低曝氣量下實現(xiàn)生物膜載體懸浮的反應器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低曝氣量下實現(xiàn)生物膜載體懸浮的反應器，包括豎直的圓柱狀殼體，所述殼體內(nèi)同軸設(shè)有豎直的中空筒，所述中空筒內(nèi)安裝有攪拌槳，所述中空筒的筒壁上開設(shè)有若干個通孔，所述中空筒的底端與所述殼體的底端固定連接，所述中空筒與所述殼體之間的環(huán)形空間內(nèi)填裝有生物膜載體。本發(fā)明的獨特結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)合對攪拌槳的轉(zhuǎn)速的控制，可以在低曝氣量下保證反應器內(nèi)的生物膜載體始終處于懸浮狀態(tài)，保持良好的流化特性，從而穩(wěn)定保持短程硝化優(yōu)勢并為同步硝化反硝化創(chuàng)造有利條件，降低曝氣能耗及反硝化階段的碳源物質(zhì)消耗量。
【專利說明】低曝氣量下實現(xiàn)生物膜載體懸浮的反應器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物膜法反應器，尤其涉及一種在低曝氣量下能夠?qū)崿F(xiàn)生物膜載體懸浮的反應器。
【背景技術(shù)】[0002]煉油催化劑生產(chǎn)廢水水質(zhì)復雜，懸浮物、氨氮濃度高且含有大量無機鹽及氯離子等，B/C值低，較難實現(xiàn)生物處理。傳統(tǒng)的生物處理法是目前應用最廣泛的脫氮技術(shù)，但傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)工藝存在以下幾點問題:流程長且占地面積大，基建投資費用高；系統(tǒng)抗沖擊能力較弱，高濃度氨氮廢水會抑制硝化細菌生長；硝化過程中產(chǎn)生的酸度需要加堿中和，不僅增加了處理費用，還有可能造成二次污染；硝化細菌生長緩慢，一旦在懸浮污泥系統(tǒng)中出現(xiàn)污泥流失，很難在短時間內(nèi)恢復生產(chǎn)；生物膜載體(生物填料)在低曝氣量下較難實現(xiàn)流化，易堆積，反應效果差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種低曝氣量下實現(xiàn)生物膜載體懸浮的反應器，可保證生物膜載體在反應器的反應空間內(nèi)充分流化且分布均勻，從而保證在采用短程硝化-同步硝化反硝化生物膜法處理煉油催化劑廢水時的穩(wěn)定運行。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種低曝氣量下實現(xiàn)生物膜載體懸浮的反應器，包括豎直的圓柱狀殼體，所述殼體內(nèi)同軸設(shè)有豎直的中空筒，所述中空筒內(nèi)安裝有攪拌槳，所述中空筒的筒壁上開設(shè)有若干個通孔，所述中空筒的底端與所述殼體的底端固定連接，所述中空筒與所述殼體之間的環(huán)形空間內(nèi)填裝有生物膜載體。
[0005]優(yōu)選地，所述生物膜載體呈中空的球型，由外至內(nèi)依次包括多孔承托層、拉絲填料層和樹脂層，所述多孔承托層呈蜂窩狀，所述拉絲填料層的填料為聚烯烴類和聚酰胺的混合物拉絲而成，所述樹脂層采用大孔陽離子交換樹脂。
[0006]所述拉絲填料層的每根絲狀填料的兩端優(yōu)選分別固定在所述多孔承托層和樹脂層上，通常，所述絲狀填料均勻分布，從所述樹脂層向所述多孔承托層呈輻射狀排列，所述拉絲填料層中所述絲狀填料的填充比可以為35%~45%。
[0007]所述填料中聚烯烴類和聚酰胺的質(zhì)量比優(yōu)選為1:1.5~1:1。
[0008]所述多孔承托層的材質(zhì)可以為PE，其尺寸可以為Φ50mmX2mm，所述填料層的尺寸可以為Φ46ι?πιΧ IOmm,所述樹脂層的尺寸可以為Φ26ι?πιΧ IOmm,所述生物膜載體的中空部分的尺寸可以為Φ6πιπι。
[0009]所述環(huán)形空間內(nèi)所述生物膜載體的填充比優(yōu)選為35%~40%。
