专利名称：一种三相内循环生化反应装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具有好氧/缺氧/厌氧三段反应区的新型三相内循环生 化反应装置，该装置可以用于工业废水和生活污水的处理过程，主要用于含氨 氮废水的处理。
背景技术：
随着人类环保意识的增强，工业污水和生活污水的处理受到越来越多的关 注，废水处理的工艺也日新月异，但是传统的生化处理方法依然是最重要的污 水处理技术之一。生物流化床处理有机物废水的研究首先是由美国环保署在1970 1973年提出的，后因容易发生堵塞而中断。以后，Jeris成功地把厌氧流 化床推广到去除废水中BOD (污水生化需氧量)和氨氮的硝化处理。美国 Ecolotrol公司于1975年首次获得生物流化床处理废水的专利，应用于废水的二、 三级处理。其后，美国DorrOliver公司在流化床的实用性方面做了许多研究， 尤其是在充氧装置与进水分布系统上取得了很大进展，开发了 Oxitron流化床反 应器(G Hoytand. Aerobic Treatment in 'Oxitron' Biological FIuidized Bed. Plant at Coleshill. War. Pollut. Control, 1983, 82(4): 47 )。英国水研究中心和美国水研究中 心又分别对充氧方式进行了改进，并成功地用于厌氧一好氧两段流化床对废水 进行全面的二级处理。日本在70年代中期开始对生物流化床进行研究，80年代 初开展了大量的研究，有代表性的是栗田公司和三菱公司的工作，其研究主要 着眼于中小型工厂的废水处理。我国在生物流化床方面的研究起步较晚。1978 年，兰州石化公司研究院环保所开始进行纯氧曝气生物流化床处理石油化工废 水的研究工作，先后进行了石油化工综合废水、丁烯氧化废水、甲醇废水和油漆废水处理的研究。除兰化研究院外，国内主要研究的是空气曝气流化床。1980 年成都市政设计院、北京环保所、哈尔滨工业大学、武汉给排水设计院等单位 根据国家建委城建局下达的研究生物流化床的任务，以城市污水为对象进行了比较广泛的探索和研究，推出了以兼气床为主的流化床工艺。1984年，抚顺石油研究所与石油六厂合作，采用射流曝气三相流化床处理炼油废水。近年来， 国内三相生物流化床研究发展较快，内外循环三相生物流化床、磁场生物流化 床以及其它复合式流化床研究较多(刘刚，徐高田，裴勇.内循环三相生物流化床处理废水研究进展.化学工程师，2004， 12)。 CN200510012015.0提出了一种用于城镇生活和工业废水处理的过滤式高效分离循环三相流化床的装置。它指 出内循环三相流化床反应器在处理有机物等污染物方面的效率虽然令人满意， 但是，由于流化床反应器一般采用高径比大于1的塔式结构，顶部能够用于固 液分离的空间相对较小，因此其出水的悬浮物浓度一般无法达到国家的一级排 放标准。为了解决这个问题，不得不增加后续工艺或设置独立的固液分离装置。 因此在原有三相流化床基础上增加了一种高效的固液分离方式一过滤，使得系 统在不增加新装置的基础上，保证出水悬浮物浓度满足排放标准。CN02112275.X 也是将流化床反应器与液固分离装置结合，进行污水处理。流化床反应器由导 流板分隔为混和区、静止区和循环通道，反应器外设液固分离设施。 CN00264199.2提出一种高效能内循环活性污泥厌氧流化床污泥处理装置，该装 置的上流式活性污泥床的塔体内设有一倒漏斗式内循环器，该内循环器的底部 周边与塔体内壁连接，所设的内循环器将塔体内腔自下而上分隔成分解区、 第一反应区、第二反应区；塔体顶部设有一可将被处理水以持续间隔方式输入 塔内的间歇式进水器。本装置用于小区生活污水处理时，不需要配备调节池， 塔本身的高、低负荷区可接受很大的水质变化冲击，并在此中完成水解、酸化 过程。该反应器不能实现好氧-厌氧处理工艺方法。CN200610012070.4提供一种 折流板反应器。