专利名称：高效好氧循环生物膨胀床水处理方法及反应器的制作方法
技术领域：
本发明为一种有机废水好氧生物处理方法和设备，特别涉及高效好氧循环生物膨胀床的水处理方法及反应器，尤其是一种生物颗粒载体的膨胀床的好氧生物反应器。
背景技术：
高效好氧生物反应器必须具有下列特征①使单位体积内拥有最大的活性生物浓度；②污水和生物膜之间的接触面积要大，以充分利用有效空间；③污水和生物膜之间的相对运动速度要大，以增强传质作用；④剩余生物膜的剥离比较便易，能有效可靠地控制微生物量的增长；⑤具有强大的充氧能力。
生物流化床是以砂、活性炭、焦炭、陶粒、沸石、磁环、玻璃珠、多孔球等一类较小惰性颗粒为载体填充在床内，载体表面覆着生物膜，水流向上流动穿过载体生物膜颗粒床层，流速要大到足以使床层膨胀和增高的程度，使每一个颗粒都悬浮于一定高度的床层中，使载体处于流化状态。
曝气生物滤池是20世纪90年代发展起来的一种新型污水处理技术。它采用多孔的陶粒作为微生物的载体，可保持很高的污泥浓度。在底部曝气的情况下，陶粒流化后不断地互相摩擦，使陶粒表面地微生物不断更新，脱落的老化生物膜随反冲水排出设备，陶粒表面可长期保持较高的生物活性。
生物流化床和曝气生物滤池都具有下列优点①单位体积内的生物量大；②BOD容积负荷高，处理效果好；③占地面积少，投资省。但是两者的缺点也比较明显，生物流化床耗较高，反应器难以放大，目前实际运用较少。而生物滤池又不同程度的存在滤料堵塞、占地面积大、布水不易均匀、处理效率不高等问题。
新的高效节能好氧生物反应器有很大的用武之地，尤其是处理COD在100左右到300的废水时(包括所称的中水)，虽然这部分COD值低的水可以符合排放标准，但仍难以满足水的各级回用要求，以普通的好氧或厌氧生物处理方法难以进一步降低COD，而进行精细的过滤或化学处理成本又高，为此，必须要有新的方法和技术出现。
发明内容
本发明的目的是寻求一种介于固定床生物过滤和流化床生物过滤之间的新工艺。提出一种能特别满足处理COD在100左右到300的废水的高效好氧循环生物膨胀床水处理方法及反应器，且具有单位体积内的生物量大；BOD容积负荷高，处理效果好；运行的稳定性好，能耗低、处理成本低的水处理方法及反应器，还提供一种好氧和缺氧兼有的设备，当然也可以用于处理高浓度废水。
本发明的技术解决方案是高效好氧循环生物膨胀床水处理方法，包括以好氧生物反应塔为主体的生物反应进行水处理，利用反应塔底部设有布水器反应塔的布气装置，利用好氧床单元的轻质生物颗粒载体对进水利用好氧循环生物膨胀进行水处理，通过控制生物反应塔内液流上升速度达到需要的膨胀状态，所述的生物陶粒表面布满生物膜。
在所述的生物塔反应器内控制空气提升或生物反应塔内水力流速，控制轻质生物颗粒载体在池内的膨胀状态。
在所述的生物塔反应器内控制出水循环的回流控制轻质生物颗粒载体在池内的膨胀床状态；出水循环回流比为50％～300％。轻质生物颗粒载体在池内的膨胀率为5％～1O％。
通过提高反应塔内的布气装置使反应塔内的底部水进行缺氧处理，而上部水进行好氧处理。
高效好氧循环生物膨胀床水处理反应器，反应塔底部设有布水器，反应塔还设有布气装置，上部设有三相分离器，顶部设有出水口或出水堰，中间为好氧床单元，其特征在于还设有出水循环单元和好氧床单元，所述出水循环单元包括出水集水池、循环泵，所述的好氧床单元包括轻质生物颗粒载体，通过控制生物反应塔内液流上升速度使轻质生物颗粒载体达到需要的膨胀状态，所述的生物陶粒表面布满生物膜。
高效好氧循环生物膨胀床的轻质生物颗粒载体为活性炭、焦炭、陶粒、沸石、磁环、玻璃珠或多孔球、或者是土粒。如分子筛、凹凸棒土、硅藻土等具有负载功能的土粒。
所述生物膨胀床高度为2～4nm，膨胀率为5％～10％。