[0010]所述通孔優(yōu)選為沿所述中空筒的筒壁由下向上呈螺旋上升狀的條形孔，若干個所述條形孔在所述中空筒的筒壁上優(yōu)選上下交錯設(shè)置。
[0011]優(yōu)選地，位于所述中空筒的下部的所述條形孔的寬度小于位于所述中空筒的上部的所述條形孔的寬度，或者若干個所述條形孔中，位于下方的條形孔的寬度小于位于其上方的條形孔的寬度。
[0012]進一步地，位于所述中空筒的下部的相鄰的所述條形孔之間的間距小于位于所述中空筒的上部的相鄰的所述條形孔之間的間距，或者若干個所述條形孔中，位于下方的相鄰的條形孔之間的間距小于位于其上方的相鄰的條形孔之間的間距。
[0013]所述條形孔的長度可以為所述中空筒的橫截面的周長的70%~80%，寬度可以為2~5_，所述攪拌槳的驅(qū)動軸可以位于所述中空筒的軸線上，所述攪拌槳的槳葉的外緣中點與所述中空筒的內(nèi)壁之間的距離可以為所述中空筒的內(nèi)徑的30%~40%，攪拌槳的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為90rpm。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明通過攪拌槳對中空筒內(nèi)的廢水進行攪拌,使中空筒內(nèi)的廢水呈現(xiàn)穩(wěn)定的湍流形態(tài)，中空筒內(nèi)的湍流通過筒壁上的通孔傳遞到外部，繼而擾動位于中空筒與殼體之間的環(huán)形空間內(nèi)的生物膜載體，反應器的獨特結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)合對攪拌槳的轉(zhuǎn)速的控制，可以在低曝氣量下保證反應器內(nèi)的生物膜載體始終處于懸浮狀態(tài)，保持良好的流化特性，從而穩(wěn)定保持短程硝化優(yōu)勢并為同步硝化反硝化創(chuàng)造有利條件，降低曝氣能耗及反硝化階段的碳源物質(zhì)消耗量，還可避免由于攪拌槳轉(zhuǎn)速過低導致的生物膜載體堆積，以及攪拌槳轉(zhuǎn)速過高所造成的生物膜載體彼此間激烈碰撞和/或生物膜脫落的問題。
[0015]獨特結(jié)構(gòu)的生物膜載體的使用，一方面可以為微生物生長提供有效的附著載體，有針對性的提高氨氧化菌的聚集效率，解決污泥流失的問題，提高反應器的抗沖擊負荷能力，另一方面還可以在反應初期進行快速的氨氮離子交換，短時間內(nèi)在填料表面大量聚集氨氮，為填料上的氨氧化菌快速掛膜提供生長底物，隨著微生物對氨氮的利用，樹脂層上的氨氮濃度不斷降低，還可節(jié)省常規(guī)工藝中的樹脂層部分需要再生的步驟，所述生物膜載體可在無需再生的情況下反復實現(xiàn)快速掛膜啟動的功能。
[0016]本發(fā)明的新型的生物膜載體具有比表面積大、親水性好、抗沖擊能力強、易掛膜和生物活性高等特點。蜂窩狀多孔承壓層主要起承托作用；絲狀填料在有效區(qū)域內(nèi)均勻分布，可以使氣、水和生物膜得到充分接觸混滲，易掛膜，生物膜均勻地著生在每一根絲狀填料上，可在反應過程中獲得愈來愈大的比表面積；中空層的設(shè)置及其內(nèi)部充滿空氣，可以降低生物膜載體的整體密度，有利于其在反應器內(nèi)持續(xù)保持懸浮狀態(tài)。
[0017]生物膜載體在環(huán)形空間內(nèi)合理的填充比，利于其在環(huán)形空間內(nèi)的懸浮，也可有效降低生物膜載體間的激烈碰撞的幾率，可進一步地有效避免由于相互間激烈碰撞造成生物膜脫落的情況發(fā)生。
[0018]通孔呈螺旋上升的條形孔且各條形孔上下交錯設(shè)置，有利于中空筒內(nèi)形成的湍流傳遞到中空筒外部的環(huán)形空間，還可進一步加強環(huán)形空間內(nèi)水流的擾動，并依靠螺旋出水的方式，在外部環(huán)形空間內(nèi)形成穩(wěn)定的旋流，由此在避免激烈撞擊的情況下，不僅強化了混合作用，而且還有利于生物膜載體的懸浮，中空筒的上下不同位置的條形孔的寬度及相鄰條形孔之間的間距的設(shè)計，使環(huán)形空間下部的水壓始終大于上部的水壓，有利于保證生物膜載體在環(huán)形空間內(nèi)保持懸浮