申請(qǐng)日2014.10.22
公開(公告)日2016.05.18
IPC分類號(hào)C02F3/30; C02F3/34
摘要
本發(fā)明提供了一種硝化反硝化兩相膨脹床反應(yīng)器及污水處理工藝。膨脹床反應(yīng)器包括反應(yīng)器、溶氧器、循環(huán)泵及附屬管線;其中反應(yīng)器為立式筒形結(jié)構(gòu)，自下而上分別為底部配水區(qū)、好氧反應(yīng)區(qū)、二次配水區(qū)、缺氧反應(yīng)區(qū)和出水區(qū);好氧反應(yīng)區(qū)和缺氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)填裝小粒徑填料，二次配水區(qū)設(shè)有收縮—擴(kuò)張式整流環(huán)，出水區(qū)設(shè)有三相分離器。采用上述膨脹床反應(yīng)器，硝化、反硝化在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，生化與溶氧過程獨(dú)自完成，生化處理負(fù)荷高，設(shè)備占地小，節(jié)省投資及運(yùn)行費(fèi)用。
權(quán)利要求書
1.一種硝化反硝化兩相膨脹床反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括反應(yīng)器[a]、溶氧器[b]、循環(huán)泵[c]及附屬管線;
所述反應(yīng)器[a]采用上大下小的兩段立式筒形結(jié)構(gòu)，橫截面為圓形，自下而上分別為底部配水區(qū)[101]、好氧反應(yīng)區(qū)[102]、二次配水區(qū)[103]、缺氧反應(yīng)區(qū)[104]和出水區(qū)[105];
所述底部配水區(qū)[101]以濾板[11]與所述好氧反應(yīng)區(qū)[102]相隔，所述濾板[11]上安裝濾頭[12];
所述好氧反應(yīng)區(qū)[102]和所述缺氧反應(yīng)區(qū)[104]均為空腔構(gòu)造，內(nèi)部填裝顆粒填料;
所述二次配水區(qū)[103]的中部設(shè)有收縮-擴(kuò)張式整流環(huán)[14]，所述整流環(huán)[14]與二次配水區(qū)[103]的內(nèi)壁形成的環(huán)隙為布水布?xì)饪臻g，環(huán)繞所述整流環(huán)[14]收縮段的內(nèi)壁設(shè)置水平布水環(huán)管[24]，所述布水環(huán)管[24]底部等間距開設(shè)布水孔;
所述出水區(qū)[105]上粗下細(xì)，與所述缺氧反應(yīng)區(qū)[104]通過喇叭口形過度段連接，在所述出水區(qū)[105]的中心位置設(shè)置三相分離器[16]，所述出水區(qū)[105]頂部周邊設(shè)置集水槽[17];在所述出水區(qū)[105]側(cè)壁上部設(shè)置與集水槽[17]聯(lián)通的出水口;在所述缺氧反應(yīng)區(qū)[104]側(cè)壁上部設(shè)置排泥口;
底部配水區(qū)[101]側(cè)壁上部設(shè)置進(jìn)風(fēng)口，下部設(shè)置進(jìn)水口和回流水進(jìn)口;二次配水區(qū)[103]側(cè)壁上部設(shè)置進(jìn)風(fēng)口、下部設(shè)置回流水進(jìn)口;好氧反應(yīng)區(qū)[102]側(cè)壁頂部設(shè)置溶解氧測(cè)定儀[25];
所述溶氧器[b]為筒形結(jié)構(gòu)，橫截面為圓形或矩形，靠近底部的位置內(nèi)設(shè)置曝氣器[28]，并以所述曝氣器[28]為界，上部為溶氧區(qū)[201]、下部為回流區(qū)[202];所述溶氧器[b]的頂部設(shè)置進(jìn)水口，低于進(jìn)水口設(shè)置溢流排水口，所述曝氣器[28]處設(shè)置進(jìn)風(fēng)口，供風(fēng)管路上設(shè)有調(diào)節(jié)閥[27]，所述調(diào)節(jié)閥[27]與所述溶解氧測(cè)定儀[25]連鎖;所述溶氧器[b]的底部設(shè)置回流出水口和排泥口;
