專利名稱：一種三相內(nèi)循環(huán)生化反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種具有好氧/缺氧/厭氧三段反應(yīng)區(qū)的新型三相內(nèi)循環(huán)生 化反應(yīng)裝置，該裝置可以用于工業(yè)廢水和生活污水的處理過程，主要用于含氨 氮廢水的處理。
背景技術(shù)：
隨著人類環(huán)保意識的增強，工業(yè)污水和生活污水的處理受到越來越多的關(guān) 注，廢水處理的工藝也日新月異，但是傳統(tǒng)的生化處理方法依然是最重要的污 水處理技術(shù)之一。生物流化床處理有機物廢水的研究首先是由美國環(huán)保署在1970 1973年提出的，后因容易發(fā)生堵塞而中斷。以后，Jeris成功地把厭氧流 化床推廣到去除廢水中BOD (污水生化需氧量)和氨氮的硝化處理。美國 Ecolotrol公司于1975年首次獲得生物流化床處理廢水的專利，應(yīng)用于廢水的二、 三級處理。其后，美國DorrOliver公司在流化床的實用性方面做了許多研究， 尤其是在充氧裝置與進水分布系統(tǒng)上取得了很大進展，開發(fā)了 Oxitron流化床反 應(yīng)器(G Hoytand. Aerobic Treatment in 'Oxitron' Biological FIuidized Bed. Plant at Coleshill. War. Pollut. Control, 1983, 82(4): 47 )。英國水研究中心和美國水研究中 心又分別對充氧方式進行了改進，并成功地用于厭氧一好氧兩段流化床對廢水 進行全面的二級處理。日本在70年代中期開始對生物流化床進行研究，80年代 初開展了大量的研究，有代表性的是栗田公司和三菱公司的工作，其研究主要 著眼于中小型工廠的廢水處理。我國在生物流化床方面的研究起步較晚。1978 年，蘭州石化公司研究院環(huán)保所開始進行純氧曝氣生物流化床處理石油化工廢 水的研究工作，先后進行了石油化工綜合廢水、丁烯氧化廢水、甲醇廢水和油漆廢水處理的研究。除蘭化研究院外，國內(nèi)主要研究的是空氣曝氣流化床。1980 年成都市政設(shè)計院、北京環(huán)保所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、武漢給排水設(shè)計院等單位 根據(jù)國家建委城建局下達的研究生物流化床的任務(wù)，以城市污水為對象進行了比較廣泛的探索和研究，推出了以兼氣床為主的流化床工藝。1984年，撫順石油研究所與石油六廠合作，采用射流曝氣三相流化床處理煉油廢水。近年來， 國內(nèi)三相生物流化床研究發(fā)展較快，內(nèi)外循環(huán)三相生物流化床、磁場生物流化 床以及其它復(fù)合式流化床研究較多(劉剛，徐高田，裴勇.內(nèi)循環(huán)三相生物流化床處理廢水研究進展.化學(xué)工程師，2004， 12)。 CN200510012015.0提出了一種用于城鎮(zhèn)生活和工業(yè)廢水處理的過濾式高效分離循環(huán)三相流化床的裝置。它指 出內(nèi)循環(huán)三相流化床反應(yīng)器在處理有機物等污染物方面的效率雖然令人滿意， 但是，由于流化床反應(yīng)器一般采用高徑比大于1的塔式結(jié)構(gòu)，頂部能夠用于固 液分離的空間相對較小，因此其出水的懸浮物濃度一般無法達到國家的一級排 放標(biāo)準(zhǔn)。為了解決這個問題，不得不增加后續(xù)工藝或設(shè)置獨立的固液分離裝置。 因此在原有三相流化床基礎(chǔ)上增加了一種高效的固液分離方式一過濾，使得系 統(tǒng)在不增加新裝置的基礎(chǔ)上，保證出水懸浮物濃度滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。CN02112275.X 也是將流化床反應(yīng)器與液固分離裝置結(jié)合，進行污水處理。