高负荷垂直超深生物反应器

摘要

高负荷垂直超深生物反应器，包括反应器主体及头部箱，所述反应器主体内设置曝气装置、进水管、供气管、出水管，供气管的进气口连接空气压缩机；其特征是：进水管的出水口位于反应器主体在轴向上的中部；供气管的出气口低于进水管的出水口；出水管的进水口位于所述反应器主体内底部且位于所述曝气装置的下方；反应器主体内还设有一内筒；内筒的上端口高于反应器主体的顶端位于头部箱内，内筒的底端口低于进水管的出水口且高于供气管的出气口。它在运行中不会发生水力短路，只需很少的气量就可以实现整个系统的循环；而且具有整体结构简单，成本低、占地面积小、氧利用率更高，运行维护费用很低，泡沫少等优点。适用于工业废水和城市污水处理。

权利要求

1.高负荷垂直超深生物反应器，包括反应器主体及头部箱，所述反应器主体内设置曝气装置、进水管、供气管、出水管，供气管的进气口连接空气压缩机；所述反应器主体内还设有一内筒；内筒的上端口高于反应器主体的顶端位于头部箱内；所述供气管的出气口低于进水管的出水口；其特征是：所述进水管的出水口位于反应器主体在轴向上的中部；

所述出水管的进水口位于所述反应器主体内底部且位于所述曝气装置的下方；

所述内筒的底端口低于进水管的出水口且高于供气管的出气口；

所述供气管位于所述内筒的外侧；

所述头部箱顶部设有脱气装置；所述的脱气装置的出口连接一气体生物过滤器；

还包括脱氮区，所述脱氮区设置进水口、出水口，脱氮区的进水口连接污水输入管，脱氮区的出水口连通反应器主体内的所述进水管；

还包括浮力净化器，所述浮力净化器设有输入口、出水口、出泥口；浮力净化器的输入口与反应器主体内的所述出水管连通；浮力净化器的出泥口连接有剩余污泥排出管道、回流污泥输送管道；所述脱氮区还设置有回流入口，所述浮力净化器的出泥口经回流污泥输送管道与脱氮区的回流入口连通；

还包括出水过滤器，所述出水过滤器的入口与所述浮力净化器的出水口连通；

所述的反应器主体由防漏钢制成；

该反应器主体内，曝气装置下方为氧饱和区，曝气装置与供气管的出气口、进水管的出水口之间为混合区，进水管的出水口上方为氧化区；在启动期间，空气通过供气管被注入混合区以启动循环；一旦循环建立起来并得到稳定，注入混合区内的空气就被转换到低一档位置；

该高负荷垂直超深生物反应器为直径1～6米、深达50～150米的曝气池。

说明书

高负荷垂直超深生物反应器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种生物反应器，尤其是处理污水用生物反应器。

背景技术

[0002] 随着国民经济的迅速发展，我国城市化进程不断加快，城市与工业污水量日益增加，城市污水处理设施的数量和规模也在不断增加；但目前的城市污水处理工程造成的二次污染日益严重，其中以污泥和废气污染为重。

[0003] 另外，目前城市中心区的人口密度越来越大，有的城市考虑在原有污水处理站内增设设施和设备，以提高污水处理量及出水水质。同时由于原有管网承载能力已不能满足污水量急剧增大的需求，且受地下空间不足及地上拆迁成本巨大的制约，对原有管网的改造难度逐步加大，因此为了减少城市污水管网压力、集约利用土地、就近再生利用，采取“集中与分散处理相结合”的方式，在老城区或城市边界建设分散式污水处理站。

[0004] 目前，有的用深水曝气系统解决上述问题，但现有的深水曝气系统还存在能耗高、除氮效率低、二氧化碳脱气效果差、运行不稳定等问题，究其原因主要存在以下缺点：

[0005] （1）、反应器主体内头部箱至曝气装置之间的进水管内可能出现缺氧；

[0006] （2）、由于进水口和出水口都在头部箱内进行，因此可能导致出现水力短路现象；

[0007] （3）、另外现有的布气方式使进水管中的空气量大于出水管的空气量，在条件改变时，井内液体可能发生倒流现象，从而导致事故。

[0008] CN101293703A公开了一种深井曝气废水处理装置，其具有内、外筒结构，形成一个内外升降循环流系统，但其出水方式是从深井最上部出水，出水经脱气池并由与脱气池相连接的出水管送入沉淀池。这样的出水方式仍然会残留大量溶解性气体在水中，经出水管进入后续的沉淀池后，水中溶解性气体在沉淀池中不断析出形成细小气泡上升，而沉淀池中污泥靠重力向下沉淀，由于部分细小气泡粘附在污泥上，会造成部分污泥上浮到水面，因此，大大影响污泥沉淀效果和出水质量。

