申请日2019.02.02
公开(公告)日2019.05.21
IPC分类号C02F3/30; C02F101/16; C02F101/30
摘要
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种复环连续生物反应器及污水处理工艺。本发明的反应器包括串联的部分区域内置填料和曝气器的多格生物反应器、多个可从每一格反应器出水端底部回流混合液的气提管及一套回流渠，当待处理水通过所述反应器时，形成环环相扣的连续环式水流及混合液回流，即复环连续流，进而，反应器内形成的多种微生物系统协同完成对污染物、氨氮等的去除，具有耐冲击负荷能力强，允许进水氨氮含量提高至500mg/l，布置紧凑，占地少，工艺流程简单，操作管理方便，能实现可调整的并且相对稳态的硝化‑反硝化过程，在温度15℃左右下的低水温条件下，也可以完成硝化‑反硝化过程。
权利要求书
1.一种复环连续生物反应器，包括串联的部分区域内置填料和曝气器的多格生物反应器、多个可从每一格反应器出水端底部回流混合液的气提管及一套混合液回流渠。其特征在于：所述反应器相邻格上部连通，每一格中间设隔板，隔板底部开孔，隔板两边设置所述填料，所述填料下面设置所述曝气器。
2.根据权利要求1所述的复环连续生物反应器，其特征在于：所述反应器内，隔板两侧水的流态基本上为完全混合型，其中，相对于进水流向，隔板进水一侧的水流呈逆时针循环流动，隔板出水一侧的水流呈顺时针循环流动。
3.根据权利要求1所述的复环连续生物反应器，其特征在于：待处理水从上部流进所述反应器的每一格，在逆时针循环流动的混合液中扩散稀释，在推流作用下，与进水量相当的混合液从下部流过隔板开孔，继续在顺时针循环流动的混合液中扩散稀释并从上部流出，总体来说，待处理水会以连续环式水流轨迹经过所述反应器。
4.根据权利要求1所述的复环连续生物反应器，其特征在于：所述多个气提管可将所述反应器出水端底部的混合液提升，通过所述混合液回流渠回流至所述反应器的首格反应器，又形成一环套一环的混合液回流复环，所述气提管的数量根据回流混合液量计算确定，并可通过调整气提用气量来调整混合液回流量。
5.根据权利要求1所述的复环连续生物反应器，其特征在于：所述反应器的分格设置可实现污染物去除负荷渐减，混合液回流量数倍增加，以及所述气提管布设简单合理;所述反应器分格数量根据污染物去除要求计算确定。
6.根据权利要求1所述的复环连续生物反应器，其特征在于：所述回流混合液能实现合适的水力流态及复环连续流轨迹，这样，当较远环流的混合液中溶解氧降低时，较近的刚经过气提的溶解氧含量高的混合液又并入，一环套一环。加大气提量，保证回流混合液以好氧态回流至所述反应器的首格反应器，适当降低气提量，又能使回流混合液以好氧-缺氧交替形式回流至所述反应器的首格反应器。
7.一种权利要求1～6任一项所述复环连续生物反应器的污水处理工艺，依次包括进水、多级循环反应、多点混合液回流，其特征在于步骤如下：
(1)进行必要的预处理，使进水COD≤1600mg/l，NH3-N≤500mg/l，设进水COD量为C(下同)，设进水氨氮量为N(下同)，回流比R取C/500与N/50两个比值中较大的一个。调整气提用气量，使回流的混合液与新通入的污水以R：1的比例混合后，进入所述反应器的首格;
(2)当C/N小于20时，按最大曝气量搅动反应器中混合液呈快速复环连续流动状态，所述每一格反应器内水的溶解氧均在1.5mg/l～3.5mg/l，即反应器按好氧模式运行，其中，活性污泥区溶解氧在1.5～2.5mg/l，填料区溶解氧在2.5mg/l～3.5mg/l，反应器内存在附着好氧型、附着兼氧型及悬浮好氧型等微生物系统。当C/N大于20时，按较小曝气量搅动反应器中混合液呈慢速复环连续流动状态，所述每一格反应器内水的溶解氧在0mg/l～3.0mg/l，即反应器按缺氧-好氧模式运行，其中，活性污泥区上部溶解氧在0.5mg/l～2.0mg/l，活性污泥区下部溶解氧在0.5mg/l以下，填料区溶解氧在2.0mg/l～3.0mg/l，反应器内存在悬浮缺氧型、附着好氧型、附着兼氧型及悬浮好氧型等微生物系统。两种操作模式下，在各自特定的微环境中均会形成呼吸、营养、活动能力等各具特点的优势菌种，每一格反应器内会形成既协作又制约的多种微生物的动态平衡体系，而且，不断进行增殖、适应、淘汰、优选等过程。随着水流的循环流动，由各微生物系统协同完成对有机污染物、氨氮等的去除，其中，缺氧-好氧运行模式可实现稳态的硝化-反硝化工艺，不仅可以利用硝酸盐中的氧满足一定的需氧量，而且可以通过反硝化补充硝化过程中消耗的碱度，尤其适合高氨氮废水的去除;