流化床反應(yīng)器由導(dǎo) 流板分隔為混和區(qū)、靜止區(qū)和循環(huán)通道，反應(yīng)器外設(shè)液固分離設(shè)施。 CN00264199.2提出一種高效能內(nèi)循環(huán)活性污泥厭氧流化床污泥處理裝置，該裝 置的上流式活性污泥床的塔體內(nèi)設(shè)有一倒漏斗式內(nèi)循環(huán)器，該內(nèi)循環(huán)器的底部 周邊與塔體內(nèi)壁連接，所設(shè)的內(nèi)循環(huán)器將塔體內(nèi)腔自下而上分隔成分解區(qū)、 第一反應(yīng)區(qū)、第二反應(yīng)區(qū)；塔體頂部設(shè)有一可將被處理水以持續(xù)間隔方式輸入 塔內(nèi)的間歇式進水器。本裝置用于小區(qū)生活污水處理時，不需要配備調(diào)節(jié)池， 塔本身的高、低負(fù)荷區(qū)可接受很大的水質(zhì)變化沖擊，并在此中完成水解、酸化 過程。該反應(yīng)器不能實現(xiàn)好氧-厭氧處理工藝方法。CN200610012070.4提供一種 折流板反應(yīng)器。反應(yīng)器包括長方體及曝氣裝置、分隔擋板、導(dǎo)流擋板， 一端有 進水口，另一端設(shè)置出水口，在長方體沿水流方向上設(shè)置有若干垂直的分隔擋板和導(dǎo)流擋板；實現(xiàn)反應(yīng)器在沿水流方向上有曝氣裝置的好氧單元和無曝氣裝 置的厭氧單元的反復(fù)出現(xiàn)。該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，出水沉淀效果不 理想。上述三相內(nèi)循環(huán)生化反應(yīng)裝置或多或少都存在一些問題，譬如有的裝置 固液分離不徹底，有的裝置沒有好氧反應(yīng)區(qū)等等。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供出一種具有好氧/厭氧/沉淀三段反應(yīng) 區(qū)的新三相內(nèi)循環(huán)生化反應(yīng)裝置。本實用新型三相內(nèi)循環(huán)生化反應(yīng)裝置包括好氧區(qū)、厭氧區(qū)和沉淀區(qū)三段， 整個反應(yīng)裝置的三段為柱形套筒結(jié)構(gòu)，套筒結(jié)構(gòu)的里層為好氧區(qū)，套筒結(jié)構(gòu)的 中間層為厭氧區(qū)，套筒結(jié)構(gòu)的外層為沉淀區(qū)，好氧區(qū)底部設(shè)置進氣分布器和進 水分布器，好氧區(qū)下部與厭氧區(qū)有環(huán)形通道相互連通，好氧區(qū)筒壁頂部高度低 于厭氧區(qū)外筒壁，厭氧區(qū)外筒壁中部設(shè)置環(huán)隙通道與沉淀區(qū)相互連通，沉淀區(qū) 上部設(shè)置出水口。本實用新型三相內(nèi)循環(huán)生化反應(yīng)裝置中，柱形套筒結(jié)構(gòu)可以是圓柱形套筒 結(jié)構(gòu)、方柱形套筒結(jié)構(gòu)或其它任何柱形套筒結(jié)構(gòu)。好氧區(qū)頂部和底部分別設(shè)置 成正置和倒置的漏斗形結(jié)構(gòu)，中間為柱形結(jié)構(gòu)。厭氧區(qū)與好氧區(qū)底部倒置漏斗 形結(jié)構(gòu)的下沿處有一縫隙供在厭氧區(qū)沉淀的活性污泥從漏斗形結(jié)構(gòu)的斜坡滑落 到好氧區(qū)區(qū)，同時保持水相的連通。在好氧區(qū)倒置漏斗形結(jié)構(gòu)的下面設(shè)置空氣 分布器和進水分布器?？諝夂瓦M水從分布器進入到反應(yīng)器之后，在好氧區(qū)向上 流動，同時進行好氧微生物反應(yīng)。好氧區(qū)上部正置漏斗結(jié)構(gòu)具有兩個功能，一 是擴大好氧區(qū)截面積，使氣液流速降低，便于活性污泥沉降，達到截留大部分 活性污泥的作用；二是提供一個沉降的活性污泥重新滑落到好氧區(qū)的滑道。