專利名稱：復(fù)合式厭氧生物廢水處理反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種有機(jī)廢水的水處理裝置，具體地說是一種復(fù)合式厭氧生物廢水處理反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
目前，印染、醫(yī)藥、化工、造紙等一些重點(diǎn)行業(yè)高濃度有毒有機(jī)廢水是造成我國水體污染加劇的主要原因之一。此類廢水的共性是在環(huán)境中比較難于降解，長時(shí)間穩(wěn)定存在，并具有生物累積性，嚴(yán)重地影響著人類的身體健康，阻礙了我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，針對高濃度難降解有毒有機(jī)廢水的研究和應(yīng)用是當(dāng)今廢水處理技術(shù)中的一個(gè)熱點(diǎn)。
針對有機(jī)廢水的水處理裝置有很多種，其中許多都是很成熟的，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。根據(jù)降解有機(jī)物的不同方法，此類水處理裝置可分為物化水處理裝置和生化水處理裝置二大類。。針對有機(jī)廢水的典型的物化水處理裝置有以下幾類以活性炭吸附、大孔樹脂吸附為代表的吸附裝置，以反滲透、超濾為代表的膜分離裝置，以光催化氧化、超臨界催化氧化、超聲催化氧化為代表的高級(jí)氧化裝置。生化水處理裝置型式種類較多，但可分為好氧和厭氧二大類吸附裝置是利用不同吸附劑的吸附作用去除水中的有機(jī)污染物?；钚蕴课窖b置根據(jù)吸附劑的不同運(yùn)行方式可分為固定床型、移動(dòng)床型、流動(dòng)床型。吸附劑活性炭的形狀有粉末狀和顆粒狀，顆粒狀活性炭再生要比粉末狀活性炭容易，所以活性吸附裝置多采用顆粒狀活性炭?；钚蕴康奈侥芰軓?qiáng)，對水中許多有機(jī)物都有很強(qiáng)的吸附能力，另外還可以用于水中的除臭、脫色和微量有害物質(zhì)。60年代研制的大孔樹脂吸附裝置是以大孔樹脂作為吸附劑的吸附裝置。大孔吸附樹脂可凈化許多離子性、極性和非極性的有機(jī)物，其結(jié)合力比較小，易于再生，與活性炭吸附不同的是大孔樹脂吸附具有很高的選擇性，因此可回收水中的有機(jī)物。
膜分離裝置是利用膜的選擇透過性去除水中的有機(jī)污染物的，根據(jù)膜孔徑的大小可分為反滲透和超濾等多種類型，根據(jù)膜組件的形狀可分為板框式、管式、卷式和中空纖維式四種結(jié)構(gòu)形式。反滲透和超濾裝置的主要區(qū)別在于其膜徑大小不同。超濾膜截留的污染物粒徑較大，約為2-10000微米，反滲透膜截留的較小，約為0.4-600微米，因此超濾裝置相應(yīng)的操作壓力較小，為101.3-709.3kPa，而反滲透裝置較大，比超濾裝置要高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。膜分離裝置是一種深度水處理裝置，能去除水中的微量有機(jī)污染物。
高級(jí)氧化技術(shù)及裝置起步相對較晚，實(shí)質(zhì)上是采用特殊的條件下的催化氧化技術(shù)。光催化氧化裝置的基本原理是，光照射在二氧化鈦等半導(dǎo)體表面后，產(chǎn)生的空穴使水分子生成羥基自由基，羥基自由基具有無選擇性的強(qiáng)氧化能力，從而去除水中的有機(jī)污染物。超臨界催化氧化裝置的基本原理是，在高溫高壓的超臨界狀態(tài)下，有機(jī)污染物分子、空氣和溶劑水無限互容，從而有機(jī)污染物被短時(shí)間內(nèi)幾乎徹底氧化。
