申请日2003.02.21
公开(公告)日2005.08.24
IPC分类号C02F3/00; C02F3/12; C02F3/30
摘要
本发明涉及一种污水处理上升螺旋流生物反应器，是在一定长径比的立式反应器中，设置螺旋升流设备，进水口和出水口分别设在反应器下部和上部。本发明进一步涉及一种由上述反应器组成的处理系统，是采用三个上述结构的反应器分别作为上升螺旋流厌氧反应器、上升螺旋流缺氧反应器、上升螺旋流好氧反应器，用管路将它们依次连接起来，最后连接沉淀池，各管路依次由上一反应器的上部接入下一反应器的下部，进水管由厌氧反应器底部接入，出水管由沉淀池上部接出。本反应器及所组成的处理系统能真正形成推流式反应，使活性污泥混合液在立式圆柱形反应器内由下而上螺旋上升，大幅度提高水处理效率。
権利要求書
1、污水处理上升螺旋流生物反应器，其特征在于是在立式反应器中， 设置螺旋升流设备，形成螺旋上升流，进水口和出水口分别设在反应器下 部和上部;立式反应器的高度为H，直径为D，螺旋上升流的股流直径为d， 股流长为L，L/d>>H/D。
2、根据权利要求1所述的污水处理立式螺旋流生物反应器，其特征在 于螺旋升流设备是具有一定倾角的导流螺旋推进器，在反应器中设置至少 两个导流螺旋推进器。
3、采用权利要求1或2的污水处理上升螺旋流生物反应器的处理系统， 其特征在于由三个上述结构的反应器分别作为上升螺旋流厌氧反应器、上 升螺旋流缺氧反应器、上升螺旋流好氧反应器，采用管路将它们依次连接 起来，最后连接沉淀池，各管路依次由上一反应器的上部接入下一反应器 的下部，进水管由厌氧反应器底部接入，出水管由沉淀池上部接出。
4、根据权利要求3所述的处理系统，其特征在于上升螺旋流缺氧反应 器和上升螺旋流好氧反应器的出水处接有回流管，分别接进前一反应器的 进水处。
5、根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于沉淀池的底部也接有 回流管，接缺氧反应器的进水处。
6、根据权利要求4或5所述的处理系统，其特征在于各回流管路上设 有回流泵，进水管上设有进水泵。
7、根据权利要求4或5所述的处理系统，其特征在于上升螺旋流好氧 反应器内设有曝气头。
8、根据权利要求4或5所述的处理系统，其特征在于各反应器上开有 取样口。
说明书
污水处理上升螺旋流生物反应器及所组成的处理系统
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种城市污水处理的上升螺 旋流生物反应器及所组成的处理系统。
背景技术
当前，在污水处理方面，国内外许多专家和学者对处理技术，即微生 物进行生化反应的动力学特征、内在反应机制以及达到高效去除率的操作 和反应条件等方面研究较多，但却缺乏对反应技术，即对结合动力学的反 应器优化设计等方面的研究。反应器理论认为，化学或生物化学反应靠反 应器去完成。如果反应技术不先进，工艺再好也达不到预期的效果。反应 技术取决于反应器中的流态。常见的反应器形式可分为四类：间歇反应器 (Batch Reactor，BR)，连续搅拌罐式反应器(Continuous Stirred Tank Reactor，CSTR)，阶式CSTR(CSTR Cascades)，活塞流(即“推流”) 反应器(Plug Flow Reactor，PFR)等。BR反应器和PFR反应器由于具有 时间或空间推流流态，浓度梯度大，因而反应效果较好。但考虑到间歇反 应器的停工时间等影响因素，反应器的反应效率以PFR为最高。对SBR 系列而言，其单元过程虽属BR反应器，具有较好的浓度效应，但其间歇 运行的方式不利于工程应用，而对进出水方式进行改进后(如ICEAS技术， 为连续进水间歇出水工况)，又在一定程度上改变了BR反应器的特性，从 而影响了反应效率;而对A2/O系列而言，其连续流的方式有利于工程应用， 但其单元过程基本上属于CSTR反应器，反应效率较低。虽然有一些反应 器主观上想设计成推流式，如氧化沟等，但由于在卧式条件下的水池流态 特征，实际上返混比较严重，影响反应效果。污水处理的反应器实际上是 生物反应器，反应器中微生物的生存状态与水流流态有密切的关系，稳定 的推流流态有利于微生物的共生和互生。显然，如果目前的污水处理(包 括除磷脱氮)工艺的每一个单元过程都能使相应的生物化学反应较为彻底 的完成，则前述的工艺技术将会取得更好的效果，而且工艺流程和反应器 容积还可大大地缩短和减少，处理效果也会大幅度提高。