发明内容

[0009] 为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种高负荷垂直超深生物反应器，它在运行中不会发生出水短流、水力短路，而且只需很少的气量就可以实现整个系统的循环，氧利用率更高、泡沫少。

[0010] 为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：该高负荷垂直超深生物反应器，包括反应器主体及头部箱，所述反应器主体内设置曝气装置、进水管、供气管、出水管，供气管的进气口连接空气压缩机；

[0011] 所述进水管的出水口位于反应器主体在轴向上的中部；

[0012] 所述供气管的出气口低于进水管的出水口；

[0013] 所述出水管的进水口位于所述反应器主体内底部且位于所述曝气装置的下方；

[0014] 所述反应器主体内还设有一内筒；内筒的上端口高于反应器主体的顶端位于头部箱内，内筒的底端口低于进水管的出水口且高于供气管的出气口。

[0015] 进一步的技术方案：

[0016] 该高负荷垂直超深生物反应器，还包括脱氮区，所述脱氮区设置进水口、出水口，脱氮区的进水口连接污水输入管，脱氮区的出水口连通反应器主体内的所述进水管。

[0017] 该高负荷垂直超深生物反应器，还包括浮力净化器，所述浮力净化器设有输入口、出水口、出泥口；浮力净化器的输入口与反应器主体内的所述出水管连通；浮力净化器的出泥口连接有剩余污泥排出管道、回流污泥输送管道；所述脱氮区还设置有回流入口，所述浮力净化器的出泥口经回流污泥输送管道与脱氮区的回流入口连通。

[0018] 该高负荷垂直超深生物反应器中，所述头部箱顶部设有脱气装置。

[0019] 该高负荷垂直超深生物反应器，还包括出水过滤器，所述出水过滤器的入口与所述浮力净化器的出水口连通。

[0020] 该高负荷垂直超深生物反应器中，所述的脱气装置的出口连接一气体生物过滤器。

[0021] 在该高负荷垂直超深生物反应器，所述的反应器主体由防漏钢制成。

[0022] 本发明的有益效果是：

[0023] 1、反应器轴向的中部进水、底部出水，有利于进水与空气的进一步混合，同时防止了出水短流的发生；

[0024] 2、设置的脱氮区，克服了普通深井曝气池脱氮效果差的问题；

[0025] 3、头部箱顶部设置脱气装置，保证废气、残留气体的释放，从而降低整个系统的循环阻力，只需很少的气量就可以实现整个系统的循环；

[0026] 4、反应器底部具有压力，出水管无需外加驱动力即可将反应器内底部的水泥输出；从而简化了整体结构，也降低了成本；

[0027] 5、将普通深水曝气工艺中的三个分离处理区（氧化区、混合区、氧饱和区）合并，使反应器主体体积更小、氧的利用率更高，从而有效地降低了工程投资和运行费用。

[0028] 6、运行维护费用很低，通常只有传统曝气工艺技术的一半或以下。

[0029] 7、和传统的曝气工艺技术相比，该高负荷垂直超深生物反应器的VOC(挥发性的有机化合物)排放量是最低的。传统的曝气工艺排放到大气中的VOC可高达污水中总VOC的60%。

[0030] 8、结构非常紧凑，所需的空间和占地面积很小，通常只有传统工艺所占面积的40%。

[0031] 9、没有开放的曝气池。因此，环境影响和气味排放都是最少的。

[0032] 10、在气候非常恶劣的地方或情况下，本系统还可以非常经济地建在一个封闭的建筑内；而且也可以将本系统和周围的环境有机地结合起来进行设计和建造。

[0033] 7、容易操作和维修，并可以设计成完全自动控制，无需人员操作。

[0034] 8、经浓缩的废水排放，即使流量变化不定，浓度不同，也可以经处理后使其达到排放标准。

[0035] 9、由于所需的曝气程度较低，从而大大减少了运行过程中产生的泡沫。

[0036] 10、防漏钢反应器主体和灌浆水泥外壁可防止地面水污染，而这正是传统曝气池经常遇到的问题。

[0037] 11、深水反应器在地震时受到破坏的可能性远远小于置于地面上的曝气池或反应器。

[0038] 适用于工业废水和城市污水处理的技术。

附图说明

[0039] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

[0040] 图1为本发明实施例的结构示意图；

[0041] 图中：1供气管，2进水管，3头部箱，4浮力净化器，41输入口，42出水口，43出泥口，5反应器主体，6出水管，7脱氮区，71进水口，72出水口，73回流入口，8曝气装置，9空气压缩机，10内筒，11污水输入管，12剩余污泥排出管道，13回流污泥输送管道，14脱气装置，15出水过滤器，16生物过滤器。

