专利名称：复合式厌氧生物废水处理反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种有机废水的水处理装置，具体地说是一种复合式厌氧生物废水处理反应器。
背景技术：
目前，印染、医药、化工、造纸等一些重点行业高浓度有毒有机废水是造成我国水体污染加剧的主要原因之一。此类废水的共性是在环境中比较难于降解，长时间稳定存在，并具有生物累积性，严重地影响着人类的身体健康，阻碍了我国经济的可持续发展。因此，针对高浓度难降解有毒有机废水的研究和应用是当今废水处理技术中的一个热点。
针对有机废水的水处理装置有很多种，其中许多都是很成熟的，并实现了工业化。根据降解有机物的不同方法，此类水处理装置可分为物化水处理装置和生化水处理装置二大类。。针对有机废水的典型的物化水处理装置有以下几类以活性炭吸附、大孔树脂吸附为代表的吸附装置，以反渗透、超滤为代表的膜分离装置，以光催化氧化、超临界催化氧化、超声催化氧化为代表的高级氧化装置。生化水处理装置型式种类较多，但可分为好氧和厌氧二大类吸附装置是利用不同吸附剂的吸附作用去除水中的有机污染物。活性炭吸附装置根据吸附剂的不同运行方式可分为固定床型、移动床型、流动床型。吸附剂活性炭的形状有粉末状和颗粒状，颗粒状活性炭再生要比粉末状活性炭容易，所以活性吸附装置多采用颗粒状活性炭。活性炭的吸附能力很强，对水中许多有机物都有很强的吸附能力，另外还可以用于水中的除臭、脱色和微量有害物质。60年代研制的大孔树脂吸附装置是以大孔树脂作为吸附剂的吸附装置。大孔吸附树脂可净化许多离子性、极性和非极性的有机物，其结合力比较小，易于再生，与活性炭吸附不同的是大孔树脂吸附具有很高的选择性，因此可回收水中的有机物。
膜分离装置是利用膜的选择透过性去除水中的有机污染物的，根据膜孔径的大小可分为反渗透和超滤等多种类型，根据膜组件的形状可分为板框式、管式、卷式和中空纤维式四种结构形式。反渗透和超滤装置的主要区别在于其膜径大小不同。超滤膜截留的污染物粒径较大，约为2-10000微米，反渗透膜截留的较小，约为0.4-600微米，因此超滤装置相应的操作压力较小，为101.3-709.3kPa，而反渗透装置较大，比超滤装置要高出一个数量级。膜分离装置是一种深度水处理装置，能去除水中的微量有机污染物。
高级氧化技术及装置起步相对较晚，实质上是采用特殊的条件下的催化氧化技术。光催化氧化装置的基本原理是，光照射在二氧化钛等半导体表面后，产生的空穴使水分子生成羟基自由基，羟基自由基具有无选择性的强氧化能力，从而去除水中的有机污染物。超临界催化氧化装置的基本原理是，在高温高压的超临界状态下，有机污染物分子、空气和溶剂水无限互容，从而有机污染物被短时间内几乎彻底氧化。
生物方法是去除废水中有机物最经济有效的方法，是利用微生物生命过程中的代谢活动，将有机物分解为简单的无机物从而去除有机污染物的过程。据代谢过程中对氧的需求情况，微生物可分为好氧微生物、厌氧微生物及介于两者之间的兼性微生物。按水流方式分为连续式和序批式，按微生物的存在方式分为活性污泥法和生物膜法。具有代表性的型式有活性污泥池、生物滤池、生物接解氧化塔、氧化沟、生物转盘、上流式污泥反应器、以上所述的各种有机废水处理装置有各自的优点，同时也有各自的缺点，只能适用一定的范围。各种吸附装置的出水水质较好，但是由于使用大量的吸附剂，且需要再生，致使运行成本较高。各种膜法装置出水水质也较好，但是对膜的要求较高，膜的制作成本很高，运行过程中膜极易被污染，需较为严格的预处理。光催化装置中的催化剂制作成本较高，尚不能进行大规模生产，而且催化剂易失活，也需要较为严格的预处理。超临界装置需要高温高压，因此对设备材质的要求较高，固定成本较高，维护较难。因此有必要开发高效价廉的新型深度处理工艺。
