公布日：2023.12.12
申请日：2023.09.14
分类号：C02F3/30(2023.01)I;C02F7/00(2006.01)I
摘要
本发明提供一种循环流生化处理反应器和方法，所述反应器包括沿污水流动方法依次连接的缺氧区、好氧区和沉淀区，以及用于排放污泥的污泥回流区；所述好氧区设置有硝化液回流管路至所述缺氧区；所述污泥回流区设置有缺氧回流污泥管路至所述缺氧区。本发明提供的循环流生化处理方法不仅能实现氮磷去除率最高化，还可实现处理效果稳定可靠、工艺控制灵活调节、环境友好、能耗低、运行维护便于管理及建设成本相对较小，充分发挥其成熟性、高效性以及经济性。
权利要求书
1.一种循环流生化处理反应器，其特征在于，所述反应器包括沿污水流动方法依次连接的缺氧区、好氧区和沉淀区，以及用于排放污泥的污泥回流区；所述好氧区设置有硝化液回流管路至所述缺氧区；所述污泥回流区设置有缺氧回流污泥管路至所述缺氧区。
2.根据权利要求1所述的循环流生化处理反应器，其特征在于，所述反应器的材质包括钢材或钢砼混凝土；优选地，所述缺氧区的出口设置有第一过水孔；优选地，所述缺氧区靠近入口的一侧设置有第一进水区；优选地，所述缺氧区靠近第一过水孔的一侧设置有第一出水区；优选地，所述第一进水区和第一出水区之间设置有第一导流隔墙；优选地，所述第一进水区和第一出水区内分别设置有至少一个第二搅拌装置；优选地，所述缺氧区通过第一过水孔与所述好氧区的入口相连接。
3.根据权利要求1或2所述的循环流生化处理反应器，其特征在于，所述好氧区内部设置有至少两组支撑架；优选地，所述支撑架上设置有生物填料；优选地，所述生物填料的占好氧区内污水体积的8～15％；优选地，所述生物填料包括PP材料和/或改性纤维材料；优选地，所述好氧区内部设置有至少一个用于混合液充氧和搅拌的曝气装置；优选地，所述好氧区经连通管与沉淀区入口连接；优选地，所述好氧区内部设置有第二导流隔墙；优选地，所述第二导流隔墙包括U型隔墙和间隔隔墙；优选地，所述间隔隔墙固定设置于所述好氧区的顶部中间位置；优选地，所述U型隔墙固定设置于所述好氧区的底部中间位置；优选地，所述好氧区内设置有至少两个用于搅拌污水的第三搅拌装置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的循环流生化处理反应器，其特征在于，所述沉淀区的中部设置有刮泥设备；优选地，所述刮泥设备包括刮泥机、中心导流筒、浮渣挡板和排渣斗；优选地，所述刮泥设备的中心导流筒的入口与连通管相连接；优选地，所述刮泥设备污泥经排泥管道与所述污泥回流区相连接；优选地，所述沉淀区的上部设置有出水堰板；优选地，所述出水堰板与排水管连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的循环流生化处理反应器，其特征在于，所述循环流生化处理反应器内还包括与所述缺氧区相连接的厌氧区；优选地，所述厌氧区的入口设置有进水管；优选地，所述进水管的出水端连接设置有均匀布水装置；优选地，所述厌氧区的底部设置有曝气装置；优选地，所述厌氧区的内部设置有泥水分离装置和第一搅拌装置；优选地，所述泥水分离装置的出水管路分为两支，一支与所述进水管相连接，另一支与所述缺氧区的入口相连接；优选地，所述厌氧区设置有厌氧回流污泥管路至所述污泥回流区；优选地，所述厌氧区设置有厌氧外加污泥管路为厌氧区提供厌氧污泥。
6.根据权利要求1-5任一项所述的循环流生化处理反应器，其特征在于，所述污泥回流区设置有回流污泥管路至厌氧区；优选地，所述污泥回流区设置有污泥外排管道。