(3)所述每一格反应器的前一格出水端的底部混合液回流，既可以减少进入其后一格的进水量，也可以对所提升的混合液进行充氧，因此，水流经过多个反应器并用气提方式回流底部混合液，即可进行多次长周期的生物处理循环过程。在逐级处理和水量渐减的条件下，每一格反应器的后一格负荷均比其降低，可保证出水质的处理要求。
8.一种权利要求1～6任一项所述复环连续生物反应器的污水处理工艺，其特征在于：进行工程设计时，设反应器分格数为n,则n≥Log2(污染物消减量/污染物排放量)，并在2～6中取最接近的整数，而进入首格反应器的COD量为(C+∑1n(C/2n·n))/(n+1),进入首格反应器的氨氮量为(N+∑1n(N/2n·n))/(n+1)。
9.一种权利要求1～6任一项所述复环连续生物反应器的污水处理工艺，其特征在于：进行工程设计时，可将各微生物系统看成是各自独立的、可明确划分的现有处理工艺，悬浮缺氧型和悬浮好氧型区域可采用活性污泥法设计理论及相关计算公式，附着好氧型和附着兼氧型区域可采用生物接触氧化法设计理论及相关计算公式，混合液回流渠可采用氧化沟设计理论及相关计算公式。
说明书
复环连续生物反应器及污水处理工艺
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种复环连续生物反应器及污水处理工艺。
背景技术
经济有效地控制高浓度高氨氮废水或高浓度含氮废水污染是当前环保工作者研究的重要课题之一，得到了业内人士的高度重视，而高浓度高氨氮废水或高浓度含氮废水，如化肥工业废水、石化工业废水、煤化工废水、垃圾渗滤液等，一般具有成分复杂、可生化性差和污染物浓度高等特点，用传统生物处理法处理这些废水时，易受温度及碱度、溶解氧、COD、 NH3-N、NO2-N等含量的影响，抗冲击能力较弱，尤其是生物脱氮法，相关参数的波动经常导致处理效率低下,另外，一些以厕所排水为主的小型生活污水，也存在水质、水量变化大，碳氮比太低，不能实现稳定达标，采用传统工艺，出水仅能基本满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的二级排放标准，而随着国家对氮排放标准的日益严格，要达到一级A排放标准就必须采用容积超大的调节池、在线补充碳源等措施。
本申请的发明人意识到开发效果更好的适合高浓度高氨氮废水、高浓度含氮废水和水质、水量变化大，低碳氮比生活污水处理技术的重要性，以满足提高污染物排放指标的现实紧迫性。
发明内容
本发明提供了一种复环连续生物反应器及污水处理工艺，打破传统生物反应器以现有单一生物处理技术为设计模型的一般作法，结合活性污泥法、生物膜法等生物处理技术，及 A-B法反应器、AO法反应器、SBR反应器、生物接触氧化池、氧化沟等反应器的各自特点，合理构建成复合式生物反应器。分段强化缺氧段与好氧段之间的循环交替，以实现多级硝化反硝化，尤其是对于高氨氮废水，其进水氨氮浓度可接近500mg/L,脱氮率提高显著。
本发明通过以下技术方案实现：
一种复环连续生物反应器，包括串联的部分区域内置填料和曝气器的多格生物反应器、多个可从每一格反应器出水端底部回流混合液的气提管及一套混合液回流渠。其特征在于：所述反应器相邻格上部连通，每一格中间设隔板，隔板底部开孔，隔板两边设置所述填料，所述填料下面设置所述曝气器;
其特征在于：所述反应器内，隔板两侧水的流态基本上为完全混合型，其中，相对于进水流向，隔板进水一侧的水流呈逆时针循环流动，隔板出水一侧的水流呈顺时针循环流动。
其特征在于：待处理水从上部流进所述反应器的每一格，在逆时针循环流动的混合液中扩散稀释，在推流作用下，与进水量相当的混合液从下部流过隔板开孔，继续在顺时针循环流动的混合液中扩散稀释并从上部流出，总体来说，待处理水会以连续环式水流轨迹经过所述反应器。
其特征在于：所述多个气提管可将所述反应器出水端底部的混合液提升，通过所述混合液回流渠回流至所述反应器的首格反应器，又形成一环套一环的混合液回流复环，所述气提管的数量根据回流混合液量计算确定，并可通过调整气提用气量来调整混合液回流量;