一般的生化水处理装置与本实用新型技术较为密切。研究结果表明一般的生化水处理装置只适用于低生物毒性且易生物降解的生活污水，对于难降解高浓度的有毒有机废水采用常规的好氧或厌氧生物处理很难达到处理要求，通常需要复杂的前处理及后续处理装置，这样大大提高了运行费用，占地面积大。单一的好氧生物处理装置，能耗较大，需要曝气，而且只能处理低浓度易降解的生活污水或作为其他处理方法的后续处理。一般的厌氧生物处理方法，能够处理高浓度难降解的有机废水，能耗低，占地面积小，而且还可以回收厌氧处理产生的甲烷(CH4)气体，产生一定的经济效益，但该方法对于高浓度有毒废水难以处理，而且处理后的出水很难达到理想要求，通常需要其他物化或生化处理装置作为后续处理，这样就加大了运行成本和占地面积，使操作难度增大，是应用于实际工程的主要障碍。一项水处理技术，能有效且经济地净化工业有机污染物，才能实现工业化应用，因此，开发成本低、效率高的组合工艺，也正是当前解决高浓度、难降解有毒有机废水的发展趋势和有效途径。
发明内容
本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种成本低、效率高的复合式厌氧生物废水处理反应器。
本实用新型的技术解决方案一种复合式厌氧生物废水处理反应器，它包括有密闭反应器11，该反应器11下部为填充有颗粒污泥的颗粒污泥区3，反应器11内对应颗粒污泥区3的上部留一定间距设有一段填充有填料的填料区5，反应器11的底部为连有水泵2的进水口1，顶部设有排水口7与气体排放口8，其特征在于在反应器11内对应填料区5的上部留有一定间距至少设有一段填充有填料的过滤区6，过滤器6的上部低于排水口7所在位置。
本实用新型结构上首次将生化效应和物化吸附效应有机地结合在一起。厌氧生物降解有机物的机理是利用厌氧微生物的代谢过程，在无需提供氧气的情况下把有机物转化为无机物和少量的细胞物质，这些无机物主要包括大量的生物气(及沼气)和水。沼气的主要成分是约2/3的CH4和1/3的CO2，是一种可回收的能源。厌氧处理出水往往带有少量的悬浮物(如悬浮污泥)，严重影响了出水水质，而在填料的吸附下，不仅净化了水质，同时截留了污泥的流失，保持了反应器内的污泥量和延长了污泥停留时间(SRT)。SRT的延长实质是维持了反应器内污泥的高浓度，可以大大缩短废水的水力停留时间(HRT)，从而减少反应器容积，或在相同反应器容积时增加处理的水量。本实用新型利用厌氧活性污泥、厌氧滤池及过滤吸附的特点，把活性污泥、生物膜及过滤吸附有机地结合为一体，充分发挥各自的优点，不仅优化了出水的水质，同时由于厌氧生物膜的形成，在生物膜上形成各种菌群的良好共生关系，因此在反应器内易于培养出适应有毒物质的厌氧污泥，使得反应器对有毒物质的适应能力增强；不仅减少了预处理和后续处理的装置，节约了占地面积，而且减少了昂贵填料的用量，大大降低了运行成本和操作难度。
值得提出的是，尽管厌氧活性污泥、厌氧滤池等及其各种组合工艺对高浓度有机废水的处理效果很明显，但采用本实用新型技术，对悬浮物含量高、色度深的难降解有毒的有机废水的处理更为有效。
本实用新型具有下列优点1、在技术上将活性污泥和生物膜的生化效应与过滤吸附的物理效应有机结合起来，从根本上解决了厌氧反应器污泥易流失、需要回流剩余污泥问题，而且延长了污泥停留时间(SRT)，同时可以收集排放的生物气作为能源，产生经济效益，大大降低运行成本和操作难度，提高出水水质。
