专利名称：串联气提式内循环反应器工艺方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种污水生物处理工艺方法及装置，用以处理含有机污染物及氨氮的污水。
背景技术：
气提式内循环反应器(Air-Lift Loop Bioreactor)，简称ALBR，是一种新型、高效的污水生物处理装置。用其处理污水，具有工艺构造与形式简单、占地面积小、传质传氧性能强、污泥浓度高、活性好、处理效率高、运行方式灵活多变等独特优点。通过控制不同的运行条件可以在一个反应器内去除普通有机污染物和氨氮(硝化过程)等生化反应过程，处理效率较高，适用于处理用地紧张，而水质水量变化大的小区污水和连续排放的工业废水。正是由于以上优势，气提式内循环反应器在国内外发展十分迅速，是目前国际上广泛推广的高效污水处理工艺，也是用地紧张小区和工业企业优选工艺。目前，国外环保公司已成功的将具有革新性的气提式内循环反应器应用于各种污水的处理上，并申请了相关专利。在国内，应用气提式内循环反应器工艺的各种污水处理厂近百座。
传统气提式内循环反应器工艺的运行步骤及装置示意图见图1所示。工艺原理为向气提式内循环反应器内投加一定量的细小惰性载体或直接使用活性污泥，底部曝气造成升流管1与降流管2之间出现一定的气含率密度差，从而推动液体与污泥或含载体的污泥在升流管1与降流管2之间循环流动，大多数污泥或含载体的污泥处于循环状态，少数污泥或含载体的污泥较悬浮污泥和水重，故向下沉降返回降流管2继续参与循环流动，出水和悬浮污泥从溢流堰流出。
传统连续流气提式内循环反应器工艺的运行步骤如下(1)原污水通过水泵17连续不断地进入气提式内循环反应器进行曝气充氧，污水在反应器内进行循环流动，污水中的有机物和氨氮与反应器内各种高效的优势菌群进行充分接触并得到有效的降解；
(2)分离区的三相分离器5将气-液-固三相分离，其中气体通过反应器上顶部出口排出、液体通过溢流堰7流出反应器、固体(污泥或含载体的污泥)被截留后返回反应器继续进行生化反应。
如图1所示，传统的气提式内循环反应器工艺为独立式反应器。有机物的降解、硝化反应都集中在升流管1和降流管2内进行。在曝气充氧阶段，压缩空气经气体传输管路13，由气体流量计14进行控制，最后由曝气装置12将气体送入反应器内。同时，反应器底部还设有排泥口8；侧部设有进水口9、排水口10和出水口11。有机物降解与氨氮硝化由两类完全不同的微生物种群来完成，分别是好氧异养菌和自养型硝化菌。在传统的气提式内循环反应器工艺中，这两类微生物同处于一个反应器中。当原水中有机物浓度较高时，异养菌繁殖迅速，剩余污泥量加大，污泥龄缩短，从而强烈的抑制了硝化菌的生长和繁殖，使得活性污泥中的硝化菌比例下降。同时，在有限的反应时间内，只有当有机污染物浓度降到较低的水平时，硝化菌才能在与异养菌的竞争中占据优势，硝化反应才能快速进行。此外，如果反应时间控制不当，往往会造成硝化反应时间不足，造成出水氨氮浓度不达标。因此，传统气提式内循环反应器工艺尽管比传统活性污泥法具有一定优势，但是处理难降解有机物和高浓度氨氮的污水时，无法控制异养菌与硝化菌同时处于最佳的生存环境这对主要矛盾。控制不当就会影响出水水质，降低处理效率。
如能将传统气提式内循环反应器结构进行合理的优化设计，人为地将两种竞争性菌群在气提式内循环反应器中进行分离，不但能够达到较高的有机物和氨氮去除效率，而且能够缓解用地紧张的实际工程问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够同时有效去除污水中有机物和氨氮的串联气提式内循环反应器工艺方法及装置，能够为异养菌群和硝化菌群的生长提供各自最适的环境条件，从而显著提高有机物降解速率和硝化反应速率，在保证出水水质的前提下，大幅度提高处理效率，节省运行费用，以解决有机物与氨氮浓度较高这对污水处理中的主要矛盾。将传统气提式内循环反应器的结构进行合理优化设计还能够缓解用地紧张的实际工程问题。
