CN101333037A - 一种气升式内循环间歇好氧颗粒污泥反应器及其水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气升式内循环间歇好氧颗粒污泥反应器,它包括有机玻璃圆柱体、温控器、进水水箱、曝气泵、进水泵、排水泵和流量计、可编程控制器等组成。反应器主体为有机玻璃圆柱体,分为内外两层套管,内部为升流管,外部为降流管,高径比为15。在降流管外部设有水浴加热套管,控制反应温度。反应器中的混合液在升流管与降流管间呈内循环流动,使颗粒污泥具有自我平衡的微生态***,其特性适合于升流式废水处理***。反应器采用序批运行方式,通过可编程控制器实现自动控制。本发明具有运行灵活、结构紧凑、剩余污泥少、处理效果好等优点,可承受较高的容积负荷及冲击负荷,因其较大的H/D,因此占地面积小,利于减少建设经费。
Description
一、技术领域
本发明属环境工程水处理领域,具体涉及一种用于污水生物处理的气升式内循环间歇好氧颗粒污泥反应器及其水处理方法。
二、背景技术
污水的生物处理技术是保护人类生存与发展环境的重要措施,它直接影响到人民群众的生活,影响到社会的可持续发展。而可持续发展的污水处理工艺的衡量标准应是高效、低耗和低投入、占地面积小和低营养损失。
目前的污水生物处理技术普遍存在工艺流程长、基建投资大、运行成本高,构筑物体积大,污泥产量大的问题,使得目前我国污水处理率不超过50%,已对环境和社会发展造成了严重的影响。好氧颗粒污泥是近几年来兴起的新型废水生物处理技术,与现有的普通活性污泥法相比,不论在废水处理效果还是在节省操作费用方面都显示出了明显的优势,在水处理领域有极好的应用前景。
污泥颗粒化是微生物细胞自身固定化的一种形式,最终形成边界清晰,外观近似为球形或椭圆形的颗粒。颗粒污泥具有形状规则、密度大、强度高、沉降性能良好,污泥龄长、有较强的抗冲击负荷能力等优点。这些颗粒包含不同菌种的微生物群体,单位生物质中包含数百万个微生物,这些细菌在降解有机废水中分别起着不同的作用。
在好氧反应***中实现污泥的颗粒化,将使反应器中存留大量沉降性能好的活性污泥,且降低对污泥沉淀***的要求,减少剩余污泥的排放,由于好氧颗粒污泥拥有高容积负荷下降解高浓度有机废水的良好生物特性,因而可以减少投资,尤其是在土地资源紧张的地区有积极意义。
目前用于好氧颗粒污泥研究的反应器有:BAS、SBR、厌氧-好氧交替工艺,其中早期的研究采用BAS(biofilmairlift suspension)反应器,BAS为连续流的,后期的研究主要采用间歇式的SBR(sequencingbatch reactor)反应器,相对于连续流反应器,间歇式反应器具有设计和操作简单,污泥沉淀发生在反应器中、不需额外的沉淀池,占地面积小,污泥浓度高、能承受较高的容积负荷和冲击负荷,间歇进水可以改善污泥沉淀性能,沉淀时间短、反应周期中大部分时间均用于反应。但在SBR反应器中可以观察到颗粒分层现象,在反应器上部的颗粒污泥的数量小于反应器下部颗粒污泥的数量,导致在上部污泥的快速生长,产生直径较大、密度较小的颗粒污泥,而这种污泥不稳定容易解体,影响处理效果。
为解决上述问题,本发明在SBR的基础上进行了改进,旨在设计一种占地面积小,处理效率高、低营养损失的升流式间歇好氧颗粒污泥反应器以及该反应器用于水处理的方法,提高污水的处理率。
三、发明内容
1.发明目的
本发明提供了一种高效的好氧颗粒污泥反应器及其水处理方法,其特点是传质与混合性能良好,集反应、沉淀分离于一体,为好氧颗粒污泥的生长创造了良好的条件,而且不需污泥回流、结构紧凑,运行成本低。
2.技术方案
本发明反应器为气升式内循环间歇好氧颗粒污泥反应器,一种气升式内循环间歇好氧颗粒污泥反应器,其特征在于:反应器主体为由内外同心管组成的有机玻璃圆柱体,内管7为升流管,内管7底部设有微孔曝气器6,产生上升气流,外管8为降流管,内外管的底部和顶部是相联通的,混合液在上升的表面气流作用下在升流管与降流管间呈循环流动状态,还配有进水泵2、液体流量计3、气泵4、气体流量计5和排水泵11,反应器内外管的高径比均大于等于15,在外管8的一侧管壁上设有排水口,排水口设置在距离反应器底部50cm高处以及50cm以上10cm高处。