好 氧區(qū)正置漏斗結(jié)構(gòu)沉降區(qū)中間優(yōu)選設(shè)置一個套筒結(jié)構(gòu)，阻止氣泡從漏斗的中央 向邊緣擴散，有利于邊緣活性污泥的沉降。好氧區(qū)正置漏斗結(jié)構(gòu)上沿和厭氧區(qū) 由一縫隙相連通，從反應(yīng)器底部連續(xù)流進的廢水經(jīng)過好氧處理后，在正置漏斗結(jié)構(gòu)的頂部邊緣稍作沉降后經(jīng)過縫隙流入到厭氧區(qū)。厭氧區(qū)可以靠水流的帶動 在其內(nèi)部形成一個微循環(huán)，以增強體系中活性污泥和水相之間的接觸。在厭氧 區(qū)內(nèi)可以設(shè)置填料，對活性污泥進行吸附固定，以提高厭氧處理的效率，也可 以采取其它所有能夠增加活性污泥和水相之間相互接觸的方法提高厭氧處理效 率。厭氧區(qū)下部優(yōu)選為正置漏斗結(jié)構(gòu)與厭氧區(qū)上部柱形結(jié)構(gòu)相連。厭氧區(qū)下部 的正置漏斗結(jié)構(gòu)下沿與反應(yīng)裝置底部連接。厭氧區(qū)下部正置漏斗結(jié)構(gòu)的另一功 能是作為厭氧區(qū)沉降污泥的滑道使之滑回到好氧區(qū)，實現(xiàn)活性污泥在好氧區(qū)和 厭氧區(qū)的循環(huán)。在厭氧區(qū)外筒壁的中間段設(shè)置開口與沉淀區(qū)相通，開口結(jié)構(gòu)優(yōu) 選為內(nèi)外套筒環(huán)隙結(jié)構(gòu)，外筒為厭氧區(qū)外筒壁，內(nèi)筒為外加的筒形結(jié)構(gòu)，環(huán)隙 結(jié)構(gòu)下口在厭氧區(qū)，環(huán)隙結(jié)構(gòu)上口在沉淀區(qū)。厭氧區(qū)的厭氧作用主要進行難降 解有機物的水解和亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的反硝化，通常需要外加碳源，這種 外加碳源可以是配制的有機物溶液，如甲醇溶液，也可以是含COD的工業(yè)廢水 或生活污水。沉淀區(qū)具有懸浮物沉降功能，沉降的懸浮物經(jīng)過沉淀區(qū)底部的污 泥排放口排放到反應(yīng)裝置外，處理出水從沉淀區(qū)上部出水口排出。本實用新型反應(yīng)裝置可以用于各種污水的微生物處理過程，最適宜用于含 氨氮廢水的微生物處理過程。本實用新型三相內(nèi)循環(huán)生化反應(yīng)裝置將好氧、厭氧、沉淀過程有機結(jié)合到 一個裝置中，好氧區(qū)和厭氧區(qū)各設(shè)置有污泥截留裝置，便于污泥回流，使得進 入沉淀區(qū)的懸浮物極少，再經(jīng)過沉降池的沉淀作用，有利于懸浮物的去除。該 裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、可操作性好等優(yōu)點，可以用于各種污水的處 理過程，應(yīng)用于生活污水或工業(yè)污水中難降解有機物和總氮的去除效果良好。


圖1是本實用新型三相內(nèi)循環(huán)生化反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型一種實驗室規(guī)模的具體結(jié)構(gòu)尺寸的反應(yīng)裝置。圖3是本實用新型一種適于中型試驗或小規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的具體結(jié)構(gòu)尺寸的 反應(yīng)裝置。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖進一步說明本實用新型三相內(nèi)循環(huán)生化反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)和功能。