專利名稱：高負荷垂直超深生物反應器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種生物反應器，尤其是處理污水用生物反應器。
背景技術：
隨著國民經濟的迅速發展，我國城市化進程不斷加快，城市與工業污水量日益增加，城市污水處理設施的數量和規模也在不斷增加；但目前的城市污水處理工程造成的二次污染日益嚴重，其中以污泥和廢氣污染為重。另外，目前城市中心區的人口密度越來越大，有的城市考慮在原有污水處理站內增設設施和設備，以提高污水處理量及出水水質。同時由于原有管網承載能力已不能滿足污水量急劇增大的需求，且受地下空間不足及地上拆遷成本巨大的制約，對原有管網的改造難度逐步加大，因此為了減少城市污水管網壓力、集約利用土地、就近再生利用，采取“集中與分散處理相結合”的方式，在老城區或城市邊界建設分散式污水處理站。目前，有的用深水曝氣系統解決上述問題，但現有的深水曝氣系統還存在能耗高、 除氮效率低、二氧化碳脫氣效果差、運行不穩定等問題，究其原因主要存在以下缺點(1)、反應器主體內頭部箱至曝氣裝置之間的進水管內可能出現缺氧；O)、由于進水口和出水口都在頭部箱內進行，因此可能導致出現水力短路現象；(3)、另外現有的布氣方式使進水管中的空氣量大于出水管的空氣量，在條件改變時，井內液體可能發生倒流現象，從而導致事故。
發明內容
為了克服上述現有技術存在的缺點，本發明的目的在于提供一種高負荷垂直超深生物反應器，它在運行中不會發生出水短流、水力短路，而且只需很少的氣量就可以實現整個系統的循環，氧利用率更高、泡沫少。為了解決上述問題，本發明采用以下技術方案該高負荷垂直超深生物反應器，包括反應器主體及頭部箱，所述反應器主體內設置曝氣裝置、進水管、供氣管、出水管，供氣管的進氣口連接空氣壓縮機；所述進水管的出水口位于反應器主體在軸向上的中部；所述供氣管的出氣口低于進水管的出水口 ；所述出水管的進水口位于所述反應器主體內底部且位于所述曝氣裝置的下方；所述反應器主體內還設有一內筒；內筒的上端口高于反應器主體的頂端位于頭部箱內，內筒的底端口低于進水管的出水口且高于供氣管的出氣口。進一步的技術方案該高負荷垂直超深生物反應器，還包括脫氮區，所述脫氮區設置進水口、出水口， 脫氮區的進水口連接污水輸入管，脫氮區的出水口連通反應器主體內的所述進水管。該高負荷垂直超深生物反應器，還包括浮力凈化器，所述浮力凈化器設有輸入口、 出水口、出泥口 ；浮力凈化器的輸入口與反應器主體內的所述出水管連通；浮力凈化器的出泥口連接有剩余污泥排出管道、回流污泥輸送管道；所述脫氮區還設置有回流入口，所述浮力凈化器的出泥口經回流污泥輸送管道與脫氮區的回流入口連通。該高負荷垂直超深生物反應器中，所述頭部箱頂部設有脫氣裝置。該高負荷垂直超深生物反應器，還包括出水過濾器，所述出水過濾器的入口與所述浮力凈化器的出水口連通。該高負荷垂直超深生物反應器中，所述的脫氣裝置的出口連接一氣體生物過濾
ο在該高負荷垂直超深生物反應器，所述的反應器主體由防漏鋼制成。本發明的有益效果是1、反應器軸向的中部進水、底部出水，有利于進水與空氣的進一步混合，同時防止了出水短流的發生；2、設置的脫氮區，克服了普通深井曝氣池脫氮效果差的問題；3、頭部箱頂部設置脫氣裝置，保證廢氣、殘留氣體的釋放，從而降低整個系統的循環阻力，只需很少的氣量就可以實現整個系統的循環；4、反應器底部具有壓力，出水管無需外加驅動力即可將反應器內底部的水泥輸出；從而簡化了整體結構，也降低了成本；5、將普通深水曝氣工藝中的三個分離處理區(氧化區、混合區、氧飽和區)合并， 使反應器主體體積更小、氧的利用率更高，從而有效地降低了工程投資和運行費用。