CN111453848A - 水力式无能耗复合双向生物移动床反应器 - Google Patents

水力式无能耗复合双向生物移动床反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了水力式无能耗复合双向生物移动床反应器，由同轴设置且直径逐渐增大的第一筒体、第二筒体、第三筒体和第四筒体构成，在第一筒体和第二筒体之间形成第一环状空腔，在第二筒体和第三筒体之间形成第二环状空腔，在第三筒体和第四筒体之间形成第三环状空腔；第一筒体内设有第一生物填料，第一筒体和第一环状空腔连通，在第二环状空腔内设有第二生物填料，第一环状空腔内的水体从第二筒体顶端设置的溢流堰进入第二环状空腔，第二环状空腔和第三环状空腔连通，在第三环状空腔内设有藻类，第四筒体筒壁采用透明材料制成，光照透过筒壁进入第三环状空腔用于藻类光合作用，第四筒体上部设有排水口。该反应器结构简单、无能耗、污水处理效率高。

Description

水力式无能耗复合双向生物移动床反应器
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及水力式无能耗复合双向生物移动床反应器。
背景技术
人类生活过程中产生的污水，是水体的主要污染源之一，主要是粪便和洗涤污水。生活污水中含有大量有机物，如纤维素、淀粉、糖类和脂肪蛋白质等，也常含有病原菌、病毒和寄生虫卵，存在于生活污水中的有机物极不稳定，容易腐化而产生恶臭。细菌和病原体以生活污水中有机物为营养而大量繁殖，可导致传染病蔓延流行。因此，生活污水排放前必须进行处理。
目前生活污水处理技术包括厌氧-缺氧-好氧技术、好氧-缺氧技术等。但是好氧反应需要利用曝气设备向水体当中补充大量的氧气，其能耗较高。在山地村镇，提出了利用山地村镇地势高差大的特点进行跌水曝气充氧的方法，从而降低能耗，常将跌水曝气与氧化沟工艺、人工湿地和生物接触氧化池等生物处理技术结合起来处理生活污水，但是以上处理技术占地面积大、工艺复杂，可维护性低。而一体化成套设备可以有效克服现有处理技术占地面积大的缺点，所以对于山地村镇地区生活污水处理，如何充分利用这些地区的地势特点，研发更加高效、节能、简易的一体化成套设备处理技术具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种结构简单、污水处理效率高且无能耗的水力式无能耗复合双向生物移动床反应器。
水力式无能耗复合双向生物移动床反应器，所述反应器由同轴设置且直径逐渐增大的第一筒体、第二筒体、第三筒体和第四筒体构成，在第一筒体和第二筒体之间形成第一环状空腔，在第二筒体和第三筒体之间形成第二环状空腔，在第三筒体和第四筒体之间形成第三环状空腔。
第一筒体顶端高出第二筒体一定高度，在第一筒体顶部设有与第一筒体对应的集水槽，在集水槽上方设有跌水口，所述跌水口距离集水槽具有一定高度，以将污水引入集水槽并完成跌水曝气增氧过程，在集水槽底板上均匀分布有若干布水孔，同时在集水槽下方对应的第一筒体壁上设有若干通气孔，便于污水再次跌水曝气增氧后进入第一筒体内，在第一筒体内设有第一生物填料；第一筒体底部敞口设置且距离第二筒体底部有一距离，从而将第一筒体和第一环状空腔连通，便于第一筒体内的水体进入第一环状空腔，在第一环状空腔内设有第二生物填料，在第二筒体顶端对应的第二筒体壁上设有溢流堰，便于第一环状空腔内的水体进入第二环状空腔，第三筒体底部敞口设置且距离第四筒体底部有一定距离，从而将第二环状空腔和第三环状空腔连通，便于第二环状空腔内的水体进入第三环状空腔，在第三环状空腔内设有藻类，并且第四筒体筒壁采用透明材料制成，便于光照透过筒壁进入第三环状空腔用于藻类光合作用，在第四筒体上部设有排水口，排水口连接有排水管用于排放处理后的水体。
进一步地，在第一环状空腔上部对应的第一筒体壁上设有第一环形回流口，便于第一环状空腔内的混合液部分回流至第一筒体内。
进一步地，在第一环形回流口上端出口方向对应的第一筒体壁上设有第一环形挡流板，所述第一环形挡流板内侧逐步向下倾斜以在第一筒体内形成竖直向下的收缩口。
