一种污水处理生物反应器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种污水处理生物反应器，包括强流化区、弱流化区、兼氧区和空气释放区四个部分；其中，强流化区位于反应器下部，包括强流化区筒体、气体分布器、导流筒和生物载体；弱流化区位于反应器中部，包括弱流化区带孔塔板、生物载体和弱流化区筒体；兼氧区和空气释放区呈同心圆环状设置，兼氧区环绕空气释放区布置，均位于反应器顶部，空气释放区包括一个带孔锥筒和一个内筒，内筒从兼氧区带孔塔板中心与内筒外径相等的圆孔穿过。本发明能有效降低导流筒高度，降低流化能耗，有利于设备的工业化。
【专利说明】一种污水处理生物反应器
【技术领域】
[0001]本发明属于环保领域，涉及一种污水处理生物反应器，主要用于处理石油化工污水和轻工业污水。
【背景技术】
[0002]随着我国城市规模的发展和工业化程度的不断提高，产生大量难处理的工业和生活污水，污水处理厂面临着严峻的挑战，特别是工业污水处理领域，污水排放量大，水质复杂，毒性大，氨氮、COD比较高。传统的污水处理工艺效率低，流程长，投资和操作费用高。
[0003]好氧生物流化床反应器高径比大，占地面积小，反应器内处于高速内循环状态，污水处理效率高，抗冲击能力强，停留时间短，应用前景广阔。但该技术开发二十多年来，多数仅止步于实验室研究或者污水处理现场中试试验，很少有企业将该工艺进行工业化，其中一个主要的原因就是传统的生物流化床小试和中试流化效果较好，但是工业化时要比中小型试验装置高很多，填料从反应器内的高处流化到底部需要消耗很大能量，因此工业化时风机的能耗会大大增加，即使如此也难以完全使填料进行高速内循环流化，污水处理效果也会受到影响。
[0004]中国专利申请CN2154859公开了一种高效一体化的水处理装置，集射流曝气，载体流化、沉淀池为一体，无任何体外设备，设备简化，减少占地。但该设备导流筒较高，并采用射流曝气，能耗和操作费用高，不易工业化。
[0005]中国专利申请CN1055161公开了一种下段为带有导流筒的流化床，内含活性炭和活性污泥，上段为含纤维软质填料的固定床。该法的优点是连续操作，处理能力大。缺点是纤维软质填料容易断裂，且填料内部生物膜无法脱落更新，需要不断更换新载体。
[0006]中国专利申请CN2760018公开了一种双外循环生物流化床废水处理装置，它包括平行设置并上下连通的主床和副床，通过一个循环水泵的作用使废水在主副床之间进行流化，本实用新型采用序批式运行方式，可交替进行厌氧和好氧过程处理废水，达到良好的处理效果。缺点是该工艺工业化实施困难，空间浪费比较多，废水和填料在两个床之间循环能耗较大。
[0007]中国专利申请CN201068420公开了一种气液混合提升生物流化床反应器，反应器主体设有布水器、生物填料层、微孔曝气环、反应室隔板、回流挡板、生物载体、梯形回流口，本实用新型可适用高效生物处理高氨氮污水，能够实现高效脱氮，同时节约能源。但该反应器结构过于简单，污水处理负荷不高，且上部生物填料层采用的蜂窝型填料容易形成死区，生物膜脱落困难。
【发明内容】
[0008]本发明提供了一种污水处理生物反应器，以克服传统生物处理技术气水比大，能耗高，工业化困难的缺点。采用本发明的反应器能有效降低导流筒的高度，从而有利于工业化推广，适合处理高浓度的炼油和化工污水，也可以处理轻工业污水和城市污水。[0009]本发明提供的污水处理生物反应器包括强流化区、弱流化区、兼氧区和空气释放区四个部分。其中，强流化区位于反应器下部，包括强流化区筒体、气体分布器、导流筒和生物载体，气体分布器安装在强流化区筒体的底部，导流筒位于气体分布器正上方，气体分布器的中心与导流筒的中心轴在一根轴线上，生物载体位于强流化区筒体围成的空间内；弱流化区位于反应器中部，包括弱流化区带孔塔板、生物载体和弱流化区筒体，塔板间保持一定间距，生物载体位于弱流化区筒体与塔板围成的空间内；兼氧区和空气释放区呈同心圆环状设置，兼氧区环绕空气释放区布置，均位于反应器顶部，兼氧区包括兼氧区筒体和兼氧区带孔塔板，兼氧区筒体与弱流化区筒体内外径相同，空气释放区包括一个带孔锥筒和一个内筒，带孔锥筒小端直径与内筒直径相同，并与内筒下部连接，大端与弱流化区带孔塔板连接，带孔锥筒大端外径与弱流化区筒体内径相等，内筒从兼氧区带孔塔板中心与内筒外径相等的圆孔穿过。
[0010]所述的弱流化区筒体包括一段锥筒和一段直筒，锥筒小端通过一个与锥筒小端直径相等的带孔塔板与强流化区上部相连，锥筒大端与直筒下端相连。