7.一种循环流生化处理方法，其特征在于，所述方法在如权利要求1-6任一项所述的反应器中进行。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)污水经过入口进入缺氧区进行反硝化脱氮，得到溶液A，部分有机物被降解；(2)将溶液A进入好氧区进行有机物的降解、有机氮的氨化硝化和磷的吸收，形成溶液B，一部分溶液B进入沉淀区，剩余溶液B记为硝化循环液并进入缺氧区；(3)进入沉淀区的溶液B进行泥水分离，得到溶液C和污泥，溶液C从反应器排出，污泥进入污泥回流区。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述缺氧区的水力停留时间为1～40h；优选地，步骤(1)所述缺氧区的搅拌强度为4～12W/m3；优选地，步骤(1)所述缺氧区的反硝化负荷取值范围为0.03～0.06kgNO3-N/(kgMLSS.d)；优选地，所述溶液A和溶液B的污泥负荷取值为0.05～0.15kgBOD5/(kgMLSS.d)；优选地，所述溶液A和溶液B的污泥浓度为4000～8000mg/L；优选地，步骤(2)所述好氧区的水力停留时间为7～50h；优选地，步骤(2)所述好氧区的搅拌强度为1～3W/m3；优选地，步骤(2)所述硝化循环液的回流比为100～1200％；优选地，步骤(2)所述好氧区的曝气强度为6～12m3/m2.h；优选地，步骤(3)所述沉淀区的表面负荷为0.4～1m3/m2.h；优选地，步骤(3)所述污泥回流区的污泥回流比为0～100％。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述污水进入缺氧区前还包括：污水与来自污泥回流区的污泥在厌氧区内混合并进行释磷；优选地，所述厌氧区的水力停留时间为0.5～45h；优选地，所述厌氧区的总氮去除负荷取值范围为0.3～3kgTN/m3.d；优选地，所述厌氧区的污水上升流速0.5～1.5m/h；优选地，所述厌氧区的搅拌强度为4～12W/m3。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种循环流生化处理反应器和方法。本发明提供的循环流生化处理方法不仅能实现氮磷去除率最高化，还可实现处理效果稳定可靠、工艺控制灵活调节、环境友好、能耗低、运行维护便于管理及建设成本相对较小，充分发挥其成熟性、高效性以及经济性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种循环流生化处理反应器，所述反应器包括沿污水流动方法依次连接的缺氧区、好氧区和沉淀区，以及用于排放污泥的污泥回流区；
所述好氧区设置有硝化液回流管路至所述缺氧区；
所述污泥回流区设置有缺氧回流污泥管路至所述缺氧区。
本发明提供的反应器通过设置缺氧区、好氧区、沉淀区以及污泥回流区，并将缺氧区的出口与好氧区连接，好氧区的出口与沉淀区连接，沉淀区的污泥出口(即为污泥回流区的污泥循环出口)与缺氧区连接，可以实现反应器内流体的完全混合和局部推流，有效解决进水浓度过高导致的微生物与污水混合不充分以及处理效率低的问题；该反应器适用于大流量循环工艺，不仅负荷低，抗冲击能力强，而且能耗低，并且节约占地面积。
作为本发明的一个优选技术方案，所述反应器的材质包括钢材或钢砼混凝土。
作为本发明的一个优选技术方案，所述缺氧区的出口设置有第一过水孔。
优选地，所述缺氧区靠近入口的一侧设置有第一进水区。
优选地，所述缺氧区靠近第一过水孔的一侧设置有第一出水区。
优选地，所述第一进水区和第一出水区之间设置有第一导流隔墙。
本发明所述第一导流隔墙由隔板或钢砼隔墙组合而成。
优选地，所述第一进水区和第一出水区内分别设置有至少一个第二搅拌装置。
优选地，所述缺氧区通过第一过水孔与所述好氧区的入口相连接。
值得注意的是，本发明所述缺氧区内还设置有在线监测仪表，包括pH检测仪和/或DO检测仪，本领域技术人员可以按需进行设置。
本发明所述缺氧区采用“导流隔墙和搅拌装置”结合的模式，进行导流循环的同时进行搅拌可以有效加快流体的充分混合，解决反应器局部淤积、短流以及死水的问题。
作为本发明的一个优选技术方案，所述好氧区内部设置有至少两组支撑架。
优选地，所述支撑架上设置有生物填料。
