申请日2006.02.08
公开(公告)日2008.01.23
IPC分类号C02F101/30; C02F3/12
摘要
一种处理有机废水的环流式好氧生物反应器(aerobic jet-loop compactreactor，JLCR)，属于废水处理技术领域。本发明JLCR反应器采用内外套管的射流管，下部置有导流筒，融合了射流曝气、生物流化床、深井曝气等工艺技术特点，使反应系统中物料间的混合、传质得到显著的改善，从根本上解决了污水处理过程中氧传质受限的问题。本发明反应器采用环路回流，使得废水反复充氧，含氧量高，污泥的活性保持良好，反应器能快速启动，具有传质效率高、容积负荷高、抗冲击负荷能力强、处理效果稳定等优点，投资和运行费用比常规生化处理方法节约三分之一以上，特别适用于高浓度有机废水如化工、医药、农药、印染、生化废水的处理。
权利要求书
1.一种处理有机废水的环流式好氧生物反应器，其特征在于反应器被分 为三个功能区：反应区(1)、沉降区(2)和脱气区(3)，在反应区的下部 置有导流筒(4)，导流筒通过支架在反应器中轴线位置与反应器悬空固定连 接，在导流筒上方装有射流管(5)，射流管为内外套管，内管为空气喷气管， 外管为废水和活性污泥悬液相喷管，射流管上部伸出反应器，装在反应器顶 部中央，喷气管的进气口(13)和外设的空气压缩机相连，液相喷管的进水 口(14)和外设的进水泵和/或循环泵相连，射流管下部为一气液两相喷嘴 (6)，反应器上部装有溢流板(7)，在反应区和沉降区之间设置一圈回流缝 (8)，液相通过溢流板由回流缝进入沉降区，液相中的气体由脱气区排出， 在沉降区的器壁上设出水口(11)，一部分处理后的出水从沉降区出水口排 出，在反应器的中部外接循环管路(9)，与外设的循环泵相接，反应器内一 侧设有一备用循环管(10)，也与外设的循环泵相接，反应区的高径比H/D 为3∶1-8∶1，导筒直径与反应器直径比DE/D为0.4-0.45;导流筒距 底部尺寸为50-500mm，回流缝的宽度为15-35mm;
所用射流管的喷嘴中喷气管的相对位置能突出或缩进，进行调节;射流 管为活动装置，喷嘴距导流筒入口的距离能调节。
说明书
一种处理有机废水的环流式好氧生物反应器
技术领域
一种处理有机废水的环流式好氧生物反应器(aerobic jet-loop compact reactor，JLCR)，属于废水处理技术领域。具体地说，是能够处理高浓度有机 废水如化工、医药、农药、印染、生化废水的高强度好氧生物反应器。
背景技术
改革开放以来我国经济获得了前所未有的持续高速增长，但是，由于资 源开发的迅速扩大和能源消耗的迅猛增长，我国的生态破坏和环境污染已经 达到了十分严重的程度。为了实现我国经济和社会的可持续发展，必须解决 好发展和环境保护的矛盾。
当前由于人口的快速增加、社会经济的不断发展，不仅用水的需求量大 大增加，而且污水的排放量亦与日俱增，而建造新污水处理设施所需土地面 积又相对的不足，再加上能耗的短缺。更重要的是随着化学工业的发展和化 学品的广泛使用，大量的人工合成有机化合物进入环境，无论生活污水还是 工业废水中有机污染物质种类和数量都在不断增多。同时，传统的活性污泥 法在处理的多功能性、高效稳定性和经济合理方面已难以满足不断提高的要 求。为了缓解这一矛盾，开发、研究和应用新型高效废水生物处理工艺，已 成为世界各国水污染控制工程领域研究的重要课题。
污水好氧生物处理是废水处理的主要方法和常用的手段，被广泛应用于 城市污水和工业废水的净化处理工程中，这些技术在设计理论、实际运行管 理等方面，都已经有了比较成熟的经验，但这些技术在传质效率、操作管理、 运行负荷及能源消耗等方面仍存在严重缺陷。直到目前，废水处理工程的基 建投资高、运转能耗高、占地面积大、开放式设计对环境造成不良的影响等 问题仍困扰我们，出现许多城镇和工厂建设不起污水厂或建得起却运行不起 的局面。究其原因，其本质仍是现有污水处理工艺和技术设施传质效率较低、 结构不合理所造成的：传质效率低，使污水在反应器中停留时间过长，这就 大幅度增加了污水处理构筑物的设计容积，造成工程建设投资的巨额浪费; 传质效率低，使鼓风机等曝气设备的充氧效率低下，形成电能消耗巨大损失， 大幅度增加了运行成本负担;传质效率低，反应器中微生物对氧与基质的需 求难以得到充分满足，致使微生物活性下降，影响处理后出水质量。因此当 前废水生物处理技术所面临的主要议题是如何提高处理效率、降低能耗、减 少污水处理设施的占地面积，而解决此问题的关键技术之一是强化废水处理 过程中物质传递效率。好氧生物处理技术的发展进程主要是其传质效率不断 得到提高的过程。探索高效、节能、占地面积小的工艺用于处理高浓度的、 波动范围大的、水量日益增加的工业及城市废水是好氧生物处理技术的重要 发展方向。本发明涉及的高强度好氧生物反应器便是污水好氧生物处理的研 发之例。这对于全国工业废水的处理具有极高的实用价值和现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种处理有机废水的环流式好氧生物反应器，开发 高效、节能、占地面积小、能处理高浓度的、波动范围大的、工业及城市废 水的一种高强度好氧生物反应器JLCR。
