環(huán)生物膨脹床水處理方法及反應器，且具有單位體積內(nèi)的生物量大；BOD容積負荷高，處理效果好；運行的穩(wěn)定性好，能耗低、處理成本低的水處理方法及反應器，還提供一種好氧和缺氧兼有的設備，當然也可以用于處理高濃度廢水。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是高效好氧循環(huán)生物膨脹床水處理方法，包括以好氧生物反應塔為主體的生物反應進行水處理，利用反應塔底部設有布水器反應塔的布氣裝置，利用好氧床單元的輕質(zhì)生物顆粒載體對進水利用好氧循環(huán)生物膨脹進行水處理，通過控制生物反應塔內(nèi)液流上升速度達到需要的膨脹狀態(tài)，所述的生物陶粒表面布滿生物膜。
在所述的生物塔反應器內(nèi)控制空氣提升或生物反應塔內(nèi)水力流速，控制輕質(zhì)生物顆粒載體在池內(nèi)的膨脹狀態(tài)。
在所述的生物塔反應器內(nèi)控制出水循環(huán)的回流控制輕質(zhì)生物顆粒載體在池內(nèi)的膨脹床狀態(tài)；出水循環(huán)回流比為50％～300％。輕質(zhì)生物顆粒載體在池內(nèi)的膨脹率為5％～1O％。
通過提高反應塔內(nèi)的布氣裝置使反應塔內(nèi)的底部水進行缺氧處理，而上部水進行好氧處理。
高效好氧循環(huán)生物膨脹床水處理反應器，反應塔底部設有布水器，反應塔還設有布氣裝置，上部設有三相分離器，頂部設有出水口或出水堰，中間為好氧床單元，其特征在于還設有出水循環(huán)單元和好氧床單元，所述出水循環(huán)單元包括出水集水池、循環(huán)泵，所述的好氧床單元包括輕質(zhì)生物顆粒載體，通過控制生物反應塔內(nèi)液流上升速度使輕質(zhì)生物顆粒載體達到需要的膨脹狀態(tài)，所述的生物陶粒表面布滿生物膜。
高效好氧循環(huán)生物膨脹床的輕質(zhì)生物顆粒載體為活性炭、焦炭、陶粒、沸石、磁環(huán)、玻璃珠或多孔球、或者是土粒。如分子篩、凹凸棒土、硅藻土等具有負載功能的土粒。
所述生物膨脹床高度為2～4nm，膨脹率為5％～10％。
所述的好氧床單元包括輕質(zhì)生物陶粒床，所述的生物粒徑為0.5～5mm，相對密度(視密度)為0.9～0.95，陶粒表面布滿生物膜。反應塔內(nèi)的布氣裝置的位置在反應塔內(nèi)的底部或底部之上部的位置，可以抬高到距底部80-150cm。
所述出水循環(huán)系統(tǒng)包括出水集水池、循環(huán)泵，出口與進水口連通，所述的好氧床單元包括輕質(zhì)生物顆粒載體，尤其是陶粒床，所述如生物顆粒載體床陶粒床通過控制生物反應塔內(nèi)液流上升速度達到需要的膨脹狀態(tài)，所述的生物陶粒表面布滿生物膜。
本發(fā)明利用輕質(zhì)生物陶粒作為膨脹床載體，所述的生物顆粒載體、如陶粒等顆粒的表面布滿生物膜。
本發(fā)明特點是所述的一種高效好氧循環(huán)生物膨脹床反應器，在所述的生物塔反應器內(nèi)設空氣提升和出水循環(huán)裝置，使載體在池內(nèi)呈膨脹床狀態(tài)。通過調(diào)整液流上升流速，有效控制生物膜的過度增殖，使生物膜保持最大活性，并避免濾床堵塞。
本發(fā)明是固定床生物過濾和流化床生物過濾之間的新工藝。特別滿足處理二級生化后的廢水，單位體積內(nèi)的生物量大；BOD容積負荷高，能耗低、尤其是具有較低的處理成本，運行的穩(wěn)定性好，處理效果好；也可以用于處理高濃度廢水。采用出水循環(huán)單元，能全面調(diào)控反應器的運行狀態(tài)，啟動周期短，可使反應器達到很高的有機負荷和對有機物的去除率，顯著提高反應器的抗沖擊能力和運行穩(wěn)定性，明顯降低維持反應器的運行動力。


