专利名称：改良的生物反应器的制作方法
技术领域：
实用新型属于水处理领域，尤其涉及一种水处理的好氧生物处理生物反应器。
背景技术：
法国OTV公司开发的“淹没式固定生物膜曝气滤池”好氧处理工艺(典型的如BIOSTYRTM工艺)，是将滤池和生化反应器结合起来组成的一种上向流曝气生物滤池，基本结构见(图1)是在反应池2上部设置装有滤水帽8的滤料挡板5，下底部设有曝气装置7和进水布水装置1，中间装填有称之为BIOSTYRENETM比重小1的轻质球形颗粒(3-6mm)滤料3，例如泡沫塑料滤珠。该反应器由于采用具有很大比表面积滤料作为微生物载体，可附着大量的微生物，因而具有较高的净化能力和处理负荷；而且微生物固定在载体上，而不象活性污泥法悬浮在水中，因此其单位体积内的生物量极大，处理能力大大高于活性污泥法；同时还由于污水流经滤床的方向是压缩滤料方向，而不是扩展滤料方向，也加强了对悬浮物质的截留作用，具有连续的物理过滤能力，从而可省略沉淀池，并且一旦生物反应器发生问题，滤池仍可去除绝大部分的悬浮物。但生物滤池的滤料空隙率较低，这就降低了载带生物量，因而处理效率不很高；小的空隙率，加上填料本身被压缩不流化，容易出现滤料板结，导致滤料反冲洗困难，不仅反冲水量大，而且反冲不彻底，缩短了反冲周期，降低了产水量和产水率，会造成使用中处理效率下降。其次，在设计上为满足对滤料有效反冲洗，反应器下部需设置体积比较大用于反冲洗的填料膨胀空间，上部又需留有体积比较大的反冲水贮存和均衡反应器流态出水区(如不设出水区则需在反应器外设置反冲水贮池)，这样又使得滤料体积装填率减少，一般约为60％左右，因而反应器容积利用率不高，也会降低反应器的处理效率。再就是，为保证良好的反冲洗，还需配备大功率反冲泵；细颗粒滤料采用滤帽过水，长期运行会出现滤帽堵塞，这些也会影响处理效率，因此生物滤池运行不够稳定，因而运行管理麻烦。
WO 02/096806公开的另一种流化生物反应器AGARTM(Attached Growth AirliftReactor)，基本结构见图2。是在反应器2中设置若干隔板，将其分成多个处理单元，与生物滤池不同的是，反应器采用大颗粒中空柱状填料3作生物载体(流化填料)；采用较低的填装率(一般为35％左右)，以使填料呈流化状态。为增强填料流化效果及脱膜需要，处理单元内还增设有中心导流筒图3。此反应器虽然克服了曝气生物滤池的一些缺点，但由于填料装填率较低，生物量较少，导致处理效率不高，反应器体积膨大，占地面积多；其次，完全流化的填料对上升气泡的切割作用小，因而曝气充氧效率低，必须加大曝气量，又增加了运行能耗；再就是，反应器对有机负荷变化的适应性差，为使填料处于良好的流化状态，在低有机负荷时，也不能减少曝气量(若减少曝气量则流化的气量就不足)，但若要保证流化则充氧就会有富于，两种情况都会导致反应器效率降低。
中国专利00131548.X公开的隔离曝气装置，是采用至少1个隔离筒将生物膜法的曝气池或生化曝气滤池分为曝气区和填料区，隔离筒内底部置有曝气头，使之成为曝气区，底侧开设有水回流窗，筒外为填料区，顶部淹没于水中。然而此结构填料仍然固定不动，因而反应器容易堵塞，水头损失大；其次，曝气与填料不直接接触，充氧效率更低，处理效果并不会好于生物滤池。
发明内容
实用新型的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种充氧效率高，水头损失小，反应器不堵塞，运行稳定，生物量大，处理效率高，运行管理方便的生物反应器。
实用新型目的实现，主要改进是在反应器中装填有比重为0.7～0.95的轻质、空隙率大(≥50％)、大颗粒易流化(在不借助除气体以外的其它流化动力的情况下，流化所需气量≤正常供氧所需气量)填料；并使填料装填量占反应器有效容积的50-90％；反应器底部至少设有各自独立的供氧曝气和流化曝气装置。从而使反应器达到充氧效率高，水头损失小，运行稳定，生物量大，处理效率高，运行管理方便。具体说，实用新型生物反应器，包括反应器和内置填料，填料上方水面以下的填料挡板，以及底部曝气装置，处理水由下而上经过填料层，其特征在于所说填料为比重0.7～0.95、空隙率≥50％、大颗粒易流化填料；所说填料装填量占反应器有效容积的50-90％；所说曝气装置为各自独立的供氧曝气和流化曝气。
