申请日2002.12.30
公开(公告)日2003.06.04
IPC分类号C02F3/30; C02F3/28; C02F3/10
摘要
本发明是一种适用于有机废水的生物处理设备。其主要技术特点是，构成设备主体的内筒、分隔筒和外筒同轴线地套置一起，内筒空间为厌氧反应区，分隔筒与外筒之间的环形区域为好氧反应区，内筒与分隔筒之间的夹套为两生物反应区的沟通流道，两反应区均设置有三相分离器和外循环回流通道，分别填充有不同类型的微生物载体。本发明的结构设计巧妙、独特、合理，具有投资费用与运行成本低，施工制造和运行调试容易，是一种高效的有机废水生物处理设备，并可以用于处理氨氮浓度比较高的有机废水。
権利要求書
1、一种适用于有机废水的生物处理设备，其特征是构成设备主体的内筒、分隔筒 和外筒相互对应套置，内筒空间为废水厌氧反应区，分隔筒与外筒之间的区域为好氧 反应区，分隔筒与外筒之间的夹套为经过厌氧处理的废水进入好氧反应区的流道，两 反应区的上部均设计有三相分离器，待处理的废水由内筒下部的布水器进入厌氧反应 区，处理后的水由好氧反应区的三相分离器分离后排出，两反应区产生的气体由各自 的三相分离器分离后经排气管道排出，厌氧反应区填充有易于流化的厌氧微生物固定 化的载体，好氧反应区填充有易于流化的兼氧微生物和好氧微生物分别在其内外固定 化的多孔微囊膜载体。
2、根据权利要求1所述的适用于有机废水的生物处理设备，其特征是构成设备主 体的内筒、分隔筒和外筒均为圆柱筒体，相互间同轴线并且轴线垂直地面地套置在一 起。
3、根据权利要求2所述的适用于有机废水的生物处理设备，其特征是厌氧反应区 设置有外回流通道，回流通道的一端与厌氧反应区的三相分离器相连，另一端与待处 理的废水进入厌氧反应区的泵入口相连。
4、根据权利要求2所述的适用于有机废水 的生物处理设备，其特征是好氧反应区 设置有外循环通道，循环通道的一端与好氧反应的三相分离器相连，另一端与进入 好氧反应区的废水入口相连。
5、根据权利要求3所述的适用于有机废水的生物处理设备，其特征是好氧反应区 设置有外循环通道，循环通道的一端与好氧反应区的三相分离器相连，另一端与进入 好氧反应区的废水入口相连。
6、根据权利要求1或2或3或4或5所述的适用于有机废水的生物处理设备，其 特征是在厌氧反应区的中上部设置有填料。
7、根据权利要求6所述的适用于有机废水的生物处理设备，其特征是好氧反应区 下部设置有通入富氧气体的布气系统。
8、根据权利要求6所述的适用于有机废水的生物处理设备，其特征是厌氧反应区 的三相分离器由位于内筒上方的正置喇叭体和设置在分隔筒上的倒置喇叭体组成，倒 置喇叭体的下端口小于正置喇叭体的下端口且位于正置喇叭体之上方。
9、根据权利要求6所述的适用于有机废水的生物处理设备，其特征是好氧反应区 的三相分离器由位于外筒上方的正置喇叭体和设置在外筒上部扩大段的环形槽壁上的 倒置喇叭体组成，倒置喇叭体的下端口小于正置喇叭体的下端口且位于正置喇叭体之 上方。
10、根据权利要求6所述的适用于有机废水的生物处理设备，其特征是好氧反应 区三相分离器环形槽的槽底设计为斜面，外循环回流通道的入口设置在斜面槽底的低 端。
说明书
适用于有机废水的生物处理设备
一、技术领域
本发明涉及一种废水处理设备，特别涉及一种通过同一反应器中的厌氧生物反应 和好氧生物反应对有机废水进行生物处理的设备。
二、背景技术
人类社会活动产生的废水主要是有机废水，也是对人类生存环境危害最大的废水， 对有机废水进行有效处理是人类面临的重大课题。用于有机废水处理的设备是对有机 废水进行处理的物质手段，目前对有机废水处理设备的研究，国内外主要集中在高效 低耗生物反应器的研究开发方面。高效低耗生物反应器又分为厌氧生物反应器，好氧 生物反应器和厌氧-好氧联合生物反应器，由于厌氧-好氧联合生物反应器兼有厌氧反应 器和好氧反应器两者的特点，对有机废水处理有更为有效，因此国内外众多研究者在 开发新型反应器方面，更多的将精力集中在厌氧-好氧联合反应器的研发上，并且取得 了一些研究成果。
