一种半固定式生物接触氧化反应器的制作方法

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种半固定式生物接触氧化反应器。

背景技术：

随着我国经济的快速发展，城镇化脚步的不断推进，人民的生活水平越来越高。但是环境问题也越来越严重，污水排放越来越多，再加上农业上化肥的大量使用，导致水体中含氮物质越来越多。根据调查可知，我国饮用浅井以及江河水的人数比例达到了80％左右，在人们所饮用的水当中，有75％的水受到了严重的污染，除此以外，还有约1.61亿人口所饮用的水受到了有机物的污染。近年来，随着我国工业的不断发展，导致我国的废水以及污水排放量不断增加，从统计数据可知，这些废水以及污水排放量的增加速度是每年18亿m3，我国工业生产的废水以及人们的日常生活污水每日的排放量约1.64亿m3。在这个数据当中，有80％的水是没有被处理的，人们将这些水直接排放到了水域当中，这就造成了我国1/3以上的河段受到了严重的污染，城市水域受污染的比例为90％，重点城镇水源严重不符合饮水标准的比例达到50％。

面对如此严重的水污染问题，现阶段的处理方法有物理法、化学法和生物法等。其中生物膜法由于其产生的二次污染小、能耗相对较低等优点，被广泛应运于污水处理领域。多级生物接触氧化法是是生物膜处理废水中较为广泛的一种技术。多级生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间生物处理技术。因此多级生物接触氧化法许多优点，如结构工艺简单，占地面积小，没有污泥膨胀等优点。由于其工艺简单，维护成本低，抗水质冲击能力强等优点。所以得到了广泛的应用。在微污染原水处理、生活污水处理及工业废水处理方面应用十分广泛。传统的多级生物接触氧化反应器由填料、池体、布水装置和曝气装置四部分组成。

生物接触氧化法通过生物膜本身、生物膜上的综合好氧作用、硝化作用来进行废水处理。有机物在有氧的条件被好氧微生物氧化分解，有机物浓度降低，微生物增殖。污水中的有机物，首先被吸附在生物膜表面，并与微生物细胞表面接触，在透膜酶的作用下，小分子有机物直接透过细胞壁进入微生物体内，大分子有机物则须在胞外水解酶作用下分解为小分子后，摄入到微生物微生物内。

虽然多级生物接触氧化法应用广泛，有许多优点。但是在实际工程应用过程中还是存在许多问题尤其是在处理高浓的废水的时候，

1、能耗问题；虽然多级生物接触氧化反应器具有结构简单，维护成本低等优点，但是，反应器需要安装曝气装置，这间接增加是系统的运行成本，并且，在曝气过程中，放置于反应器内部的曝气装置容易受到沉降污泥等影响，发生堵塞，从而影响到水中溶解氧的浓度，导致反应器的处理性能下降。

2、隔室中溶解氧问题；多级生物接触氧化反应器中溶解氧是一个非常重要的参数，溶解氧含量直接影响到好氧隔室中污泥的活性。并且在实际运行过程中，随着污泥不断增多，水中的溶解氧会不断下降，从而影响到整个反应器的性能。传统反应器的底部会有部分污泥沉积，这些沉积的污泥会将曝气装置堵塞，如果不及时清理，会使整个曝气系统受到严重的损坏，从而增加其维护成本。

3、隔室中污泥沉积问题；多级生物接触氧化反应器中的厌氧隔室在运行长时间后，污泥会沉积到反应室的底部。底部的加热装置会被沉积的污泥所掩埋，从而影响到整体的加热效果，甚至会使加热装置烧毁，引发火灾等安全问题。

4、经济问题；虽然多级生物接触氧化反应器具有体积小，结构简单，维护费用低等一系列优点。但是在实际工程应用过程中，反应器中的曝气装置会受到一定程度损坏，且曝气装置的维修相对复杂，需要对整个反应器进行清理，这样使得整体运行费用大幅度增加。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种半固定式生物接触氧化反应器，旨在解决现有技术中反应器存在的能耗高、溶解氧含量较低、运行费用较高以及处理性能较低的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种半固定式生物接触氧化反应器，包括好氧反应室，好氧反应室包括第一壳体和第一填料架；第一壳体包括顶部具有开口的容纳腔，第一填料架设置在容纳腔内并能够沿水平方向旋转；第一填料架与第一壳体可转动连接，第一填料架上设有填料，通过第一填料架的旋转使得第一填料架上具有填料的部分在容纳腔的最高水位线以上和最高水位线以下往复运动。

