專利名稱：用于凈化被污染的廢水的反應器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于凈化被污染的廢水的反應器，尤其涉及一種以強制循環(huán)來凈化工業(yè)和民用殘留污水的物理-化學-生物類型的反應器。
現(xiàn)有技術(shù)包括空氣和/或氧氣生物反應器的使用，在下面用一個實例對其進行了詳細的解釋，參照

圖1，其中E=待凈化的水的入口N=中和槽CH=中和物配料V1=均化槽V2=生物反應槽V3=污泥傾析槽A=空氣或O2的輸入RF=污泥循環(huán)，以及FS=廢污泥。
空氣或氧氣以下列方式中的一種供給1-通過均勻分布在槽V1和V2底部的多孔板或管輸入壓縮空氣或氧氣；2-通過裝有分布在槽V1和V2底部一些位置上的噴嘴的泵通過文丘里管效應吸入空氣或氧氣；3-通過安裝在槽V1和V2自由表面處的轉(zhuǎn)片將水升高并將其噴灑到周圍的空氣中，在其下落過程中使其曝氣。
現(xiàn)有技術(shù)的缺點如下所述-至少需要三個槽，為達到中和還要使用化學品；-需要通過具有可變孔徑-例如在30μ和250μ之間-的多孔板或管將壓縮空氣或氧氣加入水中，由此所產(chǎn)生的膨脹的微氣泡減少了在上述孔徑值下已經(jīng)很小的氣體-水接觸面積。
-通過幾個具有大直徑水噴口-例如40-80mm-的文丘里型噴嘴，以大約1.5-2Kg/cm2的水壓力供料沒有增大空氣-水的接觸面積，因為此噴口沒有處在空化(cavitation)狀態(tài)。
-噴射器中的空氣和氧氣受到阻礙，而且不象希望的那樣被充分地混合于水中。
-水被一個離心葉輪升高1或2米并被噴射到周圍的空氣中；假定打破表面張力(空化)的能量很少，在這種情況下也沒有產(chǎn)生適當?shù)目諝?水的接觸表面。
-在上述三種用于供料的方法中，沒有一種出現(xiàn)由污泥浮選而引起的同時分離現(xiàn)象，只是出現(xiàn)重新混合。
-在上述的三種方法中，空氣-水接觸表面的粗糙以及有限的面積不能產(chǎn)生任何有益的對pH自然修正和毒性的明顯降低，原因是無機還原物質(zhì)的存在(化學反應是由充分的氧的分子溶解產(chǎn)生的)。
-對水的處理產(chǎn)生廢污泥(FS)；-均化槽和生物反應槽的持久時間實際上受限于所述兩槽之間的體積比以及待凈化的水每小時的輸送量。
本發(fā)明克服了上述的缺點，而且其特點如第一條權(quán)利要求所述，是一種包括一個容納和凈化污水的槽的反應器，其中許多充氧器-參照Ambrogio AFFRI的意大利專利No 1 147 264，或等同裝置，此后稱作空化充氧器或簡稱充氧器-將再循環(huán)的空氣和水送入污水中，它的分布使得在全部污水中沿槽的周邊產(chǎn)生一個一級湍動；因此，在一個長方形、正方形或多邊形的槽中，充氧器可以都朝向與槽底部平行的同一方向，或者更優(yōu)選地將它們通過平行于槽底部的對稱軸分為兩組，其中一組充氧器朝向一個方向，而另一組朝向相反的方向，總是與槽的底部平行；在一個圓形的槽中，充氧器被安裝成與槽圓周的切線平行。
在這里，空化充氧器-或更簡單地稱為充氧器-是指為了在某種狀態(tài)下操作而設置的充氧器，即液體在充氧器內(nèi)水和空氣混合的區(qū)域以低于大氣壓的壓力流出，換句話說就是在流出液體的總能量是完全動態(tài)的狀態(tài)下操作。
上述充氧器本身又分為一級充氧器和二級充氧器(見文中的解釋)，具有上述充氧器布局的本發(fā)明的反應器是一種強制循環(huán)的反應器。其中還產(chǎn)生了一種二級湍動，它使污水從槽的底部到頂部再循環(huán)，反之亦然；以這種方式，從上面開始形成了三層，可將其分為第一區(qū)或污泥與泡沫區(qū)，第二區(qū)或反應與浮選區(qū)，以及第三區(qū)或凈化水或原生水區(qū)。一級充氧器被均勻分布在靠近槽底并與之平行的一或多個平面上，正好處于第二和第三區(qū)的交界區(qū)域，而二級充氧器被安裝在與上述平面相同的一或多個平面上，但只分布在槽底的一部分。