所述管線設(shè)置如下：污水進(jìn)水與底部配水區(qū)[101]的所述進(jìn)水口管線連通;碳源進(jìn)水與二次配水區(qū)[103]的所述布水環(huán)管[24]連通;出水區(qū)[105]的所述出水口與溶氧器[b]的所述進(jìn)水口管線連通;溶氧器[b]的所述回流出水口與循環(huán)泵[c]的進(jìn)口管線連通;所述循環(huán)泵[c]的出口與底部配水區(qū)[101]的所述回流水進(jìn)口、二次配水區(qū)[103]的所述回流水進(jìn)口管線連通;外設(shè)空氣源分別與底部配水區(qū)[101]的所述進(jìn)風(fēng)口、二次配水區(qū)[103]的所述進(jìn)風(fēng)口、溶氧器[b]的所述進(jìn)風(fēng)口連通;溶氧器[b]的所述溢流排水口連接系統(tǒng)出水管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹床反應(yīng)器，其特征在于：
所述整流環(huán)[14]的上部開設(shè)布?xì)鈼l孔[14-1]，所述布?xì)鈼l孔[14-1]沿整流環(huán)[14]周邊均布;
所述整流環(huán)[14]的下部開設(shè)布水條孔[14-2]，所述布水條孔[14-2]沿整流環(huán)[14]周邊均布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹床反應(yīng)器，其特征在于：
所述三相分離器[16]由中心管[16-1]和由上下疊置的擴(kuò)口罩體：上部罩體[16-2]與下部罩體[16-3]組成;所述上部罩體[16-2]和所述下部罩體[16-3]的擴(kuò)口端向下;所述上部罩體[16-2]的縮口端與所述中心管[16-1]的下端口連接，所述上部罩體[16-2]與所述下部罩體[16-3]之間構(gòu)成過流通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹床反應(yīng)器，其特征在于：
所述好氧反應(yīng)區(qū)[102]或所述缺氧反應(yīng)區(qū)[104]填裝陶粒顆粒填料、活性炭顆粒填料、木質(zhì)顆粒填料或橡膠顆粒填料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膨脹床反應(yīng)器，其特征在于：
所述好氧反應(yīng)區(qū)[102]或所述缺氧反應(yīng)區(qū)[104]填裝的填料粒徑為2mm～4mm、3mm～5mm或4mm～6mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹床反應(yīng)器，其特征在于：
所述好氧反應(yīng)區(qū)[102]填料層靜態(tài)厚度與橫截面直徑之比1.5～5;所述缺氧反應(yīng)區(qū)[104]填料層靜態(tài)厚度與橫截面直徑之比1.5～5。
7.一種使用權(quán)利要求1～6之一所述的膨脹床反應(yīng)器的污水處理工藝;
采用所述膨脹床反應(yīng)器的污水處理工藝依次包括：運(yùn)行階段、反洗階段和排泥階段;
(1)運(yùn)行階段
底部配水區(qū)[101]的進(jìn)水閥[18]、二次配水區(qū)[103]的進(jìn)水閥[20]、底部配水區(qū)[101]的回流閥[22]、溶氧器[b]的回流閥[29]、循環(huán)泵[c]的出水閥[30]均開啟，風(fēng)量調(diào)節(jié)閥[27]處于自動(dòng)控制狀態(tài)，其余閥門均關(guān)閉，所述循環(huán)泵[c]運(yùn)行;
污水進(jìn)水通過進(jìn)水管[1]與所述循環(huán)泵[c]來的循環(huán)水進(jìn)入所述底部配水區(qū)[101]，經(jīng)所述濾頭[12]進(jìn)入所述好氧反應(yīng)區(qū)[102]，所述好氧區(qū)填料[13]上生長(zhǎng)有好氧微生物;向上的水流使好氧反應(yīng)區(qū)[102]內(nèi)的所述填料顆粒處于流化狀態(tài);
碳源進(jìn)水通過所述布水環(huán)管[24]進(jìn)入所述二次配水區(qū)[103]，與來自所述好氧反應(yīng)區(qū)[102]的水流混合后，進(jìn)入所述缺氧反應(yīng)區(qū)[104]，所述缺氧區(qū)填料[15]上生長(zhǎng)有反硝化微生物;向上的水流使缺氧反應(yīng)區(qū)[104]內(nèi)的所述填料顆粒處于流化狀態(tài);
向上水流經(jīng)過所述缺氧反應(yīng)區(qū)[104]后進(jìn)入所述出水區(qū)[105]，流入所述集水槽[17]，經(jīng)出水管[3]進(jìn)入所述溶氧器[b];所述好氧反應(yīng)區(qū)[102]產(chǎn)生的CO2氣體和所述缺氧反應(yīng)區(qū)[104]產(chǎn)生的N2隨水流向上流動(dòng)，上升的氣泡被所述三相分離器[16]的下部罩體[16-3]、上部罩體[16-2]截留，匯集到中心筒[16-1]后排入大氣;
