一种新型气升式环流固定化生物膜反应器的制作方法

本发明属于环境生物工程技术领域，涉及一种水处理装置，尤其是一种新型气升式环流固定化生物膜反应器，该生物膜反应器可以用于污水处理厂二次出水残留有机物深度降解方面中。

背景技术：

近些年来，水体富营养化问题日益严重，利用生物法去除废水中的氮、磷成为当今研究的热点。虽然污水的生物处理技术已经在世界范围内得到广泛的应用，如活性污泥法、生物滤池、生物接触氧化塔和生物转盘等，在一定程度上能够降低废水中化学需氧量。但同时，这些方法也存在占地多、投资高、运行费用高、能耗高、处理效率低等弊端，而且污水经过处理后，仍含有磷、氮和难以生物降解的有机物、矿物质、病原体等，在污水中呈胶体和溶解状态存在，需要进一步净化处理，以便消除污染。

生物膜反应器是70年代以来兴起的新型高效污水处理技术，它利用载体与污水形成混合流体，并在载体上逐渐生长出一层生物膜，污水净化过程就是附着于载体之上以及悬浮于载体之间的微生物的新陈代谢过程。通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物，转化为稳定、无害的物质的废水处理法。然而，由于反应器内部液体的剧烈振动，常会出现挂膜失败或脱落、生物膜生长无法达到平衡，生物膜厚度无法调节等缺点，降低了生物膜法处理废水的效率。此外，载体的种类对生物膜的性状、氧的利用率和水力分布条件等有一定的专一性，应用范围小，载体成本高，限制了生物膜法的推广和应用。为了解决上述生物膜法处理污水中存在的问题，需要开发一种新型的生物膜反应器，以满足对水资源可持续的循环利用，以及建立环境有好型污水生物处理技术的需要。

通过检索，发现如下一篇与本专利申请相关的专利公开文献：

利用生物膜修复水体的方法及专用生物膜反应器(CN1935691)，公开了一种利用生物膜法修复水体的方法及该方法专用生物膜反应器，其关键部件为一种薄壁大孔道蜂窝状陶瓷作为生物膜载体。将该载体悬挂于反应器内,通过在反应器底部曝气,形成了气升式内循环生物反应器。将受污染的地表水通入该反应器内,可以在停留时间1小时内，使其中的氨氮去除95％以上。本发明方法可高效快速地修复受污染的河道、湖泊和景观水域等,恢复地表水原有的美丽景观和水体功能。此外该生物反应器还可以对城市污水处理厂二级处理后的出水进行深度处理,达到中水回用预处理的目的。

通过对比，本专利申请与上述专利公开文献存在本质的不同。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构简单、成本低、使用范围广、生物膜形成快、运行稳定、水力停留时间短、处理效果好的用于污水处理厂二次出水残留有机物深度降解的新型气升式环流固定化生物膜反应器。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种新型气升式环流固定化生物膜反应器，所述反应器包括壳体、进水口、进气口、导流筒、法兰、进水分布器、空气分布管、排污口、分离装置、溢流堰和生物膜载体填料，所述壳体呈中空的筒状体，该壳体内填装有生物膜载体填料，该壳体的底部同轴密封可拆卸安装法兰，该壳体的顶部设置分离装置，所述溢流堰同轴套装于壳体外并与分离装置相连接设置；

所述壳体底部一侧设置进水口和进气口，该壳体底部设置排污口，所述法兰上方的壳体上设有沿水平方向设置的进水分布器和空气分布管，所述进水分布器与进水口相连通设置，所述空气分布管与进气口相连通设置；

所述空气分布管上方的壳体内沿圆周方向均布间隔设置三个或三个以上的沿竖直方向设置的导流筒，每个导流筒中轴线下方的空气分布管上均沿竖直方向设置一气体喷射管，该气体喷射管用于向每个与其相对应的导流筒的中轴线处喷射气体，每个导流筒内及相互之间的间隙均填装有生物膜载体填料；

所述导流筒与分离装置为间隔设置。

而且，每个导流筒的间隙控制为导流筒直径的1/5；每个导流筒高径比为5，壳体内导流筒横切面积与环流区横切面积比为1:1。

而且，所述生物膜载体填料为高分子材料多孔网、柱状活性炭或多孔陶瓷。

而且，高分子材料多孔网为PVC多孔网布。

而且，所述壳体为圆柱体，顶部和底部均为平面，壳体的高径比为7。

本发明的优点和积极效果是：

1、本反应器采用气升式环流生物反应器同生物膜法相结合，整体设备结构简单、成本低，生物膜形成快，运行稳定，水力停留时间短，处理效果好，而且大大减小了传统的废水处理装置的占地面积，充分地利用了生物膜法处理废水的优势，同时，也降低了反应器的基础建设费用和运行成本，因此可以广泛应用在污水处理工程中。

2、本反应器从底部进气，流水规整，形成良好的混合和反应条件，剪切力小、混合传质 效果好，使微生物获得充分的氧气，并且使污水循环，增大了处理效果，污水处理效果好、同时又可使处理后的水达到出水标准。