6、運行維護費用很低，通常只有傳統曝氣工藝技術的一半或以下。7、和傳統的曝氣工藝技術相比，該高負荷垂直超深生物反應器的VOC(揮發性的有機化合物)排放量是最低的。傳統的曝氣工藝排放到大氣中的VOC可高達污水中總VOC 的 60%。8、結構非常緊湊，所需的空間和占地面積很小，通常只有傳統工藝所占面積的 40%。9、沒有開放的曝氣池。因此，環境影響和氣味排放都是最少的。10、在氣候非常惡劣的地方或情況下，本系統還可以非常經濟地建在一個封閉的建筑內；而且也可以將本系統和周圍的環境有機地結合起來進行設計和建造。7、容易操作和維修，并可以設計成完全自動控制，無需人員操作。8、經濃縮的廢水排放，即使流量變化不定，濃度不同，也可以經處理后使其達到排放標準。9、由于所需的曝氣程度較低，從而大大減少了運行過程中產生的泡沫。10、防漏鋼反應器主體和灌漿水泥外壁可防止地面水污染，而這正是傳統曝氣池經常遇到的問題。11、深水反應器在地震時受到破壞的可能性遠遠小于置于地面上的曝氣池或反應
ο適用于工業廢水和城市污水處理的技術。
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明
圖1為本發明實施例的結構示意圖；圖中1供氣管，2進水管，3頭部箱，4浮力凈化器，41輸入口，42出水口，43出泥口，5反應器主體，6出水管，7脫氮區，71進水口，72出水口，73回流入口，8曝氣裝置，9空氣壓縮機，10內筒，11污水輸入管，12剩余污泥排出管道，13回流污泥輸送管道，14脫氣裝置，15出水過濾器，16生物過濾器。
具體實施例方式如圖1所示，該高負荷垂直超深生物反應器主要包括反應器主體5、頭部箱3、脫氮區7、浮力凈化器4。其反應器主體5由防漏鋼制成，反應器主體5內設置曝氣裝置8、進水管2、供氣管 1、出水管6，供氣管1的進氣口連接空氣壓縮機9。進水管2的出水口位于反應器主體5在軸向上的中部；供氣管1的出氣口低于進水管2的出水口；出水管6的進水口位于反應器主體5內底部且位于曝氣裝置8的下方；這樣，有利于進水與空氣的進一步混合，同時防止了出水短流的發生。反應器主體5內還設有一內筒10。內筒10的上端口高于反應器主體5的頂端位于頭部箱3內，內筒10的底端口低于進水管2的出水口且高于供氣管1的出氣口。內筒10 起到導流作用，輔助循環。頭部箱3頂部設有脫氣裝置14，保證廢氣、殘留氣體的釋放，從而降低整個系統的循環阻力，只需很少的氣量就可以實現整個系統的循環。該高負荷垂直超深生物反應器的脫氮區7設置進水口 71、出水口 72，脫氮區的進水口 71連接污水輸入管11，脫氮區的出水口 72連通反應器主體5內的進水管2。脫氮區 7的設置克服了現有技術中普通深井曝氣池脫氮效果差的問題。該高負荷垂直超深生物反應器的浮力凈化器4設有輸入口 41、出水口 42、出泥口 43。浮力凈化器的輸入口 41與反應器主體5內的出水管6連通。浮力凈化器的出泥口 43 連接有剩余污泥排出管道12、回流污泥輸送管道13。脫氮區7還設置有回流入口 73，浮力凈化器的出泥口 43經回流污泥輸送管道13與脫氮區的回流入口 73連通。浮力凈化器的出水口 42可連接一出水過濾器15，進一步提高出水質量。該高負荷垂直超深生物反應器在施工時，需要在施工地點挖井，挖井過程中為防止井壁土方坍塌，需要及時做混凝土護壁。挖井完成后，將反應器主體5放入井中，然后將在反應器主體5與混凝土護壁之間灌注混凝土，這樣在反應器主體5外形成兩層混凝土護壁。防漏鋼制成的反應器主體5和兩層混凝土護壁可有效防止地面水污染。該反應器主體5內，曝氣裝置8下方為氧飽和區，曝氣裝置8與供氣管1的出氣口、 進水管2的出水口之間為混合區，進水管2的出水口上方為氧化區。