反应器包括长方体及曝气装置、分隔挡板、导流挡板， 一端有 进水口，另一端设置出水口，在长方体沿水流方向上设置有若干垂直的分隔挡板和导流挡板；实现反应器在沿水流方向上有曝气装置的好氧单元和无曝气装 置的厌氧单元的反复出现。该反应器结构复杂，占地面积大，出水沉淀效果不 理想。上述三相内循环生化反应装置或多或少都存在一些问题，譬如有的装置 固液分离不彻底，有的装置没有好氧反应区等等。发明内容针对现有技术的不足，本实用新型提供出一种具有好氧/厌氧/沉淀三段反应 区的新三相内循环生化反应装置。本实用新型三相内循环生化反应装置包括好氧区、厌氧区和沉淀区三段， 整个反应装置的三段为柱形套筒结构，套筒结构的里层为好氧区，套筒结构的 中间层为厌氧区，套筒结构的外层为沉淀区，好氧区底部设置进气分布器和进 水分布器，好氧区下部与厌氧区有环形通道相互连通，好氧区筒壁顶部高度低 于厌氧区外筒壁，厌氧区外筒壁中部设置环隙通道与沉淀区相互连通，沉淀区 上部设置出水口。本实用新型三相内循环生化反应装置中，柱形套筒结构可以是圆柱形套筒 结构、方柱形套筒结构或其它任何柱形套筒结构。好氧区顶部和底部分别设置 成正置和倒置的漏斗形结构，中间为柱形结构。厌氧区与好氧区底部倒置漏斗 形结构的下沿处有一缝隙供在厌氧区沉淀的活性污泥从漏斗形结构的斜坡滑落 到好氧区区，同时保持水相的连通。在好氧区倒置漏斗形结构的下面设置空气 分布器和进水分布器。空气和进水从分布器进入到反应器之后，在好氧区向上 流动，同时进行好氧微生物反应。好氧区上部正置漏斗结构具有两个功能，一 是扩大好氧区截面积，使气液流速降低，便于活性污泥沉降，达到截留大部分 活性污泥的作用；二是提供一个沉降的活性污泥重新滑落到好氧区的滑道。好 氧区正置漏斗结构沉降区中间优选设置一个套筒结构，阻止气泡从漏斗的中央 向边缘扩散，有利于边缘活性污泥的沉降。好氧区正置漏斗结构上沿和厌氧区 由一缝隙相连通，从反应器底部连续流进的废水经过好氧处理后，在正置漏斗结构的顶部边缘稍作沉降后经过缝隙流入到厌氧区。厌氧区可以靠水流的带动 在其内部形成一个微循环，以增强体系中活性污泥和水相之间的接触。在厌氧 区内可以设置填料，对活性污泥进行吸附固定，以提高厌氧处理的效率，也可 以采取其它所有能够增加活性污泥和水相之间相互接触的方法提高厌氧处理效 率。厌氧区下部优选为正置漏斗结构与厌氧区上部柱形结构相连。厌氧区下部 的正置漏斗结构下沿与反应装置底部连接。厌氧区下部正置漏斗结构的另一功 能是作为厌氧区沉降污泥的滑道使之滑回到好氧区，实现活性污泥在好氧区和 厌氧区的循环。在厌氧区外筒壁的中间段设置开口与沉淀区相通，开口结构优 选为内外套筒环隙结构，外筒为厌氧区外筒壁，内筒为外加的筒形结构，环隙 结构下口在厌氧区，环隙结构上口在沉淀区。厌氧区的厌氧作用主要进行难降 解有机物的水解和亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的反硝化，通常需要外加碳源，这种 外加碳源可以是配制的有机物溶液，如甲醇溶液，也可以是含COD的工业废水 或生活污水。沉淀区具有悬浮物沉降功能，沉降的悬浮物经过沉淀区底部的污 泥排放口排放到反应装置外，处理出水从沉淀区上部出水口排出。本实用新型反应装置可以用于各种污水的微生物处理过程，最适宜用于含 氨氮废水的微生物处理过程。本实用新型三相内循环生化反应装置将好氧、厌氧、沉淀过程有机结合到 一个装置中，好氧区和厌氧区各设置有污泥截留装置，便于污泥回流，使得进 入沉淀区的悬浮物极少，再经过沉降池的沉淀作用，有利于悬浮物的去除。该 装置具有结构简单、占地面积小、可操作性好等优点，可以用于各种污水的处 理过程，应用于生活污水或工业污水中难降解有机物和总氮的去除效果良好。
