申请日2015.09.16
公开(公告)日2015.12.16
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种废水生物处理反应器，包括依次连通的进水快速稀释降毒区(1)、碳源反硝化利用区(2)、气流提升区(3)、螺旋活塞流氧化区(4)、脱气区(8)和升流通道(9)，所述升流通道(9)与所述进水快速稀释降毒区(1)相连，所述废水生物处理反应器还包括沉淀单元，与所述螺旋活塞流氧化区(4)相连，所述沉淀单元包括预沉淀区(6)、沉淀区(5)和污泥回流区(7)。本发明所述废水生物处理反应器可实现有毒有机废水中有机物和氮的去除，设备简单，运行维护方便，污泥浓度高，抗冲击负荷能力强，出水水质好，能耗低。
摘要附图
权利要求书
1.一种废水生物处理反应器，其特征在于：包括依次连通的进水快速稀释降毒区(1)、 碳源反硝化利用区(2)、气流提升区(3)、螺旋活塞流氧化区(4)、脱气区(8)和升流通道 (9)，所述升流通道(9)与所述进水快速稀释降毒区(1)相连，所述废水生物处理反应器 还包括沉淀单元，与所述螺旋活塞流氧化区(4)相连，所述沉淀单元包括预沉淀区(6)、沉 淀区(5)和污泥回流区(7)。
2.根据权利要求1所述的废水生物处理反应器，其特征在于：所述进水快速稀释降毒区 (1)的后端与所述碳源反硝化利用区(2)的前端相连，所述碳源反硝化利用区(2)的后端 通过气流提升区(3)与所述螺旋活塞流氧化区(4)的前端相连，所述螺旋活塞流氧化区(4) 的后端通过脱气区(8)与所述升流通道(9)的前端相连，所述升流通道(9)的后端与所述 进水快速稀释降毒区(1)的前端相连，在所述进水快速稀释降毒区(1)设置有进水口，在 所述沉淀区(5)上设置有出水口，所述出水口与出水堰和集水槽相连通。
3.根据权利要求2所述的废水生物处理反应器，其特征在于：沿所述螺旋活塞流氧化区 (4)长度方向上分别设置有挡板，在挡板一侧设置有微孔曝气管或微孔曝气盘，通过曝气作 用在所述螺旋活塞流氧化区(4)内形成水平方向的螺旋流。
4.根据权利要求3所述的废水生物处理反应器，其特征在于：所述预沉淀区(6)和所 述污泥回流区(7)设置在所述沉淀区(5)的一侧或两侧;在所述碳源反硝化利用区(2)内 的泥水混合方式为以下两种中的一种：
(A)采用偶数个数的挡板将所述碳源反硝化利用区(2)分隔为多个混合空间，在每个 所述混合空间内设置有搅拌装置，其中，最前端的挡板与反应器壁形成的混合空间为所述进 水快速稀释降毒区(1);所述挡板为部分重叠的双层板，混合液通过双层板之间的空隙从一 个混合空间流入下一个混合空间内;
(B)沿所述碳源反硝化利用区(2)和所述进水快速稀释降毒区(1)的长度方向设置挡 板，在挡板一侧设置有微孔曝气管或微孔曝气盘，通过曝气作用在所述碳源反硝化利用区(2) 和所述进水快速稀释降毒区(1)内形成水平方向的螺旋流。
5.根据权利要求4所述的废水生物处理反应器，其特征在于：当所述预沉淀区(6)和 所述污泥回流区(7)设置在所述沉淀区(5)的两侧，且垂直于权利要求3所述螺旋活塞流 氧化区长度方向挡板时，所述螺旋活塞流氧化区(4)的后端与所述预沉淀区(6)的前端相 连，所述预沉淀区(6)的后端与所述沉淀区(5)的前端相连，所述沉淀区(5)的后端与所 述污泥回流区(7)的前端相连，所述污泥回流区(7)的后端与所述脱气区(8)相连;
其中，所述预沉淀区(6)底部为面向所述螺旋活塞流氧化区(4)的斜面，所述沉淀区 (5)的底部为面向所述污泥回流区(7)的斜面，斜面上方为挡板和反应器壁围成的泥水分 离区;所述预沉淀区(6)和所述沉淀区(5)之间为双层挡板结构，处于所述预沉淀区(6) 一侧的挡板上部开口，处于所述沉淀区(5)一侧的挡板下部开口，两个挡板之间形成供泥水 混合物流入的通道;所述沉淀区(5)和所述污泥回流区(7)之间为单层挡板，单层挡板的 下部开孔。