對充氧器進行上述布置的目的，是通過從這些充氧器中流出的空氣-水混合物的推力，在槽中液體的第二區(qū)產(chǎn)生整體循環(huán)。待凈化的污水從槽的一端進入，被凈化后從另一側(cè)排出。再循環(huán)的液體-即在第二區(qū)循環(huán)的液體-被一臺泵抽吸并在壓力下被送至由一條輸送管和一個水分配網(wǎng)絡供料的一級充氧器。由于液體以一定的壓力進入所有的一級充氧器并通過噴嘴從其中流出，這些充氧器通過一條伸到第一區(qū)上液面之外的一級管吸入大氣。
許多二級充氧器通過一條開口于第一區(qū)的管吸入空氣加污泥和泡沫的混合物。
其中設置有所有充氧器的最高的水平平面確定第二和第三區(qū)之間的分隔區(qū)域。一級充氧器在其平面上的分布必須達到一定的密集度(每平方米的充氧器數(shù))以通過從其中流出的空氣產(chǎn)生一種浮選作用，該作用能夠在反應和浮選區(qū)將通常由液體中的有機污染物自己產(chǎn)生的活性生物污泥分離并使其保持懸浮狀態(tài)。上述充氧器的布置使得移動液體(它的流動始于最高的充氧器平面的上部水平)被從一級充氧器中流出的空氣連續(xù)穿過，即處在所有第二區(qū)中，盡管這些充氧器沒有占據(jù)全部的位置。這保證了浮選的有效性，浮選作用使得在該區(qū)域具有最高有機物濃度水平的液體與在下面的第三區(qū)具有低濃度的殘留有機物的液體分離并區(qū)分開來。
由于浮選作用，空氣加污泥和泡沫形成于第一區(qū)，它們通過每一根二級管被抽吸；它們在二級充氧器中的進一步通過代表在用于反應和浮選的第二區(qū)的液體生物量中的污泥和泡沫的第一部分再循環(huán)。
以相同的方式，一條三級管的上端開口于第二區(qū)，下端開口于第一區(qū)，泵在第一區(qū)吸入被凈化的水產(chǎn)生一股生物量的流動，它代表在反應和浮選區(qū)的第二部分再循環(huán)，所述管道沿其長度方向上裝有一個分流閥(partialization valve)，以調(diào)節(jié)將被再循環(huán)的液體生物量的量。
一種選擇是反應器可包括一些輔助充氧器，它們中的每一個都被一個柱狀套管(cylindrical collar)包圍并與一條開口于第二區(qū)的四級管相連，目的是通過文丘里效應的吸引進行生物量的第三部分再循環(huán)。
另外一種選擇是當被處理的水中有大量的污染物，表面污泥和泡沫的形成過多且失去控制時，反應器可以包括一個表面刮除裝置。
本發(fā)明的主要優(yōu)點是-在現(xiàn)有技術(shù)中，不同的功能實際上被分開并在不止一個槽中進行，而在本發(fā)明中，它們?nèi)吭谝粋€單獨的緊湊結(jié)構(gòu)中進行，這樣就明顯地減少了所需的空間。
-通過充氧器的所有液體物質(zhì)的再循環(huán)通過一臺泵進行操作，根據(jù)所需處理污水的污染程度，泵每小時再循環(huán)的水量可以是每小時加入到槽中的水量的倍數(shù)，這種再循環(huán)增加了空氣-水的接觸時間，根據(jù)下述公式，接觸時間被表達為槽體積與待處理廢水每小時輸送量(單位是m3/h)的比率t=(R/E).(V/E)+(V/E)，其中t是接觸時間，單位是小時，R是泵每小時的輸送量，E是每小時污水的輸送量，單位是m3/h，V是槽的體積，單位是m3。
實例(R/E)=2且(V/E)=24時，我們就得到t=48+24=72小時；當槽裝有空氣壓縮機和多孔板時，t值只簡單地等于V/E=24小時；那就是說在所述實例中，本發(fā)明使接觸時間的值為現(xiàn)有技術(shù)中通常時間(24小時)的三倍。