实用新型所说反应器有效容积，是指反应器水面以下的容积。
实用新型所说各自独立的供氧曝气和流化曝气，是根据其工作状态人为设定，即一套用于正常生物处理供氧，一套用于使填料产生流化而脱膜。为保证两者有效工作，简化调节，所说用于供氧的曝气器，一种较好是采用微孔曝气，尤以采用小气量、大密度安装有的微孔曝气器，例如每只曝气器供气量为每小时0.2～0.6立方米左右，每平方米设置25～49个左右的曝气头；用于填料流化的曝气器，可以采用微孔曝气器，也可以采用大孔曝气装置，每只曝气量大，但安装密度相对要小，例如每只曝气器供气量为每小时2.0～6.0立方米左右，每平方米设置2～6个左右的曝气头，使曝气相对集中，这样有利于填料的流化。实用新型可以根据污水及运行情况，两类曝气器既可以独立交替工作，也可以调整气量同时工作。
实用新型所说大颗粒易流化填料，是指填料满足在不借助除气体以外的其它流化动力的情况下，流化所需气量≤正常供氧所需气量，它可以是例如各种中空管状填料，或其他非规整填料。其中较好是采用中空管状，例如填料轴向与径向比为0.9～1.1，每立方米30万～45万粒左右的中空管状填料，其内部中空，不仅提高了填料的空隙率，而且在填料流化脱膜后，其内部仍能保持一定量的生物膜，有利于脱膜后迅速复处理能力；所说填料的空隙率较好为70～90％，所说填料装填量较好为占反应器有效容积的65～80％。
实用新型生物反应器，其处理过程分为供氧阶段和填料流化脱膜阶段。供氧阶段，压缩空气或氧气由供氧曝气器均匀分散进入反应器，向反应器内微生物进行供氧，此时流化曝气器也可以工作，只是供气量调小。由于反应器填料填充量大，此时上层填料具有生物滤池功能，填料对气泡具有切割作用，从而提高了曝气充氧效率；下层部分填料在曝气作用下呈流化状态，又相当于流化床功能，并可促使进水迅速混合，不仅省略了进水布水器，而且还有利于提高处理效率。随着处理进程当填料上的生物膜厚度增加，使得水头损失过大或处理效率降低过大时，转入流化脱膜阶段。关闭供氧曝气器或减少曝气量，打开流化曝气器或加大曝气量，压缩空气或氧气通过流化曝气器进入反应器，由于曝气量相对集中，曝气强度大，使轻质填料呈流化达到互相碰撞而脱膜，填料经脱膜再生恢复高的处理能力，如采用中空管状填料，因填料内部呈中空状态，因而在填料内部仍保持一定的生物量，因而脱膜后很快就能转入正常生化处理。由于在流化脱膜阶段，反应器内仍能保持较高生物活性，所以仍然具有处理能力，而不需要象其他反应器那样，关闭进水，可以实现反应器的连续运行。
如果将曝气量控制在较低范围内，实用新型还作为缺氧反应器使用。
因此，实用新型较已有技术，具有〔1〕充氧效率高。因供氧阶段大部分填料处于固定状态，对气泡有切割作用，不仅延长了气泡上升到水面的路径，而且使气泡呈不规整形状，增大了气液接触面积，还强化了气液固三相的相对运行，有效提高了氧的转移速度，使充氧效率得到提高，较好氧流化床充氧效率可提高20％以上。此外采用微孔曝气供氧，也是反应器获得高充氧效率的原因之一。
〔2〕反应器运行水头损失小。因填料具有很大的空隙率，填料层能长期保持较小的阻力，一旦生物膜生长过厚阻力也不会增加很多，而且通过填料流化脱膜又很快使填料层恢复较小的阻力。在供氧阶段，全截面曝气，反应器运行相当于一个空气提升器，这也水头损失小的一个重要因素。
〔3〕生物量大。因反应器单位容积填料填装量大，填料层又具有较大的空隙率，供氧阶段空气冲刷强度小而均匀，这就使填料层有较大容纳污泥的空间，且生物膜不易脱落，较现有好氧流化床污泥浓度提高近5倍，较曝气生物滤池提高近2倍，从而大大提高了生物量，提高了处理能力。
〔4〕反应器处理效率高、经济性好。在达到相同处理效果时，由于以上优点使反应器体积，比现有好氧流化床可减小50％以上，能耗降低20％以上，投资费用基本相同。