如圖i所示，i區(qū)、n區(qū)和m區(qū)分別為好氧區(qū)，厭氧區(qū)和沉淀區(qū)。整個反 應(yīng)裝置的3個區(qū)可以是圓柱形套筒結(jié)構(gòu)，也可以是四方柱套筒或其它任何柱形套筒結(jié)構(gòu)。i區(qū)頂部和底部分別設(shè)置成正置漏斗形結(jié)構(gòu)2和倒置的漏斗形結(jié)構(gòu)3與中間的塔體4相連。n區(qū)與i區(qū)在倒置漏斗3的下沿i處有一縫隙供在n區(qū) 沉淀的活性污泥從漏斗的斜坡滑落到i區(qū)，同時保持水相的連通。在i區(qū)倒置漏斗的下面設(shè)有空氣分布器6和進水分布器5。空氣和進水從分布器進入到反應(yīng) 器之后，向塔體上面流動，中間塔體4范圍之外的進水和空氣在向上流動過程 中與倒置漏斗3發(fā)生碰撞，形成湍流，直接被擠進中間反應(yīng)塔體4，增強了I區(qū) 的傳質(zhì)和溶解氧濃度?？諝?，水夾帶著活性污泥繼續(xù)向上運行，運行過程中， 進水中的COD和氨氮濃度不斷的被稀釋，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也被活性污泥中的異養(yǎng)菌分解利用，除了少量難 降解有機物。小氣泡在運行過程中逐漸合并形成大氣泡，從I區(qū)正置漏斗2的 中央逸出排放。正置漏斗2結(jié)構(gòu)有兩個功能， 一是改變I區(qū)中間反應(yīng)塔體的直 徑(即擴大截面積)，使得在塔體正置漏斗的頂部邊緣形成一個相對靜止的區(qū)域， 供活性污泥沉降，以達到截留一部分活性污泥的作用；二是提供一個沉降的活 性污泥重新滑落到I區(qū)中間塔體4的滑道。正置漏斗2沉降區(qū)的較優(yōu)化的設(shè)計 還可以在漏斗中央加一個套筒結(jié)構(gòu)13，套筒為兩端開口結(jié)構(gòu)，套筒可以阻止氣 泡從漏斗的中央向邊緣擴散，有利于邊緣活性污泥的沉降。I區(qū)和II區(qū)在正向 漏斗的上沿也有一縫隙7相連，從反應(yīng)器底部連續(xù)流進的廢水經(jīng)過好氧處理后， 在正向漏斗的頂部邊緣稍作沉降后經(jīng)過縫隙7流入到II區(qū)。二區(qū)屬于厭氧區(qū)，可以僅靠水流的帶動在其區(qū)間形成一個如圖in區(qū)中箭頭所示的微循環(huán)，以增強體系中活性污泥和水相之間的接觸，也可以在II區(qū)中加滿填料，對活性污泥進 行吸附固定，以提高厭氧處理的效率，還可以采取其它所有能夠增加活性污泥 和水相之間相互接觸的方法提高厭氧處理效率。II區(qū)下部也是一個正置漏斗結(jié)構(gòu)8與上部柱形結(jié)構(gòu)9相連。ii區(qū)下部正置漏斗結(jié)構(gòu)8下沿與i區(qū)和m區(qū)的底 部相連，使得i區(qū)、n區(qū)和m區(qū)共用一個底，但是n區(qū)下部正置漏斗結(jié)構(gòu)s把 i區(qū)-n區(qū)和m區(qū)在底部隔開，形成各自獨立的體系。n區(qū)下部正置漏斗結(jié)構(gòu)8 的另一功能是作為n區(qū)沉降污泥的滑道使之滑回到i區(qū)，實現(xiàn)活性污泥在好氧 和厭氧區(qū)的循環(huán)。在n區(qū)外壁的中間段有一開口 io (即環(huán)隙通道結(jié)構(gòu))與ni區(qū) 相通，開口 io為一內(nèi)外套筒結(jié)構(gòu)，外筒即n區(qū)外壁，內(nèi)筒i2則為外加的筒形 結(jié)構(gòu)，其上部為一正置漏斗結(jié)構(gòu)ii的下沿與之相連，開口 io的正置漏斗結(jié)構(gòu) ii上沿則與n區(qū)外壁開口處的頂部相連，使內(nèi)筒和n區(qū)外壁之間形成一個相對 靜止的連通n區(qū)和in區(qū)的上下方向的通道，活性污泥的懸浮液經(jīng)過該通道進入 in區(qū)之前先經(jīng)過沉降，回收污泥，滑落回到i區(qū)，而經(jīng)過出口 io進入到ni區(qū)的 水流變得相對澄清。