-當空氣被吸入并在充氧器中處于液體空化狀態(tài)時，充氧器在其平面上反向分布以及在由它們的推力而引起的廢水循環(huán)的分布使空氣中氧氣的微擴散在整個物流中是均勻的。這種微擴散不僅維持了反應區(qū)(現(xiàn)有技術(shù)的V2階段)中的生物反應，而且還在充氧器以及相同的反應與浮選區(qū)(現(xiàn)有技術(shù)的N和CH階段)內(nèi)激活了氧化物-減少和自然中和反應；另外，它還通過向反應和浮選區(qū)的漂浮促進了膠態(tài)顆粒的分離(H區(qū)中的污泥和泡沫濃縮器，氨氣和揮發(fā)性物質(zhì)的提取器)。
澄清發(fā)生的區(qū)域代替了現(xiàn)有技術(shù)中的V3階段。
污泥以及污泥和泡沫的再循環(huán)分別通過二級管和泵以及通過三級管在反應器內(nèi)進行，而不是在反應器外。在這兩種情況中，污泥都經(jīng)過安裝在分隔第二和第三區(qū)的平面上的充氧器。
沒有產(chǎn)生污泥就獲得了很大程度的凈化。它的優(yōu)點是不僅使隨后通過的各個凈化階段所需的體積較小，而且對于相同的最終結(jié)果，產(chǎn)生了總體上較少量的污泥。
本反應器的緊湊和多功能的特征使得在測試中檢測到幾乎對水的完全脫毒，保護和獲得了對適于細菌生活的環(huán)境的穩(wěn)定性；而且由于浮選作用，本反應器還顯示了它通過分離和降解來減少存在于經(jīng)處理后流出的水中有色和降低液體表面張力的(tenso-active)物質(zhì)的能力，這些物質(zhì)也是有毒物質(zhì)?，F(xiàn)有技術(shù)不能以顯著的程度提供這種能力。本反應器處理的水表現(xiàn)出不尋常的質(zhì)量穩(wěn)定性和進一步在高效精制裝置中處理的適應性。
在這里將用一個實施方案的一個實施例對本發(fā)明進行更為詳細的解釋，參照附圖，其中的第一個圖是作為為了理解現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明之間區(qū)別的參照；在圖中圖1是一個方框圖，圖2是第一個俯視圖，圖3是一個縱向垂直剖視圖，圖4是第二個俯視圖，圖5是一個詳圖，圖6是一個曲線圖，圖7是第三個俯視圖，
圖8是一個橫向剖視圖。
圖1已經(jīng)在本文的開始進行了介紹。
圖2和圖3共同顯示了一個有效容積為2000m3的長方形平面的槽。將被處理的污水從導管2進入反應器，經(jīng)凈化后沿垂直管T1和導管3排出；靠近槽1底部的平面4上裝有88個一級充氧器5，它們的軸與槽的底部平行并均勻分布在槽的縱軸Ⅰ-Ⅰ的兩側(cè)，一側(cè)的44個充氧器按照箭頭F1的方向朝向圖中的右手側(cè)，另44個按照箭頭F2的方向朝向左手側(cè)；相似地，安裝了12個二級充氧器6，其中6個朝右6個朝左，通過一個泵8經(jīng)一條導管和一個分布網(wǎng)絡7以一定的壓力向所述充氧器5和6中供水，泵的輸送量為100m3/h，壓頭80m，功率消耗為28kW；每一個一級充氧器5還與一條一級垂直管T2相連，后者開口于槽的上液面之上以吸入大氣，而每一個二級充氧器6還與一條二級管T3相連，后者開口于第一區(qū)以吸入空氣加污泥和泡沫的混合物，這樣就在槽的第二區(qū)中形成了污泥和泡沫的部分再循環(huán)(參見箭頭F3和F4)；至少裝有一條上端開口于第二區(qū)的上部、下端開口于第三區(qū)的三級管T4，泵8在第三區(qū)由導管D1吸入被凈化的水以使其通過充氧器沿導管D2和7返回第二區(qū)，所述的三級管帶有一個分流閥10，四個裝在槽左側(cè)附近的兩個朝右兩個朝左的輔助充氧器11分別處于槽縱軸的一側(cè)和另一側(cè)，它們中的每一個都是通過供水和分布網(wǎng)絡7供料并被一個柱狀套管包圍且與一條四級管T5相連，T5開口于第二區(qū)的上部以通過文丘里效應引起生物量的二級再循環(huán)(詳見圖5)。