在所述溶氧器[b]中，與所述污水進(jìn)水及所述碳源進(jìn)水等量的水流從上部溢流，通過系統(tǒng)出水管[6]外排，其余的循環(huán)水流繼續(xù)向下流動(dòng)，在所述溶氧區(qū)[201]與所述曝氣器[28]產(chǎn)生的氣泡逆流傳質(zhì)，進(jìn)入所述回流區(qū)[202]，并通過回流水管[4]經(jīng)過所述循環(huán)泵[c]，返回反應(yīng)器[a]的所述底部配水區(qū)[101];所述溶氧器[b]的溶氧供風(fēng)量依據(jù)所述溶解氧測(cè)定儀[25]測(cè)得的溶解氧濃度通過調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)閥[27]的開度進(jìn)行控制;
(2)反洗階段
a、好氧區(qū)-缺氧區(qū)填料聯(lián)合反洗
底部配水區(qū)[101]的供風(fēng)閥[19]、底部配水區(qū)[101]的所述回流閥[22]、溶氧器[b]的所述回流閥[29]、循環(huán)泵[c]的所述出水閥[30]均開啟，其余閥門關(guān)閉，所述循環(huán)泵[c]運(yùn)行;反洗進(jìn)行一定時(shí)間后，停止所述反應(yīng)器[a]進(jìn)風(fēng)和循環(huán)水回流，進(jìn)入排泥階段;
b、缺氧區(qū)填料單獨(dú)反洗
二次配水區(qū)[103]的供風(fēng)閥[21]、二次配水區(qū)[103]的回流閥[23]、溶氧器[b]的所述回流閥[29]、循環(huán)泵[c]的所述出水閥[30]均開啟，其余閥門關(guān)閉，所述循環(huán)泵[c]運(yùn)行;反洗進(jìn)行一定時(shí)間后，停止所述反應(yīng)器[a]進(jìn)風(fēng)和循環(huán)水回流，進(jìn)入排泥階段;
(3)排泥階段
關(guān)閉所有閥門，停運(yùn)所述循環(huán)泵[c]，靜置，使反應(yīng)器[a]的所述出水區(qū)[105]和所述溶氧器[b]內(nèi)的污泥沉淀，開啟排泥閥[33]排出所述出水區(qū)[105]沉淀的污泥，開啟排泥閥[32]排出溶氧器[b]沉淀的污泥。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的膨脹床反應(yīng)器，其特征在于：
所述溶解氧測(cè)定儀[25]的溶解氧濃度控制在0.2mg/L～0.5mg/L。
說明書
一種硝化反硝化兩相膨脹床反應(yīng)器及污水處理工藝
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種用于污水深度處理的硝化反硝化兩相膨脹床反應(yīng)器及污水處理工藝。
背景技術(shù)
硝化反硝化是污水脫氮處理最常用的生化工藝，硝化是通過微生物好氧生化反應(yīng)將污水中氨氮氧化為硝酸鹽，反硝化是通過微生物缺氧生化反應(yīng)將硝酸鹽還原為氮?dú)狻?/P>
常用的污水脫氮可分為前置反硝化和后置反硝化兩類，前置反硝化需要大量的混合液回流，脫氮效率受限，后置反硝化需要補(bǔ)充碳源，繼而要在反硝化單元后設(shè)置進(jìn)一步去除有機(jī)物的設(shè)施。這兩種脫氮工藝都需要分別設(shè)置硝化單元和反硝化單元，投資高，運(yùn)行費(fèi)用高。
按微生物的生長(zhǎng)形態(tài)，可以將生化反應(yīng)分為活性污泥法和生物膜法，由于硝化過程微生物生長(zhǎng)慢，采用生物膜法更利于硝化菌的生長(zhǎng);對(duì)于后置反硝化工藝，進(jìn)入反硝化階段的污水中有機(jī)物濃度通常較低，能夠生長(zhǎng)的反硝化微生物數(shù)量較少，采用生物膜工藝比活性污泥法更有利，如應(yīng)用較多的曝氣池加裝塑料填料的泥膜工藝和采用陶粒填料的曝氣生物濾池工藝等，但此類工藝仍存在以下弊端：(1)塑料材質(zhì)的填料不易掛膜，微生物附著量少;(2)陶粒等無機(jī)材料的填料容易掛膜，但由于采用固定床運(yùn)行，經(jīng)常發(fā)生填料層局部堵塞，進(jìn)而導(dǎo)致水流短路，影響處理效果。
