CN100375724C - 一种折流板反应器及其处理污水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种折流板反应器及使用折流板反应器实现好氧-厌氧微生物反复耦合处理污水的方法，属于水处理技术领域。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。污水从进水口进入反应器以折流的方式反复经历若干个好氧单元-厌氧单元的耦合，通过出水口排出反应器，这样水就得到处理。本发明构建新的折流板反应器对污水进行处理，能高效去除污水中的有机物和氮，实现污水处理与污泥减量的同时进行；可省去污泥沉淀和剩余污泥处理步骤；节省基础建设和运行费用。
Description
技术领域
本发明涉及一种折流板反应器及使用该折流板反应器实现好氧-厌氧微生物反复耦合处理污水的方法，属于水处理技术领域。
背景技术
随着我国城市化进程的加快、人口的持续增长，污水排放量也呈现日益提高的趋势。根据中国环境保护远景目标纲要，2010年全国设市城市的污水处理率不低于60％，重点城市的污水处理率不低于70％，要在五年的时间内达到这一目标需要建设一大批城市污水处理厂。目前城市污水处理厂多采用生物法。生物法包括活性污泥法和生物膜法。活性污泥法自上世纪初开始应用于污水处理以来，已成为全世界应用最广泛的一种生物处理工艺。随着工业化和城市化的不断发展，城市污水排放量逐年增加，传统活性污泥法存在的问题日益暴露出来，其中剩余污泥的大量产生是亟需解决的问题之一。传统活性污泥法中，每去除1kgBOD5就要产生15-100L的剩余污泥(污泥含水率95％)。剩余污泥的含水率高，有机质含量高，有些污水处理厂排放的污泥中重金属含量高，这些都使得剩余污泥容易产生二次污染。
剩余污泥在运出污水处理厂之前的处理流程主要包括浓缩、脱水、消化。处理后的剩余污泥还需要进行填埋、堆肥和焚烧等处置过程。对剩余污泥的处理与处置费用可以占到整个污水处理厂的40％-60％，这势必会提高废水处理的成本。从根本上解决剩余污泥的问题，就需要实现剩余污泥的减量化。近年来国内外研究者也在研究一些污泥减量技术，例如采用化学或物理方法溶解剩余污泥，使污泥中的微生物细胞破碎，并释放出其中的有机物，然后回流到曝气池中进一步降解；或者采用膜生物反应器实现较高的污泥浓度，降低污泥的产率系数。从已经报道的文献来看，这些方法可以在某种程度上使污泥减少，但仍不能彻底解决剩余污泥问题，而且存在操作费用或设备费用高的问题。
专利“好氧-厌氧微生物反复耦合处理污水新工艺(专利号200310121766.7)”采用流化床和固定床串联工艺，在固定床中利用多孔载体以及间隔曝气技术实现不同层次上的好氧-厌氧反复耦合，从而可以在处理污水中的有机物和氮化合物的同时，原位分解剩余污泥。该工艺需要使用多孔载体固定微生物，虽然效果很好，但在一定程度上会提高装置的成本。如果可以开发出一种简便的将污水和微生物停留时间分离的方法，就可以利用好氧-厌氧耦合的原理，比较廉价地实现污水处理和污泥减量的目的。
专利“厌氧折流板反应器(专利号200420068573.X)”采用密封的反应器，构建了厌氧折流板反应器。该反应器可以实现厌氧污泥及污水的停留时间分离，从而获得了很好的厌氧处理效果，但是由于整个反应器没有曝气，只是单一的厌氧环境，所以出水COD较难达到排放标准，而且不能实现污泥的减量，还需要排出一定量的污泥。专利“一体式高浓度有机废水处理装置(专利号200310100513.1)”采用先厌氧后好氧的折流板反应器，其过程是采用厌氧污泥对高浓度有机废水中的有机质进行酸化，然后再利用好氧污泥进一步处理，虽然出水水质合格，但没有涉及厌氧过程和好氧过程的多次耦合，也没有涉及剩余污泥减量的内容。