6.根据权利要求4所述的废水生物处理反应器，其特征在于：当所述预沉淀区(6)和 所述污泥回流区(7)设置在所述沉淀区(5)的两侧，且平行于权利要求3所述螺旋活塞流 氧化区长度方向挡板时，所述预沉淀区(6)的前端与所述螺旋活塞流氧化区(4)的后端相 连，所述预沉淀区(6)的后端与所述沉淀区(5)的前端相连，所述沉淀区(5)的后端与所 述污泥回流区(7)的前端相连，所述污泥回流区(7)的后端与所述螺旋活塞流氧化区(4) 的前端相连;
其中，所述预沉淀区(6)的底部为面向所述螺旋活塞流氧化区(4)的斜面，所述沉淀 区(5)的底部为面向所述污泥回流区(7)的斜面，斜面上方为挡板和反应器壁围成的泥水 分离区;所述预沉淀区(6)和所述沉淀区(5)之间为双层挡板结构，处于所述预沉淀区(6) 一侧的挡板上部开口，处于所述沉淀区(5)一侧的挡板下部开口，两个挡板之间形成供泥水 混合物流入的通道;所述沉淀区(5)和所述污泥回流区(7)之间为单层挡板，单层挡板的 下部开孔;在所述双层挡板结构的处于所述沉淀区(5)一侧的挡板的下端连接有第一防扰流 板(10)，所述第一防扰流板(10)为与水平面夹角为60°的斜面板，在所述沉淀区(5)内， 沿所述沉淀区(5)的长度方向均匀设置有多个与所述第一防扰流板(10)平行的第二防扰流 板(11)。
7.根据权利要求4所述的废水生物处理反应器，其特征在于：当所述预沉淀区(6)和 所述污泥回流区(7)设置在所述沉淀区(5)的一侧，且垂直于权利要求3所述螺旋活塞流 氧化区长度方向挡板时，所述沉淀单元的底部为面向所述螺旋活塞流氧化区(4)和所述碳源 反硝化区的斜面，所述预沉淀区(6)设置在所述污泥回流区(7)和所述沉淀区(5)之间， 所述预沉淀区(6)、沉淀区(5)、污泥回流区(7)、升流通道(9)均由挡板和反应器壁围成， 所述污泥回流区(7)的面向所述螺旋活塞流氧化区(4)的一侧挡板的顶部高度设置在所述 出水堰高度以下;在所述污泥回流区(7)设置有曝气管，高度设置在围成所述污泥回流区(7) 的挡板的下沿之上，在所述污泥回流区(7)和所述预沉淀区(6)之间的挡板的一侧的中部 设置有泥水混合液入口，与所述螺旋活塞流氧化区(4)相连通，所述预沉淀区(6)和所述 沉淀区(5)之间由双层挡板构成，其中，在面向所述预沉淀区(6)的一侧挡板上部设置有 预沉淀后清液入口，所述预沉淀后清液入口和所述泥水混合液入口设置在反应器相对的两侧， 所述螺旋活塞流氧化区(4)中的泥水混合液从所述泥水混合液入口进入到所述预沉淀区(6)， 经过预沉淀后的清液通过所述预沉淀后清液入口进入双层挡板之间的空隙并下折后进入所述 沉淀区(5)，所述预沉淀区(6)、所述沉淀区(5)和所述污泥回流区(7)的底部通过沉淀 单元挡板下沿与底部斜面围成的通道相连通，所述预沉淀区(6)和所述污泥回流区(7)底 部的污泥通过污泥回流区(7)的气流提升作用返回到所述螺旋活塞流氧化区(4)中。
8.根据权利要求1所述的废水生物处理反应器，其特征在于：所述升流通道(9)由反 应器壁和挡板围成，所述升流通道(9)与所述脱气区(8)之间通过底部开口的挡板相连通， 所述升流通道(9)与所述进水快速稀释降毒区(1)之间通过顶部开口的挡板相连通，顶部 开口高度在反应器出水口高度以下;
所述气流提升区(3)由挡板和反应器壁构成，所述气流提升区(3)与所述碳源反硝化 利用区(2)之间通过底部开口的挡板相连通，所述气流提升区(3)与所述螺旋活塞流氧化 区(4)之间通过顶部开口的挡板相连通，顶部开口高度在反应器出水口高度以下。