〔5〕反应器运行可靠，运行管理方便。由于反应器内的填料是可流化的，在进水满足预处理要求的前提下，不会出现堵塞现象，从而保证了反应器可靠运行工作。其次，能根据进水负荷的变化，曝气量可在较大范围内调整，而不影响反应器处理效率，因而适应负荷变化能力强。
〔6〕结构简单。因反应器下层部分填料呈流化状态，又相当于流化床功能，还能省略布水系统。
实用新型反应器不仅可以用于污水处理，还可以用于给水、中水处理。
实用新型与BIOSTYRTM生物滤池、AGARTM流化反应器对比表 以下结合一个具体实施方式
，进一步说明实用新型，但实施例具体结构，不是对实用新型的具体限定。
图1为已有技术BIOSTYRTM生物滤池结构示意图。
图2为已有技术AGARTM流化反应器结构示意图。
图3为已有技术AGARTM流化反应器另一种结构示意图。
图4为实用新型实施例结构示意图。
图5为实用新型实施例中填料立体结构示意图。
图6-图9为其他中空管状填料结构示意图。
具体实施方式
实施例参见图4、5，在反应容器2内装填有比重0.9、空隙率为85％、轴向与径向之比为0.9～1.1的中空管状填料3(大小为每立方米30万～45万粒)，填料填装量占反应器有效容积的65～80％，反应器顶上部水面下100～200mm有多孔填料挡板5，其孔径为5～10mm，上方有出水口4，底部有供氧曝气系统7和流化曝气系统6，及进水管1。供氧曝气采用微孔曝气器，每只曝气器供气量为每小时0.2～0.6立方米，安装密度为每平方米25～49只；流化曝气采用单孔曝气器，每只曝气器供气量为每小时2.0～6.0立方米，安装密度为每平方米2～6只。运行处理时两类曝气器既可以独立交替工作，也可以调整气量同时工作。
实用新型还可以采用其他如图6-图9所示中空管状填料，或其他具有大颗粒易流化特征的填料。
根据污水情况，实用新型装置可以单个运行，也可以多个串联或并联运行。
权利要求1.一种生物反应器，包括反应器和内置填料，填料上方水面以下的填料挡板，以及底部曝气装置，处理水由下而上经过填料层，其特征在于所说填料为比重0.7～0.95、空隙率≥50％、大颗粒易流化填料；所说填料装填量占反应器有效容积的50-90％；所说曝气装置为各自独立的供氧曝气和流化曝气。
2.根据权利要求1所述生物反应器，其特征在于所说填料装填量占反应器有效容积的65-80％。
3.根据权利要求1所述生物反应器，其特征在于填料空隙率70～90％。
4.根据权利要求1、2或3所述生物反应器，其特征在于所说所说填料为中空管状。
5.根据权利要求4所述生物反应器，其特征在于所说填料每立方米30万～45万粒。
6.根据权利要求4所述生物反应器，其特征在于所说填料轴向与径向比为0.9～1.1。
7.根据权利要求1、2或3所述生物反应器，其特征在于所说供氧曝气器为微孔曝气器。
8.根据权利要求7所述生物反应器，其特征在于所说供氧曝气器每只供气量每小时0.2～0.6立方米。
9.根据权利要求7所述生物反应器，其特征在于所说供氧曝气器安装密度每平方米25～49只。
10.根据权利要求1、2或3所述生物反应器，其特征在于所说流化曝气器为单孔曝气器。
11.根据权利要求1、2或3所述生物反应器，其特征在于所说流化曝气器每只曝气器供气量每小时2.0～6.0立方米。
12.根据权利要求1、2或3所述生物反应器，其特征在于所说流化曝气器安装密度每平方米2～6只。
专利摘要本实用新型属于水处理领域，尤其涉及一种水处理的好氧生物处理改良的生物反应器，其特征是生物反应器填料为比重0.7～0.95、空隙率≥50％、大颗粒易流化填料；填料装填量占反应器有效容积的50－ 90％；曝气装置为各自独立的供氧曝气和流化曝气。实用新型反应器较已有技术具有结构简单，充氧效率高，生物量大，运行水头损失小，不堵塞运行稳定可靠，处理效率高，经济性好，运行管理方便。
文档编号C02F3/12GK2719834SQ20042007852
公开日2005年8月24日 申请日期2004年8月8日 优先权日2004年8月8日
发明者孙继辉, 强绍杰, 王洪春, 黄政新 申请人:江苏鹏鹞环境工程技术研究中心有限公司, 宜兴鹏鹞阳光环保有限公司