其特征在于：所述反应器的分格设置可实现污染物去除负荷渐减，混合液回流量数倍增加，以及所述气提管布设简单合理。所述反应器分格数量根据污染物去除要求计算确定;
其特征在于：所述回流混合液能实现合适的水力流态及复环连续流轨迹，这样，当较远环流的混合液中溶解氧降低时，较近的刚经过气提的溶解氧含量高的混合液又并入，一环套一环。加大气提量，保证回流混合液以好氧态回流至所述反应器的首格反应器，适当降低气提量，又能使回流混合液以好氧-缺氧交替形式回流至所述反应器的首格反应器。
所述复环连续生物反应器的污水处理工艺，依次包括进水、多级循环反应、多点混合液回流，其特征在于步骤如下：
(1)进行必要的预处理，使进水COD≤1600mg/l，NH3-N≤500mg/l，设进水COD量为C(下同)，设进水氨氮量为N(下同)，回流比R取C/500与N/50两个比值中较大的一个。调整气提用气量，使回流的混合液与新通入的污水以R：1的比例混合后，进入所述反应器的首格反应器;
(2)当C/N小于20时，按最大曝气量搅动反应器中混合液呈快速复环连续流动状态，所述每一格反应器内水的溶解氧均在1.5mg/l～3.5mg/l，即反应器按好氧模式运行，其中，活性污泥区溶解氧在1.5～2.5mg/l，填料区溶解氧在2.5mg/l～3.5mg/l，反应器内存在附着好氧型、附着兼氧型及悬浮好氧型等微生物系统。当C/N大于20时，按较小曝气量搅动反应器中混合液呈慢速复环连续流动状态，所述每一格反应器内水的溶解氧在0mg/l～3.0mg/l，即反应器按缺氧-好氧模式运行，其中，活性污泥区上部溶解氧在0.5mg/l～2.0mg/l，活性污泥区下部溶解氧在0.5mg/l以下，填料区溶解氧在 2.0mg/l～3.0mg/l，反应器内存在悬浮缺氧型、附着好氧型、附着兼氧型及悬浮好氧型等微生物系统。两种操作模式下，在各自特定的微环境中均会形成呼吸、营养、活动能力等各具特点的优势菌种，每一格反应器内会形成既协作又制约的多种微生物的动态平衡体系，而且，不断进行增殖、适应、淘汰、优选等过程。随着水流的循环流动，由各微生物系统协同完成对有机污染物、氨氮等的去除，其中，缺氧-好氧运行模式可实现稳态的硝化-反硝化工艺，不仅可以利用硝酸盐中的氧满足一定的需氧量，而且可以通过反硝化补充硝化过程中消耗的碱度，尤其适合高氨氮废水的去除;
(3)所述每一格反应器的前一格出水端的底部混合液回流，既可以减少进入其后一格的进水量，也可以对所提升的混合液进行充氧，因此，水流经过多个反应器并用气提方式回流底部混合液，即可进行多次长周期的缺氧-好氧生物处理循环过程。在逐级处理和水量渐减的条件下，每一格反应器的后一格负荷均比其降低，可保证出水质的处理要求;
进一步地，进行工程设计时，设反应器分格数为n,则n≥Log2(污染物消减量/污染物排放量)，并在2～6中取最接近的整数，而进入首格反应器的COD量为(C+∑1n(C/2n·n))/(n+1), 进入首格反应器的氨氮量为(N+∑1n(N/2n·n))/(n+1);
进一步地，进行工程设计时，可将各微生物系统看成是各自独立的、可明确划分的现有处理工艺，悬浮缺氧型和悬浮好氧型区域可采用活性污泥法设计理论及相关计算公式，附着好氧型和附着兼氧型区域可采用生物接触氧化法设计理论及相关计算公式，混合液回流渠可采用氧化沟设计理论及相关计算公式。
本发明复环连续生物反应器及污水处理工艺的有益效果如下：
(1)与传统的活性污泥法、生物膜法比较，本发明的反应器具有阶段完全混合并逐级负荷降低的双重特性，不但具有更强的耐冲击负荷能力，也允许进水氨氮含量提高至500mg/l，而且保证了出水稳定达标;
(2)与常规活性污泥法比较，本发明的反应器中平均折合污泥浓度可达10000mg/L以上，与常规活性污泥的氧化沟比较，具有布置紧凑，占地少的优点，节省占地约 30～50%;
(3)与常规活性污泥的AO法反应器比较，本发明的反应器内回流比降低了40～50%;
(4)与常规活性污泥的SBR反应器比较，本发明的反应器不需要滗水器及自控系统，即可连续进水，出水均匀，工艺流程简单，操作管理方便;
(5)与常规生物膜法的生物接触氧化池比较，本发明的反应器能实现可调整的，并且相对稳态的硝化-反硝化过程;
(6)本发明的反应器水力停留时间(HRT)缩短，而污泥停留时间(SRT)延长，是SRT意义上的延时曝气，因此，在温度15℃左右下的低水温条件下，也可以完成硝化- 反硝化过程。