图1是本实用新型三相内循环生化反应装置结构示意图。图2是本实用新型一种实验室规模的具体结构尺寸的反应装置。图3是本实用新型一种适于中型试验或小规模工业应用的具体结构尺寸的 反应装置。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型三相内循环生化反应装置的结构和功能。如图i所示，i区、n区和m区分别为好氧区，厌氧区和沉淀区。整个反 应装置的3个区可以是圆柱形套筒结构，也可以是四方柱套筒或其它任何柱形套筒结构。i区顶部和底部分别设置成正置漏斗形结构2和倒置的漏斗形结构3与中间的塔体4相连。n区与i区在倒置漏斗3的下沿i处有一缝隙供在n区 沉淀的活性污泥从漏斗的斜坡滑落到i区，同时保持水相的连通。在i区倒置漏斗的下面设有空气分布器6和进水分布器5。空气和进水从分布器进入到反应 器之后，向塔体上面流动，中间塔体4范围之外的进水和空气在向上流动过程 中与倒置漏斗3发生碰撞，形成湍流，直接被挤进中间反应塔体4，增强了I区 的传质和溶解氧浓度。空气，水夹带着活性污泥继续向上运行，运行过程中， 进水中的COD和氨氮浓度不断的被稀释，氨氮很快的被活性污泥中的硝化菌氧 化生成N02-N和N03-N， COD也被活性污泥中的异养菌分解利用，除了少量难 降解有机物。小气泡在运行过程中逐渐合并形成大气泡，从I区正置漏斗2的 中央逸出排放。正置漏斗2结构有两个功能， 一是改变I区中间反应塔体的直 径(即扩大截面积)，使得在塔体正置漏斗的顶部边缘形成一个相对静止的区域， 供活性污泥沉降，以达到截留一部分活性污泥的作用；二是提供一个沉降的活 性污泥重新滑落到I区中间塔体4的滑道。正置漏斗2沉降区的较优化的设计 还可以在漏斗中央加一个套筒结构13，套筒为两端开口结构，套筒可以阻止气 泡从漏斗的中央向边缘扩散，有利于边缘活性污泥的沉降。I区和II区在正向 漏斗的上沿也有一缝隙7相连，从反应器底部连续流进的废水经过好氧处理后， 在正向漏斗的顶部边缘稍作沉降后经过缝隙7流入到II区。二区属于厌氧区，可以仅靠水流的带动在其区间形成一个如图in区中箭头所示的微循环，以增强体系中活性污泥和水相之间的接触，也可以在II区中加满填料，对活性污泥进 行吸附固定，以提高厌氧处理的效率，还可以采取其它所有能够增加活性污泥 和水相之间相互接触的方法提高厌氧处理效率。II区下部也是一个正置漏斗结构8与上部柱形结构9相连。ii区下部正置漏斗结构8下沿与i区和m区的底 部相连，使得i区、n区和m区共用一个底，但是n区下部正置漏斗结构s把 i区-n区和m区在底部隔开，形成各自独立的体系。n区下部正置漏斗结构8 的另一功能是作为n区沉降污泥的滑道使之滑回到i区，实现活性污泥在好氧 和厌氧区的循环。在n区外壁的中间段有一开口 io (即环隙通道结构)与ni区 相通，开口 io为一内外套筒结构，外筒即n区外壁，内筒i2则为外加的筒形 结构，其上部为一正置漏斗结构ii的下沿与之相连，开口 io的正置漏斗结构 ii上沿则与n区外壁开口处的顶部相连，使内筒和n区外壁之间形成一个相对 静止的连通n区和in区的上下方向的通道，活性污泥的悬浮液经过该通道进入 in区之前先经过沉降，回收污泥，滑落回到i区，而经过出口 io进入到ni区的 水流变得相对澄清。n区的厌氧作用主要进行难降解有机物的水解和亚硝酸盐 氮和硝酸盐氮的反硝化，要使好氧区形成的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮全部反硝化， 通常还需要外加碳源，这种外加碳源可以是配制的有机物溶液，如甲醇溶液， 也可以是含cod的工业废水或生活污水。m区属于沉淀区，从n区经出口 io 流入的水流中含有少量的悬浮物，并不能达到排放标准，因此还需进行沉降， 去除悬浮物，沉降的悬浮物经过m区底部的污泥排口排放到反应装置外，而处 理后达标的废水则从m区顶部的出水管中排放到大自然中。 实施例i实验室规模的反应器结构参数及运行结果按图2所示尺寸(单位mm)建立一套新型三相内循环生化反应装置，其好 氧区，厌氧区和沉淀区体积分别为80L， 50L和70L。连续运行时，三个区段 的停留时间之比为8: 5: 7。接种经过硝化菌富集的某污水处理厂的活性污泥， 处理中国专利200710010383.0中提供的自配废水，氨氮浓度300mg/L。好氧区 水停留时间为8h，通气搅拌，DO>2.0 mg/L，经过1个星期适应后，COD去除率99%，氨氮去除率99%。稳定1个月后，往厌氧区按2 kg/L的速率流加甲 醇，稳定一段时间后，氨氮去除率99%，总氮去除率95%。