本发明的技术方案：结合附图1和附图2对本发明说明如下：
本发明反应器由可由钢板或其他材料制成，反应器被分为三个功能不同 的区域：反应区1、沉降区2和脱气区3。
在反应区的下部置有导流筒4，导流筒通过支架在反应器中轴线位置与反 应器悬空固定连接。在导流筒上方装有射流管5，射流管为内外套管，内管为 空气喷气管，外管为废水和活性污泥悬液相喷管，射流管上部伸出反应器， 装在反应器顶部中央，喷气管的进气口13和外设的空气压缩机相连，进压缩 空气;液相喷管的进水口14和外设的进水泵和/或循环泵相连，泵进废水和/ 或循环水，射流管下部为一气液两相喷嘴6，废水和污泥由两相喷嘴喷出，通 过导流筒使气液混合，强化传递，出导流筒后液相向上形成环流，在反应器 上部装有溢流板7，在反应区和沉降区之间设置一圈回流缝8，液相通过溢流 板由回流缝进入沉降区，液相中的气体由脱气区排出，在沉降区的器壁上设 出水口11，一部分处理后的出水从沉降区出水口排出，在反应器的中部外接 循环管路9，与外设的循环泵相接。反应器内的一侧还设有一备用循环管10， 也与外设的循环泵相接，起到帮助液相强化循环的作用。
反应区的高径比(H/D)为3∶1-8∶1之间;导流筒直径与反应器直径 比(DE/D)为0.4-0.45之间;导流筒距底部尺寸为50-500mm范围内。曝 气方式以射流曝气代替了传统的鼓风曝气、表面曝气等形式。射流管的喷嘴 中喷气管的相对位置能突出或缩进，进行调节;射流管为活动装置，使喷嘴 距导流筒入口的距离能调节。该区内气和悬液混合物从气液两相喷嘴高速喷 出，气体被破碎成微米级的小气泡，使空气中的氧很快地扩散入液体中;同时由 于喷射和导流筒的双重作用，使从循环回流的活性污泥受到较大的作用力，避 免活性污泥长得过大，污泥颗粒细小、致密，沉降性能良好，同时也防止活 性污泥沉降和内部传递性能变坏。
基于降低液相的阻力，喷嘴的形式采用液体流经外套管环形喷嘴而气体 通过中心喷嘴的中心进气式气液两相喷嘴。为了使射流管减少对工作条件的 要求，有更广泛的使用范围，采用无喉管、扩散管射流器。喷嘴吸气管(中 心空气管)与液相喷嘴的相对位置可以调节(附图2中所示的b.喷气管口突 出的射流管剖面图，c.喷气管口缩进的射流管剖面图)，因此随着设备运行状 况的变化可以调节生物反应器的吸气量和喷射剪切强度。
上部为体积较大的沉降区和脱气区，回流缝的宽度为15-35mm。该区既 可以提供较好的底物和氧传递性能，又可以避免流速过快而使活性污泥的活性 下降。
废水经进水泵提升进入反应器，循环水从沉降区经循环泵增压，空气由 空气压缩机提供。通过循环水泵产生高压水流经喷头与空气混合射入反应器， 形成高速射流，在水流和气流共同作用下使喷头下方形成高速紊流剪切区， 将吸入的空气切割成细微的气泡。富含溶解氧的污水经导流筒到反应器底部 后，又沿导流筒外筒壁向上返流，从而形成环流。在循环泵的作用下，混合 液在反应器中循环往复运行，反复充氧;在此过程中活性污泥被不断剪切， 形成了细密的絮凝体，从而使反应做到高传质和高传氧的效果。如此循环中， 微气泡和菌胶团充分接触，获得很好的传质效果。一部分出水从沉降区出水 口排出。
本发明的有益效果：本发明JLCR反应器作为一种高效好氧反应器，利 用物质交换和生物降解的机理发展而成，融合了当今的射流曝气技术、气液 相物相强化传递、紊流剪切等技术。这些技术的运用大大提高了氧的传质系 数，加快了好氧速率，从根本上解决了污水处理过程中氧传质受限的问题， 使反应系统中物料间的混合、传质得到显著的改善，具有传质效率高、容积 负荷高、抗冲击负荷能力强、处理效果稳定等优点。它具有以下几个特点：
(1)活性污泥浓度高，耐冲击负荷能力强，能适合各种水质的有机废水处 理。射流曝气方式可以提高细菌和微生物繁殖、更新、变异的能力，使MLSS 上升。当负荷变小时，因细菌、微生物得不到充分营养物质而总量减少，从 而达到自我调节的目的。
(2)曝气方式以射流曝气代替了传统的鼓风曝气、表面曝气等形式，融合 了全新高效的曝气方式、物相强化传质、紊流剪切等技术，因此，其空气中 氧的转化率高，氧利用率也高，反应器的容积负荷大，水里停留时间短。
(3)采用环路回流，使得废水反复充氧，含氧量高，污泥的活性保持良好， 代谢旺盛，多数处于对数增长期，当养分低时，又能加快微生物的内源呼吸， 剩余污泥量少。当来水水质发生变化时，环路回流可把冲击负荷降至最低。
(4)处理费用低，占地面积小，机械设备总量少，系统的运行成本低。