本发明的核心技术方案是在原有传统气提式内循环反应器的基础上，在其上部再设置一段气提式内循环反应器，该工艺装置是由分别命名为上气提式内循环反应器和下气提式内循环反应器的两段装置构成。
两个反应器上下串联排列，每个反应器内部结构与传统气提式内循环反应器一致，均由升流管1、降流管2、沉淀区3和底部4构成。每个反应器都有各自独立的三相分离器5。
上、下两段气提式内循环反应器都设有气体输送装置。在曝气充氧阶段，压缩空气由空气压缩机15提供，经气体输送管路13，由气体流量计14进行控制，最后由曝气装置12将气体送入反应器内。上、下两个反应器内均放置采集氧化还原电位(ORP)并连接于测控仪22的ORP探头18、测定溶解氧浓度(DO)并连接于测控仪23的DO探头19、测定pH并连接于测控仪24的pH探头20和测定水温并连接于测控仪25的温度探头21，这四种传感器的取值分别作为串联气提式内循环反应器工艺运行过程的控制参数。
在下气提式内循环反应器的一侧设有液体输送装置，污水由泵17经过液体输送管路16，经过进水口9传送到反应器内；底部设有排泥口8；两侧设有进水口9和排水口10，其中进水口9设在反应器下部。
在上气提式内循环反应器中的三相分离器5上部设有一溢流堰7；三相分离器5分离后的气体被汇集到反应器顶部的排气装置6中，出水经溢流堰7排出；两侧设有排水口10和出水口11，其中出水口11设在溢流堰7下。
串联气提式内循环反应器去除污水中难降解有机物和实现硝化反应的运行步骤为(1)原污水经水泵17对下气提式内循环反应器进行曝气充氧，控制气水比以保证该段反应器内的溶解氧浓度(DO)高于1mg/L。若单纯使用活性污泥，则应保证该段反应器内的污泥浓度在4g/L以上；若向该段反应器内投加载体，载体体积占反应器的体积应控制在20％～50％。反应器内的污泥或含有载体的污泥由于升流管1和降流管2之间的气含率之差而进行循环运动，此阶段载体上的微生物或活性污泥中的优势菌群主要为降解有机物的好氧异养菌。该段反应器内的化学需氧量(COD)设计负荷可控制在3～15kg COD/kgMLVSS·d。原污水的pH应保证在5～9之间。反应过程中对下气提式内循环反应器中的pH、溶解氧浓度(DO)、氧化还原电位(ORP)和水温进行实时监控，及时了解反应器内的运行状况。
(2)经过下气提式内循环反应器处理后的污水通过该段的三相分离器5后，进入上气提式内循环反应器；而气体则从整体反应器顶部的排气装置6释放；污泥或含载体的污泥重新回到下气提式内循环反应器，继续进行循环反应。
(3)进入上气提式内循环反应器的污水继续进行充氧曝气，控制气水比以保证该段反应器内的溶解氧浓度(DO)高于1mg/L。若单纯使用活性污泥，则应保证该段反应器内的污泥浓度在3g/L以上；若向该段反应器内投加载体，其占该段反应器的体积应控制在20％～50％。该段反应器内的污泥或含载体的污泥由于升流管1和降流管2之间的气含率之差而进行循环运动，此阶段载体上的微生物或活性污泥中的优势菌群主要为硝化菌。该段反应器内的氨氮设计负荷可控制在1～5kg NH4-N/kg MLVSS·d。反应过程中对上气提式内循环反应器中的pH、溶解氧浓度(DO)、氧化还原电位(ORP)和水温进行实时监控，及时了解反应器内的运行状况。
(4)上气提式内循环反应器处理后的污水经该段反应器上部的三相分离器5分离后，气体从反应器顶部的排气装置6释放；污泥或含载体的污泥重新回到上气提式内循环反应器继续进行硝化反应；出水则通过溢流堰7排出整个反应器。
上述进入上气提式内循环反应器中的污水中含有少量有机物及大量氨氮，通过曝气充氧，主要进行硝化反应，同时剩余的有机物也能被进一步降解。
本发明可广泛应用于含高浓度氨氮和难降解有机污染物的污水的处理，有机污染物的去除率、硝化反应速率、总的处理效率较传统活性污泥法和传统的气提式内循环反应器有显著提高，系统可长期稳定运行。
图1是传统气提式内循环反应器工艺方法的装置示意图；
图2串联气提式内循环反应器工艺方法的专用装置结构示意图。