具体实施方式

[0042] 如图1所示，该高负荷垂直超深生物反应器主要包括反应器主体5、头部箱3、脱氮区7、浮力净化器4。

[0043] 其反应器主体5由防漏钢制成，反应器主体5内设置曝气装置8、进水管2、供气管1、出水管6，供气管1的进气口连接空气压缩机9。

[0044] 进水管2的出水口位于反应器主体5在轴向上的中部；供气管1的出气口低于进水管2的出水口；出水管6的进水口位于反应器主体5内底部且位于曝气装置8的下方；这样，有利于进水与空气的进一步混合，同时防止了出水短流的发生。

[0045] 反应器主体5内还设有一内筒10。内筒10的上端口高于反应器主体5的顶端位于头部箱3内，内筒10的底端口低于进水管2的出水口且高于供气管1的出气口。内筒10起到导流作用，辅助循环。

[0046] 头部箱3顶部设有脱气装置14，保证废气、残留气体的释放，从而降低整个系统的循环阻力，只需很少的气量就可以实现整个系统的循环。

[0047] 该高负荷垂直超深生物反应器的脱氮区7设置进水口71、出水口72，脱氮区的进水口71连接污水输入管11，脱氮区的出水口72连通反应器主体5内的进水管2。脱氮区7的设置克服了现有技术中普通深井曝气池脱氮效果差的问题。

[0048] 该高负荷垂直超深生物反应器的浮力净化器4设有输入口41、出水口42、出泥口43。浮力净化器的输入口41与反应器主体5内的出水管6连通。浮力净化器的出泥口43连接有剩余污泥排出管道12、回流污泥输送管道13。脱氮区7还设置有回流入口73，浮力净化器的出泥口43经回流污泥输送管道13与脱氮区的回流入口73连通。浮力净化器的出水口42可连接一出水过滤器15，进一步提高出水质量。

[0049] 该高负荷垂直超深生物反应器在施工时，需要在施工地点挖井，挖井过程中为防止井壁土方坍塌，需要及时做混凝土护壁。挖井完成后，将反应器主体5放入井中，然后将在反应器主体5与混凝土护壁之间灌注混凝土，这样在反应器主体5外形成两层混凝土护壁。防漏钢制成的反应器主体5和两层混凝土护壁可有效防止地面水污染。

[0050] 该反应器主体5内，曝气装置8下方为氧饱和区，曝气装置8与供气管1的出气口、进水管2的出水口之间为混合区，进水管2的出水口上方为氧化区。

[0051] 在启动期间，空气通过供气管1被注入混合区以启动循环。被激起的气泡跟着做环行运动，形成了一个密实的斜面，从而在氧化区内造成了向上的空气浮力。

[0052] 一旦循环建立起来并得到稳定，注入混合区内的空气就被转换到低一档位置。未经处理的废水通过进水管2引入到混合区内一个高于空气注入点的再循环液体内。

[0053] 和压力及深度紧密相关的高氧转换率保证了在混合区内混合液体内氧的高度溶解。氧化区内的高速反应又确保了垂直循环圈的反应器主体上半部分内大部分有机化合物被生物氧化。

[0054] 再循环液体向上运动直达气口，然后进入顶部的头部箱3。在头部箱3内，夹带来的剩余废气可以从这里排入大气。这些微生物呼吸产生的气态衍生物必须要除掉以防止剩余的气体再进入系统内，从而导致损害空气机械浮力效率。如果需要的话，这些气体可以很容易的经过处理，通过在脱气装置出口处连接一生物过滤器16将VOC除掉。

[0055] 相应地，一小部分经混合区处理过的液体由混合区内向下进入位置较低的氧饱和区。该区的特征是高度溶解的浓缩氧及液体在此滞留一段相对较长的时间从而能导致残留的BOD得到高度氧化。该精化区内高度溶解的浓缩气体还能在浮力净化器4里将固体（污泥）与水分离开。