狀態(tài)和良好的流化特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的俯視圖；圖3是本發(fā)明的生物膜載體的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】[0020]參見圖1、圖2和圖3，本發(fā)明提供了一種低曝氣量下實現(xiàn)生物膜載體懸浮的反應器，主要用于處理煉油催化劑廢水，包括豎直的圓柱狀殼體1，所述殼體內(nèi)同軸設(shè)有豎直的中空筒2，所述中空筒內(nèi)安裝有攪拌槳3，所述攪拌槳的驅(qū)動軸4可以位于所述中空筒的軸線上，所述攪拌槳的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為90rpm，所述中空筒的筒壁上開設(shè)有若干個通孔5，所述中空筒的底端與所述殼體的底端固定連接，所述中空筒與所述殼體之間的環(huán)形空間內(nèi)填充有生物膜載體6，所述中空筒的底端與所述殼體的底端之間可以密封，也可以留有間隙，該間隙的大小不允許所述生物膜載體通過，所述反應器可以設(shè)有與所述中空筒的內(nèi)部空間連通的廢水進出管道，廢水進出管道上可以設(shè)有各自的控制閥。為保持良好的短程硝化及同步硝化反硝化效果，在反應過程中通常調(diào)節(jié)反應器內(nèi)溶解氧的濃度為0.5~1.0mol/L (曝氣量為0.01~0.02m3/h)，曝氣時間為6h，反應溫度為33°C，pH值為6.5~8.0，在反硝化階段可以投加無水乙酸鈉用以增加碳源，投放量可以為每克硝酸鹽氮投放8克無水乙酸鈉，反硝化反應時間可以為1.5~2h。
[0021]本發(fā)明在反應過程中通過所述攪拌槳對所述中空筒內(nèi)的廢水進行攪拌，使所述中空筒內(nèi)的廢水呈現(xiàn)穩(wěn)定的湍流形態(tài)，所述中空筒內(nèi)的湍流通過筒壁上的通孔傳遞到外部，繼而擾動位于所述中空筒與所述殼體之間的環(huán)形空間內(nèi)的生物膜載體，反應器的上述獨特結(jié)構(gòu)的設(shè)計結(jié)合對所述攪拌槳的轉(zhuǎn)速的控制，可以在低曝氣量下保證反應器內(nèi)的生物膜載體始終處于懸浮狀態(tài)，保持良好的流化特性，從而穩(wěn)定保持短程硝化優(yōu)勢并為同步硝化反硝化創(chuàng)造有利條件，降低曝氣能耗及反硝化階段的碳源物質(zhì)消耗量，還可避免由于所述攪拌槳轉(zhuǎn)速過低導致的生物膜載體堆積，以及所述攪拌槳轉(zhuǎn)速過高所造成的生物膜載體彼此間激烈碰撞和/或生物膜脫落的問題。
[0022]優(yōu)選地，所述生物膜載體呈中空的球型，由外至內(nèi)依次包括多孔承托層7、拉絲填料層8和樹脂層9，其中空的部分為中空層10，所述多孔承托層呈蜂窩狀，便于微生物穿過，材質(zhì)可以采用PE，其尺寸可以為0 50mmX2mm，主要起承托作用；所述拉絲填料層的填料為聚烯烴類和聚酰胺的混合物拉絲而成，所述填料中聚烯烴類與聚酰胺的質(zhì)量比優(yōu)選為1:1.5~1:1 (如1:1.5、1:1.3、1:1.2或1:1)，每根絲狀填料的兩端優(yōu)選分別固定在所述多孔承托層和樹脂層上，絲狀填料的剛?cè)徇m度，通常，所述絲狀填料均勻分布，從所述樹脂層向所述多孔承托層呈輻射狀排列，可以使氣、水和生物膜得到充分接觸混滲，易掛膜，生物膜均勻地著生在每一根絲狀填料上，可在反應過程中獲得愈來愈大的比表面積，所述拉絲填料層的尺寸可以為O46mmX10mm，所述拉絲填料層中所述填料的填充比可以為35%~45% (如35%、38%、40%、42%或45%);所述樹脂層采用大孔陽離子交換樹脂，尺寸可以為Φ26ι?πιΧ IOmm ;通常情況下,所述中空層內(nèi)為空氣，尺寸可以為Φ6ι?πι,所述中空層的設(shè)置及其內(nèi)部充滿空氣，可以降低所述生物膜載體的整體密度，有利于其在反應過程中持續(xù)保持懸浮狀態(tài)。