图中1-升流管 2-降流管 3-沉淀区 4-底部 5-三相分离器 6-气体释放装置 7-溢流堰 8-排泥管 9-进水管 10-排水管 11-出水管 12-曝气装置 13-气体输送管路 14-气体流量计 15-空气压缩机 16-污水输送管路 17-水泵 18-ORP探头 19-DO探头 20-pH探头 21-温度探头 22-ORP测控仪 23-DO测定仪 24-pH测控仪 25-温度测控仪具体实施方式
下面结合附图1、2对本发明的具体实施方式
作进一步的详细描述。
串联气提式内循环反应器工艺由两个串连的气提式内循环反应器组成，分别命名为上气提式内循环反应器和下气提式内循环反应器。两段反应器由法兰盘连通。
串联气提式内循环反应器具体实施方式
如下(1)原污水经水泵17进入下气提式内循环反应器中进行曝气充氧，由压缩空气管路13输送压缩空气，空气流量计14控制气体流量，曝气装置12向反应器内均匀供氧；由DO探头19和DO测控仪23检测反应过程中溶解氧浓度变化；温度探头21和温控仪25测定反应器内水温变化。此阶段溶解氧浓度控制在1mg/L以上，pH控制在5～9之间。经过下气提式内循环反应器处理后，90％以上的有机污染物被好氧异养菌降解，剩余污水中含有少量有机物和大量氨氮。
(2)由下气提式内循环反应器处理后的污水经该段的三相分离器5后，进入上气提式内循环反应器；而气体则从整个串联反应器顶部的排气装置6释放；污泥或含载体的污泥重新回到下气提式内循环反应器继续参与循环反应。
(3)进入上气提式内循环反应器的污水继续进行充氧曝气，由空气输送管路13输送空气，空气流量计14控制气体流量，曝气装置12向反应器内均匀供氧；由DO探头19和DO测控仪23检测反应过程中溶解氧浓度变化；温度探头21和温控仪25测定反应器内水温变化，此阶段溶解氧浓度控制在1mg/L以上。经过下气提式内循环反应器处理后剩余的5％～10％的有机物在上气提式内循环反应器中又得到了进一步的去除。因此，经串联气提式内循环反应器处理后，出水COD能够达到排放要求。更重要的是，95％以上的氨氮在上气提式内循环反应器中被硝化菌利用而得以去除。
(4)经过上气提式内循环反应器处理后的污水通过该段上部的三相分离器5后，气体从反应器上顶部的排气装置6释放；污泥或含载体的污泥又回到该段反应器继续进行硝化反应；出水则经溢流堰7排出整个反应器。
本发明适用的污水类型为工业废水和生活污水。处理工业废水进、出水水质状况如下进水COD 2000～20000mg/L，BOD51000～10000mg/L，氨氮50-300mg/L，TN 100～500mg/L，pH 5～9；经过高效反应器处理后的出水可达到COD＜100mg/L，BOD5＜50mg/L，氨氮＜5mg/L，TN＜10mg/L，pH 6～8。处理工业废水的过程中，COD负荷最高可达到15kg COD/kg MLVSS·d，氨氮负荷最高可达到5kg NH4-N/kg MLVSS·d。对生活污水来说，进水水质为COD200～400mg/L，BOD5100～300mg/L，氨氮50-100mg/L，TN 100～200mg/L，pH 6～8；经过高效反应器处理后的出水可达到COD＜10mg/L，BOD5＜5mg/L，氨氮＜2mg/L，TN＜5mg/L，pH 6～8。处理生活污水的过程中，COD负荷最高可达到7kgCOD/kg MLVSS·d，氨氮负荷最高可达到3kg氨氮/kgMLVSS·d。
采用串联气提式内循环反应器工艺处理高浓度难降解有机污染物和氨氮的污水，稳定运行后COD去除率达到95％以上，30℃时的平均比硝化反应速率达到0.70kg NH4+-N/(kg MLSS·d)，出水基本检测不出氨氮，出水水质完全达到国家一级排放标准。COD去除率、硝化反应速率、处理效率较传统活性污泥法和传统气提式内循环反应器工艺有显著提高。
权利要求