9.采用权利要求1所述的废水生物处理反应器进行废水处理的方法，其特征在于：包括 如下步骤：待处理废水从进水口进入进水快速稀释降毒区(1)，在机械搅拌或曝气作用下， 待处理废水依次经过碳源反硝化利用区(2)、气流提升区(3)、螺旋活塞流氧化区(4)后， 一部分通过脱气区(8)、升流通道(9)回到所述进水快速稀释降毒区(1)，另一部分在沉淀 单元经泥水分离后通过沉淀区(5)上的出水口排出。
10.根据权利要求9所述的废水处理的方法，其特征在于：所述废水处理过程在0.1～2mg/L 的溶解氧条件下进行，所述预沉淀区(6)HRT为5～30min。
说明书
一种废水生物处理反应器
技术领域
本发明涉及废水处理领域，特别是涉及一种废水生物处理反应器。
背景技术
近年来，工业废水排放标准不断提高，除COD等排放限值降低外，氨氮、总氮等指标也 被列入许多工业废水排放标准。因此，对同时去除废水中有机物和氮的处理技术需求显著。 生物处理技术是去除废水中可生物降解有机物和氮的常用技术，具有投资省、运行费用低等 优点，在城市生活污水处理中已被广泛采用。化工生产过程中排放的废水多为高浓度有毒有 机废水。由于废水中含有毒有机物，导致生物处理系统易受到有毒物质冲击，而造成反应器 出水水质不稳定，特别是废水生物脱氮过程中起关键作用的硝化细菌对有毒污染物尤为敏感。 当废水含有高浓度有机氮或氨氮条件下，系统更易受到有毒有机物的冲击。对于此类废水， 传统的处理方式是用大量低浓度低毒废水大量稀释后进行处理，导致处理负荷低，占地面积 大，基建投资高。迫切需要开发针对高浓度含氮有毒有机废水的处理方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种废水生物处理反应器，所述废水生物处理反应器可 实现有毒有机废水中有机物和氮的去除，设备简单，运行维护方便，污泥浓度高，抗冲击负 荷能力强，出水水质好，能耗低。
一种废水生物处理反应器，包括依次连通的进水快速稀释降毒区、碳源反硝化利用区、气 流提升区、螺旋活塞流氧化区、脱气区和升流通道，所述升流通道与所述进水快速稀释降毒 区相连，所述废水生物处理反应器还包括沉淀单元，与所述螺旋活塞流氧化区相连，所述沉 淀单元包括预沉淀区、沉淀区和污泥回流区，适合高污泥浓度混合液的泥水分离。(进水快速 稀释降毒区为碳源反硝化利用区的一部分，设置在碳源反硝化利用区的最前端)
以上所有区都设置在一个反应器内，不需污泥回流泵和混合液回流泵即可实现污泥回流 和混合液循环流动。
本发明所述的废水生物处理反应器，其中所述进水快速稀释降毒区的后端与所述碳源反 硝化利用区的前端相连，所述碳源反硝化利用区的后端通过气流提升区与所述螺旋活塞流氧 化区的前端相连，所述螺旋活塞流氧化区的后端通过脱气区与所述升流通道的前端相连，所 述升流通道的后端与所述进水快速稀释降毒区的前端相连，在所述进水快速稀释降毒区设置 有进水口，通过穿孔管或布水槽布水，在所述沉淀区上设置有出水口，所述出水口与出水堰 和集水槽相连通，通过溢流堰收集出水。依靠气流提升区的气流提升作用，实现反应器内混 合液在进水快速稀释降毒区、碳源反硝化利用区和螺旋活塞流氧化区之间的循环流动，通过 控制气流提升区曝气量的大小，调节混合液回流比。
长污泥龄(>15d)条件运行，反应器污泥浓度可达6000～8000mg/LMLSS，短污泥龄(≤15d) 条件运行，可实现短程硝化、反硝化。
本发明所述的废水生物处理反应器，其中，沿所述螺旋活塞流氧化区长度方向上分别设 置有挡板，在挡板一侧设置有微孔曝气管或微孔曝气盘，通过曝气作用在所述螺旋活塞流氧 化区内形成水平方向的螺旋流。
本发明所述的废水生物处理反应器，其中所述预沉淀区和所述污泥回流区设置在所述沉 淀区的一侧或两侧;在所述碳源反硝化利用区内的泥水混合方式为以下两种中的一种：