[0023]所述的新型的生物膜載體具有比表面積大、親水性好、抗沖擊能力強、易掛膜和生物活性高等特點，其獨特結(jié)構(gòu)一方面可以為微生物生長提供有效的附著載體，有針對性的提高氨氧化菌的聚集效率，解決污泥流失的問題，提高反應器的抗沖擊負荷能力，另一方面還可以在反應初期進行快速的氨氮離子交換，短時間內(nèi)在填料表面大量聚集氨氮，為填料上的氨氧化菌快速掛膜提供生長底物，隨著微生物對氨氮的利用，樹脂層上的氨氮濃度不斷降低，還可節(jié)省常規(guī)工藝中的樹脂層部分需要再生的步驟。具體到反應過程中:在反應器啟動時，所述樹脂層短時間內(nèi)吸附大量氨氮，為所述填料層的氨氧化菌的快速生長掛膜提供了便利條件，在反應快結(jié)束時，所述樹脂層上吸附的氨氮將被微生物消耗，此時可實現(xiàn)所述樹脂層的再生，新的反應周期開始時，所述樹脂層有新的離子交換位點以供氨氮的聚集，因此所述生物膜載體可在無需再生的情況下反復實現(xiàn)快速掛膜啟動的功能，同時在所述攪拌槳的攪拌作用下，使得所述填料層與廢水充分接觸，反應速率加快，從而快速高效地實現(xiàn)短程硝化-同步硝化反硝化脫氮過程。
[0024]所述環(huán)形空間內(nèi)所述生物膜載體的填充比(生物膜載體的體積與環(huán)形空間的體積t匕)優(yōu)選為35%~40% (如35%、36%、38%或40%)，合理的填充比有利于所述生物膜載體在環(huán)形空間內(nèi)的懸浮(環(huán)形空間內(nèi)有足夠的空余空間供生物膜載體懸浮)，也可有效降低生物膜載體間的激烈碰撞的幾率，可進一步地有效避免由于相互間的激烈碰撞造成生物膜脫落的情況發(fā)生。
[0025]所述中空筒上的所述通孔優(yōu)選為沿所述中空筒的筒壁由下向上呈螺旋上升狀的條形孔，若干個所述條形孔在所述中空筒的筒壁上優(yōu)選上下交錯設(shè)置。所述通孔的結(jié)構(gòu)和設(shè)置方式有利于在所述中空筒內(nèi)形成的湍流傳遞到外部的環(huán)形空間，還可進一步加強環(huán)形空間內(nèi)水流的擾動。
[0026]優(yōu)選地，若干個所述條形孔呈現(xiàn)出下窄上寬的形態(tài)，可以采用以下兩種方式設(shè)置，一種方式為位于所述中空筒的下部的若干個所述條形孔的寬度相同，位于所述中空筒的上部的剩余的所述條形孔的寬度相同，且位于所述中空筒的下部的條形孔的寬度小于位于所述中空筒的上部的剩余的條形孔的寬度，另一種方式為所有的所述條形孔中，位于下方的條形孔的寬度小于位于其上方的條形孔的寬度，即若干個所述條形孔的寬度由下向上逐漸變大。
[0027]進一步地，各相鄰的所述條形孔之間的間距呈現(xiàn)出下窄上寬的形態(tài)，同樣也可以采用兩種方式設(shè)置，一種方式為位于所述中空筒的下部的條形孔中相鄰的條形孔之間的間距相同，位于所述中空筒的上部的剩余的條形孔中相鄰的條形孔之間的間距相同，且位于所述中空筒的下部的相鄰的條形孔之間的間距小于位于所述中空筒的上部的相鄰的條形孔之間的間距，另一種方式為所有的所述條形孔中，位于下方的相鄰的條形孔之間的間距小于位于其上方的相鄰的條形孔之間的間距，即各相鄰的所述條形孔之間的間距由下向上逐漸變大。
[0028]所述中空筒的上下不通位置處的條形孔的寬度及相鄰條形孔之間的間距的設(shè)計，可以使環(huán)形空間下部的水壓始終大于上部的水壓，有利于保證生物膜載體在環(huán)形空間內(nèi)保持懸浮狀態(tài)和良好的流化特性。
[0029]所述條形孔的長度可以為所述中空筒的橫截面的周長的70%~80%，寬度可以為
2~5mm，便于所述中空筒內(nèi)外的湍流的傳遞。所述攪拌槳的槳葉的外緣中點與所述中空筒的內(nèi)壁之間的距離可以為所述中空筒的內(nèi)徑的30%~40%，有利于所述攪拌槳在攪拌過程中在所述中空筒的內(nèi)部空間形成穩(wěn)定的湍流。
[0030]經(jīng)實驗表明，本發(fā)明與現(xiàn)有的普通生物膜反應器在相同的工藝條件下(有效污泥濃度約為3500mg/L，運行溫度33°C，溶解氧0.5~1.0mg/L)的運行效果對比如下表所示:
【權(quán)利要求】