圖1為本發(fā)明第一個實例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明第二個實例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明第三個實例結(jié)構(gòu)示意圖。
布水系統(tǒng)(I)、生物反應膨脹床(II)和泥水分離系統(tǒng)(III)。進水集水池(1)、進水泵(2)，曝氣系統(tǒng)(3)和生物反應膨脹床單元(II)，泥水分離系統(tǒng)包括三相分離器(4)和出水堰(5)。集水池(6)和循環(huán)泵(7)具體實施方式
下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明各實施實例及其工作過程。
如圖1，本發(fā)明第一個實施實例所述的反應器包括布水系統(tǒng)(I)、生物反應膨脹床(II)和泥水分離系統(tǒng)(III)。其中布水系統(tǒng)單元包括進水集水池(1)、進水泵(2)，生物反應單元包括曝氣系統(tǒng)(3)和生物反應膨脹床單元(II)，泥水分離系統(tǒng)包括三相分離器(4)和出水堰(5)。
該反應器工作過程如下進水經(jīng)布水系統(tǒng)均勻進入生物反應膨脹床(II)，在生物反應膨脹床，廢水中大部分有機物被微生物所降解，處理后出水經(jīng)三相分離器沉淀后從出水堰流走。
本發(fā)明第一個實施實例為所述反應器處理印染廢水二級生化出水，污泥床層呈膨脹床狀態(tài)，生物陶粒外面布滿生物膜，沉降性能良好，生物活性高，其容積負荷高達3.5kgCOD/(m3·d)，COD去除率達到70％。
如圖2所示，本發(fā)明第二個實施實例與第一個實施實例相比在于出水循環(huán)。該反應器的進水系統(tǒng)和泥水分離系統(tǒng)工作過程與第一個實施實例中所述相同。該反應器出水循環(huán)單元包括集水池(6)和循環(huán)泵(7)。出水堰中的出水流入集水池中，通過循環(huán)泵加壓進入反應器底部布水系統(tǒng)，形成出水回流。這種出水回流可以增大生物塔內(nèi)水力上升流速，出水中有機物可以得到進一步去除；出水回流可以起到稀釋進水作用，提高反應器抗負荷沖擊能力。
本發(fā)明第二個實施實例為所述反應器處理淀粉廢水厭氧出水，污泥床層呈膨脹床狀態(tài)，生物陶粒外面布滿生物膜，沉降性能良好，生物活性高，其容積負荷高達8kgCOD/(m3·d)，COD去除率達到85％。
如圖3所示，本發(fā)明第三個實施實例與第二個實施實例相比在于曝氣系統(tǒng)在生物反應塔內(nèi)位置上移。該反應器生物反應單元分為兩個部分，下部為缺氧狀態(tài)，上部為好氧狀態(tài)，形成缺氧—好氧工藝。循環(huán)水中的硝酸鹽可以在進水缺氧區(qū)內(nèi)發(fā)生反硝化反應，進水中氨氮在好氧區(qū)內(nèi)進行硝化反應，該反應器具有很強的脫氮處理能力。
本發(fā)明第三個實施實例為所述反應器處理城市污水，好氧循環(huán)生物膨脹床HRT時間60min，容積負荷5kgCOD/(m3·d)，水氣比1∶8(體積)，COD、BOD5的去除率分別達74.5％、85％。出水COD≤75mg/L，BOD5≤20mg/L，SS≤18mg/L，基本達到國家城市污水二級處理的出水標準。
利用高效好氧循環(huán)生物膨脹床適用于處理各種濃度的有機廢水，生物反應塔內(nèi)液體上升流速為0.5-2m/h，好氧的氣水比分別為5-30∶1(體積比)，回流比為50％～300％，出水達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中一至三級排放標準。
一般工藝好氧處理時液體上升流速為0.2-2m/h，好氧的氣水比分別為2-30∶1(體積比)，厭氧池內(nèi)回流比為100％，出水達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中一至三級排放標準。水力負荷5～15m3/(m2·h)，尤其是氣水比2～10∶1的范圍。