2、省去了厌氧滤池和作为后续处理的过滤吸附装置，同时减少了填料的用量，不仅降低了运行成本，而且达到了净化出水水质的目的。
3、厌氧颗粒污泥消化、厌氧滤池和过滤吸附集中在同一个厌氧反应器里，整个装置结构紧凑，操作简便。
4可以根据不同的水处理量和具体的水质选择反应器中厌氧滤池和过滤部分的高度和数量，因此工程设计简便，施工安装期短。
5、本装置的填料都是一般常用的，没有特殊的要求，易于产业化。
6、适用于各种有机废水。
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型废水处理流程图。
具体实施方式
如图1，本实用新型一种复合式厌氧生物废水处理反应器，它包括有密闭反应器11，该反应器11下部为填充有颗粒污泥的颗粒污泥区3，反应器11内对应颗粒污泥区3的上部留一定间距设有一段填充有填料的填料区5，反应器11的底部为连有水泵2的进水口1，靠近反应器11顶部向上依次设有排水口7与气体排放口8，在反应器11内上部至少设有一段与填料区5留有一定间距的填充有填料的过滤区6，填料区5与填料区6的上、下部均设有填料支撑网13，用于放置填料。过滤器6的顶部应低于排水口7位置，根据废水处理的要求，过滤区6可设为两段或多段，若设有多段过滤区6，则最上段应靠近反应器11的排水口7处。填料区5与过滤区6均设有便于取放填料的填料操作区12，以便更换填料。气体排放口8处设有气体流量计10。反应器11上间隔一定间距就设有取样阀门9，便于取样分析。
本实用新型使用过程中，高浓度有机废水不经任何预处理，直接通过进水泵2由进水口1进入反应器中，首先进入颗粒污泥区3进行厌氧消化，经厌氧颗粒污泥中的微生物的初步降解(控制一定的水力停留时间HRT)，在连续进水推动下，形成污泥悬浮区4，颗粒污泥区3与污泥悬浮区4二者没有明显的界面。接着污水与污泥的混合液经过填料区5，经过填料的截留，会在填料上逐渐形成适应该废水的生物膜，该生物膜不仅可截留悬浮物，同时很大程度上会对废水的有机物进行进一步的降解，生成小分子的有机物或无机物；而经生物膜进一步降解处理的废水经过过滤区6进行过滤吸附，其中含有的小分子有机物或夹带的悬浮物都会在该区被过滤或吸附在填料上，废水进一步进行了深度处理，出水经排水口7排放出去。其中废水在整个反应器中的降解会产生大量的生物气，生物气在反应器中起到了搅拌作用，最后经气体排放口8排放收集。
对于特定的高浓度有机废水，可根据其特点，根据不同的水处理量、水质和具体的施工空间，在反应器中加大填料区5(生物膜区)和过滤区6(过滤吸附区)的高度，也可根据实际操作条件增加过滤区6的段数，来达到预期的理想效果，如过滤区6也可采用二段、三段等。
如图2，本实用新型实际上相当于填充有厌氧污泥和二段填料的厌氧生物反应器内进行的三段组合式工艺，它包括颗粒污泥区3的厌氧颗粒污泥一级消化、填料区5的生物膜二级处理和过滤区6的过滤吸附三级深度处理。它们之间又相互关联，使得在一个反应器中对废水进行三段深度处理。其中任何一段工艺都是成熟的现有技术，而在该实用新型中被恰当地组合在一个反应器里，大大减少了装置费用和占地面积，又实现了废水的深度处理。在同一反应器中，有形成厌氧生物膜的填料区和起过滤吸附作用的填料区，长时间使用后需要对填料进行再生，对于吸附区填料，可以进行反冲洗或更换新的活性高的填料，对取出的填料进行再生；对生物膜区的填料，只需进行反冲洗即可。