发明内容
本发明的目的是针对目前废水处理过程中产生大量剩余污泥的问题，采用折流板反应器实现好氧-厌氧耦合处理废水的新方法，达到污水处理与污泥减量的同时进行。
本发明涉及的反应器如下所述：
一种折流板反应器，其特征在于：该反应器为敞口的长方体，包括放置在长方体内的曝气装置、分隔挡板、导流挡板；
该长方体一端的上端有进水口，另一端设置出水口；
长方体在沿水流方向上设置有若干垂直的分隔挡板和导流挡板；
分隔挡板下部与长方体的底连接，分隔挡板的高度低于长方体的高而与水面相平，将整个长方体沿水平方向相应分割成偶数个独立的单元，使得水以溢流方式经分隔挡板从一个单元流入下一个单元；
除出口曝气单元和出口沉淀单元，在每个单元中设置垂直的导流挡板，导流挡板的位置在奇数分隔挡板的前、后各1/5处；导流挡板的上端要高于水面，底部可使水通过，使得水以折流的方式流过相应单元；
从进水端开始，在奇数单元内设置底部曝气装置，将这些单元设置成好氧单元；其余的单元不设置曝气装置，形成厌氧单元，厌氧单元不需要密封，即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；水以折流的方式流经整个反应器；
该长方体在按水流方向靠近出口端的两个单元依次设置出口曝气单元和出口沉淀单元。
利用本反应器进行污水处理的方法如下所述：
(1)污水从进水口进入第1单元；
(2)第1单元中的曝气装置曝气，污水在好氧污泥的作用下进行处理，除去污水中的COD和含氮污染物；处理后的污水在导流挡板的作用下，进入第1单元的上升段，由于污泥的重力沉降作用，一部分污泥保留在第1单元内，另一部分污泥和处理后的水进入第2单元即厌氧单元；
(3)污水进入第2单元即厌氧单元后，首先通过下降段到达厌氧单元的底部，然后以升流的方式流经厌氧单元的上升段。由于厌氧单元厌氧污泥的截流作用，使得进水中好氧污泥截流在厌氧单元中，发生厌氧消化。污水以及厌氧消化的产物进入第3单元即好氧单元；
(4)第3单元及以后单元的处理过程重复类似第2步和第3步处理过程，直到污水流入出口曝气单元；
(5)步骤(4)处理后的水经过出口曝气单元时，水中的溶氧得到进一步补充，达到排放标准；水中含有的少量悬浮固体在出口沉淀单元内进一步沉淀去除；
(6)经过以上过程处理后的水经过出水口排出反应器，这样水就得到了处理。
本发明反应器及处理污水方法是以好氧-厌氧微生物反复耦合实现废水处理以及污泥减量的同时进行，其处理污水原理为：
(1)含有有机物污染物的废水进入好氧单元，在好氧污泥的作用下，有机物被微生物降解，一部分转变成CO2，另一部分发生合成代谢，转变成增殖微生物，也就是所说的剩余污泥；
(2)当曝气处理后的水流经好氧单元的上升段时，由于没有曝气的搅拌作用，水中的污泥因为沉降作用而与水发生分离，重新返回好氧单元的曝气区域，从而可以在好氧单元实现较高的污泥浓度，提高有机物的去除率，降低污泥的比增殖速率；不能分离的好氧污泥或者过量的污泥随水流入下一个厌氧区域；
(3)在厌氧区域中，由于氧气的缺乏，这部分污泥逐渐死亡，释放出部分胞内物质；同时厌氧区域内生长的厌氧污泥分泌的胞外酶也可以促进好氧污泥的降解；这样污泥就在厌氧污泥的代谢作用下转变成CO2以及新的有机物，这部分有机物进入到下一个好氧区域，再次进行好氧代谢；