近年來出現(xiàn)了一種三相流化床工藝用于污水處理，根據(jù)不同的控制條件可實(shí)現(xiàn)去除COD、硝化等功能，其基本構(gòu)造是在筒形反應(yīng)器內(nèi)裝設(shè)一個(gè)內(nèi)筒，在內(nèi)筒中進(jìn)行供風(fēng)曝氣，在氣提作用下使反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生液流循環(huán)，內(nèi)筒液流向上流動(dòng)，內(nèi)筒與反應(yīng)器壁之間的環(huán)隙液流向下流動(dòng)，反應(yīng)器內(nèi)填裝的輕質(zhì)填料可隨水流流動(dòng)，與傳統(tǒng)生化反應(yīng)器相比，生物膜量和傳質(zhì)效率得以提高。但這種三相流化床仍存在一定的不足：(1)內(nèi)循環(huán)流量取決于供風(fēng)量，溶解氧量也取決于供風(fēng)量，為實(shí)現(xiàn)填料流化，供風(fēng)量必須足夠大，反應(yīng)器中的溶解氧通常難以控制在反硝化需要的較低濃度;(2)內(nèi)循環(huán)的驅(qū)動(dòng)能量來源是氣體在上升過程中膨脹做功，能量利用率低，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用高。
發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種用于污水深度處理的硝化反硝化兩相膨脹床反應(yīng)器及污水處理工藝。
本發(fā)明的一種硝化反硝化兩相膨脹床反應(yīng)器是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種硝化反硝化兩相膨脹床反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括反應(yīng)器a、溶氧器b、循環(huán)泵c及附屬管線;
所述反應(yīng)器a采用上大下小的兩段立式筒形結(jié)構(gòu)，橫截面為圓形，自下而上分別為底部配水區(qū)101、好氧反應(yīng)區(qū)102、二次配水區(qū)103，缺氧反應(yīng)區(qū)104和出水區(qū)105;
所述底部配水區(qū)101以濾板11和所述好氧反應(yīng)區(qū)102相隔，所述濾板11上安裝濾頭12;
所述好氧反應(yīng)區(qū)102和所述缺氧反應(yīng)區(qū)104均為空腔構(gòu)造，內(nèi)部填裝顆粒填料;
所述二次配水區(qū)103的中部設(shè)有收縮—擴(kuò)張式整流環(huán)14，所述整流環(huán)14與二次配水區(qū)103的內(nèi)壁形成的環(huán)隙為布水布?xì)饪臻g，環(huán)繞所述整流環(huán)14收縮段的內(nèi)壁設(shè)置水平布水環(huán)管24，布水環(huán)管24底部等距離開布水孔;
所述出水區(qū)105上粗下細(xì)，與所述缺氧反應(yīng)區(qū)104通過喇叭口形過度段連接，在所述出水區(qū)105的中心位置設(shè)置三相分離器16，所述出水區(qū)105頂部周邊設(shè)置集水槽17;在所述出水區(qū)105側(cè)壁上部設(shè)置與集水槽17聯(lián)通的出水口;在所述缺氧反應(yīng)區(qū)104側(cè)壁上部設(shè)置排泥口;
底部配水區(qū)101側(cè)壁上部設(shè)置進(jìn)風(fēng)口，下部設(shè)置進(jìn)水口和回流水進(jìn)口;二次配水區(qū)103側(cè)壁上部設(shè)置進(jìn)風(fēng)口，下部設(shè)置回流水進(jìn)口;好氧反應(yīng)區(qū)102側(cè)壁頂部設(shè)置溶解氧測(cè)定儀25;
所述溶氧器b為筒形結(jié)構(gòu)，橫截面為圓形或矩形，靠近底部的位置內(nèi)設(shè)置曝氣器28，并以所述曝氣器28為界，上部為溶氧區(qū)201，下部為回流區(qū)202;所述溶氧器b的頂部設(shè)置進(jìn)水口，低于進(jìn)水口設(shè)置溢流排水口，所述曝氣器28處設(shè)置進(jìn)風(fēng)口，供風(fēng)管路上設(shè)有調(diào)節(jié)閥27，所述調(diào)節(jié)閥27與所述溶解氧測(cè)定儀25連鎖;所述溶氧器b的底部設(shè)置回流出水口和排泥口;
所述管線設(shè)置：污水進(jìn)水與底部配水區(qū)101的所述進(jìn)水口管線連通;碳源進(jìn)水與二次配水區(qū)103的所述布水環(huán)管24相接;出水區(qū)105的所述出水口與溶氧器b的所述進(jìn)水口管線連通;溶氧器b的所述回流出水口與循環(huán)泵c進(jìn)口管線連通;循環(huán)泵c出口與底部配水區(qū)101的所述回流水進(jìn)口、二次配水區(qū)103的所述回流水進(jìn)口管線連通;外設(shè)空氣源分別與底部配水區(qū)101的所述進(jìn)風(fēng)口、二次配水區(qū)103的所述進(jìn)風(fēng)口、溶氧器b的所述進(jìn)風(fēng)口連通;溶氧器b的所述溢流排水口連接系統(tǒng)出水管。