优选地，所述生物填料的占好氧区内污水体积的8～15％，例如可以是8％、9％、10％、12％、14％或15％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述生物填料包括PP材料和/或改性纤维材料。
优选地，所述好氧区内部设置有至少一个用于混合液充氧和搅拌的曝气装置。
本发明所述好氧区内的曝气装置可以设置在两组支撑架之间，也可以设置在支撑架与反应器隔墙之间，只要可以实现加速污水充氧的目的即可。
优选地，所述好氧区经连通管与沉淀区入口连接。
优选地，所述好氧区内部设置有第二导流隔墙。
优选地，所述第二导流隔墙包括U型隔墙和间隔隔墙。
优选地，所述间隔隔墙固定设置于所述好氧区的顶部中间位置。
优选地，所述U型隔墙固定设置于所述好氧区的底部中间位置。
优选地，所述好氧区内设置有至少两个用于搅拌污水的第三搅拌装置。
值得注意的是，本发明所述好氧区内还设置有在线监测仪表，包括pH检测仪和/或DO检测仪，本领域技术人员可以按需进行设置。
本发明所述好氧区采用按需求设置导流隔墙进行导流循环，采用曝气装置进行曝气，因此可以有效降低曝气的充氧量，实现低氧曝气，降低反应器的能耗，同时具有良好的处理效果。
作为本发明的一个优选技术方案，所述沉淀区的中部设置有刮泥设备。
优选地，所述刮泥设备包括刮泥机、中心导流筒、浮渣挡板和排渣斗。
优选地，所述刮泥设备的中心导流筒的入口与连通管相连接。
值得注意的是，本发明所述刮泥机可按需选择中心传动刮泥机或周边传动刮泥机；其中所述刮泥机与中心导流筒位于同一轴线上。
优选地，所述刮泥设备污泥经排泥管道与所述污泥回流区相连接。
优选地，所述沉淀区的上部设置有出水堰板。
优选地，所述出水堰板与排水管连接。
本发明所述出水堰板由不规则的齿形钢板及其固定支架组合而成。
作为本发明的一个优选技术方案，所述循环流生化处理反应器内还包括与所述缺氧区相连接的厌氧区。
优选地，所述厌氧区的入口设置有进水管。
优选地，所述进水管的出水端连接设置有均匀布水装置；
优选地，所述厌氧区的底部设置有曝气装置。
本发明所述曝气装置由盘式曝气器或若干交错穿孔管及其连接管组合而成。
优选地，所述厌氧区的内部设置有泥水分离装置和第一搅拌装置。
优选地，所述泥水分离装置的出水管路分为两支，一支与所述进水管相连接，另一支与所述缺氧区的入口相连接。
本发明所述泥水分离装置包括出水堰或出水堰和固液分离器的组合。所述出水堰板由不规格的齿形钢板及其固定支架组合而成；所述固液分离器由设备本体、填料及固液分离器组合而成。
优选地，所述厌氧区设置有厌氧回流污泥管路至所述污泥回流区。
优选地，所述厌氧区设置有厌氧外加污泥管路为厌氧区提供厌氧污泥。
本发明所述厌氧区内部还设置有导流隔墙和在线检测仪表。所述在线检测仪表包括pH检测仪、温度计、ORP/DO检测仪以及NH3-N/亚硝酸盐检测仪，本领域技术人员可以按需设置。
本发明所述厌氧区的出口与缺氧区连接，沉淀区的污泥出口(即为污泥回流区的污泥循环出口)与缺氧区和厌氧区连接，实现了反应器内流体的完全混合和局部推流，有效解决进水浓度过高导致的微生物与污水混合不充分以及处理效率低的问题。
作为本发明的一个优选技术方案，所述污泥回流区设置有回流污泥管路至厌氧区。
优选地，所述污泥回流区设置有污泥外排管道。
第二方面，本发明提供了一种循环流生化处理方法，所述方法在如第一方面提供的反应器中进行。
作为本发明的一个优选技术方案，所述方法包括如下步骤：
(1)污水经过入口进入缺氧区进行反硝化脱氮，得到溶液A，部分有机物被降解；
(2)将溶液A进入好氧区进行有机物的降解、有机氮的氨化硝化和磷的吸收，形成溶液B，一部分溶液B进入沉淀区，剩余溶液B记为硝化循环液并进入缺氧区；
(3)进入沉淀区的溶液B进行泥水分离，得到溶液C和污泥，溶液C从反应器排出，污泥进入污泥回流区。