专利号为ZL98215629.4，名称为厌氧好氧法同时处理有机废水反应器，授权日期 为1999年10月20日的中国实用新型专利，公开了一种厌氧-好氧联合生物反应器。其 技术特征为：反应器由外筒、导流筒、气体分布器、三相分离器、顶盖、清液回流管 构成，导流筒和三相分离器的内部构成好氧反应区，外筒与导流筒之间的环隙构成厌 氧反应区。该反应器只是在物理结构上形成了厌氧区(严格上应该是兼氧区)和好氧 区，能在同一个反应器中完成厌氧和好氧反应，但其缺点是：(1)没有形成一个真正 的厌氧反应区;(2)厌氧区和好氧区都没有设回流循环通道，停留时间较长时无法使 载体达到流态化;(3)流速较高时，厌氧区的微生物颗粒会流失，影响反应效果。
申请号为00131324.x，名称为垂直折流生化反应器污水厌氧——好氧——厌氧串 联处理工艺，公开日期为2001年3月28日的中国发明专利申请，也公开了一种厌氧- 好氧联合生物反应器。其技术特征为：将垂直折流生化反应器根据处理污水种类不同 和要求不同而组成厌氧——好氧——厌氧串联处理工艺过程，用于处理高浓度有机废 水。其缺点是：(1)该套装置实际是多个反应器的简单串联组合，在本质上没有形成 一体化的结构，而且折流生物反应器并非是特别高效的废水处理装置，所以，反应器 体积大，占地面积多;(2)各个反应器之间需通过管路和阀门(或者需要动力泵)来 进行连接、调控和流体输送，系统阻力损失较大、能耗高、管线复杂、不易控制;(3) 建设成本和运行成本较高;(4)反应器的效率不高，所以容积负荷小，处理效果不是 十分满意。
三、发明内容
针对已有技术存在的投资大、占地面积大、运行成本高、处理费用高、处理效果 不理想等缺点，本发明旨在提供一种投资省、占地面积小、启动时间短、处理成本低、 出水效果好、外形美观、结构一体化的有机废水高效生物处理设备。
为了实现上述发明目的，适用于有机废水的生物处理设备采取了具有以下技术措 施的技术方案。构成设备主体的内筒、分隔筒和外筒相互对应套置，内筒空间为废水 厌氧反应区，分隔筒与外筒之间的区域为好氧反应区，分隔筒与外筒之间的夹套为经 过厌氧处理的废水进入好氧反应区的流道，两反应区的上部均设计有三相分离器。待 处理的废水由内筒下部的布水器进入厌氧反应区，处理后的水由好氧反应区的三相分 离器分离后排出，两反应区产生的气体由各自的三相分离器分离后经排气管道排出。 厌氧反应区填充有易于流化的厌氧微生物固定化的载体。该载体以多孔聚合物高分子 材料载体为好，易于流化。好氧反应区填充有易于流化的多孔微囊膜载体。微囊载体 表面固定化好氧微生物，微囊膜内部自絮凝固定化兼氧菌群。
构成设备主体的内筒、分隔筒和外筒最好均为圆柱筒体，相互间同轴线并且轴线 垂直地面地套置在一起。这种结构方式便于设备安装、维修和运行。
为了保证在被处理的废水流量不足时，厌氧反应区内的微生物颗粒也能够被流化， 可在厌氧反应区设置外循环回流通道，回流通道的一端与厌氧反应区的三相分离器相 连，另一端与待处理的废水进入厌氧反应区的泵入口相连。
为了提高反应器的传质与生物反应效率，好氧生物颗粒在气、液相动力的作用下， 在整个好氧反应区完全流化，因此在好氧反应区设置外循环通道使生物颗粒能够回流; 所设循环通道的一端与好氧反应区的三相分离器相连，另一端与进入好氧反应区的废 水入口相连。
在厌氧反应区的中上部还可设置填料。填料的设置方式可以采取悬挂式，也可采 其他方式设置。
在好氧反应区下部设置有通入富氧气体的布气系统。
所述厌氧反应区的三相分离器由位于内筒上方的正置喇叭体和设置在分隔筒上的 倒置喇叭体构成，倒置喇叭体的下端口小于正置喇叭体的下端口且位于正置喇叭体之 上方。
所述好氧反应区的三相分离器由位于外筒上方的正置喇叭体和设置在外筒上部扩 大段的环形槽壁上的倒置喇叭体组成，倒置喇叭体的下端口小于正置喇叭体的下端口 且位于正置喇叭体之上方。
好氧反应区三相分离器环形液槽的槽底设计为斜面，外循环回流通道的入口设置 在环形液槽斜面槽底的低端，以保证经三相分离器分离后的好氧生物颗粒沿斜面自由 下降，在斜面槽底的低端进入外循环回流通道。
本发明还采取了其它一些技术措施。