根据本发明，好氧反应室还包括沿水平设置并与第一壳体可转动连接的第一旋转轴；第一填料架与第一旋转轴固定连接，包括沿第一旋转轴的周向间隔分布的第一旋转架和第二旋转架；第一旋转架为半封闭式箱体结构，用于收集待处理污水，第二旋转架为框架结构，第二旋转架上设有填料。

根据本发明，好氧反应室还包括第一驱动装置；第一驱动装置驱动第一旋转轴转动。

根据本发明，好氧反应室还包括弹簧阻尼件，弹簧阻尼件的一端与第一壳体固定连接，另一端与第二旋转架固定连接；

和/或，好氧反应室还包括配重块，配重块设在第二旋转架上。

根据本发明，在竖直平面内，第一旋转架和第二旋转架的横截面为两个对称设置的扇形，且扇形的圆心角为90°。

根据本发明，好氧反应室还包括限位件；限位件固定在第一壳体内并位于好氧反应室的进水侧，当第一填料架处于竖直状态时，第二旋转架与限位件相抵接。

根据本发明，好氧反应室还包括布水装置和出水槽；在初始状态时，布水装置的出水端位于第一旋转架的进水口上方；出水槽设在最高水位线处，且布水装置的位置高于出水槽的位置。

根据本发明，还包括厌氧反应室，厌氧反应室包括第二壳体和第二填料架；第二填料架竖直设置在第二壳体内，并能够沿竖直设置的第二旋转轴转动，第二填料架上设有填料，厌氧反应室的出水端与好氧反应室的进水端相连通。

根据本发明，第二填料架的底部设有多个凸起。

根据本发明，厌氧反应室还包括第二驱动装置、时间继电器和变速装置；时间继电器设在第二驱动装置的控制电路上，第二驱动装置通过变速装置驱动第二旋转轴转动。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明中的反应器通过将好氧反应室中的第一填料架设计为半固定式的，利用第一填料架的旋转就能够实现搅拌并将部分填料直接暴露于空气当中而达到一定的曝气效果，用以增加水中溶解氧的浓度，从而使整个反应器的溶解氧达到一个最佳的反应状态，替代了传统反应器中的曝气装置，大大降低了能耗和运行费用。这样的结构避免了由于曝气装置堵塞而引发的水中溶解氧不足，可以更加均匀的让第一填料架表面的微生物均匀的接受氧气，不会因为曝气装置放置位置及气压不同而引发局部曝气不足，提高了好氧反应室中的溶解氧含量。

同时在旋转过程中可以使得好氧反应室中的水质较为均匀，均匀的水质可以为生物膜上的微生物提供一个合适的生长环境，第一填料架的旋转还能够增加填料表面的水流剪切力，进而提升反应器的整体性能，提高处理效率。整个反应器结构简单，活性较高，与传统多级生物接触氧化反应器相比，本发明具有相对较高的去除效率和较低的能耗，并且由于取消了曝气装置更加便于维护，从而使整体的运行费用有所下降，可广泛应用在微污染源的水的预处理、城市生活污水及工业废水等相关领域，尤其适用于低cod高氨氮等畜产废水。

附图说明

图1为如下实施例提供的好氧反应室的结构示意图；

图2为图1示出的好氧反应室的俯视图；

图3为图2中示出的布水装置的结构示意图；

图4为图3中示出的布水装置的俯视图；

图5为如下实施例提供的半固定式生物接触氧化反应器的结构示意图；

图6为图5中示出的反应器的俯视图。

【附图标记说明】

1：好氧反应室；

11：第一壳体；111：上部壳体；112：下部支撑架；

12：第一填料架；121：第一旋转架；122：第二旋转架；

13：第一旋转轴；14：弹簧阻尼件；15：限位件；

16：布水装置；161：蓄水槽；162：布水器；1621：布水槽；17：出水槽；

2：厌氧反应室；21：第二壳体；22：第二填料架；221：转盘；222：竖直杆；23：第二旋转轴；24：进水口；25：出水口。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