3、本反应器底部设置法兰接口，便于生物膜载体填料的再生冲洗，使用方便、操作简单。

4、本反应器水力停留时间短，有利于附着在载体上的微生物竞争以及生物膜挂膜的启动；该反应器可控制生物膜厚度的过度增长，无载体流失；该反应器显著增加气泡与污水接触时间，使氧的利用率提高，使处理效果得到明显提高。

附图说明

图1为本发明的结构连接半剖示意图。

图2为图1中A-A向的壳体与导流筒的结构连接剖视示意图(省略生物膜载体填料)。

具体实施方式：

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本发明中未详细描述的结构、连接关系及方法，均可以理解为本领域内的公知常识。

一种新型气升式环流固定化生物膜反应器，如图1和图2所示，所述反应器包括壳体9、进水口(图中未标号)、进气口(图中未标号)、导流筒8、法兰7、进水分布器5、空气分布管、排污口6、分离装置1、溢流堰2和生物膜载体填料3，所述壳体呈中空的筒状体，该壳体内填装有生物膜载体填料，该壳体的底部同轴密封可拆卸安装法兰，在使用时，将法兰卸下即可冲洗再生生物膜载体填料，该壳体的顶部设置分离装置，用于分离壳体内净化后的水，所述溢流堰同轴套装于壳体外并与分离装置相连接设置，使得分离装置分离出来的干净水流入溢流堰中，再从溢流堰中流出，进而进行下一步的操作；

所述壳体底部一侧设置进水口和进气口，该壳体底部设置排污口，污泥从排污口排出，所述法兰上方的壳体上设有沿水平方向设置的进水分布器和空气分布管，所述进水分布器与进水口相连通设置，所述空气分布管与进气口相连通设置；

所述空气分布管上方的壳体内沿圆周方向均布间隔设置三个或三个以上的沿竖直方向设置的导流筒，每个导流筒中轴线下方的空气分布管上均沿竖直方向设置一气体喷射管4，该气体喷射管用于向每个与其相对应的导流筒的中轴线处喷射气体，每个导流筒内及相互之间的间隙均填装有生物膜载体填料，污水自下而上流经生物膜载体填料，最终溢流出处理水，进入溢流堰；

所述导流筒与分离装置为间隔设置。

在本实施例中，每个导流筒的间隙控制为导流筒直径的1/5；每个导流筒高径比为5，壳 体内导流筒横切面积与环流区横切面积比为1:1。

在本实施例中，所述生物膜载体填料为高分子材料多孔网(如PVC多孔网布)、柱状活性炭或多孔陶瓷等。

在本实施例中，所述壳体为圆柱体，顶部和底部均为平面，壳体的高径比为7。

本新型气升式环流固定化生物膜反应器处理的污水种类可以包括生产污水和生活污水的二次出水，如城市生活污水、焦化废水、煤气化废水、印染废水、啤酒废水、乳品废水、抗生素废水、石化废水、制糖废水等；本反应器在使用时，目标微生物菌群生长在生物膜载体填料表面及内部，形成生物膜。

本新型气升式环流固定化生物膜反应器的应用：

应用实例1：

炼油污水处理厂生化二次出水化学耗氧量为120～150mg/L，氨氮为15～20mg/L。生化二次出水和空气通过导流筒底端的进水口和进气口进入壳体，由进水分布器和空气分布管分别对进水和空气重新分布。进入该反应器内的气体喷射至导流筒中心以后，由于流体的喷射动量以及气泡自身的上浮力，迫使导流筒中心内流体向上，导流筒外流体向下作有规则的循环流动，导致了导流筒中心内外的密度差，形成垂直内循环。生物膜反应器内填装有生物膜载体填料，本实施例中生物膜载体填料为高分子塑料多孔网，本发明所述的生物膜载体填料可以从市场上购买。导流筒顶端压装同质生物膜载体填料体，用于气泡切割回流。微生物挂膜于生物膜载体填料体表面及内部。在生物膜载体填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化。水力停留时间为1～1.5个小时，壳体顶端装有分离装置，经二次过滤的水经由溢流堰流出，出水中的COD小于20mg/L，NH4-N小于0.7mg/L，污泥从排污口排出，反应器底部可拆卸设置有法兰，用于冲洗再生生物膜载体填料。

应用实例2：

城市污水处理厂生化二次出水化学需氧量COD为190～260mg/L，NH4-N为15～20mg/L。生化二次出水和空气通过导流筒底端进入壳体内，由进水分布器和空气分布管分别对进水和空气重新分布。进入该反应器内的气体喷射至导流筒中心以后，由于流体的喷射动量以及气泡自身的上浮力，迫使导流筒中心内流体向上，导流筒外流体向下作有规则的循环流动，导 致了导流筒中心内外的密度差，形成垂直内循环。生物膜反应器内填装有生物膜载体填料，本实施例中生物膜载体填料为柱装活性碳，本发明所述的生物膜载体填料可以从市场上购买。导流筒顶端压装同质生物膜载体填料体，用于气泡切割回流。微生物挂膜于生物膜载体填料体表面及内部。在生物膜载体填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化。水力停留时间为1～1.5个小时，壳体顶端装有分离装置，经二次过滤的水经由生物膜反应器顶部的溢流堰流出，出水中的COD小于10mg/L，NH4-N小于0.5mg/L，污泥从所述的底端的排污口排出，反应器底部可拆卸设置有所述的法兰，用于冲洗再生生物膜载体填料。