在本实用新型中，可根据实际情况选择适当的填料。其中对于形成生物膜的填料区5的填料，一般填料表面要有一定的粗糙度和表面空隙率，粗糙多孔的表面有助于生物膜的形成。而对于块状的填料，选择适当的粒径是很重要的，据报道粒径由0.2mm到6cm不等，但粒径较小的填料易于堵塞，特别是对于浓度较大的废水。因此实践中多选用2cm以上的填料。填料的选择如卵石、碎石、砖块、塑料、玻璃、炉渣、贝壳、珊瑚、海绵、网状泡沫塑料等。
对于过滤区6的填料，一般常用的有焦炭、炉渣、粉煤灰、活性炭、大孔树脂等。活性炭的吸附能力很强，对水中许多有机物都有很强的吸附能力，另外还可以用于水中的除臭、脱色和微量有害物质，所以活性吸附装置多采用颗粒状活性炭。吸附剂活性炭的形状有粉末状和颗粒状，颗粒状活性炭再生要比粉末状活性炭容易。60年代研制的大孔树脂吸附装置是以大孔树脂作为吸附剂的吸附装置。大孔吸附树脂可净化许多离子性、极性和非极性的有机物，其结合力比较小，易于再生，与活性炭吸附不同的是大孔树脂吸附具有很高的选择性，还可回收水中的有机物。因此，厂家可根据具体废水和实际情况及加以选择合适的填料，以期在达到理想的处理效果的同时成本费用最低。
对于过滤区6的填料，在长时间使用后，如果活性降低，可以经填料操作区12更换新的填料，把取出的活性降低的填料进行再生；也可通过反冲洗进行暂时性再生。对于生物膜区的填料，如果在填料间以絮聚形式存在的微生物或悬浮物较多，容易造成堵塞，可以采用降流式进行反冲洗，这样也避免损失填料表面的生物膜。
权利要求1.一种复合式厌氧生物废水处理反应器，它包括有密闭反应器(11)，该反应器(11)下部为填充有颗粒污泥的颗粒污泥区(3)，反应器(11)内对应颗粒污泥区(3)的上部留一定间距设有一段填充有填料的填料区(5)，反应器11的底部为连有水泵(2)的进水口1，顶部设有排水口(7)与气体排放口(8)，其特征在于在反应器(11)内对应填料区(5)的上部留有一定间距至少设有一段填充有填料的过滤区(6)，过滤器(6)的上部低于排水口(7)所在位置。
2.根据权利要求1所述的复合式厌氧反应器，其特征在于填料区(5)与填料区(6)的上、下部均设有填料支撑网(13)，填料区(5)与过滤区(6)均设有便于取放填料的填料操作区(12)，气体排放口(8)处设有气体流量计(10)。
3.根据权利要求1所述的复合式厌氧反应器，其特征在于，过滤区(6)根据废水处理的要求可设为两段或多段，最上段的过滤区(6)应靠近反应器(11)的排水口(7)处。
4.根据权利要求1所述的复合式厌氧反应器，其特征在于填料区(5)内的填料可选用易挂生物膜作用的填料，如卵石、碎石、砖块、塑料、玻璃、炉渣、贝壳、珊瑚、海绵、网状泡沫塑料。
5.根据权利要求1所述的复合式厌氧反应器，其特征在于过滤区(6)内的填料采用具有吸附功能的填料，如活性炭、焦炭、大孔树脂。
专利摘要本实用新型涉及一种复合式厌氧生物废水处理反应器，它包括有密闭反应器，反应器下部为填充有颗粒污泥的颗粒污泥区，对应颗粒污泥区的上部留一定间距设有一段填充有填料的填料区，反应器的底部为连有水泵的进水口，顶部设有排水口与气体排放口，其特征在于在反应器内对应填料区的上部留有一定间距至少设有一段填充有填料的过滤区，过滤器的上部低于排水口所在位置。本实用新型用于有机废水的处理，在技术上将生化处理和物化处理有机结合起来，解决了一般厌氧颗粒污泥反应器中污泥易流失，需要回流装置等问题，同时减少厌氧滤池和过滤吸附装置需要大量昂贵填料的症结所在，提高了出水水质，降低了运行成本费用。
文档编号C02F3/28GK2654598SQ200320110409
公开日2004年11月10日 申请日期2003年10月27日 优先权日2003年10月27日
发明者倪利晓, 郑正, 李时银, 袁守军, 杨光俊, 顾春晖 申请人:南京大学