n區(qū)的厭氧作用主要進行難降解有機物的水解和亞硝酸鹽 氮和硝酸鹽氮的反硝化，要使好氧區(qū)形成的亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮全部反硝化， 通常還需要外加碳源，這種外加碳源可以是配制的有機物溶液，如甲醇溶液， 也可以是含cod的工業(yè)廢水或生活污水。m區(qū)屬于沉淀區(qū)，從n區(qū)經(jīng)出口 io 流入的水流中含有少量的懸浮物，并不能達到排放標(biāo)準(zhǔn)，因此還需進行沉降， 去除懸浮物，沉降的懸浮物經(jīng)過m區(qū)底部的污泥排口排放到反應(yīng)裝置外，而處 理后達標(biāo)的廢水則從m區(qū)頂部的出水管中排放到大自然中。 實施例i實驗室規(guī)模的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)及運行結(jié)果按圖2所示尺寸(單位mm)建立一套新型三相內(nèi)循環(huán)生化反應(yīng)裝置，其好 氧區(qū)，厭氧區(qū)和沉淀區(qū)體積分別為80L， 50L和70L。連續(xù)運行時，三個區(qū)段 的停留時間之比為8: 5: 7。接種經(jīng)過硝化菌富集的某污水處理廠的活性污泥， 處理中國專利200710010383.0中提供的自配廢水，氨氮濃度300mg/L。好氧區(qū) 水停留時間為8h，通氣攪拌，DO>2.0 mg/L，經(jīng)過1個星期適應(yīng)后，COD去除率99%，氨氮去除率99%。穩(wěn)定1個月后，往厭氧區(qū)按2 kg/L的速率流加甲 醇，穩(wěn)定一段時間后，氨氮去除率99%，總氮去除率95%。
實施例2適于中型試驗或小規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)及結(jié)構(gòu)及運 行結(jié)果
按圖3所示尺寸(單位mm)建立一套新型三相內(nèi)循環(huán)生化反應(yīng)裝置，其好 氧區(qū)，厭氧區(qū)和沉淀區(qū)體積分別為8m3， 5r^和7m3。連續(xù)運行時，三個區(qū)段的 停留時間之比為8: 5: 7。接種經(jīng)過硝化菌富集的某污水處理廠的活性污泥，處 理含氨氮廢水NH3-N (氨氮)318mg/L, N02-N (亞硝酸鹽氮)1.43mg/L， NOrN (硝酸鹽氮)0.949mg/L，堿度420 mg/L (以CaC03計)，COD (化學(xué) 需氧量，鉻法)67.7mg/L， pH8.86。好氧區(qū)水停留時間為8h，通氣攪拌，DO >2.0 mg/L，經(jīng)過l個星期適應(yīng)后，COD去除率99。/。，氨氮去除率99%。穩(wěn)定 1個月后，往厭氧區(qū)按2 kg/L的速率流加甲醇，穩(wěn)定一段時間后，氨氮去除率 99%，總氮去除率95%。
權(quán)利要求1、一種三相內(nèi)循環(huán)生化反應(yīng)裝置，其特征在于包括好氧區(qū)、厭氧區(qū)和沉淀區(qū)三段，整個反應(yīng)裝置的三段為柱形套筒結(jié)構(gòu)，套筒結(jié)構(gòu)的里層為好氧區(qū)，套筒結(jié)構(gòu)的中間層為厭氧區(qū)，套筒結(jié)構(gòu)的外層為沉淀區(qū)，好氧區(qū)底部設(shè)置進氣分布器和進水分布器，好氧區(qū)下部與厭氧區(qū)有環(huán)形通道相互連通，好氧區(qū)筒壁頂部高度低于厭氧區(qū)外筒壁，厭氧區(qū)外筒壁中部設(shè)置環(huán)隙通道與沉淀區(qū)相互連通，沉淀區(qū)上部設(shè)置出水口。
2、 按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的柱形套筒結(jié)構(gòu)是圓柱形套筒結(jié)構(gòu)、方柱形套筒結(jié)構(gòu)。