生物方法是去除廢水中有機(jī)物最經(jīng)濟(jì)有效的方法，是利用微生物生命過程中的代謝活動(dòng)，將有機(jī)物分解為簡單的無機(jī)物從而去除有機(jī)污染物的過程。據(jù)代謝過程中對氧的需求情況，微生物可分為好氧微生物、厭氧微生物及介于兩者之間的兼性微生物。按水流方式分為連續(xù)式和序批式，按微生物的存在方式分為活性污泥法和生物膜法。具有代表性的型式有活性污泥池、生物濾池、生物接解氧化塔、氧化溝、生物轉(zhuǎn)盤、上流式污泥反應(yīng)器、以上所述的各種有機(jī)廢水處理裝置有各自的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也有各自的缺點(diǎn)，只能適用一定的范圍。各種吸附裝置的出水水質(zhì)較好，但是由于使用大量的吸附劑，且需要再生，致使運(yùn)行成本較高。各種膜法裝置出水水質(zhì)也較好，但是對膜的要求較高，膜的制作成本很高，運(yùn)行過程中膜極易被污染，需較為嚴(yán)格的預(yù)處理。光催化裝置中的催化劑制作成本較高，尚不能進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，而且催化劑易失活，也需要較為嚴(yán)格的預(yù)處理。超臨界裝置需要高溫高壓，因此對設(shè)備材質(zhì)的要求較高，固定成本較高，維護(hù)較難。因此有必要開發(fā)高效價(jià)廉的新型深度處理工藝。
一般的生化水處理裝置與本實(shí)用新型技術(shù)較為密切。研究結(jié)果表明一般的生化水處理裝置只適用于低生物毒性且易生物降解的生活污水，對于難降解高濃度的有毒有機(jī)廢水采用常規(guī)的好氧或厭氧生物處理很難達(dá)到處理要求，通常需要復(fù)雜的前處理及后續(xù)處理裝置，這樣大大提高了運(yùn)行費(fèi)用，占地面積大。單一的好氧生物處理裝置，能耗較大，需要曝氣，而且只能處理低濃度易降解的生活污水或作為其他處理方法的后續(xù)處理。一般的厭氧生物處理方法，能夠處理高濃度難降解的有機(jī)廢水，能耗低，占地面積小，而且還可以回收厭氧處理產(chǎn)生的甲烷(CH4)氣體，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，但該方法對于高濃度有毒廢水難以處理，而且處理后的出水很難達(dá)到理想要求，通常需要其他物化或生化處理裝置作為后續(xù)處理，這樣就加大了運(yùn)行成本和占地面積，使操作難度增大，是應(yīng)用于實(shí)際工程的主要障礙。一項(xiàng)水處理技術(shù)，能有效且經(jīng)濟(jì)地凈化工業(yè)有機(jī)污染物，才能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，因此，開發(fā)成本低、效率高的組合工藝，也正是當(dāng)前解決高濃度、難降解有毒有機(jī)廢水的發(fā)展趨勢和有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種成本低、效率高的復(fù)合式厭氧生物廢水處理反應(yīng)器。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案一種復(fù)合式厭氧生物廢水處理反應(yīng)器，它包括有密閉反應(yīng)器11，該反應(yīng)器11下部為填充有顆粒污泥的顆粒污泥區(qū)3，反應(yīng)器11內(nèi)對應(yīng)顆粒污泥區(qū)3的上部留一定間距設(shè)有一段填充有填料的填料區(qū)5，反應(yīng)器11的底部為連有水泵2的進(jìn)水口1，頂部設(shè)有排水口7與氣體排放口8，其特征在于在反應(yīng)器11內(nèi)對應(yīng)填料區(qū)5的上部留有一定間距至少設(shè)有一段填充有填料的過濾區(qū)6，過濾器6的上部低于排水口7所在位置。
本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)上首次將生化效應(yīng)和物化吸附效應(yīng)有機(jī)地結(jié)合在一起。厭氧生物降解有機(jī)物的機(jī)理是利用厭氧微生物的代謝過程，在無需提供氧氣的情況下把有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物和少量的細(xì)胞物質(zhì)，這些無機(jī)物主要包括大量的生物氣(及沼氣)和水。沼氣的主要成分是約2/3的CH4和1/3的CO2，是一種可回收的能源。厭氧處理出水往往帶有少量的懸浮物(如懸浮污泥)，嚴(yán)重影響了出水水質(zhì)，而在填料的吸附下，不僅凈化了水質(zhì)，同時(shí)截留了污泥的流失，保持了反應(yīng)器內(nèi)的污泥量和延長了污泥停留時(shí)間(SRT)。