(4)多个好氧单元和厌氧单元的串联排列，使得废水中的有机质在可溶性物质与污泥形态之间多次转换，而每一次的转换过程都会有一部分CO2生成并排出这个反应体系；同时，好氧-厌氧环境的反复更替，使得硝化和反硝化反应也多次发生，从而实现了脱除废水中氮元素的目的，从而去除了污水的富营养效应。总之，好氧-厌氧的交替环境使得原水中有机物最终以CO2、H2O和N2的形式排出体系中，实现了污水中有机物去除和污泥减量的双重目的；
(5)好氧厌氧处理过程主要由分隔挡板决定，导流挡板主要起到导流的作用，使得水以折流的方式流经整个反应器。
本发明是基于好氧-厌氧微生物反复耦合工艺，构建新的折流板反应器对污水进行处理，实现污水处理与污泥减量的同时进行。本发明与前面提到的工艺相比，本工艺具有如下优点：能高效去除污水中的有机物和氮，同时实现SS在好氧-厌氧反复耦合环境下的彻底代谢和分解，使剩余污泥在污水处理反应过程中得到降解，从而可省去污泥沉淀和剩余污泥处理步骤，节省基础建设和运行费用；好氧单元和厌氧单元的挡板位置设置不同，一方面可以保证曝气区域内较高的污泥浓度，提高有机物的去除效率，另一方面也可以调节厌氧区域内的水流方向，实现水与厌氧污泥的充分混合。
附图说明
图1是一种传统的折流板反应器的侧视图。反应器密封，只存在单一的厌氧环境。
图2是好氧-厌氧微生物反复耦合的折流板反应器侧视图，图中，①是进水管，②是好氧单元，③是厌氧单元，④是好氧区导流挡板，⑤是厌氧区导流挡板，⑥是出口曝气区，⑦是出口沉淀池，⑧是出水管，⑨是分隔挡板，⑩是曝气装置。
图3是好氧-厌氧微生物反复耦合的折流板反应器俯视图，其中，⊙表示水流方向为垂直纸面向外；表示水流方向为垂直纸面向内；
图4是耦合折流板反应器好氧单元和厌氧单元的串联方式俯视图，图(a)为长方体式反应器，图(b)为另一种形式的反应器。
具体实施方式
图1传统折流板反应器，反应器内由于没有曝气体系，所以完全为厌氧环境，挡板位置设置单一。
图2是本发明折流板反应器侧视图，即好氧-厌氧微生物反复耦合的折流板反应器侧视图。图中，①是进水管，②是好氧单元，③是厌氧单元，④是好氧区挡板，⑤是厌氧区挡板，⑥是出口曝气区，⑦是出口沉淀池，⑧是出水管，⑨是隔板，⑩是曝气装置。
本发明方法是利用折流板反应器实现好氧-厌氧微生物耦合处理污水的新方法。结合图2对本发明进行详细的描述。
所述折流板反应器是采用沿水流方向上设置高度一致的隔板，如⑨，将整个反应器分割成独立的单元，如②和③；在每个单元中设置一垂直的挡板，使得水以折流的方式流经整个反应器。在独立单元中，采用曝气(曝气***如⑩)或无曝气的方式，沿水流方向构造交替的好氧单元(如②)和厌氧单元(如③)；在好氧单元中，挡板④靠近于单元的出水侧，曝气段与上升段的体积比为5∶1；在厌氧单元中，挡板⑤设置于单元的进水侧，厌氧区域中的下降段与上升段的体积比为1∶5；为了使出水达到排放标准，在出口位置设置出口曝气区⑥和出口沉淀池⑦。图3是好氧-厌氧微生物反复耦合的折流板反应器俯视图，其中，⊙表示水流方向为垂直纸面向外；表示水流方向为垂直纸面向内；
图4是耦合折流板反应器好氧单元和厌氧单元的串联方式俯视图，图(a)为长方体式反应器，为节省土地，图(b)为另一种形式的反应器。
废水在进入反应器后，首先在好氧单元中，通过曝气作用和好氧污泥充分混合，然后通过升流段，溢流进入厌氧单元的下降段，之后以升流的方式流经厌氧单元的主体，再通过溢流的方式流入好氧单元。这样经历3-5个好氧单元-厌氧单元的耦合后，通过出口曝气区和出口沉淀池后，排出反应器外。
废水中的有机物在好氧单元经过好氧污泥的代谢作用，转化为CO2、H2O和硝基氮，未被完全分解的有机物、硝基氮和产生的剩余污泥进入到厌氧单元中；在厌氧单元中，剩余污泥进行厌氧消化，重新转变成CO2和有机物，CO2排入大气中，而有机物进入下一个好氧单元重新代谢。该工艺可以实现在同一反应器中有机物分解、硝化和反硝化反应以及剩余污泥降解的同时进行。