在具體實(shí)施時(shí)，
所述整流環(huán)14的上部開設(shè)布?xì)鈼l孔14-1，所述布?xì)鈼l孔14-1沿整流環(huán)14周邊均布;所述整流環(huán)14的下部開設(shè)布水條孔14-2，所述布水條孔14-2沿整流環(huán)14周邊均布。
所述三相分離器16由中心管16-1和由上下疊置的擴(kuò)口罩體：上部罩體16-2與下部罩體16-3組成;所述上部罩體16-2和所述下部罩體16-3的擴(kuò)口端向下;所述上部罩體16-2的縮口端與所述中心管16-1的下端口連接，所述上部罩體16-2與所述下部罩體16-3之間構(gòu)成過流通道;
所述好氧反應(yīng)區(qū)102或所述缺氧反應(yīng)區(qū)104填裝陶粒顆粒填料、活性炭顆粒填料、木質(zhì)顆粒填料或橡膠顆粒填料;
所述好氧反應(yīng)區(qū)102或所述缺氧反應(yīng)區(qū)104填裝的填料粒徑為2～4mm、3～5mm或4～6mm。
所述好氧反應(yīng)區(qū)102填料層靜態(tài)厚度與橫截面直徑之比1.5～5;所述缺氧反應(yīng)區(qū)104填料層靜態(tài)厚度與橫截面直徑之比1.5～5。
采用本發(fā)明兩相膨脹床反應(yīng)器的污水處理工藝是這樣實(shí)現(xiàn)的：
污水處理工藝依次包括：運(yùn)行階段、反洗階段和排泥階段;
(1)運(yùn)行階段
底部配水區(qū)101的進(jìn)水閥18、二次配水區(qū)103的進(jìn)水閥20、底部配水區(qū)101的回流閥22、溶氧器b的回流閥29、循環(huán)泵c的出水閥30均開啟，風(fēng)量調(diào)節(jié)閥27處于自動(dòng)控制狀態(tài)，其余閥門均關(guān)閉，循環(huán)泵c運(yùn)行;
污水進(jìn)水通過進(jìn)水管1與循環(huán)泵c來的循環(huán)水進(jìn)入所述底部配水區(qū)101，經(jīng)所述濾頭12進(jìn)入所述好氧反應(yīng)區(qū)102，所述好氧區(qū)填料13上生長(zhǎng)有好氧微生物;向上的水流使好氧反應(yīng)區(qū)102內(nèi)的所述填料顆粒處于流化狀態(tài);
碳源進(jìn)水通過所述布水環(huán)管24進(jìn)入所述二次配水區(qū)103，與來自所述好氧反應(yīng)區(qū)102的水流混合后，進(jìn)入所述缺氧反應(yīng)區(qū)104，所述缺氧區(qū)填料15上生長(zhǎng)有反硝化微生物;向上的水流使缺氧反應(yīng)區(qū)104內(nèi)的所述填料顆粒處于流化狀態(tài);
向上水流經(jīng)過所述缺氧反應(yīng)區(qū)104后進(jìn)入所述出水區(qū)105，流入所述集水槽17，經(jīng)出水管3進(jìn)入所述溶氧器b;所述好氧反應(yīng)區(qū)102產(chǎn)生的CO2氣體和所述缺氧反應(yīng)區(qū)104產(chǎn)生的N2隨水流向上流動(dòng)，上升的氣泡被所述三相分離器16的下部罩體16-3、上部罩體16-2截留，匯集到中心筒16-1后排入大氣;
在所述溶氧器b中，與所述污水進(jìn)水及所述碳源進(jìn)水等量的水流從上部溢流，通過系統(tǒng)出水管6外排，其余的循環(huán)水流繼續(xù)向下流動(dòng)，在所述溶氧區(qū)201與所述曝氣器28產(chǎn)生的氣泡逆流傳質(zhì)，進(jìn)入所述回流區(qū)202，并通過回流水管4進(jìn)入循環(huán)泵c，返回反應(yīng)器a的所述底部配水區(qū)101;所述溶氧器b的溶氧供風(fēng)量依據(jù)所述溶解氧測(cè)定儀25測(cè)得的溶解氧濃度通過調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)閥27的開度進(jìn)行控制;
(2)反洗階段
a、好氧區(qū)-缺氧區(qū)填料聯(lián)合反洗
底部配水區(qū)101的供風(fēng)閥19、底部配水區(qū)101的所述回流閥22、溶氧器b的所述回流閥29、循環(huán)泵c的所述出水閥30均開啟，其余閥門關(guān)閉，循環(huán)泵c運(yùn)行;反洗進(jìn)行一定時(shí)間后，停止所述反應(yīng)器a進(jìn)風(fēng)和循環(huán)水回流，進(jìn)入排泥階段;
b、缺氧區(qū)填料單獨(dú)反洗