本发明所述方法不仅能实现氮磷去除率最高化，还可实现处理效果稳定可靠、工艺控制灵活调节、环境友好、能耗低、运行维护便于管理及建设成本相对较小，可以充分发挥其成熟性、高效性以及经济性。
作为本发明的一个优选技术方案，步骤(1)所述缺氧区的水力停留时间为1～40h，例如可以是2h、5h、10h、15h、20h、25h、30h、35h或38h，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述缺氧区的搅拌强度为4～12W/m3，例如可以是5W/m3、7W/m3、9W/m3或11W/m3，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述缺氧区的反硝化负荷取值范围为0.03～0.06kgNO3-N/(kgMLSS.d)，例如可以是0.03kgNO3-N/(kgMLSS.d)、0.04kgNO3-N/(kgMLSS.d)、0.05kgNO3-N/(kgMLSS.d)或0.06kgNO3-N/(kgMLSS.d)，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述溶液A和溶液B的污泥负荷取值为0.05～0.15kgBOD5/(kgMLSS.d)，例如可以是0.07kgNO3-N/(kgMLSS.d)、0.09kgNO3-N/(kgMLSS.d)、0.11kgNO3-N/(kgMLSS.d)或0.13kgNO3-N/(kgMLSS.d)，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述溶液A和溶液B的污泥浓度为4000～8000mg/L，例如可以是4500mg/L、5000mg/L、6000mg/L、7000mg/L或7500mg/L，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述好氧区的水力停留时间为7～50h，例如可以是8h、10h、20h、30h、40h或45h，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述好氧区的搅拌强度为1～3W/m3，例如可以是1.2W/m3、1.5W/m3、2W/m3、2.5W/m3或2.8W/m3，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述硝化循环液的回流比为100～1200％，例如可以是150％、200％、400％、600％、800％、1000％或1150％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述好氧区的曝气强度为6～12m3/m2.h，例如可以是7m3/m2.h、8m3/m2.h、9m3/m2.h、10m3/m2.h或11m3/m2.h，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述沉淀区的表面负荷为0.4～1m3/m2.h，例如可以是0.5m3/m2.h、0.6m3/m2.h、0.7m3/m2.h、0.8m3/m2.h或0.9m3/m2.h，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述污泥回流区的污泥回流比为0～100％，例如可以是10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
作为本发明的一个优选技术方案，步骤(1)所述污水进入缺氧区前还包括：污水与来自污泥回流区的污泥在厌氧区内混合并进行释磷。