SRT的延長實(shí)質(zhì)是維持了反應(yīng)器內(nèi)污泥的高濃度，可以大大縮短廢水的水力停留時(shí)間(HRT)，從而減少反應(yīng)器容積，或在相同反應(yīng)器容積時(shí)增加處理的水量。本實(shí)用新型利用厭氧活性污泥、厭氧濾池及過濾吸附的特點(diǎn)，把活性污泥、生物膜及過濾吸附有機(jī)地結(jié)合為一體，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，不僅優(yōu)化了出水的水質(zhì)，同時(shí)由于厭氧生物膜的形成，在生物膜上形成各種菌群的良好共生關(guān)系，因此在反應(yīng)器內(nèi)易于培養(yǎng)出適應(yīng)有毒物質(zhì)的厭氧污泥，使得反應(yīng)器對有毒物質(zhì)的適應(yīng)能力增強(qiáng)；不僅減少了預(yù)處理和后續(xù)處理的裝置，節(jié)約了占地面積，而且減少了昂貴填料的用量，大大降低了運(yùn)行成本和操作難度。
值得提出的是，盡管厭氧活性污泥、厭氧濾池等及其各種組合工藝對高濃度有機(jī)廢水的處理效果很明顯，但采用本實(shí)用新型技術(shù)，對懸浮物含量高、色度深的難降解有毒的有機(jī)廢水的處理更為有效。
本實(shí)用新型具有下列優(yōu)點(diǎn)1、在技術(shù)上將活性污泥和生物膜的生化效應(yīng)與過濾吸附的物理效應(yīng)有機(jī)結(jié)合起來，從根本上解決了厭氧反應(yīng)器污泥易流失、需要回流剩余污泥問題，而且延長了污泥停留時(shí)間(SRT)，同時(shí)可以收集排放的生物氣作為能源，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，大大降低運(yùn)行成本和操作難度，提高出水水質(zhì)。
2、省去了厭氧濾池和作為后續(xù)處理的過濾吸附裝置，同時(shí)減少了填料的用量，不僅降低了運(yùn)行成本，而且達(dá)到了凈化出水水質(zhì)的目的。
3、厭氧顆粒污泥消化、厭氧濾池和過濾吸附集中在同一個(gè)厭氧反應(yīng)器里，整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡便。
4可以根據(jù)不同的水處理量和具體的水質(zhì)選擇反應(yīng)器中厭氧濾池和過濾部分的高度和數(shù)量，因此工程設(shè)計(jì)簡便，施工安裝期短。
5、本裝置的填料都是一般常用的，沒有特殊的要求，易于產(chǎn)業(yè)化。
6、適用于各種有機(jī)廢水。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型廢水處理流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖1，本實(shí)用新型一種復(fù)合式厭氧生物廢水處理反應(yīng)器，它包括有密閉反應(yīng)器11，該反應(yīng)器11下部為填充有顆粒污泥的顆粒污泥區(qū)3，反應(yīng)器11內(nèi)對應(yīng)顆粒污泥區(qū)3的上部留一定間距設(shè)有一段填充有填料的填料區(qū)5，反應(yīng)器11的底部為連有水泵2的進(jìn)水口1，靠近反應(yīng)器11頂部向上依次設(shè)有排水口7與氣體排放口8，在反應(yīng)器11內(nèi)上部至少設(shè)有一段與填料區(qū)5留有一定間距的填充有填料的過濾區(qū)6，填料區(qū)5與填料區(qū)6的上、下部均設(shè)有填料支撐網(wǎng)13，用于放置填料。過濾器6的頂部應(yīng)低于排水口7位置，根據(jù)廢水處理的要求，過濾區(qū)6可設(shè)為兩段或多段，若設(shè)有多段過濾區(qū)6，則最上段應(yīng)靠近反應(yīng)器11的排水口7處。填料區(qū)5與過濾區(qū)6均設(shè)有便于取放填料的填料操作區(qū)12，以便更換填料。氣體排放口8處設(shè)有氣體流量計(jì)10。反應(yīng)器11上間隔一定間距就設(shè)有取樣閥門9，便于取樣分析。