所述的好氧床单元包括轻质生物陶粒床，所述的生物粒径为0.5～5mm，相对密度(视密度)为0.9～0.95，陶粒表面布满生物膜。反应塔内的布气装置的位置在反应塔内的底部或底部之上部的位置，可以抬高到距底部80-150cm。
所述出水循环系统包括出水集水池、循环泵，出口与进水口连通，所述的好氧床单元包括轻质生物颗粒载体，尤其是陶粒床，所述如生物颗粒载体床陶粒床通过控制生物反应塔内液流上升速度达到需要的膨胀状态，所述的生物陶粒表面布满生物膜。
本发明利用轻质生物陶粒作为膨胀床载体，所述的生物颗粒载体、如陶粒等颗粒的表面布满生物膜。
本发明特点是所述的一种高效好氧循环生物膨胀床反应器，在所述的生物塔反应器内设空气提升和出水循环装置，使载体在池内呈膨胀床状态。通过调整液流上升流速，有效控制生物膜的过度增殖，使生物膜保持最大活性，并避免滤床堵塞。
本发明是固定床生物过滤和流化床生物过滤之间的新工艺。特别满足处理二级生化后的废水，单位体积内的生物量大；BOD容积负荷高，能耗低、尤其是具有较低的处理成本，运行的稳定性好，处理效果好；也可以用于处理高浓度废水。采用出水循环单元，能全面调控反应器的运行状态，启动周期短，可使反应器达到很高的有机负荷和对有机物的去除率，显著提高反应器的抗冲击能力和运行稳定性，明显降低维持反应器的运行动力。
图1为本发明第一个实例结构示意图。
图2为本发明第二个实例结构示意图。
图3为本发明第三个实例结构示意图。
布水系统(I)、生物反应膨胀床(II)和泥水分离系统(III)。进水集水池(1)、进水泵(2)，曝气系统(3)和生物反应膨胀床单元(II)，泥水分离系统包括三相分离器(4)和出水堰(5)。集水池(6)和循环泵(7)具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明各实施实例及其工作过程。
如图1，本发明第一个实施实例所述的反应器包括布水系统(I)、生物反应膨胀床(II)和泥水分离系统(III)。其中布水系统单元包括进水集水池(1)、进水泵(2)，生物反应单元包括曝气系统(3)和生物反应膨胀床单元(II)，泥水分离系统包括三相分离器(4)和出水堰(5)。
该反应器工作过程如下进水经布水系统均匀进入生物反应膨胀床(II)，在生物反应膨胀床，废水中大部分有机物被微生物所降解，处理后出水经三相分离器沉淀后从出水堰流走。
本发明第一个实施实例为所述反应器处理印染废水二级生化出水，污泥床层呈膨胀床状态，生物陶粒外面布满生物膜，沉降性能良好，生物活性高，其容积负荷高达3.5kgCOD/(m3·d)，COD去除率达到70％。
如图2所示，本发明第二个实施实例与第一个实施实例相比在于出水循环。该反应器的进水系统和泥水分离系统工作过程与第一个实施实例中所述相同。该反应器出水循环单元包括集水池(6)和循环泵(7)。出水堰中的出水流入集水池中，通过循环泵加压进入反应器底部布水系统，形成出水回流。这种出水回流可以增大生物塔内水力上升流速，出水中有机物可以得到进一步去除；出水回流可以起到稀释进水作用，提高反应器抗负荷冲击能力。
本发明第二个实施实例为所述反应器处理淀粉废水厌氧出水，污泥床层呈膨胀床状态，生物陶粒外面布满生物膜，沉降性能良好，生物活性高，其容积负荷高达8kgCOD/(m3·d)，COD去除率达到85％。
如图3所示，本发明第三个实施实例与第二个实施实例相比在于曝气系统在生物反应塔内位置上移。该反应器生物反应单元分为两个部分，下部为缺氧状态，上部为好氧状态，形成缺氧—好氧工艺。循环水中的硝酸盐可以在进水缺氧区内发生反硝化反应，进水中氨氮在好氧区内进行硝化反应，该反应器具有很强的脱氮处理能力。
本发明第三个实施实例为所述反应器处理城市污水，好氧循环生物膨胀床HRT时间60min，容积负荷5kgCOD/(m3·d)，水气比1∶8(体积)，COD、BOD5的去除率分别达74.5％、85％。出水COD≤75mg/L，BOD5≤20mg/L，SS≤18mg/L，基本达到国家城市污水二级处理的出水标准。