参照图1和图2，本实施例提供一种半固定式生物接触氧化反应器，包括好氧反应室1，该好氧反应室1包括第一壳体11和第一填料架12。

其中，第一壳体11包括顶部具有开口的容纳腔，第一填料架12设置在容纳腔内并能够沿水平方向旋转。第一填料架12与第一壳体11可转动连接，第一填料架12上设有填料，通过第一填料架12的旋转使得第一填料架12上具有填料的部分在容纳腔的最高水位线以上和最高水位线以下往复运动。

具体地，上述的第一壳体11一般由上部壳体111和下部支撑架112构成，上部壳体111具有上述的容纳腔，上部壳体111的形状可以按照如1中示出的下半部分形成容纳污水的池体，上半部分只需用于保护下述的进水装置和第一旋转架121的进水口即可，而下部支撑架112主要用于支撑在工作台或者地面上。当然，第一壳体11的形状也可以根据实际需要进行设计，本实施例中仅为举例说明，对此并不进行限定。

由此，本申请中的反应器通过将好氧反应室1中的第一填料架12设计为半固定式的，利用第一填料架12的旋转就能够实现搅拌并将部分填料直接暴露于空气当中而达到一定的曝气效果，用以增加水中溶解氧的浓度，从而使整个反应器的溶解氧达到一个最佳的反应状态，替代了传统反应器中的曝气装置，大大降低了能耗和运行费用。这样的结构避免了由于曝气装置堵塞而引发的水中溶解氧不足，可以更加均匀的让第一填料架12表面的微生物均匀的接受氧气，不会因为曝气装置放置位置及气压不同而引发局部曝气不足，提高了好氧反应室1中的溶解氧含量。

同时在旋转过程中可以使得好氧反应室1中的水质较为均匀，均匀的水质可以为生物膜上的微生物提供一个合适的生长环境，第一填料架12的旋转还能够增加填料表面的水流剪切力，进而提升反应器的整体性能，提高处理效率。整个反应器结构简单，活性较高，与传统多级生物接触氧化反应器相比，本申请具有相对较高的去除效率和较低的能耗，并且由于取消了曝气装置更加便于维护，从而使整体的运行费用有所下降，可广泛应用在微污染源的水的预处理、城市生活污水及工业废水等相关领域，尤其适用于低cod高氨氮等畜产废水。

在本申请的具体实施例中，好氧反应室1还包括沿水平设置的第一旋转轴13，第一旋转轴13与第一壳体11可转动连接。第一填料架12与第一旋转轴13固定连接，包括沿第一旋转轴13的周向间隔分布的第一旋转架121和第二旋转架122。第一旋转架121为半封闭式箱体结构，用于收集待处理污水，第二旋转架122为框架结构，第二旋转架122上设有填料。

具体而言，一般第一旋转轴13的两端通过轴承与第一壳体11可转动连接，第一旋转架121上设有进水口，进水口的形状和大小以适于接收下述的进水装置输送来的污水，同时又便于第一旋转架121向下旋转时污水的流出即可。第一旋转轴13的旋转可以通过进水水体重量和第一填料架12的结构特点来实现，也可以通过下述的第一驱动装置来实现。

为了防止底部池体中的污水的泄露以及轴承发生生锈，第一旋转轴13位于最高水位线的上方并设有间隔。

在实际应用中，为了进一步增强好氧反应室1中的溶解氧的含量，第二旋转架122的框架采用带有预设长度的叶片构成。这样，叶片可以增加好氧反应室1中水流的湍流，进而增加好氧反应室1中溶解氧的含量。