在啟動期間，空氣通過供氣管1被注入混合區以啟動循環。被激起的氣泡跟著做環行運動，形成了一個密實的斜面，從而在氧化區內造成了向上的空氣浮力。一旦循環建立起來并得到穩定，注入混合區內的空氣就被轉換到低一檔位置。未經處理的廢水通過進水管2引入到混合區內一個高于空氣注入點的再循環液體內。和壓力及深度緊密相關的高氧轉換率保證了在混合區內混合液體內氧的高度溶解。氧化區內的高速反應又確保了垂直循環圈的反應器主體上半部分內大部分有機化合物被生物氧化。再循環液體向上運動直達氣口，然后進入頂部的頭部箱3。在頭部箱3內，夾帶來的剩余廢氣可以從這里排入大氣。這些微生物呼吸產生的氣態衍生物必須要除掉以防止剩余的氣體再進入系統內，從而導致損害空氣機械浮力效率。如果需要的話，這些氣體可以很容易的經過處理，通過在脫氣裝置出口處連接一生物過濾器16將VOC除掉。相應地，一小部分經混合區處理過的液體由混合區內向下進入位置較低的氧飽和區。該區的特征是高度溶解的濃縮氧及液體在此滯留一段相對較長的時間從而能導致殘留的BOD得到高度氧化。該精化區內高度溶解的濃縮氣體還能在浮力凈化器4里將固體(污泥)與水分離開。凈化了的廢水和混合氣體由出水管6從反應器主體5內底部被壓出，迅速轉送到浮力凈化器4內凈化。這樣就可保證顆粒或固體無法在反應器主體5的底部停留。在混合過的液體通過出水管6由反應器主體5底部向表面運動的過程中，壓力迅速降低，最后形成了曝氣充分、密度低的絮片。在浮力凈化器4內進一步分離后，就產生了高濃縮的生物體(即污泥)和可以供消毒和排放的高質量液體。該高負荷垂直超深生物反應器的排放物成分其很容易經過一個階段的處理就可以降低95%的B0D。增加一個去除懸浮物的生物過濾器(即出水過濾器15)，排放的質量還能得到更進一步的提高。該高負荷垂直超深生物反應器的排放物成分的氣態物排放排放出來的氣體要比從傳統曝氣工藝中排放出的氣體少得多。頭部箱3中的廢氣既可以直接排放出去，又可以將其收集起來再排放到一個生物過濾器16中，將其中的VOCs徹底處理掉。從浮力凈化器 4排放出來的氣體量大約接近于從頭部箱3排放出來的氣體量的2%，這些氣體不需收集， 可直接排空。通常來說，該高負荷垂直超深生物反應器，每公斤BOD曝氣處理所需的電要少于 0. 8千瓦/小時(每磅0. 5馬力-小時)。而大部分的傳統曝氣工藝所耗的電要高出此數很多。一般來說，該高負荷垂直超深生物反應器運行時，只要是在設計要求的規范內，連續穩定的運行不消耗聚合物，因而并不需要添加聚合物。光這一項就可比傳統的工藝節省相當可觀的成本。大部分的傳統工藝需要連續不斷地添加聚合物。該高負荷垂直超深生物反應器運行時，當流入負荷高于設計值時，也可以向聚合物供應商租用一套聚合物添加系統加入適量的聚合物來控制高負荷或意外情況下的固體分離。用大約5毫克/公升的氧離子表面活性劑就能夠使排放物的標準保持在規范要求之內。仍然比傳動工藝成本低。該高負荷垂直超深生物反應器用水，主要是用于工廠一般的清洗，如果使用聚合物的話，也要用來配制聚合物，但用水量很少；所以能大量解決水資源及用水成本。該高負荷垂直超深生物反應器為高負荷反應器，其產泥量僅為常規工藝的1/3，無污泥膨脹問題，且污泥穩定性高，便于最終處置。該高負荷垂直超深生物反應器一般為直徑1 6米、深達50 150米的曝氣池，利用水壓來提高水中氧的轉移速率，以高效去除污水中B0D。該反應器具有處理有機負荷高、 氧轉移率高、能耗低、耐沖擊負荷、處理不受季節影響、產泥量低、集成性強、占地少、能夠有效地防止二次污染、易于維護運行等優點，該技術工藝適用于城市生活污水處理領域、工業廢水處理領域。