实施例2适于中型试验或小规模工业应用的反应器结构参数及结构及运 行结果
按图3所示尺寸(单位mm)建立一套新型三相内循环生化反应装置，其好 氧区，厌氧区和沉淀区体积分别为8m3， 5r^和7m3。连续运行时，三个区段的 停留时间之比为8: 5: 7。接种经过硝化菌富集的某污水处理厂的活性污泥，处 理含氨氮废水NH3-N (氨氮)318mg/L, N02-N (亚硝酸盐氮)1.43mg/L， NOrN (硝酸盐氮)0.949mg/L，碱度420 mg/L (以CaC03计)，COD (化学 需氧量，铬法)67.7mg/L， pH8.86。好氧区水停留时间为8h，通气搅拌，DO >2.0 mg/L，经过l个星期适应后，COD去除率99。/。，氨氮去除率99%。稳定 1个月后，往厌氧区按2 kg/L的速率流加甲醇，稳定一段时间后，氨氮去除率 99%，总氮去除率95%。
权利要求1、一种三相内循环生化反应装置，其特征在于包括好氧区、厌氧区和沉淀区三段，整个反应装置的三段为柱形套筒结构，套筒结构的里层为好氧区，套筒结构的中间层为厌氧区，套筒结构的外层为沉淀区，好氧区底部设置进气分布器和进水分布器，好氧区下部与厌氧区有环形通道相互连通，好氧区筒壁顶部高度低于厌氧区外筒壁，厌氧区外筒壁中部设置环隙通道与沉淀区相互连通，沉淀区上部设置出水口。
2、 按照权利要求1所述的装置，其特征在于所述的柱形套筒结构是圆柱形套筒结构、方柱形套筒结构。
3、 按照权利要求1所述的装置，其特征在于所述的好氧区顶部和底部分别 设置成正置和倒置的漏斗形结构，中间为柱形结构。
4、 按照权利要求3所述的装置，其特征在于厌氧区与好氧区底部倒置漏斗 形结构的下沿处设置一缝隙供在厌氧区沉淀的活性污泥从漏斗形结构的斜坡滑 落到好氧区区，同时保持水相的连通。
5、 按照权利要求3所述的装置，其特征在于在好氧区正置漏斗结构沉降区 中间设置一个套筒结构。
6、 按照权利要求1所述的装置，其特征在于在所述的厌氧区内设置填料， 对活性污泥进行吸附固定。
7、 按照权利要求1或6所述的装置，其特征在于所述的厌氧区下部为正置 漏斗形结构与厌氧区上部柱形结构相连。
8、 按照权利要求7所述的装置，其特征在于所述的厌氧区下部的正置漏斗 结构下沿与反应装置底部连接。
9、 按照权利要求1所述的装置，其特征在于所述厌氧区外筒壁中部的环隙 通道结构为内外套筒环隙结构，外筒为厌氧区外筒壁，内筒为外加的筒形结构，环隙结构下口在厌氧区，环隙结构上口在沉淀区。
10、按照权利要求1所述的装置，其特征在于在沉淀区底部设置污泥排放[U。
专利摘要本实用新型公开了一种三相内循环生化反应装置，包括好氧区、厌氧区和沉淀区三段，整个反应装置的三段为柱形套筒结构，套筒结构的里层为好氧区，套筒结构的中间层为厌氧区，套筒结构的外层为沉淀区，好氧区底部设置进气分布器和进水分布器，好氧区下部与厌氧区有环形通道相互连通，好氧区筒壁顶部高度低于厌氧区外筒壁，厌氧区外筒壁中部设置环隙通道与沉淀区相互连通，沉淀区上部设置出水口。与现有技术相比，本实用新型反应器具有结构简单，占地面积小，出水沉淀效果好，将好氧过程和厌氧过程有机结合等优点。本实用新型反应装置可以用于各种污水的处理过程，最适宜用于含氨氮废水的处理过程。
文档编号C02F1/52GK201125187SQ20072001597
公开日2008年10月1日 申请日期2007年11月15日 优先权日2007年11月15日
发明者佟明友, 唐似茵, 全 张, 高会杰, 黎元生 申请人:中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院