(A)采用挡板将所述碳源反硝化利用区分隔为多个混合空间，在每个所述混合空间内 设置有搅拌装置;所述挡板数量为偶数，所述挡板为部分重叠的双层板，混合液通过双层板 之间的空隙从一个空间流入下一个空间内;在所述进水快速稀释降毒区内设置有搅拌装置， 其中，最前端的挡板与反应器壁形成的混合空间为所述进水快速稀释降毒区;
(B)沿所述碳源反硝化利用区和所述进水快速稀释降毒区的长度方向设置挡板，在挡板 一侧设置有微孔曝气管或微孔曝气盘，通过曝气作用在所述碳源反硝化利用区和所述进水快 速稀释降毒区内形成水平方向的螺旋流。
本发明所述的废水生物处理反应器，当所述预沉淀区和所述污泥回流区设置在所述沉淀 区的两侧，且垂直于所述螺旋活塞流氧化区长度方向挡板时，所述螺旋活塞流氧化区的后端 与所述预沉淀区的前端相连，所述预沉淀区的后端与所述沉淀区的前端相连，所述沉淀区的 后端与所述污泥回流区的前端相连，所述污泥回流区的后端与所述脱气区相连;
其中，所述预沉淀区底部为面向所述螺旋活塞流氧化区的斜面，所述沉淀区的底部为面 向所述污泥回流区的斜面，斜面上方为挡板和反应器壁围成的泥水分离区;所述预沉淀区和 所述沉淀区之间为双层挡板结构，处于所述预沉淀区一侧的挡板上部开口，处于所述沉淀区 一侧的挡板下部开口，两个挡板之间形成供泥水混合物流入的通道;所述沉淀区和所述污泥 回流区之间为单层挡板，单层挡板的下部开孔。
本发明所述的废水生物处理反应器，当所述预沉淀区和所述污泥回流区设置在所述沉淀 区的两侧，且平行于所述螺旋活塞流氧化区长度方向挡板时，所述预沉淀区的前端与所述螺 旋活塞流氧化区的后端相连，所述预沉淀区的后端与所述沉淀区的前端相连，所述沉淀区的 后端与所述污泥回流区的前端相连，所述污泥回流区的后端与所述螺旋活塞流氧化区的前端 相连;
其中，所述预沉淀区的底部为面向所述螺旋活塞流氧化区的斜面，所述沉淀区的底部为 面向所述污泥回流区的斜面，斜面上方为挡板和反应器壁围成的泥水分离区;所述预沉淀区 和所述沉淀区之间为双层挡板结构，处于所述预沉淀区一侧的挡板上部开口，处于所述沉淀 区一侧的挡板下部开口，两个挡板之间形成供泥水混合物流入的通道;所述沉淀区和所述污 泥回流区之间为单层挡板，单层挡板的下部开孔;在所述双层挡板结构的处于所述沉淀区一 侧的挡板的下端连接有第一防扰流板，所述第一防扰流板为与水平面夹角为60°的斜面板， 在所述沉淀区内，沿所述沉淀区的长度方向均匀设置有多个与所述第一防扰流板平行的第二 防扰流板。
本发明所述的废水生物处理反应器，当所述预沉淀区和所述污泥回流区设置在所述沉淀 区的一侧，且垂直于所述螺旋活塞流氧化区长度方向挡板时，所述沉淀单元的底部为面向所 述螺旋活塞流氧化区和所述碳源反硝化区的斜面，所述预沉淀区设置在所述污泥回流区和所 述沉淀区之间，所述预沉淀区、沉淀区、污泥回流区、升流通道均由挡板和反应器壁围成， 所述污泥回流区的面向所述螺旋活塞流氧化区的一侧挡板的顶部高度设置在所述出水堰高度 以下;在所述污泥回流区设置有曝气管，高度设置在围成所述污泥回流区的挡板的下沿之上， 在所述污泥回流区和所述预沉淀区之间的挡板的一侧的中部设置有泥水混合液入口，与所述 螺旋活塞流氧化区相连通，所述预沉淀区和所述沉淀区之间由双层挡板构成，其中，在面向 所述预沉淀区的一侧挡板上部设置有预沉淀后清液入口，所述预沉淀后清液入口和所述泥水 混合液入口设置在反应器相对的两侧，所述螺旋活塞流氧化区中的泥水混合液从所述泥水混 合液入口进入到所述预沉淀区，经过预沉淀后的清液通过所述预沉淀后清液入口进入双层挡 板之间的空隙并下折后进入所述沉淀区，所述预沉淀区、所述沉淀区和所述污泥回流区的底 部通过沉淀单元隔板下沿与底部斜面围成的通道相连通，所述预沉淀区和所述污泥回流区底 部的污泥通过污泥回流区的气流提升作用返回到所述螺旋活塞流氧化区中。