[0056] 净化了的废水和混合气体由出水管6从反应器主体5内底部被压出,迅速转送到浮力净化器4内净化。这样就可保证颗粒或固体无法在反应器主体5的底部停留。

[0057] 在混合过的液体通过出水管6由反应器主体5底部向表面运动的过程中，压力迅速降低，最后形成了曝气充分、密度低的絮片。在浮力净化器4内进一步分离后，就产生了高浓缩的生物体（即污泥）和可以供消毒和排放的高质量液体。

[0058] 该高负荷垂直超深生物反应器的排放物成分：其很容易经过一个阶段的处理就可以降低95%的BOD。增加一个去除悬浮物的生物过滤器（即出水过滤器15），排放的质量还能得到更进一步的提高。

[0059] 该高负荷垂直超深生物反应器的排放物成分的气态物排放：排放出来的气体要比从传统曝气工艺中排放出的气体少得多。头部箱3中的废气既可以直接排放出去，又可以将其收集起来再排放到一个生物过滤器16中，将其中的VOCs彻底处理掉。从浮力净化器4排放出来的气体量大约接近于从头部箱3排放出来的气体量的2%，这些气体不需收集，可直接排空。

[0060] 通常来说,该高负荷垂直超深生物反应器，每公斤BOD曝气处理所需的电要少于0.8千瓦/小时(每磅0.5马力-小时)。而大部分的传统曝气工艺所耗的电要高出此数很多。

[0061] 一般来说，该高负荷垂直超深生物反应器运行时，只要是在设计要求的规范内，连续稳定的运行不消耗聚合物，因而并不需要添加聚合物。光这一项就可比传统的工艺节省相当可观的成本。大部分的传统工艺需要连续不断地添加聚合物。

[0062] 该高负荷垂直超深生物反应器运行时，当流入负荷高于设计值时，也可以向聚合物供应商租用一套聚合物添加系统加入适量的聚合物来控制高负荷或意外情况下的固体分离。用大约5毫克/公升的氧离子表面活性剂就能够使排放物的标准保持在规范要求之内。仍然比传动工艺成本低。

[0063] 该高负荷垂直超深生物反应器用水，主要是用于工厂一般的清洗，如果使用聚合物的话，也要用来配制聚合物，但用水量很少；所以能大量解决水资源及用水成本。

[0064] 该高负荷垂直超深生物反应器为高负荷反应器，其产泥量仅为常规工艺的1/3，无污泥膨胀问题，且污泥稳定性高，便于最终处置。

[0065] 该高负荷垂直超深生物反应器一般为直径1～6米、深达50～150米的曝气池,利用水压来提高水中氧的转移速率,以高效去除污水中BOD。该反应器具有处理有机负荷高、氧转移率高、能耗低、耐冲击负荷、处理不受季节影响、产泥量低、集成性强、占地少、能够有效地防止二次污染、易于维护运行等优点，该技术工艺适用于城市生活污水处理领域、工业废水处理领域。

[0066] 另外由于采用高负荷垂直超深生物反应器（SVTBR）氧转移效率高，所需空气量减少，产生的废气量少，减轻了飞沫和气溶胶对大气的污染。因此SVTBR反应器新技术与常规工艺相比：动力消耗低、处理出水效果好，同时可以减少占地60%以上，经济效益十分明显，尤其适合大规模水量、城区土地紧张的地域应用。

[0067] 而高负荷垂直超深生物反应器（SVTBR）技术具有“见缝插井”的优势，可以大量节省占地，最适用于城市污水就近利用、就近排放、就近回用；同时也非常适用于现有污水处理厂的改造或扩建项目，可以在不增加占地面积的前提下，将处理能力放大数倍，以节省大量市政管道投入。

[0068] 特别是在下列传统的工艺技术不能应用的情况时，它的优点就更加显著，例如：（1）空间面积都很有限的地方；（2）废水中VOC含量很高的情况下；（3）改建或处理厂扩建的地方；（4）废水浓度较高的情况下；（5）沉淀物很多或温度很高的地方；（6）靠近居民区的地方；（7）排污量变化较大的地方；（8）环境幽雅不适合建较大型处理厂的地方，如娱乐区；（9）地震较频繁发生的地方；（10）废水容易产生泡沫的地方等。