二次配水區(qū)103的供風(fēng)閥21、二次配水區(qū)103的回流閥23、溶氧器b的所述回流閥29、循環(huán)泵c的所述出水閥30均開啟，其余閥門關(guān)閉，循環(huán)泵c運(yùn)行;反洗進(jìn)行一定時(shí)間后，停止所述反應(yīng)器a進(jìn)風(fēng)和循環(huán)水回流，進(jìn)入排泥階段;
(3)排泥階段
關(guān)閉所有閥門，停運(yùn)所述循環(huán)泵c，靜置，使反應(yīng)器a的所述出水區(qū)105、溶氧器b內(nèi)的污泥沉淀，開啟排泥閥33排出所述出水區(qū)105沉淀的污泥，開啟排泥閥32排出溶氧器b沉淀的污泥。
在具體實(shí)施時(shí)，所述溶解氧測(cè)定儀25的溶解氧濃度控制在0.2mg/L～0.5mg/L。
(1)在運(yùn)行階段
污水來水通過進(jìn)水管1進(jìn)入反應(yīng)器a底部配水區(qū)101，碳源進(jìn)水通過進(jìn)水管2進(jìn)入反應(yīng)器a二次配水區(qū)103，處理系統(tǒng)的出水通過溶氧器b上部的系統(tǒng)出水管6排出。
循環(huán)泵c排出的循環(huán)水流進(jìn)入反應(yīng)器a的底部配水區(qū)101，并通過濾頭12使水流在截面上分布均勻后進(jìn)入好氧反應(yīng)區(qū)102;當(dāng)上向水流流速達(dá)到一定程度后，反應(yīng)器a內(nèi)的顆粒填料發(fā)生流化，即填料顆粒由堆積狀態(tài)變化為隨水流浮動(dòng)的狀態(tài)，整個(gè)填料床層厚度增加，床層膨脹;在水流篩選作用下，較小粒徑的填料顆粒移動(dòng)到填料層上部，較大粒徑的填料顆粒則移動(dòng)到填料層下部，整體上看缺氧反應(yīng)區(qū)104的填料粒徑將小于好氧反應(yīng)區(qū)102填料。
在二次配水區(qū)103，由于整流環(huán)14的收縮使過水?dāng)嗝鏈p小，流速進(jìn)一步增加，在更高流速的水流作用下，二次配水區(qū)103內(nèi)的填料顆粒絕大部分被向上頂托，由于整流環(huán)14的擴(kuò)口使水流流速又減小，流速減小到一定程度后填料顆粒不再向上運(yùn)動(dòng)，而是基本穩(wěn)定在這個(gè)位置，缺氧反應(yīng)區(qū)104填料層底面也動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定在這個(gè)位置，這樣在二次配水區(qū)103內(nèi)，只有少量粒徑較大的填料顆粒以浮動(dòng)狀態(tài)存在，液相占據(jù)二次配水區(qū)103的大部分，由布水環(huán)管24進(jìn)入的碳源進(jìn)水與大比例回流水在二次配水區(qū)103內(nèi)瞬間混合均勻。在缺氧反應(yīng)區(qū)104內(nèi)，由于水流流速基本與好氧反應(yīng)區(qū)102相近，其中的填料顆粒也處于流化狀態(tài)，區(qū)別在于好氧反應(yīng)區(qū)102填料層由濾板11承托，而缺氧反應(yīng)區(qū)104填料層由上向水流承托。
水流經(jīng)過缺氧反應(yīng)區(qū)104后進(jìn)入出水區(qū)105，由于出水區(qū)105截面面積大于反應(yīng)區(qū)，水流流速減小，不能使填料顆粒產(chǎn)生流化，水流夾帶個(gè)別填料顆粒也經(jīng)三相分離器16與出水區(qū)筒壁的環(huán)狀間隙下沉至缺氧反應(yīng)區(qū)104，因此保證了出水區(qū)105流出的水流中不夾帶填料顆粒，避免填料的流失。出水區(qū)105內(nèi)上向水流流入集水槽17，并通過膨脹床反應(yīng)器出水管3進(jìn)入溶氧器b。
在溶氧器b中，與污水進(jìn)水及碳源進(jìn)水等量的水流從上部溢流，通過系統(tǒng)出水管6外排，其余的循環(huán)水流繼續(xù)向下流動(dòng)，與曝氣器28產(chǎn)生的氣泡逆流傳質(zhì)，實(shí)現(xiàn)氧從空氣向循環(huán)水流的傳遞，當(dāng)循環(huán)水流到達(dá)曝氣器28的位置時(shí)，水中溶解氧的濃度也達(dá)到最高，繼續(xù)向下流動(dòng)進(jìn)入回流區(qū)202，并通過回流水管4進(jìn)入循環(huán)泵，進(jìn)而完成處理整個(gè)系統(tǒng)的水流循環(huán)。
污水在本處理系統(tǒng)中生化過程如下：