本发明所述的废水生物处理反应器，其中所述升流通道由反应器壁和挡板围成，所述升 流通道与所述脱气区之间通过底部开口的挡板相连通，所述升流通道与所述进水快速稀释降 毒区之间通过顶部开口的挡板相连通，顶部开口高度在反应器出水口高度以下;
所述气流提升区由挡板和反应器壁构成，所述气流提升区与所述碳源反硝化利用区之间 通过底部开口的挡板相连通，所述气流提升区与所述螺旋活塞流氧化区之间通过顶部开口的 挡板相连通，顶部开口高度在反应器出水口高度以下。
采用本发明所述的废水生物处理反应器进行废水处理的方法，包括如下步骤：待处理废 水从进水口进入进水快速稀释降毒区，在机械搅拌或曝气作用下，待处理废水依次经过碳源 反硝化利用区、气流提升区、螺旋活塞流氧化区后，一部分通过脱气区、升流通道回到所述 进水快速稀释降毒区，另一部分经沉淀单元泥水分离后通过沉淀区上的出水口排出。
本发明所述的废水处理的方法，其中所述废水处理过程在0.1～2mg/L的溶解氧条件下进 行，所述预沉淀区HRT为5～30min。
本发明废水生物处理反应器与现有技术不同之处在于：
本发明废水生物处理反应器具有以下优点：
1)耐冲击能力强、脱氮效果好：本发明所述废水生物处理反应器内污泥浓度可达6000～ 8000mg/LMLSS,高于传统的3000～4000mg/LMLSS，提高了反应器的处理能力和耐冲击能 力。此外，依靠气流提升作用，可用较小的能量实现反应器混合液的循环流动，使废水进入 反应器后在快速得到稀释，毒性降低，减小废水对系统的冲击作用，且在废水进入碳源反硝 化利用区，经部分解毒后再进入螺旋活塞流氧化区，从减小对硝化细菌的影响，保证反应器 脱氮效果的稳定。混合液较大比例的循环流动，也可提高废水反硝化程度，提高反应器对总 氮的去除率。
2)处理负荷高：由于反应器内污泥浓度高，耐冲击能力强，因此较高浓度的废水可直接 进水，保证了反应器的处理负荷。碳源反硝化利用区设置了挡板分格，螺旋活塞流氧化区形 成了螺旋活塞流流态，有效避免了废水短流，因此可在较高的处理负荷下保证处理效果。
3)处理成本低：废水进入碳源反硝化利用区，其中的易降解有机物可作为反硝化碳源， 从而减少用于脱氮的碳源投加成本;碳源反硝化利用区的反硝化可实现废水大量有机物的去 除，从而减少螺旋活塞流氧化区氧化有机物所需的曝气能耗，并为螺旋活塞流氧化区的氨氧 化过程提供碱度;反应器内维持较高的污泥浓度和较长的污泥龄，污泥产量少，污泥处理处 置成本低。螺旋活塞流氧化区根据废水脱氮要求，可在0.1～2mg/L的溶解氧条件下运行，满 足污泥悬浮所需的曝气量也低于传统曝气池，降低了曝气能耗。通过合理控制条件，本发明 所述反应器内还可实现短程硝化反硝化，从而进一步降低反硝化所需的有机碳源。反应器依 靠气流提升作用实现污泥回流和混合液回流，能耗低，可节约运行成本，和设备维修所需的 费用。气流提升也可起到曝气作用，减少曝气能耗。
4)污泥回流效果好：活性污泥易在沉淀区淤积造成回流效果差，影响污染物降解微生物 在生物反应器内的保留。传统的沉淀池多采用刮泥机、吸泥机、回流泵等机械设备保证污泥 的回流效果，沉淀池建设投资大，维护复杂。本发明通过沉淀区挡板、坡度和流场设计，实 现了沉淀污泥不淤积、回流稳定、回流量可调节，特别是在沉淀区底部形成可携带污泥回流 的混合液流动，保证了反应区较高的污泥浓度，为反应器实现较高的处理负荷提供了保障。 沉淀区之前设置预沉淀区，降低进入沉淀区的污泥浓度，有效解决了高混合液污泥浓度条件 下沉淀区泥位高，所需污泥回流比大，泥水分离负荷高，效果差的问题。
5)出水悬浮物少：在沉淀区之前设置预预沉淀区，大部分污泥在预沉淀区沉淀后，含有 较少污泥的清液进入沉淀区进行再次沉淀，因此沉淀效果较好，出水悬浮物少。