[0011]所述的带孔塔板上开有多个柱状孔，柱状孔的排布以塔板中心为圆心，形成多个同心圆，柱状孔内壁有45~75度倾角，倾斜方向与所在同心圆的切线方向一致，倾斜方向可以同为顺时针方向，也可以同为逆时针方向，开孔率为5%~20%。柱状孔的截面为圆形或方形，截面为圆形的柱状孔称为圆形柱状孔，圆形柱状孔的孔径为10~20mm，截面为方形的柱状孔称为方形柱状孔，方形柱状孔的截面边长为8~15mm。带孔塔板厚度为10~30mm,塔板间距离为0.2~2m。
[0012]所述的带孔锥筒上开有多个孔，孔为圆孔或方孔，圆孔直径为10~20mm，方孔的边长为8~15mm，开孔率为10 %~20 %。
[0013]所述的内筒顶端与反应器顶端持平，内筒直径为兼氧区筒体直径的30%~60%。
[0014]所述弱流化区筒体直径为强流化区筒体直径的1.2~2倍。
[0015]所述的强流化区内的生物载体的总体积占强流化区总体积的10%~40%，弱流化区内生物载体体积占弱流化区总体积的10 %~30 %。
[0016]本发明与现有技术相比，具有如下优点:
[0017]1)本发明的反应器设有强流化区、弱流化区、兼氧区和空气释放区等多个流化区，能有效降低导流筒高度，相比传统生物流化床，可以降低导流筒高度50%左右，降低了流化能耗，有利于设备的工业化；同时可以提高反应器高径比20%~30%，节约占地面积20%~35%。载体的分区域流化，减少了各个载体流化路径，有效降低能耗；
[0018]2)反应器内溶解氧呈梯度变化，有利于硝化和反硝化反应在一个反应器内同时进行；
[0019]3)兼氧区不仅可以进行硝化反硝化反应，而且可以将泥水轻度分离，减少了后续设备的负荷；
[0020]4)该设备拆卸方便，维修筒单，智能化操作，节约人工成本。
[0021]为了进一步提高污水处理效果，所述的导流筒下部开有多个柱状孔，每个柱状孔内壁向下倾斜45~75度角，倾斜方向为由导流筒内壁向外壁倾斜，开孔率为5%~20%。柱状孔的截面为圆形或方形，截面为圆形的柱状孔称为圆形柱状孔，圆形柱状孔的孔径为10~20mm，截面为方形的柱状孔称为方形柱状孔，方形柱状孔的截面边长为8~15mm ;导流筒下部开柱状孔，可以增强传质，促进气液两相之间的混合。
[0022]所述的导流筒可有一个或者多个，如果为一个导流筒，则位于强流化区的中心；如果为多个导流筒，则在强流化区内均匀分布，多个导流筒将对应多个气体分布器，导流筒数量与气体分布器数量相同，每个气体分布器的中心与所对应导流筒的中心轴在一条轴线上。
[0023]在系统受到冲击后，反应器容易产生泡沫，为了将泡沫集中处理，所述的空气释放区内筒顶端装有十字交叉的自来水管，自来水管上均匀安装有自来水喷头。
[0024]所述的反应器顶部筒体外缘可以设法兰，以便配置废气密闭处理系统，避免产生二次污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本发明的反应器单导流筒结构示意图；
[0026]图2是弱流化区塔板结构示意图；
[0027]图3是兼氧区塔板结构示意图；
[0028]图4是导流筒开孔轴向剖视示意图；
[0029]图5是空气释放区喷头安装方位图；
[0030]图6是导流筒为4根时反应器强流化区筒体横截面剖视图；
[0031]图7是塔板开孔 轴向剖视示意图。
[0032]图中:1-污水进料口，2-强流化区筒体，3-气体分布器，4-导流筒，5-弱流化区带孔塔板，6-兼氧区带孔塔板，8-带孔锥筒，9-兼氧区筒体，10-顶部法兰，11-弱流化区锥筒，12-塔板上方形柱状孔,13-自来水喷头，14-自来水管，15-弱流化区筒体,16-内筒,17-导流筒上方形柱状孔，18-出水口，19-导流筒内壁，20-导流筒外壁，21-塔板上表面，22-塔板下表面。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0034]如图1所示，本发明的污水处理生物反应器主体从下到上依次设有强流化区，弱流化区，兼氧区，空气释放区，其中，强流化区位于反应器下部，包括强流化区筒体2、气体分布器3、导流筒4和生物载体，气体分布器3安装在强流化区筒体2的底部，导流筒4位于气体分布器3正上方,气体分布器3的中心与导流筒4的中心轴在一根轴线上,生物载体位于强流化区筒体2围成的空间内；弱流化区位于反应器中部，包括弱流化区带孔塔板5、生物载体和弱流化区筒体15，塔板间保持一定间距，生物载体位于弱流化区筒体15与塔板围成的空间内；兼氧区和空气释放区呈同心圆环状设置，兼氧区III环绕空气释放区布置，均位于反应器顶部，兼氧区包括兼氧区筒体9和兼氧区带孔塔板，兼氧区筒体9与弱流化区筒体15内外径相同，空气释放区包括一个带孔锥筒8和一个内筒16，带孔锥筒8小端直径与内筒16直径相同，并与内筒16下部连接，大端与弱流化区带孔塔板5连接，带孔锥筒8大端外径与弱流化区筒体15内径相等，内筒16从兼氧区塔板中心与内筒16外径相等的圆孔(见图3)穿过；