针对第一旋转轴13通过进水水体重量和第一填料架12的结构特点来实现旋转的情况，具体如下：

在初始状态时，第一旋转架121位于第一旋转架122的上方，且在任何状态下第一填料架12均有一部分位于容纳腔所能容纳水的最高水位线以下，另一部分位于最高水位线以上。这里的初始状态是指第一旋转架121内没有污水时的状态。

这样，在初始状态时，第一旋转架121位于第二旋转架122的上方，第二旋转架122有部分位于底部池体中。开始工作时，待处理污水通过下述的进水装置流入第一旋转架121中，当第一旋转架121中的污水增加达到一定重量时，第一旋转架121向下旋转，进而带动第二旋转架122向上旋转，此时第二旋转架122上填料上的生物膜将暴露在空气中，从而达到一定的曝气效果。第一旋转架121向下旋转后，其内部的污水将会缓慢地流出到底部池体中，当第一旋转架121中的污水逐渐减少到一定重量时依靠第二旋转架122自身的重量使得第一旋转架121向上旋转，第二旋转架122向下旋转，进而第二旋转架122重新回到底部池体中。

由此，利用第一旋转架121和第二旋转架122的相互配合，使得在整个工作过程中，利用进水水体重量和第一填料架12的本身结构特点不仅实现了第一填料架12自身的周期摆动，而且水体不断地冲刷填料的表面，增加了表面流体剪切力，较高的水流剪切力可以快速的去除生物表面生成物从而使得整个反应器的处理效率得到进一步的提升。同时，好氧接触段能够利用水流推进和本身结构的特点实现好氧反应也大大降低了能耗。

由于第一旋转架121和第二旋转架122的旋转是依靠第一旋转架121中的水体重量以及第二旋转架122上的填料重量来实现的，为了保证整个第一填料架12自身的顺利旋转，上述的好氧反应室1还包括弹簧阻尼件14和/或配重块，在实际应用中一般可以根据实际需要选择弹簧阻尼件14和配重块的至少一个进行设置即可。

其中，弹簧阻尼件14的一端与第一壳体11固定连接，另一端与第二旋转架122固定连接。配重块设在第二旋转架122上，可以在第二旋转架122的框架的不同位置根据实际情况配置不同重量的配重块，以平衡填料的重量。

在实际应用中，整个第一填料架12为圆柱状并沿水平方向设置，在竖直平面内，第一旋转架121和第二旋转架122的横截面为两个相对第一旋转轴13对称设置的扇形，且扇形的圆心角为90°。

这样，在初始状态时，第一旋转架121位于第二旋转架122的正上方；在工作状态时，第一旋转架121和第二旋转架122相对于第一旋转轴13不断地摆动。此时，第一壳体11的上部壳体111的底部优选为圆弧形结构，以与第一填料架12相匹配。当然，在实际应用中，第一旋转架121和第二旋转架122的形状可以根据实际需要进行选择，本实施例仅为举例说明，对此并不进行限定。

在上述的第一旋转架121和第二旋转架122均为扇形的情况下，如图1中所示，为了防止两者在旋转到初始状态位置时第二旋转架122并非位于第一旋转架121的正下方而是位于左下方，导致第一旋转架121无法接收下述的进水装置输送来的污水而造成整个第一填料架12无法正常旋转。上述的好氧反应室1还包括限位件15，限位件15固定在第一壳体11内并位于好氧反应室1的进水侧，当第一填料架12处于竖直状态时，第二旋转架122与限位件15相抵接。

具体而言，限位件15与第一旋转轴13的中心点的连线与竖直面的夹角为0～45°，一般限位件15为一横杆即可，使第二旋转架122和限位件15相抵接后不能再往另一方向转动以对第二旋转架122的旋转进行限位。

针对第一旋转轴13通过第一驱动装置来实现旋转的情况，具体如下：

上述的好氧反应室1还包括第一驱动装置，第一驱动装置与第一旋转轴13连接，用于驱动第一旋转轴13旋转。这样，能够更加准确地控制第一填料架12的摆动频率、停留时间等相关参数，以实现生物膜上的微生物以水中所需氧气的需求。