进一步地，在第二筒体底部中心设有引流器，以将第一筒体内的水体引入第一环状空腔内，所述引流器呈圆锥形，引流器竖直设置且圆锥底面位于下方。
进一步地，所述第二生物填料为塑料球形悬浮填料，在第一环形回流口下端对应的第一环状空腔内水平设有第一网格状隔板，在第一筒体底端对应的第一环状空腔内水平设有第二网格状隔板，所述第二生物填料设置在第一网格状隔板和第二网格状隔板之间的第一环状空腔内。
进一步地，在第三环状空腔上部对应的第三筒体壁上设有第二环形回流口，便于第三环状空腔内的水体部分回流至第二环状空腔内。
进一步地，在第二环形回流口上端对应的第三筒体壁上设有具有一定长度的第二环形挡流板，所述第二环形挡流板的直径逐渐缩小以在第二环状空腔形成竖直向下的收缩口。
进一步地，所述藻类固定在第三生物填料上，在第二环形回流口下端对应的第三环状空腔内设有第三网格状隔板，在第三筒体底端对应的第三环状空腔内设有第四网格状隔板，所述藻类设置在第三网格状隔板和第四网格状隔板之间的第三环状空腔内。
进一步地，第一环状空腔和第三环状空腔内分别设有四隔板，四隔板竖直设置且沿对应环状空腔圆周方向均匀分布，以将对应的环状空腔分成四等份。
进一步地，在第二筒体底部设有排泥口，并在排泥口上连接有排泥管用于定期排除污泥。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明利用山地村镇的地势，污水从高处进入本反应器后，水体具有一定的势能，在势能减小过程中实现污水处理，不需耗能；在挡泥板的作用下能对水体进行搅动和引流，使水体和微生物或藻类能充分接触，有利于提高污水处理效率。
2、本发明经过好氧处理、缺氧处理和藻类深度处理可以有效降解污水中的有机物和去除污水中的氮、磷，使经处理后的水体达标排放。具体地，本发明两次跌水曝气，有效的提高了污水中的溶氧量，从而保证好氧反应的有效进行，同时跌水曝气利用高位差实现，不耗能；第一环形回流口的设置使得第一环状空腔内的水体和污泥部分回流到第一筒体内，实现部分污水的二级好氧、二级缺氧处理；第二环形回流口的设置使得第三环状空腔内的水体部分回流到第二环状空腔，再次进入第三环状空腔内进行深度处理，提高了污水处理效率。
3、本反应器占地面积小，结构简单，操作方便，运行费用低，具有良好的应用价值。
附图说明
图1-本发明的俯视图。
图2-图1A-A剖面图。
图3-图1B-B剖面图
其中：1-第一筒体；2-第二筒体；3-第三筒体；4-第四筒体；5-第一隔板；6-第二隔板；7-集水槽；8-通气孔；9-第一挡流板；10-溢流堰；11-第二挡流板；12-引流器；13-第一网格状隔板；14-第二网格状隔板；15-第三网格状隔板；16-第四网格状隔板；17-排水口；18-排泥口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1、图2和图3中箭头符号表示水体流向。
参见图1、图2和图3，水力式无能耗复合双向生物移动床反应器，所述反应器由同轴设置且直径逐渐增大的第一筒体1、第二筒体2、第三筒体3和第四筒体4构成，在第一筒体1和第二筒体2之间形成第一环状空腔，在第二筒体2和第三筒体3之间形成第二环状空腔，在第三筒体3和第四筒体4之间形成第三环状空腔。
第一筒体1顶端高出第二筒体2一定高度，在第一筒体1顶部设有与第一筒体1对应的集水槽7，在集水槽7上方设有跌水口，所述跌水口距离集水槽7具有一定高度，以将污水引入集水槽7并完成跌水曝气增氧过程，在集水槽7底板上均匀分布有若干布水孔，同时在集水槽7下方对应的第一筒体1壁上设有若干通气孔8，便于污水再次跌水曝气增氧后进入第一筒体1内，在第一筒体1内设有第一生物填料（图中未示出）；第一筒体1底部敞口设置且距离第二筒体2底部有一距离，从而将第一筒体1和第一环状空腔连通，便于第一筒体1内的水体进入第一环状空腔，在第一环状空腔内设有第二生物填料（图中未示出），在第二筒体2顶端对应的第二筒体2壁上设有溢流堰10，便于第一环状空腔内的水体进入第二环状空腔，第三筒体3底部敞口设置且距离第四筒体4底部有一定距离，从而将第二环状空腔和第三环状空腔连通，便于第二环状空腔内的水体进入第三环状空腔，在第三环状空腔内设有藻类（图中未示出），并且第四筒体4筒壁采用透明材料制成，便于光照透过筒壁进入第三环状空腔用于藻类光合作用，在第四筒体4上部设有排水口17，排水口17连接有排水管用于排放处理后的水体。