[0035]所述的弱流化区筒体15包括一段锥筒和一段直筒，锥筒小端通过一带孔塔板与强流化区上部相连，锥筒大端与直筒下端相连；
[0036]所述的带孔锥筒8上开有多个方孔，方孔的边长为8~15mm，开孔率为10%~20%，当然带孔锥筒8上也可以开圆孔；
[0037]所述的内筒16顶端与反应器顶端持平，内筒16直径为兼氧区筒体9直径的30%~60% ；
[0038]所述弱流化区筒体15的直径为强流化区筒体2的直径的1.2~2倍。
[0039]如图2~4及图7所示，所述的带孔塔板上开有多个方形柱状孔，柱状孔的截面边长为8~15mm,柱状孔的排布以塔板中心为圆心,形成多个同心圆，柱状孔内壁有45~75度倾角，倾角为b，倾斜方向与所在同心圆的切线方向一致，倾斜方向可以同为顺时针方向，也可以同为逆时针方向，开孔率为5%~20%，图7给出了塔板上方形柱状孔12相对于塔板上表面21、塔板下表面22的倾斜方向示意图。带孔塔板厚度为10~30mm，塔板间距离为0.2~2m ;所述的导流筒下部开有多个方形柱状孔，柱状孔的截面边长为8~15_，每个柱状孔内壁向下倾斜45~75度角，倾角为a，倾斜方向为由导流筒内壁19向导流筒外壁20倾斜，开孔率为5%~20%。上述柱状孔也可以为圆形柱状孔。
[0040]如图5所示，本发明的反应器在空气释放区的内筒上安装有自来水管14及自来水喷头13，自来水管14呈十字交叉状，自来水喷头13均匀分布其上。
[0041]图6是导流筒为4根时反应器强流化区筒体横截面剖视图，由图可见，导流筒4呈均匀分布，每个导流筒4对应一个气体分布器3。
[0042]进行污水处`理时，如图1所示，污水由污水进料口 I进入反应器，空气由气体分布器3输入，强流化区内的生物载`体的总体积占强流化区总体积的10%~40%，设备正常运行时，此区域空气流速比较高，溶解氧充足，生物载体均匀流化分布，载体上生物膜和活性污泥上的细菌与有机物充分接触，快速进行生化降解反应。导流筒4下部开的导流筒上方形柱状孔17能够促进气液两相的充分混合。污水进一步上行进入弱流化区，弱流化区内生物载体体积占弱流化区总体积的10%~30%，此区域直径变大，设备运行时气液固三相流速较强流化区降低，好氧生化反应效率有所降低，通过弱流化区带孔塔板5的作用将气体重新均匀分布，以保证溶解氧分配均匀，避免产生死区，气液固三相呈全混合流化状态。污水离开弱流化区上行，通过带孔锥筒8进入反应器顶部的兼氧区，此区域不含生物载体，设备运行时溶解氧较低，流化状态呈自流形式，好氧菌、兼阳菌与厌氧菌共同作用，虽然反应效率较低，但可以进行反硝化反应，同时可促进泥水分离。经处理的污水由兼氧区顶部的出水口 18排出，顶部法兰10可以用来连接废气密闭处理系统，避免产生二次污染。兼氧区的中心部位为空气释放区，该区域可以释放掉多余的空气，另外在出现意外情况时产生的泡沫由自来水喷头13集中处理。
【权利要求】
1.一种污水处理生物反应器，包括强流化区、弱流化区、兼氧区和空气释放区四个部分，其特征在于:强流化区位于反应器下部，包括强流化区筒体、气体分布器、导流筒和生物载体，气体分布器安装在强流化区筒体的底部，导流筒位于气体分布器正上方，气体分布器的中心与导流筒的中心轴在一根轴线上，生物载体位于强流化区筒体围成的空间内；弱流化区位于反应器中部，包括弱流化区带孔塔板、生物载体和弱流化区筒体，塔板间保持一定间距，生物载体位于弱流化区筒体与塔板围成的空间内；兼氧区和空气释放区呈同心圆环状设置，兼氧区环绕空气释放区布置，均位于反应器顶部，兼氧区包括兼氧区筒体和兼氧区带孔塔板，兼氧区筒体与弱流化区筒体内外径相同；空气释放区包括一个带孔锥筒和一个内筒，带孔锥筒小端直径与内筒直径相同，并与内筒下部连接，大端与弱流化区带孔塔板连接，带孔锥筒大端外径与弱流化区筒体内径相等，内筒从兼氧区带孔塔板中心与内筒外径相等的圆孔穿过。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述的弱流化区筒体包括一段锥筒和一段直筒，锥筒小端通过一个与锥筒小端直径相等的带孔塔板与强流化区上部相连，锥筒大端与直筒下端相连。