本发明的内筒、三相分离器及中间分隔筒构成了厌氧流态化反应区，该反应区底 部设有布水器，使进水均匀分布，反应器中填充有多孔聚合物高分子载体，微生物可 以在载体外表面形成稳定厌氧生物膜，载体内孔也富集大量厌氧微生物，从而大大增 加了载体上生物量，提高了生化反应的强度和效率。在反应区中上部设有填料，填料 具有如下作用：(1)分隔作用，使载体生物颗粒不至于流失，当颗粒向上运动到填料 层时，受填料的阻挡，颗粒会改变方向，向下沉降，形成内部回流;(2)分离气体作 用，在厌氧反应区，会有大量的气体(沼气等)产生，气体会附着在颗粒上，使颗粒 浮力增加而上升，设置填料后，受填料的撞击，气体会从颗粒上分离出来，颗粒受重 力作用下降，气体由填料层进入到三相分离器，经分离由出气管排出;(3)固定床作 用，填料具有较大的比表面积，微生物可以在填料表面形成生物膜，从而在填料层亦 可有生物反应进行，构成高效复合厌氧反应器，强化了反应效果。厌氧反应区上部， 设有三相分离器，其作用是把气相(主要是沼气)、固相(极少量的污泥)、液相(厌 氧段出水)分离开来，气相由三相分离器的集气罩收集后经出气管排出，沼气可通过 设置止火装置燃烧放空或经脱硫处理资源化利用。固相主要是少量的剩余污泥，分离 后随液相进入好氧反应区。液相经内筒和中间分隔筒之间的环隙进入好氧处理阶段。
本发明的中间分隔筒、外筒、三相分离器和好氧回流通道构成了好氧处理区，从 厌氧区出来的废水从底部向上进入好氧反应区，底部设置有布气装置，由空压机输送 的空气或富氧膜来的氧气经布气装置充分曝气，大大提高了好氧反应区的溶解氧浓度。 好氧反应区内装填有多孔微囊膜载体，微囊载体内固定兼氧菌，微囊载体表面形成好 氧微生物膜。由于微囊载体内的微观兼氧区的存在，内自絮凝固定兼氧生物菌群，从 而形成了一个兼氧反应区。事实证明，这个兼氧反应区的存在，对CODCr、NH3-N等 的去除都有很积极的促进作用。生物颗粒在上升气流和水流的扰动下，形成了良好的 流态化，使得废水、溶氧和生物颗粒充分接触，生化反应充分进行，具有很高的反应 效率。同时，由于颗粒之间的碰撞、水力剪切力的作用及生物的代谢等，又保证了生 物颗粒表面生物膜不至于过厚，所以无需另外的脱膜装置。处理后的废水和生物颗粒 的混合体经三相分离器分离，气相(剩余的空气、CO2等)经上部排气管放空;固相 (部分生物颗粒和剩余污泥)一部分经三相分离器分离后，自由沉降返回到好氧反应 区，剩下部分经上部三相分离器的环形液槽槽底的斜面收集，靠重力作用进入好氧外 循环回流通道，回流到好氧反应区的底部，然后由上升气流和水流的带动重新进入好 氧反应区进一步反应，从而完成了好氧外循环过程。
在厌氧反应区和好氧反应区分别设置外循环回流通道，也是本发明的主要发明点 之一。本发明的这一独特技术措施，可以分别保证厌氧反应区的微生物颗粒和好氧反 应区的微生物在被处理的废水流量比较小的情况下也能处于流化状态，并可分别调控， 从而可以保证两个生物反应区都处于高效的生物反应状态，由于微生物颗粒在流化状 态下生物反应效率最高，因此本发明在不同的处理负荷下，都可以处于高效的反应状 态，具抗负荷冲击能力强。
本发明还具有以下优点和效果：
1、投资省。由于本发明的主体结构为圆柱筒体同轴线的套置一体式结构，除外筒 对强度、刚度有要求外，其余构件只需保证刚度，故所用材料省;由于采用微生物高 效固定化新技术，反应器效率极高，体积小。因此投资仅为常规方法的60～80%，即可 节约建设投资20～40%。
2、运行成本低。由于采用高效的反应器，属于生化反应，可以大大减少化学药剂 的投加量;采用同轴线共壁一体式结构，大大减少了反应器级间的动力消耗。因此， 运行成本为一般方式的60～70%，即运行成本可降低30～40%。
3、占地面积小。设备为立式塔结构，高径比大，设备占地面积应只有常规处理方 法占地面积的1/5。
4、施工容易。由于采用钢结构，很多构件都是厂里加工好到现场组焊、安装，可 使工期大大缩短。
5、由于采用高效微生物固定化新技术及流态化技术，反应器设有回流稀释通道， 减少了原水对系统中微生物的毒副作用，同时载体具有多孔结构，对微生物具有保护 和屏障作用，故系统抗冲击能力强;采用PLC控制系统，线路结构简洁，故系统故障 率低。
6、由于采用高效微生物固定化新技术，微生物世代周期长，污泥产量低，不到常 规方法的20%;同时高效微生物固定化新技术，使设备的运行调试时间短，启动快， 厌氧段仅需2～3月，好氧段只需1～2周。
7、由于上述优点，本发明可以用于处理氨氮浓度较高的有机废水，如一般工艺处 理焦化废水其氨氮浓度不能超过200mg/L，而本发明的工艺可高达500～800mg/L，并 且出水指标均优于国家一级标准。
8、采用本发明对有机废水进行处理，在处理过程中无三废发生。
本发明还具有其它一些优点和效果。