另外由于采用高負荷垂直超深生物反應器(SVTBR)氧轉移效率高，所需空氣量減少，產生的廢氣量少，減輕了飛沫和氣溶膠對大氣的污染。因此SVTBR反應器新技術與常規工藝相比動力消耗低、處理出水效果好，同時可以減少占地60%以上，經濟效益十分明顯，尤其適合大規模水量、城區土地緊張的地域應用。而高負荷垂直超深生物反應器(SVTBR)技術具有“見縫插井”的優勢，可以大量節省占地，最適用于城市污水就近利用、就近排放、就近回用；同時也非常適用于現有污水處理廠的改造或擴建項目，可以在不增加占地面積的前提下，將處理能力放大數倍，以節省大量市政管道投入。特別是在下列傳統的工藝技術不能應用的情況時，它的優點就更加顯著，例如 ⑴空間面積都很有限的地方；(2)廢水中VOC含量很高的情況下；(3)改建或處理廠擴建的地方；(4)廢水濃度較高的情況下；( 沉淀物很多或溫度很高的地方；(6)靠近居民區的地方；(7)排污量變化較大的地方；(8)環境幽雅不適合建較大型處理廠的地方，如娛樂區；(9)地震較頻繁發生的地方；(10)廢水容易產生泡沫的地方等。
權利要求
1.高負荷垂直超深生物反應器，包括反應器主體及頭部箱，所述反應器主體內設置曝氣裝置、進水管、供氣管、出水管，供氣管的進氣口連接空氣壓縮機；其特征是所述進水管的出水口位于反應器主體在軸向上的中部；所述供氣管的出氣口低于進水管的出水口；所述出水管的進水口位于所述反應器主體內底部且位于所述曝氣裝置的下方；所述反應器主體內還設有一內筒；內筒的上端口高于反應器主體的頂端位于頭部箱內，內筒的底端口低于進水管的出水口且高于供氣管的出氣口。
2.根據權利要求1所述的高負荷垂直超深生物反應器，其特征是還包括脫氮區，所述脫氮區設置進水口、出水口，脫氮區的進水口連接污水輸入管，脫氮區的出水口連通反應器主體內的所述進水管。
3.根據權利要求2所述的高負荷垂直超深生物反應器，其特征是還包括浮力凈化器， 所述浮力凈化器設有輸入口、出水口、出泥口 ；浮力凈化器的輸入口與反應器主體內的所述出水管連通；浮力凈化器的出泥口連接有剩余污泥排出管道、回流污泥輸送管道；所述脫氮區還設置有回流入口，所述浮力凈化器的出泥口經回流污泥輸送管道與脫氮區的回流入 □連通。
4.根據權利要求1所述的高負荷垂直超深生物反應器，其特征是所述頭部箱頂部設有脫氣裝置。
5.根據權利要求1所述的高負荷垂直超深生物反應器，其特征是還包括出水過濾器， 所述出水過濾器的入口與所述浮力凈化器的出水口連通。
6.根據權利要求1所述的高負荷垂直超深生物反應器，其特征是所述的脫氣裝置的出口連接一氣體生物過濾器。
7.根據權利要求1所述的高負荷垂直超深生物反應器，其特征是所述的反應器主體由防漏鋼制成。
全文摘要
高負荷垂直超深生物反應器，包括反應器主體及頭部箱，所述反應器主體內設置曝氣裝置、進水管、供氣管、出水管，供氣管的進氣口連接空氣壓縮機；其特征是進水管的出水口位于反應器主體在軸向上的中部；供氣管的出氣口低于進水管的出水口；出水管的進水口位于所述反應器主體內底部且位于所述曝氣裝置的下方；反應器主體內還設有一內筒；內筒的上端口高于反應器主體的頂端位于頭部箱內，內筒的底端口低于進水管的出水口且高于供氣管的出氣口。它在運行中不會發生水力短路，只需很少的氣量就可以實現整個系統的循環；而且具有整體結構簡單，成本低、占地面積小、氧利用率更高，運行維護費用很低，泡沫少等優點。適用于工業廢水和城市污水處理。
文檔編號C02F3/02GK102515344SQ20111045752
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者于桂英, 周少利, 孫海麗, 朱志強 申請人:山東匯盛天澤環境工程有限公司