利用高效好氧循环生物膨胀床适用于处理各种浓度的有机废水，生物反应塔内液体上升流速为0.5-2m/h，好氧的气水比分别为5-30∶1(体积比)，回流比为50％～300％，出水达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中一至三级排放标准。
一般工艺好氧处理时液体上升流速为0.2-2m/h，好氧的气水比分别为2-30∶1(体积比)，厌氧池内回流比为100％，出水达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中一至三级排放标准。水力负荷5～15m3/(m2·h)，尤其是气水比2～10∶1的范围。
权利要求
1.高效好氧循环生物膨胀床水处理方法，包括以好氧生物反应塔为主体的生物反应进行水处理，利用反应塔底部设有布水器反应塔的布气装置，其特征是利用好氧床单元的轻质生物颗粒载体表面的微生物对进水生化处理，通过控制生物反应塔内液流上升速度达到需要的膨胀状态，所述的生物陶粒表面布满生物膜。
2.由权利要求1所述高效好氧循环生物膨胀床水处理方法，其特征是在所述的生物塔反应器内控制空气提升或生物反应塔内水力流速，控制轻质生物颗粒载体在池内的膨胀状态。
3.由权利要求1或2所述高效好氧循环生物膨胀床水处理方法，其特征是在所述的生物塔反应器内控制出水循环的回流控制轻质生物颗粒载体在池内的膨胀床状态；出水循环回流比为50％～300％。
4.由权利要求1或2所述高效好氧循环生物膨胀床水处理方法，其特征是轻质生物颗粒载体在池内的膨胀率为5％～10％。
5.由权利要求1或2所述高效好氧循环生物膨胀床水处理方法，其特征是通过提高反应塔内的布气装置使反应塔内的底部水进行缺氧处理，而上部水进行好氧处理。
6.高效好氧循环生物膨胀床水处理反应器，反应塔底部设有布水器，反应塔还设有布气装置，上部设有三相分离器，顶部设有出水口或出水堰，中间为好氧床单元，其特征在于还设有出水循环单元和好氧床单元，所述出水循环单元包括出水集水池、循环泵，所述的好氧床单元包括轻质生物颗粒载体，通过控制生物反应塔内液流上升速度使轻质生物颗粒载体达到需要的膨胀状态，所述的生物陶粒表面布满生物膜。
7.由权利要求6所述高效好氧循环生物膨胀床水处理反应器，其特征是高效好氧循环生物膨胀床的轻质生物颗粒载体为活性炭、焦炭、陶粒、沸石、磁环、玻璃珠或多孔球、或者是土粒。
8.由权利要求6或7所述高效好氧循环生物膨胀床水处理反应器，其特征是所述生物膨胀床高度为2～4m，膨胀率为5％～10％。
9.由权利要求6或7所述高效好氧循环生物膨胀床水处理反应器，其特征是所述的好氧床单元包括轻质生物陶粒床，所述的生物粒径为0.5～5mm，相对密度为0.9～0.95，陶粒表面布满生物膜。
10.由权利要求6或7所述高效好氧循环生物膨胀床水处理反应器，其特征是反应塔内的布气装置的位置在反应塔内的底部或底部之上部的位置。
全文摘要
高效好氧循环生物膨胀床水处理方法及反应器，包括以好氧生物反应塔为主体的生物反应进行水处理，利用反应塔底部设有布水器反应塔的布气装置，利用好氧床单元的轻质生物颗粒载体表面的微生物对进水生化处理，通过控制生物反应塔内液流上升速度达到需要的膨胀状态，所述的生物陶粒表面布满生物膜。本发明公开的高效好氧循环生物膨胀床反应器，包括以生物反应塔为主体的生物反应单元，该反应器还包括出水循环单元和好氧床单元，所述出水循环系统包括出水集水池、循环泵，本发明所述的一种高效好氧循环生物膨胀床反应器，具有有机负荷高、启动周期短、运行稳定等优点。
文档编号C02F3/10GK1803665SQ20051012310
公开日2006年7月19日 申请日期2005年12月15日 优先权日2005年12月15日
发明者任洪强, 严永红 申请人:南京大学