实施例：
反应器体积为20升，采用有机玻璃板粘合而成。内部液面高度为25cm，宽8cm(内部尺寸)，长100cm(内部尺寸)，其中每个好氧单元和厌氧单元的体积均为3.2L，好氧单元中的上升段与曝气段的体积比为1∶5；厌氧区域中的上升段与下降段的体积比为5∶1，；在反应器出口设置一曝气区使得出水溶氧达到排放标准，同时设置一沉淀区，便于观察体系的污泥产生情况。本实验以总磷作为污泥溶解的指标，因为磷在代谢过程中被微生物吸收，在污泥溶解过程中被释放出来，所以通过测磷可以估算污泥的降解情况；同时在出口收集出水，测定出水中的平均COD和SS，通过出水水质来评价反应器对有机物的去除以及污泥减量的效果。当整个反应器的停留时间为15h时，进水的CODCr平均值为650mg/L，氨氮为45mg/L，经过400天的连续运行情况表明，出水的CODCr平均为50mg/L，对有机物的去除可以达到92％，总氮的去除可以达到45％，悬浮物(SS)平均值为80mg/L，pH为7左右；出水中磷的浓度同进水中磷的浓度，表明体系中没有污泥的积累。同传统的活性污泥工艺相比，可以实现50％的污泥减量效果。
Claims (2)
1.一种折流板反应器，其特征在于，该反应器为敞口的长方体，包括放置在长方体内的曝气装置、分隔挡板、导流挡板；
该长方体一端的上端有进水口，另一端设置出水口；
长方体在沿水流方向上设置有若干垂直的分隔挡板和导流挡板；
分隔挡板下部与长方体的底连接，分隔挡板的高度低于长方体的高而与水面相平，将整个长方体沿水平方向相应分割成偶数个独立的单元，使得水以溢流方式经分隔挡板从一个单元流入下一个单元；
除出口曝气单元和出口沉淀单元，在每个单元中设置垂直的导流挡板，导流挡板的上端高于水面，底部可使水通过，从而使得水以折流的方式流过每一单元；
从进水端开始，在奇数单元内设置底部曝气装置，将这些单元设置成好氧单元；偶数单元不设置曝气装置，形成厌氧单元，厌氧单元不需要密封；即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；
该长方体在按水流方向靠近出口端的两个单元依次设置出口曝气单元和出口沉淀单元。
2.根据权利要求1所述的一种折流板反应器处理污水的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)污水从进水口进入第1单元；
(2)第1单元中的曝气装置曝气，污水在好氧污泥的作用下进行处理，除去污水中的COD和含氮污染物；处理后的污水在导流挡板的作用下，进入第1单元的上升段，由于污泥的重力沉降作用，一部分污泥保留在第1单元内，另一部分污泥和处理后的水进入第2单元即厌氧单元；
(3)污水进入第2单元即厌氧单元后，首先通过下降段到达厌氧单元的底部，然后以升流的方式流经厌氧单元的上升段；由于厌氧单元厌氧污泥的截流作用，使得进水中好氧污泥截流在厌氧单元中，发生厌氧消化；污水以及厌氧消化的产物进入第3单元即好氧单元；
(4)第3单元重复步骤(2)处理过程；进入第4单元，第4单元重复步骤(3)的处理过程；以后单元反复重复进行步骤(2)和步骤(3)步的好氧厌氧处理过程，直到污水流入出口曝气单元；
(5)步骤(4)处理后的水经过出口曝气单元时，水中的溶氧得到进一步补充，达到排放标准；水中含有的少量悬浮固体在出口沉淀单元内进一步沉淀去除；
(6)经过步骤(5)处理后的水经过出水口排出反应器。
这样水就得到了处理。
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