本實(shí)用新型使用過程中，高濃度有機(jī)廢水不經(jīng)任何預(yù)處理，直接通過進(jìn)水泵2由進(jìn)水口1進(jìn)入反應(yīng)器中，首先進(jìn)入顆粒污泥區(qū)3進(jìn)行厭氧消化，經(jīng)厭氧顆粒污泥中的微生物的初步降解(控制一定的水力停留時(shí)間HRT)，在連續(xù)進(jìn)水推動(dòng)下，形成污泥懸浮區(qū)4，顆粒污泥區(qū)3與污泥懸浮區(qū)4二者沒有明顯的界面。接著污水與污泥的混合液經(jīng)過填料區(qū)5，經(jīng)過填料的截留，會(huì)在填料上逐漸形成適應(yīng)該廢水的生物膜，該生物膜不僅可截留懸浮物，同時(shí)很大程度上會(huì)對廢水的有機(jī)物進(jìn)行進(jìn)一步的降解，生成小分子的有機(jī)物或無機(jī)物；而經(jīng)生物膜進(jìn)一步降解處理的廢水經(jīng)過過濾區(qū)6進(jìn)行過濾吸附，其中含有的小分子有機(jī)物或夾帶的懸浮物都會(huì)在該區(qū)被過濾或吸附在填料上，廢水進(jìn)一步進(jìn)行了深度處理，出水經(jīng)排水口7排放出去。其中廢水在整個(gè)反應(yīng)器中的降解會(huì)產(chǎn)生大量的生物氣，生物氣在反應(yīng)器中起到了攪拌作用，最后經(jīng)氣體排放口8排放收集。
對于特定的高濃度有機(jī)廢水，可根據(jù)其特點(diǎn)，根據(jù)不同的水處理量、水質(zhì)和具體的施工空間，在反應(yīng)器中加大填料區(qū)5(生物膜區(qū))和過濾區(qū)6(過濾吸附區(qū))的高度，也可根據(jù)實(shí)際操作條件增加過濾區(qū)6的段數(shù)，來達(dá)到預(yù)期的理想效果，如過濾區(qū)6也可采用二段、三段等。
如圖2，本實(shí)用新型實(shí)際上相當(dāng)于填充有厭氧污泥和二段填料的厭氧生物反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的三段組合式工藝，它包括顆粒污泥區(qū)3的厭氧顆粒污泥一級(jí)消化、填料區(qū)5的生物膜二級(jí)處理和過濾區(qū)6的過濾吸附三級(jí)深度處理。它們之間又相互關(guān)聯(lián)，使得在一個(gè)反應(yīng)器中對廢水進(jìn)行三段深度處理。其中任何一段工藝都是成熟的現(xiàn)有技術(shù)，而在該實(shí)用新型中被恰當(dāng)?shù)亟M合在一個(gè)反應(yīng)器里，大大減少了裝置費(fèi)用和占地面積，又實(shí)現(xiàn)了廢水的深度處理。在同一反應(yīng)器中，有形成厭氧生物膜的填料區(qū)和起過濾吸附作用的填料區(qū)，長時(shí)間使用后需要對填料進(jìn)行再生，對于吸附區(qū)填料，可以進(jìn)行反沖洗或更換新的活性高的填料，對取出的填料進(jìn)行再生；對生物膜區(qū)的填料，只需進(jìn)行反沖洗即可。
在本實(shí)用新型中，可根據(jù)實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)奶盍?。其中對于形成生物膜的填料區(qū)5的填料，一般填料表面要有一定的粗糙度和表面空隙率，粗糙多孔的表面有助于生物膜的形成。而對于塊狀的填料，選擇適當(dāng)?shù)牧绞呛苤匾?，?jù)報(bào)道粒徑由0.2mm到6cm不等，但粒徑較小的填料易于堵塞，特別是對于濃度較大的廢水。因此實(shí)踐中多選用2cm以上的填料。填料的選擇如卵石、碎石、磚塊、塑料、玻璃、爐渣、貝殼、珊瑚、海綿、網(wǎng)狀泡沫塑料等。
對于過濾區(qū)6的填料，一般常用的有焦炭、爐渣、粉煤灰、活性炭、大孔樹脂等?；钚蕴康奈侥芰軓?qiáng)，對水中許多有機(jī)物都有很強(qiáng)的吸附能力，另外還可以用于水中的除臭、脫色和微量有害物質(zhì)，所以活性吸附裝置多采用顆粒狀活性炭。吸附劑活性炭的形狀有粉末狀和顆粒狀，顆粒狀活性炭再生要比粉末狀活性炭容易。60年代研制的大孔樹脂吸附裝置是以大孔樹脂作為吸附劑的吸附裝置。大孔吸附樹脂可凈化許多離子性、極性和非極性的有機(jī)物，其結(jié)合力比較小，易于再生，與活性炭吸附不同的是大孔樹脂吸附具有很高的選擇性，還可回收水中的有機(jī)物。因此，廠家可根據(jù)具體廢水和實(shí)際情況及加以選擇合適的填料，以期在達(dá)到理想的處理效果的同時(shí)成本費(fèi)用最低。