优选的,排水口设置在距离反应器底部50cm高处。
优选的,反应器内外管的高径比均为15。
优选的,外管8内径为8cm,高120cm,内管7内径为6cm,高90cm,内外管的高径比均为15,有效容积为5.0L。
此外,在降流管的一侧管壁上设有4个等间距的取样口。
此外,在降流管外部设有水浴加热套筒9,由自动控温器13控制水浴温度,水浴套筒9与降流管之间是不相通的。
优选的,反应器底部设置有一定的导流坡度,与水平面夹角为30°。一方面使反应器中不宜形成死角导致颗粒污泥的淤积,使混合液形成良好的循环水流状态,另一方面也便于放空管15顺畅排空。
优选的,内管7底部与微孔曝气器6保留有5cm的距离,内管7顶部与反应器中的液面保留10±5cm的距离。
优选的,可编程控制器12分别与进水泵2、气泵4以及排水泵11相连,由可编程控制器12控制运行周期及反应器的进水、曝气、沉淀和排水的时间,实现运行自动控制。
优选的,微孔曝气器6采用盘式膜片式曝气头,直径略小于升流管直径,供风时膜片上的孔眼打开,形成微气泡,停风时孔眼自动闭合,防止堵塞曝气头。
优选的,反应器中取样阀门为ABS取样阀,排水阀为ABS球阀,进出水管采用ABS管材,进水泵2为潜污泵。
本发明还提供了一种使用上述反应器的水处理方法:其特征在于:反应器采用间歇运行的方式,分为进水、曝气、沉降和排水四个阶段,首先待处理水从反应器上部给入,然后曝气空气由从反应器升流管底部给入,反应器中的混合液在上升气流带动下在所述的升流管中向上运动,至升流管顶部进入降流管,然后向下运动至反应器底部,再进入升流管,如此循环流动;曝气后,进入沉降阶段,待污泥沉降后,净化水由设在距离反应器底部50cm处的出水口排出。
该方法优选的,出水通过排水阀10由排水泵11抽出,
该方法优选的,进水时间5-10分钟,沉淀时间10-15分钟,排水时间5-10分钟,曝气时间根据运行周期而定。
该方法优选的,反应器内外管的高径比均为15。
该方法优选的,在降流管的一侧管壁上设有4个等间距的取样口。
该方法优选的,在降流管外部设有水浴加热套筒9,由自动控温器13控制水浴温度,水浴套筒9与降流管之间是不相通的。
优选的,反应器底部设置有一定的导流坡度,与水平面夹角为30°。
优选的,内管7底部与微孔曝气器6保留有5cm、内管7顶部与反应器中的液面保留10±5cm的距离。
优选的,微孔曝气器6采用盘式膜片式曝气头,直径略小于升流管直径,供风时膜片上的孔眼打开,形成微气泡,停风时孔眼自动闭合,防止堵塞曝气头。
具体的该反应器采用间歇运行的方式,分为进水、曝气、沉降、排水四个阶段,各个阶段的运行时间根据不同的污水水质需要设定,由PLC实现自动控制,实现反应、沉淀、分离的功能。反应器排水口设在距反应器底部50cm处。反应器的外桶外部有一个水浴加热套筒,温度由温度传感器电极及温控器自动控制,根据需要设定最适反应温度。
3.技术效果
反应器中的流体呈内循环流动,而颗粒污泥是具有自我平衡的微生态***,其特性适合于升流式废水处理***。反应器内保有较高的污泥浓度,可承受较高的容积负荷及冲击负荷,因其较大的高径比,因此占地面积小,利于减少建设经费。
圆柱型反应器具有较高的高径比,这对颗粒污泥的稳定生长具有重要的作用,根据热力学,循环流动可以使微生物聚合体形成规则颗粒形状,这使它有最低的表面自由能,很明显圆柱形升流反应器中较大的高径比能保证较长的循环流动轨迹,这就创造出对微生物聚合体更有效的水力磨损。
该反应器的运行采用序批方式,处理效果好,即周期的进水、曝气、沉淀、排水,这在反应器中交替形成了好氧、缺氧、厌氧的多样性生态环境,在去除有机物的同时,达到了同步脱氮除磷的效果。在好氧条件下主要作用是去除碳源微生物,在缺氧条件下硝酸盐可以转变为气态氮,使氨氮得以去除;而在缺氧条件下可利用聚磷菌的特殊性能除磷。
本发明气升式内循环间歇反应器的优点如下:
1)反应器集反应、沉淀、分离于一体,结构紧凑,占地面积小,不需污泥回流,运行成本低。
2)反应器具有较高的高径比和上升流速,水力剪切力分布均匀,使颗粒污泥具有良好的沉降性能及稳定性能。