1.一種低曝氣量下實現(xiàn)生物膜載體懸浮的反應器，包括豎直的圓柱狀殼體，其特征在于所述殼體內(nèi)同軸設(shè)有豎直的中空筒，所述中空筒內(nèi)安裝有攪拌槳，所述中空筒的筒壁上開設(shè)有若干個通孔，所述中空筒的底端與所述殼體的底端固定連接，所述中空筒與所述殼體之間的環(huán)形空間內(nèi)填裝有生物膜載體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低曝氣量下實現(xiàn)生物膜載體懸浮的反應器，其特征在于所述生物膜載體呈中空的球型，由外至內(nèi)依次包括多孔承托層、拉絲填料層和樹脂層，所述多孔承托層呈蜂窩狀，所述拉絲填料層的填料為聚烯烴類和聚酰胺的混合物拉絲而成，所述樹脂層采用大孔陽離子交換樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低曝氣量下實現(xiàn)生物膜載體懸浮的反應器，其特征在于所述拉絲填料層的每根絲狀填料的兩端分別固定在所述多孔承托層和樹脂層上，所述絲狀填料均勻分布，從所述樹脂層向所述多孔承托層呈輻射狀排列，所述拉絲填料層中所述絲狀填料的填充比為35%~45%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低曝氣量下實現(xiàn)生物膜載體懸浮的反應器，其特征在于所述填料中聚烯烴類和聚酰胺的質(zhì)量比為1:1.5~1:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低曝氣量下實現(xiàn)生物膜載體懸浮的反應器，其特征在于所述多孔承托層的材質(zhì)為PE,其尺寸為Φ50mmX2mm,所述填料層的尺寸為C>46mmX IOmm,所述樹脂層的尺寸為O26mmX10mm，所述生物膜載體的中空部分的尺寸為Φ6πιπι。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低曝氣量下實現(xiàn)生物膜載體懸浮的反應器，其特征在于所述環(huán)形空間內(nèi)所述生物膜載體的填充比為35%~40%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述的低曝氣量下實現(xiàn)生物膜載體懸浮的反應器，其特征在于所述通孔為沿所述中空筒的筒壁由下向上呈螺旋上升狀的條形孔，若干個所述條形孔在所述中空筒的筒壁上上下交錯設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低曝氣量下實現(xiàn)生物膜載體懸浮的反應器，其特征在于位于所述中空筒的下部的所述條形孔的寬度小于位于所述中空筒的上部的所述條形孔的寬度，或者若干個所述條形孔中，位于下方的條形孔的寬度小于位于其上方的條形孔的寬度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低曝氣量下實現(xiàn)生物膜載體懸浮的反應器，其特征在于位于所述中空筒的下部的相鄰的所述條形孔之間的間距小于位于所述中空筒的上部的相鄰的所述條形孔之間的間距，或者若干個所述條形孔中，位于下方的相鄰的條形孔之間的間距小于位于其上方的相鄰的條形孔之間的間距。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的低曝氣量下實現(xiàn)生物膜載體懸浮的反應器，其特征在于所述條形孔的長度為所述中空筒的橫截面的周長的70%~80%，寬度為2~5mm，所述攪拌槳的驅(qū)動軸位于所述中空筒的軸線上，所述攪拌槳的槳葉的外緣中點與所述中空筒的內(nèi)壁之間的距離為所述中空筒的內(nèi)徑的30%~40%。
【文檔編號】C02F3/02GK103508555SQ201310463077
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】高大文, 周華堂, 趙慶良, 陳揚, 陶衛(wèi)克, 胡威夷, 周戈, 賈東輝, 胡奇, 趙小晶 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國昆侖工程公司