需要说明的是，当设有第一驱动装置时，第一填料架12的摆动完全由第一驱动装置来驱动，此时便不需要再设置上述的限位件15、弹簧阻尼件14或者配重块，仅通过第一驱动装置的控制便可保证整个好氧反应的顺利进行。当然，通过第一驱动装置驱动第一旋转轴13旋转时，第一填料架12可以包括上述的第一旋转架121和第二旋转架122这两个架体，也可以设计成一个架体，对架体的形状也可以根据实际需要进行设计，本实施例仅为举例说明，对此并不做限定。

上述的第一驱动装置一般选择第一电机，为了更好地控制好氧微生物所需要的氧气，第一电机的控制电路上还设有时间继电器，以将第一驱动电机设置为间歇运动，也可以实现正反转。间歇运动的第一电机不仅可以降低能耗，并且可以实现控制填料架上微生物暴露于空气中的时间，从而起到控制好氧微生物所需要的氧气。同时，间歇式运动的第一填料架12在周期运动-静置的过程中，还可以使反应器中的水流不断冲刷填料表面，使填料表面的生成物能够快速的去除掉，从而增加反应性能。

进一步地，为了便于根据反应器中不同的水质情况，对第一填料架12的转速进行调节，第一驱动装置和第一旋转轴13之间还设有变速装置，当进水水质较为粘稠，粘滞系数较大时，可将第一填料架12的旋转速度进行适当的提升，用以增加填料表面的水流剪切力，利用强大的水流剪切力将填料表面的生成附着物快速的去除掉。此外，还可引进在线监测系统，以根据不同的水质情况及时调整不同的转速，从而增加反应器的整体反应性能。

在具体实现过程中，整个好氧反应室1还包括布水装置16和出水槽17，在初始状态时，布水装置16的出水端位于第一旋转架121的进水口上方。出水槽17设在最高水位线处，且布水装置16的位置高于出水槽17的位置。

实际应用中，参照图3和图4，布水装置16包括蓄水槽161和布水器162，布水器162倾斜设置，且其上设有多个平行且间隔布置的布水槽1621，布水槽1621的一端与蓄水槽161的槽体相连通，另一端与第一旋转架121的进水口相连通。

具体地，一般布水装置16固定在第一壳体11的上方，用于将待处理污水输送到第一旋转架121中。蓄水槽161的槽体延伸方向与第一旋转轴13的轴线方向平行设置，多个布水槽1621的延伸方向与蓄水槽161的槽体延伸方向相垂直，布水槽162的顶端高于蓄水槽161的槽体底面且低于蓄水槽161的槽体的最高点。

这样，当待处理污水输送到蓄水槽161中时，水通过蓄水槽161的槽体流入到布水器162中的各个布水槽1621中，以使水流更加均匀地流入到第一旋转架121中，整个结构简单、操作简便。当然，在实际应用中，上述的进水装置可以根据实际需要选择其他的结构，本实施例中仅为举例说明。

在实际应用中，为了进一步提高好氧反应室1的处理效率，好氧反应室1中还设有第一加热装置。第一加热装置优选设在第一填料架12的下方并与第一壳体11底部之间设有间隔，并根据实际需要加热到一定的温度。

进一步地，参照图5和图6，上述的反应器还包括厌氧反应室2，厌氧反应室2包括第二壳体21和第二填料架22。第二填料架22竖直设置在第二壳体21内，并能够沿竖直设置的第二旋转轴23转动，第二填料架22上设有填料，厌氧反应室2的出水端与好氧反应室1的进水端相连通。

具体而言，厌氧反应室2上设有进水口24和出水口25，进水口24高于出水口25。该出水口25作为厌氧反应室2的出水端，上述的布水装置16的蓄水槽161作为好氧反应室1的进水端。上述的第二旋转轴23一般采用轻质中空轴，并通过轴承与第二壳体21的顶部可转动连接，第二旋转轴23的底端与第二壳体21的底部设有一定间隔。第二填料架22一般采用圆柱状，包括两个转盘221和多个竖直杆222，两个转盘221分别与第二旋转轴23的上部和底部固定连接，多个竖直杆222的两端分别与两个转盘221固定，竖直杆222一般采用不锈钢杆。