3)抗冲击负荷能力强,处理效果好,在有机负荷为3.0-6.0kgCOD/m3·d对COD去除率达94%以上,NH3-N去除率达85%以上。
4)易于实现泥水分离,剩余污泥少。
5)运行灵活,可根据不同的进水水质调节运行方式,适应水质广。
四、附图说明
图1为本发明反应器具体结构图,其中:
1-进水水箱 2-进水泵 3-液体流量计 4-气泵 5-气体流量计 6-微孔曝气器 7-升流管 8-降流管 9-水浴加热套筒 10-排水阀 11-排水泵 12-可编程时间控制器(PLC) 13-自动温控器 14-取样口 15-放空管
五、具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明:
实施例1:气升式内循环间歇反应器,主体为有机玻璃圆柱体,分为内外套管,其中外管8(降流管)内径为8cm,高120cm,内管7(升流管)内径为6cm,高90cm,总体积为5.0L,高径比约为15,进水由进水泵2从反应器上部给入,空气由气泵4从反应器升流管底部给入,气流量由气体流量计5控制,表面气流速度不小于2.4cm/s,保证混合液循环畅通,具体气流量可根据接种污泥的性质及水质进行确定。反应器中的混合液在上升气流带动下在所述的升流管7、降流管8之间呈循环流动状态,在升流管中向上运动,至升流管顶部进入降流管,然后向下运动至反应器底部,再进入升流管,如此循环流动,水力剪切力分布均匀,使反应器中的颗粒污泥密实、规则,沉降性能良好。出水口设在距离反应器底部50cm处,出水通过排水阀10由排水泵11抽出,所述的排水阀10的启闭由可编程控制器12控制。
如附图所示反应器底部设置有一定的导流坡度,与水平面夹角为30°,一方面使反应器中不宜形成死角导致颗粒污泥的淤积,使混合液形成良好的循环水流状态,另一方面也便于放空管15顺畅排空。
如附图所示为了保证混合液的循环通畅,升流管7底部与微孔曝气器6、升流管7顶部与反应器中的液面均应保留一定距离。
在所述降流管8的一侧每隔一定距离均匀设有4个取样口14,以便于定期取样监测。在降流管8外部设有水浴加热套筒9,套筒中插有温度传感器与温控器相连,根据设定的温度自动控制反应器的运行温度。
反应器的运行采用序批方式,由可编程控制器12控制运行周期及进水、曝气、沉淀、排水的时间,进水时间一般在5-10min,沉淀时间10-15min,排水时间10min左右,曝气时间根据运用周期的不同而不同,运行周期可根据进出水的水质要求灵活进行调整,适应的水质范围广。
实施例2:采用实施例1所述反应器,进水采用葡萄糖配置的模拟水样,进水COD负荷为1200-1600mg/L,反应器启动采用的接种污泥为普通活性污泥,取自生活污水处理厂二沉池,经过30天左右在反应器中形成颗粒污泥,污泥浓度在6000-7000mg/L。反应温度为30℃,反应周期为6h(其中进水:10min,曝气:第一周:320min,第二周:325min,第三周后:330min,沉淀:第一周15min,第二周10min,第三周后5min;排水:15min),反应***稳定运行后COD去除率达95%以上,NH3-N去除率90%以上,TP去除率70%,基本无剩余污泥产生。
实施例3:采用实施例1所述反应器,进水采用实际生活污水,进水COD负荷为400-800mg/L,反应器启动采用的接种污泥为普通活性污泥,取自生活污水处理厂二沉池,经过30天左右在反应器中形成颗粒污泥,污泥浓度在2500-3000mg/L。在常温下(25℃)运行,反应周期为8h(进水10min,曝气445min,沉淀15min,排水10min),表面气流速度2.4cm/s,反应***稳定运行后COD去除率达94%以上,NH3-N去除率88%以上,TP去除率80%,基本无剩余污泥产生。
实施例4:采用实施例1所述反应器,进水为啤酒废水,进水COD负荷2000-2200mg/L,反应器启动接种污泥为絮状活性污泥,取自啤酒废水处理厂好氧段曝气池,污泥浓度4000-6000mg/L。反应温度为30℃,反应周期为6h(其中进水:10min,曝气:330min,沉淀5min;排水:15min),表面气流速度为3.2cm/s。反应器***的COD去除率达95%以上,NH3-N去除率85%以上,TP去除率82%,基本无剩余污泥产生。