这里的跌水口依靠山地村镇地区的地势设置，跌水口内的污水完全依靠水势落差跌落到集水槽内，并自然完成跌水曝气增氧的过程，集水槽内的经过布水孔后跌落至第一筒体内时，与从通气孔进入第一筒体的空气接触，空气中的氧转移到污水中，从而再次实现跌水曝气。通过两级跌水曝气，增加了污水中的溶氧量。污水进入第一筒体后，溶解氧的含量较高，从而在第一筒体中下部区域形成好氧区，在该区域，第一生物填料表面附着生长生物膜，在生物膜的作用下，一方面去除水中大部分的BOD5，对污水中有机物进行降解，另一方面将氨氮氧化为硝态氮；随着好氧反应的不断进行，使得水体中的溶解氧不断减少，从而在第一筒体底部和第二筒体底部之间区域形成兼氧区；随后水体进入第一环状空腔，第一环状空腔所在区域的溶解氧极少，从而在该区域形成缺氧区，好氧区内的硝化液全部进入缺氧区，在缺氧区内的反硝化细菌通过生物反硝化作用，将硝化液中的硝酸盐、亚硝酸盐转化为氮气，从而达到脱氮的目的，在第一环状空腔上部，由于水流推动力减小，从而在该区域形成泥水分离区，在该区域，污泥的重量大于水流推动力而下沉，实现污泥和水体的分离，水体则通过溢流堰后进入第二环状空腔，随后进入第三环状空腔。在第三环状空腔内的藻类对水体进行深度处理，从而在该区域形成藻类深度处理区，进一步除去水体中的氮、磷等营养物质，然后从设置在第四筒体上部的排水口排放。
实施时，第四筒体壁采用透光性比较好的有机玻璃制成。
具体实施时，在第一环状空腔上部对应的第一筒体1壁上设有第一环形回流口，便于第一环状空腔内的混合液部分回流至第一筒体1内。
这里，混合液指含有污泥的水体，经缺氧区处理后的水体以及缺氧区内的污泥再次流经第一筒体和第一环状空腔，即再次进入好氧区-缺氧区内，进行二级好氧反应-二级缺氧处理，进一步地降解水体中的有机物和实现进一步脱氮的目的。同时，因水流流向是从第一筒体内进入第一环状空腔，然后从第一环状空腔顶部进入第二环状空腔，所以第一筒体内的水体不会直接从第一环形回流口处直接进入第一环状空腔而被排出。
具体实施时，在第一环形回流口上端出口方向对应的第一筒体1壁上设有具有一定长度第一环形挡流板9，所述第一环形挡流板9内侧逐步向下倾斜以在第一筒体内形成竖直向下的收缩口。
这样，可以一定程度上汇集集水槽进入第一筒体内的跌水曝气后的水体，对水体进行引流，同时增加水体进入好氧区内的水流推动力，能对水体产生搅动的效果，同时也可使得反应器内的第一生物填料和第二生物填料呈现悬浮状态，从而使得生物填料表面的微生物与水体充分接触，进而保证反应更加彻底。
具体实施时，所述第一环形挡流板9与对应第一筒体1壁的夹角β为100°~135°。这里，可以通过调节第一环形挡流板角度来控制污水回流比。
具体实施时，在第二筒体2底部中心设有引流器12，以将第一筒体1内的水体引入第一环状空腔内，所述引流器12呈圆锥形，引流器12竖直设置且圆锥底面位于下方。
这样，能更有效的将第一筒体内的水体引入环状空腔内的缺氧区内进行脱氮处理。通常圆锥侧面的倾斜角度α为40°~70°。
具体实施时，所述第二生物填料为塑料球形悬浮填料，在第一环形回流口下端对应的第一环状空腔内水平设有第一网格状隔板13，在第一筒体1底端对应的第一环状空腔内水平设有第二网格状隔板14，所述第二生物填料设置在第一网格状隔板13和第二网格状隔板14之间的第一环状空腔内。
这里，设置第一网格状隔板和第二网格状隔板可以有效保证第二生物填料始终存在于缺氧区作为生物载体，用于脱氮。同时也避免好氧区内的第一生物填料进入缺氧区内。