1.一种串联气提式内循环反应器，其特征在于，该反应器在原有传统气提式内循环反应器的基础上，在其上部再设置一段气提式内循环反应器两段装置构成，分别命名为上气提式内循环反应器和下气提式内循环反应器；两个反应器上下串联排列，每个反应器内部结构与传统气提式内循环反应器一致，均包括升流管(1)、降流管(2)、沉淀区(3)和底部(4)；每个反应器都有各自独立的三相分离器(5)；上、下两段气提式内循环反应器都设有现有的气体输送装置；在曝气充氧阶段，压缩空气由空气压缩机(15)提供，经气体输送管路(13)，由气体流量计(14)进行控制，最后由曝气装置(12)将气体送入反应器内；上、下两个反应器内均放置采集氧化还原电位ORP并连接于测控仪(22)的ORP探头(18)、测定溶解氧浓度DO并连接于测控仪(23)的DO探头(19)、测定pH并连接于测控仪(24)的pH探头(20)和测定水温并连接于测控仪(25)的温度探头(21)；在下气提式内循环反应器的一侧设有液体输送装置，污水由泵(17)经过液体输送管路(16)，经过进水口(9)传送到反应器内；底部设有排泥口(8)；两侧设有进水口(9)和排水口(10)，其中进水口(9)设在反应器下部；在上气提式内循环反应器中的三相分离器(5)上部设有一溢流堰(7)；三相分离器(5)分离后的气体被汇集到整体反应器顶部的排气装置(6)后排出，出水经溢流堰(7)排出；两侧设有排水口(10)和出水口(11)，其中出水口(11)设在溢流堰(7)下。
2.根据权利要求1所述的串联气提式内循环反应器工艺方法，其特征在于，包括以下步骤1).原污水经水泵(17)对下气提式内循环反应器进行曝气充氧，控制气水比以保证该段反应器内的溶解氧浓度DO高于1mg/L；若单纯使用活性污泥，则应保证该段反应器内的污泥浓度在4g/L以上；若向该段反应器内投加含载体的污泥，体积占反应器的体积应控制在20％～50％；该段反应器内的化学需氧量COD设计负荷控制在3～15kgCOD/kg MLVSS·d；原污水的pH在5～9之间；反应过程中对下气提式内循环反应器中的pH、溶解氧浓度DO、氧化还原电位(ORP)和水温进行实时监控；2).经过下气提式内循环反应器处理后的污水通过该段的三相分离器(5)后，进入上气提式内循环反应器；而气体则从整体反应器顶部的排气装置(6)释放；污泥或含载体的污泥重新回到下气提式内循环反应器，继续进行循环反应；3).进入上气提式内循环反应器的污水继续进行充氧曝气，控制气水比以保证该段反应器内的溶解氧浓度DO高于1mg/L；若单纯使用活性污泥，则应保证该段反应器内的污泥浓度在3g/L以上；若向该段反应器内投加含载体的污泥，其占该段反应器的体积控制在20％50％；该段反应器内的氨氮设计负荷控制在1～5kg NH4-N/kgMLVSS·d；反应过程中对上气提式内循环反应器中的pH、溶解氧浓度DO、氧化还原电位ORP和水温进行实时监控；4).上气提式内循环反应器处理后的污水经该段反应器上部的三相分离器(5)分离后，气体从反应器顶部的排气装置(6)释放；污泥或含载体的污泥重新回到上气提式内循环反应器继续进行硝化反应；出水则通过溢流堰(7)排出整个反应器。
全文摘要
本发明属污水生物处理领域。传统工艺处理污水无法同时控制异养菌与硝化菌处最佳环境。本发明由两个气提式内循环反应器上下串联，反应器内部结构与传统一致，有气体输送装置，ORP探头(18)、DO探头(19)、pH探头(20)和的温度探头(21)；在下段反应器一侧设液体输送装置，污水由泵(17)经液体输送管路(16)，经进水口(9)传送到反应器内，底部设有排泥口(8)，两侧设进水口(9)和排水口(10)；在上段反应器中的三相分离器(5)上部设溢流堰(7)，分离后气体由顶部排气装置(6)排出，出水经溢流堰(7)排出，两侧设排水口(10)和出水口(11)。本发明为异养和硝化菌群提供各自最适环境，提高有机物降解和硝化反应速率，节省费用。
文档编号C02F3/12GK1772652SQ20051011267
公开日2006年5月17日 申请日期2005年10月14日 优先权日2005年10月14日
发明者纪树兰, 任海燕, 崔成武 申请人:北京工业大学