權(quán)利要求
1.高效好氧循環(huán)生物膨脹床水處理方法，包括以好氧生物反應塔為主體的生物反應進行水處理，利用反應塔底部設有布水器反應塔的布氣裝置，其特征是利用好氧床單元的輕質(zhì)生物顆粒載體表面的微生物對進水生化處理，通過控制生物反應塔內(nèi)液流上升速度達到需要的膨脹狀態(tài)，所述的生物陶粒表面布滿生物膜。
2.由權(quán)利要求1所述高效好氧循環(huán)生物膨脹床水處理方法，其特征是在所述的生物塔反應器內(nèi)控制空氣提升或生物反應塔內(nèi)水力流速，控制輕質(zhì)生物顆粒載體在池內(nèi)的膨脹狀態(tài)。
3.由權(quán)利要求1或2所述高效好氧循環(huán)生物膨脹床水處理方法，其特征是在所述的生物塔反應器內(nèi)控制出水循環(huán)的回流控制輕質(zhì)生物顆粒載體在池內(nèi)的膨脹床狀態(tài)；出水循環(huán)回流比為50％～300％。
4.由權(quán)利要求1或2所述高效好氧循環(huán)生物膨脹床水處理方法，其特征是輕質(zhì)生物顆粒載體在池內(nèi)的膨脹率為5％～10％。
5.由權(quán)利要求1或2所述高效好氧循環(huán)生物膨脹床水處理方法，其特征是通過提高反應塔內(nèi)的布氣裝置使反應塔內(nèi)的底部水進行缺氧處理，而上部水進行好氧處理。
6.高效好氧循環(huán)生物膨脹床水處理反應器，反應塔底部設有布水器，反應塔還設有布氣裝置，上部設有三相分離器，頂部設有出水口或出水堰，中間為好氧床單元，其特征在于還設有出水循環(huán)單元和好氧床單元，所述出水循環(huán)單元包括出水集水池、循環(huán)泵，所述的好氧床單元包括輕質(zhì)生物顆粒載體，通過控制生物反應塔內(nèi)液流上升速度使輕質(zhì)生物顆粒載體達到需要的膨脹狀態(tài)，所述的生物陶粒表面布滿生物膜。
7.由權(quán)利要求6所述高效好氧循環(huán)生物膨脹床水處理反應器，其特征是高效好氧循環(huán)生物膨脹床的輕質(zhì)生物顆粒載體為活性炭、焦炭、陶粒、沸石、磁環(huán)、玻璃珠或多孔球、或者是土粒。
8.由權(quán)利要求6或7所述高效好氧循環(huán)生物膨脹床水處理反應器，其特征是所述生物膨脹床高度為2～4m，膨脹率為5％～10％。
9.由權(quán)利要求6或7所述高效好氧循環(huán)生物膨脹床水處理反應器，其特征是所述的好氧床單元包括輕質(zhì)生物陶粒床，所述的生物粒徑為0.5～5mm，相對密度為0.9～0.95，陶粒表面布滿生物膜。
10.由權(quán)利要求6或7所述高效好氧循環(huán)生物膨脹床水處理反應器，其特征是反應塔內(nèi)的布氣裝置的位置在反應塔內(nèi)的底部或底部之上部的位置。
全文摘要
高效好氧循環(huán)生物膨脹床水處理方法及反應器，包括以好氧生物反應塔為主體的生物反應進行水處理，利用反應塔底部設有布水器反應塔的布氣裝置，利用好氧床單元的輕質(zhì)生物顆粒載體表面的微生物對進水生化處理，通過控制生物反應塔內(nèi)液流上升速度達到需要的膨脹狀態(tài)，所述的生物陶粒表面布滿生物膜。本發(fā)明公開的高效好氧循環(huán)生物膨脹床反應器，包括以生物反應塔為主體的生物反應單元，該反應器還包括出水循環(huán)單元和好氧床單元，所述出水循環(huán)系統(tǒng)包括出水集水池、循環(huán)泵，本發(fā)明所述的一種高效好氧循環(huán)生物膨脹床反應器，具有有機負荷高、啟動周期短、運行穩(wěn)定等優(yōu)點。
文檔編號C02F3/10GK1803665SQ20051012310
公開日2006年7月19日 申請日期2005年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者任洪強, 嚴永紅 申請人:南京大學