圖4顯示了一個具有圓形平面的槽100中充氧器5、6和11的分布；它們由供料和分布網(wǎng)絡70供料并取與槽的圓形平行且相切的方向；該反應器還裝有3、8、D1、D2、T1、T2、T3、T4和T5部分，在圖2和3中已對它們進行了描述；污水按照箭頭F進行圓周運動。
圖5顯示了一個輔助充氧器11，它包括一個根據(jù)所引用專利的充氧器5，但裝有便利地延伸超過充氧器出口的套管40；套管的作用是通過一條四級管T5從第二區(qū)回收水和污泥；在上游，充氧器5從A通過導管7并由噴嘴50接收來自第三區(qū)的處于一定壓力下的再循環(huán)水，而從上部由B通過管T3接受來自第一區(qū)的空氣、污泥和泡沫。R1是指最大湍流和充分交換表面的區(qū)域，R2顯示的是形成空氣-原生水混合物的區(qū)域?？梢钥吹?，套管40在管T3和T5的連接處之間的部分是封閉的。
圖6是充氧器的實驗曲線；它顯示每小時輸入槽1的氧氣量等于0.324×100個充氧器=32.4Kg氧氣/小時。通過導管2進入槽的污水的平均輸送量為35m3/h。
表征水的污染參數(shù)如下化學需氧量(C.O.D.)=1350mg/l降低液體表面張力的物質(zhì)總量(95％非離子+5％陰離子)=150mg/l硫化物+亞硫酸鹽(毒性物質(zhì))=100mg/lpH=4-4.5經(jīng)過與O2保持或接觸一段實際時間t之后t=(R/E)×(V/E)+V/E=(100/35)×(2000/35)+(2000/35)≌220小時從導管3中排出的水(圖2和3)的參數(shù)如下剩余的化學需氧量(C.O.D.)=590mg/l降低液體表面張力的物質(zhì)總量=20mg/l硫化物+亞硫酸鹽=痕量pH=6.6-6.8可以推算出下列性能1-需氧量的減少=(1350-590)/1350)×100=56.29％2-降低液體表面張力的物質(zhì)的減少=(150-20)/150)×100=86.66％3-硫化物+亞硫酸鹽(毒性物質(zhì))的減少=99.9％4-在與輸入的量相比所使用的氧氣方面的性能=(0.76×35)/32.4)×100=82％5-使pH從4至4.5之間自然修正到6.6至6.8之間，不需要添加化學物質(zhì)。
圖7和8顯示了用于除去過量的污泥和泡沫的設備；在槽的上邊界之上沿F5方向旋轉(zhuǎn)的臂20推動這些污泥和泡沫直到它們落入接收器21中，在此處離心吸管22將它們吸起，打破它們的表面張力并將它們以液態(tài)排放到一個排放池23中。當然，可以用另一種適于“刮除”污泥和泡沫并將它們推入接收器的裝置代替轉(zhuǎn)動臂來實現(xiàn)這種設備，例如，許多便利地安裝在與所述的上邊界相切的轉(zhuǎn)動的輪子上的槳葉，或者是一個與槽的邊緣平行、朝向接收器的一股壓縮空氣。泵24保證液體污泥在反應器的第二區(qū)中再循環(huán)。
權(quán)利要求
1．一種用于凈化被污染的廢水的反應器，其特征在于它包括a)一個槽(1,100)，被污染的廢水被輸入其中并被凈化，在所述的槽中有許多由加壓的再循環(huán)水(7)供料的空化充氧器(5,6,11)，它們被水平地安裝在至少一個靠近槽底的平面(4)上，這些充氧器包括排出水和大氣的一級充氧器(5)和排出在槽的上部區(qū)域吸入的水和空氣加污泥和泡沫的二級充氧器(6)，所有這兩種充氧器(5,6)都被安裝成能產(chǎn)生明顯與槽(1,100)的側(cè)壁平行的一種一級湍動(F1,F2)，以及沿槽的垂直面方向的一種二級湍動(F3,F4)，以下述方式導致槽中液體的整體循環(huán)以及三個區(qū)域的形成，空氣與污泥和泡沫一同被送至其中的上部第一區(qū)，發(fā)生反應和浮選的中間第二區(qū)，以及低于所述的平面(4)、凈化后的水在其中聚集的第三區(qū)；b)一臺泵(8)，它將凈化后的水吸入第三區(qū)中的一個區(qū)域(9)以使其返回至所述的第二區(qū)，以及至少一根下端開口于所述同一區(qū)域(9)、上端開口于第二區(qū)的管(T4)，以在所述第二區(qū)內(nèi)引起生物量的第一部分的循環(huán)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的反應器，其特征在于泵(8)每小時的輸送量是每小時加入到槽(1,100)中的污水量的倍數(shù)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的反應器，其特征在于在長方形、正方形或多邊形平面的槽(1)中，所有的充氧器都被安裝成朝向同一個方向。