Claims (20)
1、一种气升式内循环间歇好氧颗粒污泥反应器,其特征在于:反应器主体为由内外同心管组成的有机玻璃圆柱体,内管(7)为升流管,内管(7)底部设有微孔曝气器(6),产生上升气流,外管(8)为降流管,内外管的底部和顶部是相联通的,混合液在上升的表面气流作用下在升流管与降流管间呈循环流动状态,还配有进水泵(2)、液体流量计(3)、气泵(4)、气体流量计(5)和排水泵(11),反应器内外管的高径比均大于等于15,在外管(8)的一侧管壁上设有排水口,排水口设置在距离反应器底部50cm以及50cm以上10cm高处。
2、根据权利要求1所述的反应器,其特征在于:排水口设置在距离反应器底部50cm高处。
3、根据权利要求1所述的反应器,其特征在于:反应器内外管的高径比均为15。
4、根据权利要求1所述的反应器,其特征在于:外管(8)内径为8cm,高120cm,内管(7)内径为6cm,高90cm,内外管的高径比均为15,有效容积为5.0L。
5、根据权利要求1所述的反应器,其特征在于:在降流管的一侧管壁上设有4个等间距的取样口。
6、根据权利要求1所述的反应器,其特征在于:在降流管外部设有水浴加热套筒(9),由自动控温器(13)控制水浴温度,水浴套筒(9)与降流管之间是不相通的。
7、根据权利要求1或2所述的反应器,其特征在于:反应器底部设置有一定的导流坡度,与水平面夹角为30°。
8、根据权利要求1或2所述的反应器,其特征在于:内管7底部与微孔曝气器6保留有5cm的距离,内管7顶部与反应器中的液面保留10±5cm的距离。
9、根据权利要求1所述的反应器,其特征在于:可编程控制器(12)分别与进水泵(2)、气泵(4)以及排水泵(11)相连,由可编程控制器(12)控制运行周期及反应器的进水、曝气、沉淀和排水的时间,实现运行自动控制。
10、根据权利要求1所述的反应器,其特征在于:微孔曝气器(6)采用盘式膜片式曝气头,直径略小于升流管直径,供风时膜片上的孔眼打开,形成微气泡,停风时孔眼自动闭合,防止堵塞曝气头。
11、根据权利要求1所述的反应器,其特征在于:反应器中取样阀门为ABS取样阀,排水阀为ABS球阀,进出水管采用ABS管材,进水泵(2)为潜污泵。
12、权利要求1所述反应器的水处理方法,其特征在于:反应器采用间歇运行的方式,分为进水、曝气、沉降和排水四个阶段,首先待处理水从反应器上部给入,然后曝气空气由从反应器升流管底部给入,反应器中的混合液在上升气流带动下在所述的升流管中向上运动,至升流管顶部进入降流管,然后向下运动至反应器底部,再进入升流管,如此循环流动;曝气后,进入沉降阶段,待污泥沉降后,净化水由设在距离反应器底部50cm处的出水口排出。
13、如权利要求12所述的水处理方法,其特征在于:出水通过排水阀(10)由排水泵(11)抽出
14、如权利要求12所述的水处理方法,其特征在于:进水时间5-10分钟,沉淀时间10-15分钟,排水时间10分钟,曝气时间根据运行周期而定。
15、如权利要求12所述的水处理方法,其特征在于:反应器内外管的高径比均为15。
16、如权利要求12所述的水处理方法,其特征在于:在降流管的一侧管壁上设有4个等间距的取样口。
17、如权利要求12所述的水处理方法,其特征在于:在降流管外部设有水浴加热套筒(9),由自动控温器(13)控制水浴温度,水浴套筒(9)与降流管之间是不相通的。
18、如权利要求12所述的水处理方法,其特征在于:反应器底部设置有一定的导流坡度,与水平面夹角为30°。
19、如权利要求12所述的水处理方法,其特征在于:升流管底部与微孔曝气器(6)之间保留有5cm的距离,升流管顶部与反应器中的液面保留有10±5cm的距离。
20、根据权利要求12所述的水处理方法,其特征在于:微孔曝气器(6)采用盘式膜片式曝气头,直径略小于升流管直径,供风时膜片上的孔眼打开,形成微气泡,停风时孔眼自动闭合,防止堵塞曝气头。
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