具体实施时，在第三环状空腔上部对应的第三筒体3壁上设有第二环形回流口，便于第三环状空腔内的水体部分回流至第二环状空腔内。
这样，经第三环状空腔内藻类深度处理后的水体再次流经第二环状空腔回流到第三环状空腔内进行深度处理，进一步除去水体中的氮、磷等营养物质。同时，因水流流向是从第二环状空腔内进入第三环状空腔，然后从第三环状空腔上部的排水口排出，所以第二环状空腔内的水体不会直接从第二环形回流口处直接进入第三环状空腔而不经藻类处理被排出。
具体实施时，在第二环形回流口上端对应的第三筒体壁上设有具有一定长度的第二环形挡流板11，所述第二环形挡流板11的直径逐渐缩小以在第二环状空腔形成竖直向下的收缩口。
这样，可以一定程度上汇集第二环状空腔进入第三环状空腔内的水体，增加水体进入第三环状空腔内的水流推动力，能对水体产生搅动的效果，可以使第三环状空腔内的藻类呈现悬浮状态，从而使得藻类与水体充分接触，进而使得氮磷等营养物质去除得更加彻底。第二环形挡流板与对应的第三筒体壁的夹角θ为100°~135°，可以通过调节夹角θ的角度控制回流比。
具体实施时，所述藻类固定在第三生物填料上，在第二环形回流口下端对应的第三环状空腔内设有第三网格状隔板15，在第三筒体3底端对应的第三环状空腔内设有第四网格状隔板16，所述藻类设置在第三网格状隔板15和第四网格状隔板16之间的第三环状空腔内。
这里，采用的第三生物填料为多孔塑料填料，并且将藻类固定于多孔塑料填料上，从而使得藻类随着填料移动而移动。设置第三网格状隔板和第四网格状隔板是为了将藻类限定在第三环状空腔内。
具体实施时，第一环状空腔和第三环状空腔内分别设有四隔板，四隔板竖直设置且沿对应环状空腔圆周方向均匀分布，以将对应的环状空腔分成四等份。
如图1所示，在第一环状空腔内设有四个第一隔板5，在第三环状空腔内设有四个第二隔板6。这样，可以保证第二生物填料、藻类分别存于缺氧区，并分别在缺氧区和第三环状空腔内内是均匀分布的，避免因水流推动力较大时出现第二生物填料、藻类汇集在一集中位置，造成污水处理效率不高的问题。
具体实施时，在第二筒体2底部设有排泥口18，并在排泥口18上连接有排泥管用于定期排除污泥。
本发明采用的是生物膜法处理污水，产生的污泥量极少，只需要定期排放即可。在实施时，在排泥管上设有排泥阀，当需要排泥时才打开排泥阀进行排泥。
具体实施时，跌水口距离集水槽6的高度大于等于1.5m。
这样可以保证跌水曝气的充氧量。
具体实施时，第二筒体直径和第一筒体直径的比值为1.1~1.3:1；第二筒体直径和第四筒体直径的比值为0.5~0.7:1；第二筒体高度h4和第一筒体直径的比值为为3~5:1，即好氧区的高度与直径之比。如图2所示，图中第二筒体高度h4:第一筒体高度h2为1:1.1~1.5；第二筒体高度h4:收集槽高度h7为6:1；第二筒体高度h4:导流器高度h9为2~4:1；第二筒体高度h4:回流口上端距离第二筒体底部高度h6为1.1:1；收集槽高度h7:集水槽高度h1为2:1；导流器高度h9:第一筒体底端距离第二筒体底部的高度h10为2~4:1；第一环形回流口下端距导流器顶端高度h8:第一筒体底端距离第二筒体底部的高度h10为4:1。
对污水进行处理时，反应器内的污泥浓度≥3000mg/L，SRT为10-20天，总HRT为4-12小时。本反应器可以用于单户生活污水处理，同时也可以将村镇的生活污水进行收集后采用本反应器进行处理，只需要根据污水处理量设计制备相应规格的反应器进行处理即可。
实施例
以重庆市某农村污水为处理对象，其进水水质为COD=300mg/L，BOD5＝250mg/L、SS=200mg/L、TP=10mg/L、TN＝50mg/L、NH3-N=45mg/L。有效体积为1.33m3，其中藻类深度处理区0.23m3、缺氧区0.23m3、好氧区0.87m3，日处理量1.5 m3。
运行参数：污泥龄（SRT）12天，MLSS 4000mg/L，污泥回流比100%。