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的反應器，其特征在于在長方形、正方形或多邊形平面的槽(1)中，充氧器的數(shù)目通過平行于槽底部的對稱軸(Ⅰ-Ⅰ)被分為兩組，其中一組充氧器朝向一個方向(F1)，而另一組充氧器朝向相反的方向(F2)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的反應器，其特征在于在圓形平面槽(100)中，充氧器(5,6,11)朝向與槽的圓周的許多切線平行的方向。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的反應器，其特征在于它包括一些輔助充氧器(11)，每個輔助充氧器都被一個套管(40)包圍并與所述二級管(T3)和所述四級管(T5)相連以在所述第二區(qū)內(nèi)獲得生物量的第三部分再循環(huán)，套管(40)通過文丘里效應回收這些生物量。
7．根據(jù)權(quán)利要求1和6的反應器，其特征在于所述一級充氧器(5)在其平面上的分布以一定的密集度為特征以產(chǎn)生一種浮選作用，該作用能夠在第二區(qū)將有機污染物自己產(chǎn)生的活性生物污泥分離并使其保持懸浮狀態(tài)，而且輔助充氧器(11)的分布也以一定的密集度為特征，該密集度適合于以正比于被處理的水的輸送量的量再循環(huán)液體生物量。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的反應器，其特征在于由于所有的一級充氧器(5)所接收的加壓液體和通過噴嘴從其中流出的加壓液體，這些充氧器通過一條伸到第一區(qū)上液面之外的一級管(T2)吸入大氣，而所有的二級充氧器(6)通過一條開口于所述第一區(qū)的二級管(T3)吸入空氣與污泥和泡沫的混合物。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的反應器，其特征在于它包括適于從所述第一區(qū)的表面將過剩污泥和泡沫刮除并將它們送至一個接收器(21)的裝置(20)，一個離心吸管(22)將它們從接收器(21)中吸起，打破它們的表面張力并將它們以液態(tài)排放到一個收集池(23)中。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的反應器，其特征在于一臺泵(24)將污泥和泡沫從所述的池(23)送至反應器的第二區(qū)。
全文摘要
將被污染的廢水送入一個裝有許多靠近槽底并與之平行的空化充氧器(5,6,11)的槽(1,100)中,這些充氧器被分為三種類型,第一種(5)排出再循環(huán)的水和空氣,第二種(6)排出從槽的上部區(qū)域吸入的水、空氣以及污泥和泡沫,這兩種類型都適于在槽中產(chǎn)生污水的湍動(F1,F2－F3,F4),第三種(11)適于產(chǎn)生另外的污水的湍動。
文檔編號C02F3/12GK1223624SQ97195887
公開日1999年7月21日 申請日期1997年5月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月26日
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