与本申请最为相关的技术是深井曝气活性污泥法，该工艺与传统的活 性污泥法类似，只是为了提高氧气的利用率而将水深增加，从反应技术上 并没有新的突破。一方面，从反应器形式上看，没有形成螺旋推流这一特 征，因而其深度高达几十米至上百米;另一方面，仅考虑了氧气的传递， 并未考虑其它基质与活性污泥之间的传质和微生物之间的共生与互生关 系。因而深井曝气活性污泥法在提高处理效率上是有限的。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，设计一种能真正形成推 流式反应的上升螺旋流生物反应器，使活性污泥混合液在立式圆柱形反应 器内由下而上螺旋上升，提高水处理效率，本发明进一步的目的是利用该 反应器设计出一套污水处理系统，形成完整的处理流程，大幅度提高处理 效果。
本发明的技术方案如下：
本发明首先设计了一种污水处理上升螺旋流生物反应器，它是在一定 长径比的立式反应器中，设置螺旋升流设备，螺旋升流设备采用导流螺旋 推进器，如具有一定倾角的叶片式螺旋搅拌装置，进水口和出水口分别设 在反应器下部和上部。这种结构可以使污水在反应器内形成稳定的螺旋上 升流。由于“螺旋流”是流线以“股流”的方式沿圆周方向螺旋上升，因 而“股流”的长径比非常大，反应器的长径比则可比较小。这就大大提高 了便于工程应用的反应器中稳定的推流流态的容积利用率。此种流态还可 使相邻流线之间产生一定的速度梯度以利物系之间的质量传递，有利于形 成并维系相对固定的微生物群落，使微生物之间产生共、互生生态关系， 进而在微生物之间发挥协同作用，充分利用污水中的各种营养物质，使处 理效果高效而稳定。
利用上述反应器，本发明进一步设计了一套处理系统，该系统采用三 个上述结构的反应器分别作为上升螺旋流厌氧反应器、上升螺旋流缺氧反 应器和上升螺旋流好氧反应器、用管路将它们依次连接起来，最后连接沉 淀池构成，各管路依次由上一反应器的上部接入下一反应器的下部，进水 管由厌氧反应器底部接入，出水管由沉淀池上部接出。
上述系统处理的缺氧反应器和好氧反应器的出水处接有回流管，分别 接进前一反应器的进水处。另外沉淀池的底部也接有回流管，接缺氧反应 器的进水处。
处理系统的工作过程是：进水经计量后与从缺氧反应器回流的混合液 一起进入厌氧反应器底部，厌氧末端的混合液与从沉淀池回流的污泥及从 好氧反应器回流的混合液一起进入缺氧反应器底部，缺氧末端的混合液进 入好氧反应器底部，好氧末端的混合液进入沉淀池进行泥水分离，沉淀池 的上清液为系统的出水。混合液在厌氧反应器、缺氧反应器与好氧反应器 中，在有特定倾角的叶片的搅拌下，螺旋上升。
本发明的优点如下：
(1)本发明所具有的螺旋升流特征能明显提高反应器中推流流态的容 积利用率，小长径比，简易、方便的无填料，有利于在空间上形 成污水中有机物浓度的梯度分布，提高污水水处理效率;
(2)与传统的推流式反应器相比，上升螺旋流生物反应器的螺旋水流 所产生的剪切力，可降低液膜的厚度，减少传质阻力;同时，螺 旋水流的离心惯性效应可使污泥絮体及有机物颗粒作径向运动线 使其中物质的传质效果较好。因此，上升螺旋流生物反应器系统 的螺旋水流能有效地提高有机底物的传质速度，进而提高了系统 的处理效率。
(3)螺旋升流特征可形成许多环境变化的“交错区”，根据生态学中的 “边缘效应”，在多变环境的交错区域通常生物群落结构复杂，易 于出现多种生物共存现象。因而，螺旋升流式反应器有利于活性 污泥中微生物的多样化，能形成复杂而稳定的微生物生态系统， 抗外界干扰及自身恢复调节能力较强。