對于過濾區(qū)6的填料，在長時(shí)間使用后，如果活性降低，可以經(jīng)填料操作區(qū)12更換新的填料，把取出的活性降低的填料進(jìn)行再生；也可通過反沖洗進(jìn)行暫時(shí)性再生。對于生物膜區(qū)的填料，如果在填料間以絮聚形式存在的微生物或懸浮物較多，容易造成堵塞，可以采用降流式進(jìn)行反沖洗，這樣也避免損失填料表面的生物膜。
權(quán)利要求1.一種復(fù)合式厭氧生物廢水處理反應(yīng)器，它包括有密閉反應(yīng)器(11)，該反應(yīng)器(11)下部為填充有顆粒污泥的顆粒污泥區(qū)(3)，反應(yīng)器(11)內(nèi)對應(yīng)顆粒污泥區(qū)(3)的上部留一定間距設(shè)有一段填充有填料的填料區(qū)(5)，反應(yīng)器11的底部為連有水泵(2)的進(jìn)水口1，頂部設(shè)有排水口(7)與氣體排放口(8)，其特征在于在反應(yīng)器(11)內(nèi)對應(yīng)填料區(qū)(5)的上部留有一定間距至少設(shè)有一段填充有填料的過濾區(qū)(6)，過濾器(6)的上部低于排水口(7)所在位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式厭氧反應(yīng)器，其特征在于填料區(qū)(5)與填料區(qū)(6)的上、下部均設(shè)有填料支撐網(wǎng)(13)，填料區(qū)(5)與過濾區(qū)(6)均設(shè)有便于取放填料的填料操作區(qū)(12)，氣體排放口(8)處設(shè)有氣體流量計(jì)(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式厭氧反應(yīng)器，其特征在于，過濾區(qū)(6)根據(jù)廢水處理的要求可設(shè)為兩段或多段，最上段的過濾區(qū)(6)應(yīng)靠近反應(yīng)器(11)的排水口(7)處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式厭氧反應(yīng)器，其特征在于填料區(qū)(5)內(nèi)的填料可選用易掛生物膜作用的填料，如卵石、碎石、磚塊、塑料、玻璃、爐渣、貝殼、珊瑚、海綿、網(wǎng)狀泡沫塑料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式厭氧反應(yīng)器，其特征在于過濾區(qū)(6)內(nèi)的填料采用具有吸附功能的填料，如活性炭、焦炭、大孔樹脂。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種復(fù)合式厭氧生物廢水處理反應(yīng)器，它包括有密閉反應(yīng)器，反應(yīng)器下部為填充有顆粒污泥的顆粒污泥區(qū)，對應(yīng)顆粒污泥區(qū)的上部留一定間距設(shè)有一段填充有填料的填料區(qū)，反應(yīng)器的底部為連有水泵的進(jìn)水口，頂部設(shè)有排水口與氣體排放口，其特征在于在反應(yīng)器內(nèi)對應(yīng)填料區(qū)的上部留有一定間距至少設(shè)有一段填充有填料的過濾區(qū)，過濾器的上部低于排水口所在位置。本實(shí)用新型用于有機(jī)廢水的處理，在技術(shù)上將生化處理和物化處理有機(jī)結(jié)合起來，解決了一般厭氧顆粒污泥反應(yīng)器中污泥易流失，需要回流裝置等問題，同時(shí)減少厭氧濾池和過濾吸附裝置需要大量昂貴填料的癥結(jié)所在，提高了出水水質(zhì)，降低了運(yùn)行成本費(fèi)用。
文檔編號(hào)C02F3/28GK2654598SQ200320110409
公開日2004年11月10日 申請日期2003年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月27日
發(fā)明者倪利曉, 鄭正, 李時(shí)銀, 袁守軍, 楊光俊, 顧春暉 申請人:南京大學(xué)