待處理污水和溶氧的回流水進(jìn)入反應(yīng)器a底部的配水區(qū)101，回流水量通常遠(yuǎn)大于污水水量，二者在底部配水區(qū)101混合后一并通過濾頭12進(jìn)入好氧反應(yīng)區(qū)102，好氧區(qū)填料13上生長(zhǎng)的好氧微生物(包括分解有機(jī)物的異氧菌和氧化氨氮的硝化菌)將有機(jī)物分解為CO2和水、將氨氮氧化為硝酸鹽;由于小顆粒填料巨大的比表面積可以附著生長(zhǎng)大量的微生物，較大的水流流速加速了生化反應(yīng)傳質(zhì)，使得好氧反應(yīng)區(qū)102的反應(yīng)速率得以提高;當(dāng)水流穿過好氧反應(yīng)區(qū)102后，水中的溶解氧由于生化反應(yīng)而消耗，在好氧反應(yīng)區(qū)102頂部設(shè)置的溶解氧測(cè)定儀25可隨時(shí)測(cè)定水流的溶解氧濃度，并控制溶氧器b供風(fēng)管調(diào)節(jié)閥27的開度，進(jìn)而控制溶氧供風(fēng)量，使穿過好氧反應(yīng)區(qū)102水流中溶解氧控制在0.2～0.5mg/L之間，為后續(xù)的缺氧生化反應(yīng)創(chuàng)造條件。
上升水流進(jìn)入二次配水區(qū)103后，根據(jù)需要可由碳源進(jìn)水管2補(bǔ)充反硝化需要的碳源，補(bǔ)充的碳源進(jìn)水進(jìn)入布水環(huán)管24，再由環(huán)管底部的開孔流出，向下流出的碳源進(jìn)水與向上流動(dòng)的大量循環(huán)回流水瞬間混合均勻，由二次配水區(qū)103進(jìn)入缺氧反應(yīng)區(qū)104。由于進(jìn)入缺氧反應(yīng)區(qū)104的水流中存在硝酸鹽和反硝化需要的碳源，水中溶解氧也控制在缺氧狀態(tài)，缺氧反應(yīng)區(qū)104填料上生長(zhǎng)的反硝化微生物就可以將水中硝酸鹽還原為氮?dú)�，�?shí)現(xiàn)反硝化反應(yīng);與好氧反應(yīng)區(qū)102相類似，高比表面積的顆粒填料，優(yōu)良的傳質(zhì)條件可有效提高缺氧反應(yīng)速率，水流通過缺氧反應(yīng)區(qū)104后即實(shí)現(xiàn)了硝化反硝化反應(yīng)，脫除了污水中的氮。
好氧反應(yīng)區(qū)102產(chǎn)生的CO2氣體和缺氧反應(yīng)區(qū)104產(chǎn)生的N2都隨水流向上流動(dòng)，進(jìn)入出水區(qū)105后，上升的氣泡被三相分離器16下部罩體16-3、上部罩體16-2截留，匯集到中心筒16-1后排入大氣。
(2)在反洗階段
兩相膨脹床反應(yīng)器經(jīng)過一定時(shí)間的運(yùn)行后，填料顆粒上生長(zhǎng)的生物膜厚度增加，過厚的生物膜會(huì)導(dǎo)致填料顆粒的粘連或結(jié)團(tuán)，影響生化反應(yīng)的正常進(jìn)行，因此應(yīng)定期將過厚的生物膜脫除。本發(fā)明通過填料層反洗措施實(shí)現(xiàn)過厚生物膜的脫除;可以實(shí)現(xiàn)好氧區(qū)填料13與缺氧區(qū)填料15聯(lián)合反洗或缺氧區(qū)填料15單獨(dú)反洗，以適應(yīng)缺氧反應(yīng)區(qū)104生物膜生長(zhǎng)較快的狀況。
a、好氧區(qū)-缺氧區(qū)填料聯(lián)合反洗
反洗階段與運(yùn)行階段對(duì)比，本階段特點(diǎn)是處理系統(tǒng)不進(jìn)水不排水，循環(huán)水回流正常運(yùn)行;溶氧器不供風(fēng)，反應(yīng)器a底部配水區(qū)101供風(fēng)。
進(jìn)入反應(yīng)器a的回流水和空氣一并通過濾頭12進(jìn)入好氧反應(yīng)區(qū)102、二次配水區(qū)103、缺氧反應(yīng)區(qū)104;由于氣泡的擾動(dòng)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于水流，使流化狀態(tài)的填料顆粒產(chǎn)生快速的運(yùn)動(dòng)，填料顆粒之間碰撞產(chǎn)生較強(qiáng)烈的摩擦，填料上生長(zhǎng)的生物膜通過摩擦脫落，實(shí)現(xiàn)過厚生物膜的剝離。
由于反洗供風(fēng)來自反應(yīng)器a底部的配水區(qū)101，該反洗過程同步實(shí)現(xiàn)了好氧區(qū)填料層13和缺氧區(qū)填料層15的生物膜剝離，剝離后的生物膜隨上升水流進(jìn)入出水區(qū)105，進(jìn)入出水區(qū)105的還有反洗氣體，水、氣、泥三相經(jīng)過三相分離器16后分離，氣體被三相分離器16下部罩體16-3、上部罩體16-2截留，匯集到中心筒16-1后排入大氣，水和泥則通過三相分離器16與分離區(qū)筒壁之間的環(huán)形間隙上升，并溢流進(jìn)入集水槽17。