处理结果：出水COD≤60mg/L、TN≤20mg/L、NH3-N≤8mg/L、TP≤1mg/L平均去除率分别为90%、72%、83.7%、82.5%出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准。
最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.水力式无能耗复合双向生物移动床反应器，其特征在于，所述反应器由同轴设置且直径逐渐增大的第一筒体、第二筒体、第三筒体和第四筒体构成，在第一筒体和第二筒体之间形成第一环状空腔，在第二筒体和第三筒体之间形成第二环状空腔，在第三筒体和第四筒体之间形成第三环状空腔；
第一筒体顶端高出第二筒体一定高度，在第一筒体顶部设有与第一筒体对应的集水槽，在集水槽上方设有跌水口，所述跌水口距离集水槽具有一定高度，以将污水引入集水槽并完成跌水曝气增氧过程，在集水槽底板上均匀分布有若干布水孔，同时在集水槽下方对应的第一筒体壁上设有若干通气孔，便于污水再次跌水曝气增氧后进入第一筒体内，在第一筒体内设有第一生物填料；第一筒体底部敞口设置且距离第二筒体底部有一距离，从而将第一筒体和第一环状空腔连通，便于第一筒体内的水体进入第一环状空腔，在第一环状空腔内设有第二生物填料，在第二筒体顶端对应的第二筒体壁上设有溢流堰，便于第一环状空腔内的水体进入第二环状空腔，第三筒体底部敞口设置且距离第四筒体底部有一定距离，从而将第二环状空腔和第三环状空腔连通，便于第二环状空腔内的水体进入第三环状空腔，在第三环状空腔内设有藻类，并且第四筒体筒壁采用透明材料制成，便于光照透过筒壁进入第三环状空腔用于藻类光合作用，在第四筒体上部设有排水口，排水口连接有排水管用于排放处理后的水体。
2.根据权利要求1所述的水力式无能耗复合双向生物移动床反应器，其特征在于，在第一环状空腔上部对应的第一筒体壁上设有第一环形回流口，便于第一环状空腔内的混合液部分回流至第一筒体内。
3.根据权利要求2所述的水力式无能耗复合双向生物移动床反应器，其特征在于，在第一环形回流口上端出口方向对应的第一筒体壁上设有第一环形挡流板，所述第一环形挡流板内侧逐步向下倾斜以在第一筒体内形成竖直向下的收缩口。
4.根据权利要求2所述的水力式无能耗复合双向生物移动床反应器，其特征在于，在第二筒体底部中心设有引流器，以将第一筒体内的水体引入第一环状空腔内，所述引流器呈圆锥形，引流器竖直设置且圆锥底面位于下方。
5.根据权利要求2所述的水力式无能耗复合双向生物移动床反应器，其特征在于，所述第二生物填料为塑料球形悬浮填料，在第一环形回流口下端对应的第一环状空腔内水平设有第一网格状隔板，在第一筒体底端对应的第一环状空腔内水平设有第二网格状隔板，所述第二生物填料设置在第一网格状隔板和第二网格状隔板之间的第一环状空腔内。
6.根据权利要求1所述的水力式无能耗复合双向生物移动床反应器，其特征在于，在第三环状空腔上部对应的第三筒体壁上设有第二环形回流口，便于第三环状空腔内的水体部分回流至第二环状空腔内。
7.根据权利要求6所述的水力式无能耗复合双向生物移动床反应器，其特征在于，在第二环形回流口上端对应的第三筒体壁上设有具有一定长度的第二环形挡流板，所述第二环形挡流板的直径逐渐缩小以在第二环状空腔形成竖直向下的收缩口。
8.根据权利要求6所述的水力式无能耗复合双向生物移动床反应器，其特征在于，所述藻类固定在第三生物填料上，在第二环形回流口下端对应的第三环状空腔内设有第三网格状隔板，在第三筒体底端对应的第三环状空腔内设有第四网格状隔板，所述藻类设置在第三网格状隔板和第四网格状隔板之间的第三环状空腔内。
9.根据权利要求1所述的水力式无能耗复合双向生物移动床反应器，其特征在于，第一环状空腔和第三环状空腔内分别设有四隔板，四隔板竖直设置且沿对应环状空腔圆周方向均匀分布，以将对应的环状空腔分成四等份。
10.根据权利要求1所述的水力式无能耗复合双向生物移动床反应器，其特征在于，在第二筒体底部设有排泥口，并在排泥口上连接有排泥管用于定期排除污泥。
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