由此，通过将厌氧反应室2中的第二填料架22设计为半固定式的，利用第二填料架22的旋转能够使厌氧反应室2中的水质较为均匀，为生物膜上的微生物提供一个合适的生长环境。同时，旋转第二填料架22能够增加填料表面的水流剪切力，较高的水流剪切力可以快速的去除生物表面生成物从而增加反应器的整体性能。填料表面的微生物经过水流的不断冲刷，微生物表面会更加紧致，进而不易脱落生成沉淀。

在实际应用中，为了防止污泥沉积到厌氧反应室2的底部而影响反应室的整体运行效果，在第二填料架22的底部设有多个凸起。该凸起可以通过竖直杆222的底端伸出转盘221底部外侧形成，也可以通过在下部的转盘221底部外侧增设的凸起结构形成。进而在整个第二填料架22旋转的过程中能够起到一定的搅拌的作用，以防止水中的杂质及生物膜上的污泥脱落沉积在底部，从而影响到反应器的整体性能。

上述的凸起优选采用叶片状，这样，在第二填料架22不断旋转的过程中，转动的叶片可以有效的防止底部污泥沉积。并且在叶片转动的过程中，会使厌氧反应室2中的水体产生一个竖直方向的运动，以使厌氧反应室2中水体的水质较为均匀，均匀的水质更有利于第二填料架22上生物膜生长，进而可以较为快速的提升反应器的整体性能。

在可能的实现方式中，为了平衡转盘221在竖直方向上的重力，上述的竖直杆222上还设有浮球。

在具体实现过程中，上述的厌氧反应室2还包括第二驱动装置，一般采用第二电机，第二驱动装置与第二旋转轴23连接，用于驱动第二旋转轴23的旋转，进而带动第二填料架22的旋转。

在优选的实施方式中，上述的厌氧反应室2还包括时间继电器和变速装置，时间继电器设在第二驱动装置的控制电路上，以使第二驱动装置设置为间歇运动方式，间歇式运动的第二填料架22在周期运动-静置的过程中，还可以使反应器中的水流不断冲刷填料表面，使填料表面的生成物能够快速的去除掉，从而增加反应性能。

变速装置设在第二驱动装置和第二旋转轴23之间，第二驱动装置通过变速装置驱动第二旋转轴23转动，以便于根据反应器中不同的水质情况，对第二填料架22的转速进行调节。此外，对厌氧反应室2也可引进在线监测系统，以根据不同的水质情况及时调整不同的转速，从而增加反应器的整体反应性能。

这样，当待处理污水通过水泵泵送至厌氧反应室2中后，厌氧反应室2顶部的第二驱动装置带动第二旋转轴23进行转动，转动速度依据水质粘度可进行适当调节。当厌氧反应室2中的水达到出水口25所在的液位时，水流将通过出水口25自动流入到下一阶段，即好氧反应室1中。

为了进一步增强厌氧反应室2的处理效率，厌氧反应室2中还设有第二加热装置。第二加热装置优选设在第二填料架22的下方并与第二壳体21底部之间设有间隔，以防止壳体底部过热而造成第二加热装置或者反应器的损坏，第二加热装置一般根据实际需要加热到一定的温度。

上述的第二加热装置优选采用环状加热器，以便于第二填料架22底部设置的凸起的正常工作，且一般环状加热器应与凸起之间设有一定间隔。

此外，在实际应用中，整个反应器中可以设置多个依次串联的厌氧反应室2，然后再与一个好氧反应室1串联；也可以设置一个厌氧反应室2，然后再与多个依次串联的好氧反应室1串联；也可以设置多个依次串联的厌氧反应室2，然后再与多个依次串联的好氧反应室1串联；一般上述各个厌氧反应室2或者好氧反应室1的壳体上一般设有开口，水流可以通过上端溢流或者下端相连通的方式自然由前一个反应室流入到下一个反应室中。当然，也可以设置多个厌氧反应室2和多个好氧反应室1采用其他交错的方式进行串联，以进一步提高处理效果，本实施例中仅为举例说明，对此并不进行限定。

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明做其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。