b、缺氧區(qū)填料單獨(dú)反洗
缺氧區(qū)填料單獨(dú)反洗適合于缺氧區(qū)生物膜生長(zhǎng)過快的情況，實(shí)際運(yùn)行中可與好氧區(qū)填料—缺氧區(qū)填料聯(lián)合反洗交替進(jìn)行。
操作過程如下：膨脹床反應(yīng)器二次配水區(qū)103供風(fēng)閥21、二次配水區(qū)103回流閥23、溶氧器回流閥29、循環(huán)泵出水閥30均開啟，其余閥門均關(guān)閉;循環(huán)泵c運(yùn)行。
與好氧區(qū)填料—缺氧區(qū)填料聯(lián)合反洗對(duì)比，本階段特點(diǎn)是：反洗氣體和循環(huán)水流只經(jīng)過缺氧反應(yīng)區(qū)104，不經(jīng)過好氧氧反應(yīng)區(qū)102。反洗空氣和回流水都進(jìn)入整流環(huán)14與膨脹床反應(yīng)器筒壁10圍成的環(huán)形空間，該環(huán)形空間分為氣和水兩部分，氣在上，水在下，氣體再通過整流環(huán)14上的上部條孔14-1進(jìn)入二次配水區(qū)103中心區(qū)，水則通過整流環(huán)14上的下部條孔14-2進(jìn)入二次配水區(qū)103中心區(qū)，反洗氣體與循環(huán)水流混合后通過缺氧區(qū)填料層，對(duì)填料上過厚的生物膜進(jìn)行擦洗，實(shí)現(xiàn)脫膜，其原理及過程與聯(lián)合反洗相同。
(3)在排泥階段
排泥階段接續(xù)在反洗階段之后，目的是將反洗過程產(chǎn)生的生物膜排出處理系統(tǒng)。關(guān)閉所有閥門，停運(yùn)所述循環(huán)泵c，靜置，使反應(yīng)器a的所述出水區(qū)105、溶氧器b內(nèi)的污泥沉淀，開啟排泥閥33排出所述出水區(qū)105沉淀的污泥，開啟排泥閥32排出溶氧器b沉淀的污泥。當(dāng)反應(yīng)器a底部配水區(qū)101的內(nèi)污泥濃度較高時(shí)，開啟泄水閥34將污泥排出系統(tǒng)。
本發(fā)明的兩相膨脹床生化工藝相關(guān)條件及參數(shù)如下：
(1)溶氧量不小于生化過程需氧量
Do≥Ro
DO——溶氧器溶氧量，根據(jù)氣液傳質(zhì)過程計(jì)算，g/h;
RO——好氧反應(yīng)區(qū)102生化需氧量，包括碳化過程和硝化過程，g/h;
(2)膨脹床反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)水流使填料層處于膨脹狀態(tài)
Qc≥A0UC
Qc——生化系統(tǒng)循環(huán)流量，m3/h;
A0——膨脹床反應(yīng)器填料區(qū)橫截面積，m2;
uc——膨脹床反應(yīng)器填料的臨界流化速度，根據(jù)試驗(yàn)確定，m/h;
本發(fā)明的兩相膨脹床反應(yīng)器及污水處理工藝具有以下特點(diǎn)：
(1)硝化、反硝化共同在膨脹床反應(yīng)器中完成，與常規(guī)硝化反硝化相比，節(jié)省投資和占地;
(2)生化反應(yīng)和溶氧分開完成，獨(dú)立控制，避免了傳統(tǒng)生化工藝中溶氧、生化在一個(gè)空間內(nèi)進(jìn)行所造成的相互干擾，可以同步實(shí)現(xiàn)生化反應(yīng)過程和溶氧過程的優(yōu)化運(yùn)行;
(3)采用小顆粒填料，比表面積大，可有效提高單位體積填料內(nèi)的微生物量，進(jìn)而提高反應(yīng)器的容積負(fù)荷;
(4)填料床正常運(yùn)行時(shí)處于膨脹狀態(tài)，避免固定床可能產(chǎn)生的水流短路;固、液兩相的流態(tài)有利于微生物的生長(zhǎng)和傳質(zhì)，提高生物反應(yīng)效率;
(5)在兩相膨脹床反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置三相分離器，可避免反硝化產(chǎn)生N2對(duì)出水的擾動(dòng)以及反洗脫膜過程中細(xì)小顆粒填料隨水流流失;
(6)采用強(qiáng)制水流循環(huán)，提高生物反應(yīng)過程的穩(wěn)定性和抗沖擊性;
(7)依靠水力條件實(shí)現(xiàn)好氧反應(yīng)區(qū)和缺氧反應(yīng)區(qū)的自動(dòng)分層，膨脹床反應(yīng)器構(gòu)造簡(jiǎn)單;
(8)生物膜增殖較快的缺氧反應(yīng)區(qū)填料層可單獨(dú)進(jìn)行反洗脫膜，運(yùn)行方式靈活。
(9)膨脹床反應(yīng)器、溶氧器適合采用較大的設(shè)備高度，大大提高溶氧效率，減少處理系統(tǒng)的占地面積。