优选地，所述厌氧区的水力停留时间为0.5～45h，例如可以是1h、5h、10h、15h、20h、25h、30h、35h或40h，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述厌氧区的总氮去除负荷取值范围为0.3～3kgTN/m3.d，例如可以是0.5kgTN/m3.d、1kgTN/m3.d、1.5kgTN/m3.d、2kgTN/m3.d或2.5kgTN/m3.d，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述厌氧区的污水上升流速0.5～1.5m/h，例如可以是0.7m/h、0.9m/h、1.1m/h或1.3m/h，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述厌氧区的搅拌强度为4～12W/m3，例如可以是5W/m3、7W/m3、9W/m3或11W/m3，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
作为本发明的优选技术方案，本发明第二方面提供的循环流生化处理方法包括如下步骤：
(a)污水与来自污泥回流区的污泥在厌氧区内混合并进行释磷，得到混合液；
其中，所述厌氧区的水力停留时间为0.5～45h，总氮去除负荷取值范围为0.3～3kgTN/m3.d，污水上升流速0.5～1.5m/h，搅拌强度为4～12W/m3；
(b)步骤(a)所得混合液经过入口进入缺氧区进行反硝化脱氮，得到溶液A，部分有机物被降解；
其中，所述缺氧区的水力停留时间为1～40h，搅拌强度为4～12W/m3，反硝化负荷取值范围为0.03～0.06kgNO3-N/(kgMLSS.d)；溶液A的污泥负荷取值为0.05～0.15kgBOD5/(kgMLSS.d)，溶液A的污泥浓度为4000～8000mg/L；
(c)将溶液A进入好氧区进行有机物的降解、有机氮的氨化硝化和磷的吸收，形成溶液B，一部分溶液B进入沉淀区，剩余溶液B记为硝化循环液并进入缺氧区；
其中，所述好氧区的水力停留时间为7～50h，搅拌强度为1～3W/m3，曝气强度为6～12m3/m2.h；所述硝化循环液的回流比为100～1200％；溶液B的污泥浓度为4000～8000mg/L；
(d)进入沉淀区的溶液B进行泥水分离，得到溶液C和污泥，溶液C从反应器排出，污泥进入污泥回流区；
其中，所述沉淀区的表面负荷为0.4～1m3/m2.h，污泥回流比为0～100％。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的反应器的混合反应效果理想，运行方式灵活：水力流态呈“总体推流+分区循环混合”，各区反应器采用循环流的流态，同时具备完全混合式反应器的耐冲击负荷能力和推流式反应器的基质降解推动力；各区反应器采用循环流方式，进水水流分布均匀，反应器内不易产生急流、涡流、短流、死水及积泥现象，水头损失较小，宏观混合的调匀度高、混合反应效果理想；
(2)本发明提供的反应器抗冲击负荷能力，出水水质稳定：反应器采用具备耐冲击负荷较强的水解酸化/厌氧氨氧化工艺，利用外循环系统快速稀释原水污染物浓度，降低污染物负荷，提高抗冲击能力强；反应器内设置生物填料，利用填料的高浓度微生物富集作用生化降解废水中的有机物，抗冲击负荷能力得以提高，运行处理效果，出水水质安全有保障；
(3)采用本发明提供的反应器进行生化处理的二次污染小、环境友好：采用特定的厌氧工艺，所产气体为无害化合物，污泥产量低，二次污染小；采用特定的微生物载体，污泥沉降性能增强、剩余污泥产量较小，自耗性较强；
(4)本发明提供的反应器的运行能耗低、操作管理便利：采用特定的厌氧工艺，无需或少量外加有机物作为电子供体，节约能耗，泥水分离系统模块化，无需额外动力消耗；采用微孔曝气设备，并结合循环流水力形式，动力能耗远低于常用的穿孔或中孔曝气系统；采用成品加工的曝气设备，可提升安装方式，拆装便利，操作维护简单；
(5)本发明提供的反应器占地小、建设成本少：采用特定的微生物载体，有效池容降低，占地小；集厌氧、缺氧、好氧以及沉淀于一体，提高池体容积利用率，建设成本少。
（发明人：李诗恬;桂新安）