3.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述的带孔塔板上开有多个柱状孔，柱状孔的排布以塔板中心为圆心，形成多个同心圆，柱状孔内壁有45~75度倾角，倾斜方向与所在同心圆的切线方向一致，倾斜方向同为顺时针方向或同为逆时针方向，开孔率为5%~20% ;柱状孔的截面为圆形或方形，圆形柱状孔的孔径为10~20mm,方形柱状孔的截面边长为8~15mm ;带孔塔板厚度为10~30mm,塔板间距离为0.2~2m。
4.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述的带孔锥筒上开有多个孔，孔为圆孔或方孔，圆孔直径为10~20mm,方孔的边长为8~15mm,开孔率为10%~20%。
5.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述的内筒顶端与反应器顶端持平，内筒直径为兼氧区筒体直径的30%~60%。
6.根据权利要求1或2所述的反应`器，其特征在于，所述弱流化区筒体直径为强流化区筒体直径的1.2~2倍。
7.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述的强流化区内的生物载体的总体积占强流化区总体积的10 %~40 %，弱流化区内生物载体体积占弱流化区总体积的10%~30%。
8.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述的导流筒下部开有多个柱状孔，每个柱状孔内壁向下倾斜45~75度角，倾斜方向为由导流筒内壁向外壁倾斜，开孔率为5%~20% ;柱状孔截面为圆形或方形，圆形柱状孔的孔径为10~20mm,方形柱状孔的截面边长为8~15mm。
9.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述的导流筒为一个或者多个，每个导流筒对应一个气体分布器，气体分布器的中心与所对应导流筒的中心轴在一条轴线上。
10.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述的空气释放区内筒顶端装有十字交叉的自来水管，自来水管上均匀安装有自来水喷头。
11.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述的反应器顶部筒体外缘安装有法兰。
12.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述的带孔锥筒上开有多个孔，孔为圆孔或方孔，圆孔直径为10~20mm,方孔的边长为8~15mm,开孔率为10%~20%。
13.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述的导流筒下部开有多个柱状孔，每个柱状孔内壁向下倾斜45~75度角，倾斜方向为由导流筒内壁向外壁倾斜，开孔率为.5%~20%;柱状孔截面为圆形或方形，圆形柱状孔的孔径为10~20mm,方形柱状孔的截面边长为8~15mm。
14.根据权利要求13所述的反应器，其特征在于，所述的导流筒为一个或者多个，每个导流筒对应一个气体分布器，气体分布器的中心与所对应导流筒的中心轴在一条轴线上。
15.根据权利要求14所述的反应器，其特征在于，所述的带孔锥筒上开有多个孔，孔为圆孔或方孔，圆孔直径为10~20mm,方孔的边长为8~15mm,开孔率为10%~20%。
16.根据权利要求15所述的反应器，其特征在于，所述的空气释放区内筒顶端装有十字交叉的自来水管，自来水管上均匀安装有自来水喷头。
17.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述的内筒顶端与反应器顶端持平，内筒直径为兼氧区筒体直径的30%~60% ;弱流化区筒体直径为强流化区筒体直径的.1.2~2倍；强流化区内的生物载体的总体积占强流化区总体积的10%~40%，弱流化区内生物载体体积占弱 流化区总体积的10 %~30 %。
【文档编号】C02F3/30GK103663690SQ201210344170
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月10日 优先权日:2012年9月10日
【发明者】王贵宾, 刘献玲, 张建成, 何庆生, 曹玉红, 田小峰, 范景福 申请人:中国石油化工集团公司, 中石化洛阳工程有限公司