3、 按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的好氧區(qū)頂部和底部分別 設(shè)置成正置和倒置的漏斗形結(jié)構(gòu)，中間為柱形結(jié)構(gòu)。
4、 按照權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于厭氧區(qū)與好氧區(qū)底部倒置漏斗 形結(jié)構(gòu)的下沿處設(shè)置一縫隙供在厭氧區(qū)沉淀的活性污泥從漏斗形結(jié)構(gòu)的斜坡滑 落到好氧區(qū)區(qū)，同時保持水相的連通。
5、 按照權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于在好氧區(qū)正置漏斗結(jié)構(gòu)沉降區(qū) 中間設(shè)置一個套筒結(jié)構(gòu)。
6、 按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于在所述的厭氧區(qū)內(nèi)設(shè)置填料， 對活性污泥進行吸附固定。
7、 按照權(quán)利要求1或6所述的裝置，其特征在于所述的厭氧區(qū)下部為正置 漏斗形結(jié)構(gòu)與厭氧區(qū)上部柱形結(jié)構(gòu)相連。
8、 按照權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述的厭氧區(qū)下部的正置漏斗 結(jié)構(gòu)下沿與反應(yīng)裝置底部連接。
9、 按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述厭氧區(qū)外筒壁中部的環(huán)隙 通道結(jié)構(gòu)為內(nèi)外套筒環(huán)隙結(jié)構(gòu)，外筒為厭氧區(qū)外筒壁，內(nèi)筒為外加的筒形結(jié)構(gòu)，環(huán)隙結(jié)構(gòu)下口在厭氧區(qū)，環(huán)隙結(jié)構(gòu)上口在沉淀區(qū)。
10、按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于在沉淀區(qū)底部設(shè)置污泥排放[U。
專利摘要本實用新型公開了一種三相內(nèi)循環(huán)生化反應(yīng)裝置，包括好氧區(qū)、厭氧區(qū)和沉淀區(qū)三段，整個反應(yīng)裝置的三段為柱形套筒結(jié)構(gòu)，套筒結(jié)構(gòu)的里層為好氧區(qū)，套筒結(jié)構(gòu)的中間層為厭氧區(qū)，套筒結(jié)構(gòu)的外層為沉淀區(qū)，好氧區(qū)底部設(shè)置進氣分布器和進水分布器，好氧區(qū)下部與厭氧區(qū)有環(huán)形通道相互連通，好氧區(qū)筒壁頂部高度低于厭氧區(qū)外筒壁，厭氧區(qū)外筒壁中部設(shè)置環(huán)隙通道與沉淀區(qū)相互連通，沉淀區(qū)上部設(shè)置出水口。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，出水沉淀效果好，將好氧過程和厭氧過程有機結(jié)合等優(yōu)點。本實用新型反應(yīng)裝置可以用于各種污水的處理過程，最適宜用于含氨氮廢水的處理過程。
文檔編號C02F1/52GK201125187SQ20072001597
公開日2008年10月1日 申請日期2007年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日
發(fā)明者佟明友, 唐似茵, 全 張, 高會杰, 黎元生 申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院