專利名稱：循環(huán)式雙流態(tài)污水處理反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術領域，是利用生物反應器處理廢水的設備，特別涉及一種循環(huán)式雙流態(tài)污水處理反應器。
背景技術：
隨著我國城市化水平以及人民生活水平的不斷提高，環(huán)境污染已經(jīng)成為改善人民生活質量的一個主要障礙，其中水環(huán)境更是與人民的生產(chǎn)生活息息相關。但是在中小城鎮(zhèn)，污染源分布零散、污廢水水質水量變化較大以及市政設施不夠完善等因素，使得運行靈活、操作方便、費用低廉的污廢水處理工藝成為中小城鎮(zhèn)處理水污染的主要選擇。另外，氮磷等營養(yǎng)物質的大量排放，導致了水體的富營養(yǎng)化，消除氮磷等污染也是勢在必行。特別是磷，作為水體富營養(yǎng)化的一個控制性元素，更需要嚴格限制其排放。
生物處理技術作為應用最為廣泛的水污染控制技術，其基本原理是通過微生物吸收、分解、轉化等生化作用來降低水中污染物質的濃度，達到消除污染、凈化水質的目的。COD等碳類污染物作為異養(yǎng)微生物的食物和能量來源，被異化作用轉化成二氧化碳、水等低分子低(無)污染性物質釋放到環(huán)境中，或者被同化作用形成新的微生物體，在固液分離單元與處理后的水分離，使得排入環(huán)境中的水得到凈化。氮類污染物通常認為是先被轉化為氨氮，氨氮在好氧條件下被自養(yǎng)菌轉化為硝態(tài)氮，最后在缺氧條件下被異養(yǎng)菌轉化為氮氣排放到環(huán)境中，從而使氮得到脫除。而磷類(主要是無機磷類)的生物處理則是聚磷菌先在厭氧條件下充分釋放磷，然后在好氧條件下超量吸收磷，通過排出超量吸磷的菌達到生物除磷的目的。
生物處理技術至今已經(jīng)發(fā)展了多種形式，活性污泥法是最主要的形式之一。按照運行方式活性污泥法可以分為連續(xù)式和間歇式工藝，通過合理設計與布局，它們不但可以有效去除COD等有機污染物，還能減少或消除氮磷等營養(yǎng)的污染。
AA/O工藝、UCT工藝、MUCT工藝等是應用比較廣泛的連續(xù)式活性污泥工藝，可以同時取得較好的除磷脫氮效果，但這些工藝的缺點是處理單元多、流程長、操作管理復雜、運轉費用高。SBR工藝是比較典型的間歇式活性污泥工藝，通過合理的周期設置與運行控制可以達到較好的脫氮除磷效果。但其容積利用率較低，在水量較大的情況下，其調配控制比較復雜。UNITANK工藝是比利時SEGHERS公司提出的一種新型活性污泥法，具有經(jīng)濟、高效和靈活的特點，整個工藝沒有專門的沉淀池，不需要污泥回流，結構比較緊湊，通過交替運行達到污泥在不同反應池的分配。同時利用間歇工藝的控制原理，對進水、出水、充氧和攪拌等過程進行控制，達到較好的污染物去除效率。但是，污泥濃度的不均勻性分配容易導致系統(tǒng)運行的不穩(wěn)定性，從而影響了去除效果；脫氮除磷效果也不夠穩(wěn)定。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種循環(huán)式雙流態(tài)污水處理反應器。
本發(fā)明的另一目的是提供一種循環(huán)式雙流態(tài)污水處理反應器的操作方法。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是提供一種循環(huán)式雙流態(tài)污水處理反應器，由四個多功能區(qū)、一個生化反應區(qū)和控制設備構成；其四個多功能區(qū)分列在生化反應區(qū)的兩側，每側兩個或者對稱分布于生化反應區(qū)周圍；其多功能區(qū)，具有承載進水、缺氧、厭氧和好氧生化反應以及固液沉淀分離的功能；四個多功能區(qū)內對等布置充氧攪拌設備、分離出流設施、進水出水設施和排泥設施。
其生化反應區(qū)，為一完全混合反應器，只承載生化反應，生化反應區(qū)內布置充氧攪拌設備、進水設施。
所述的循環(huán)式雙流態(tài)污水處理反應器，其所述四個多功能區(qū)和生化反應區(qū)，單個多功能區(qū)有效容積與生化反應區(qū)有效容積比為1∶2，它們之間通過導流孔或者管道連接，多功能區(qū)之間沒有直接連接關系。
所述的循環(huán)式雙流態(tài)污水處理反應器的操作方法，其整個運行由兩個對稱的上、下半周期構成，只是水流方向正好相反，實現(xiàn)不同功能區(qū)之間的交替運行；在半周期內，同一側的兩個多功能區(qū)交替運行。
所述的方法，其在整個周期內，不同功能區(qū)之間交替運行，實現(xiàn)污泥的重新分配，可以減少污泥的回流設備。
所述的方法，其在半個周期內，通過調節(jié)進水點位置，實現(xiàn)多功能區(qū)水力學狀態(tài)的交替改變。
所述的方法，其在上、下半周期內包括步驟a)生化反應區(qū)一側的兩個多功能區(qū)交替進水和作為缺氧反應區(qū)運行，生化反應區(qū)另一側的兩個多功能區(qū)則作為沉淀分離區(qū)，打開出水閥門，關閉所有進水閥門；b)在反應器的進水端，原水首先進入其中一個多功能區(qū)，而另一個多功能區(qū)不進水，兩個多功能區(qū)均處于缺氧攪拌狀態(tài)；c)生化反應區(qū)處于曝氣好氧狀態(tài)；d)在a)、b)、c)步持續(xù)0.5～1小時后，原水改進入另一個多功能區(qū)，原來進水的一個多功能區(qū)停止進水，持續(xù)0.5～1小時后，進水過程再從另一個多功能區(qū)回復到一個多功能區(qū)重復一次，然后進入過渡階段；e)在過渡階段內，一個多功能區(qū)和另一個多功能區(qū)均不進水，并處于好氧曝氣狀態(tài)，原水進入生化反應區(qū)，生化反應區(qū)處于曝氣狀態(tài)，在過渡階段末期打開排泥閥，排出適量的泥；f)最后是調整階段，此時四個多功能區(qū)均保持靜止沉淀狀態(tài)，原水繼續(xù)進入生化反應區(qū)，生化反應區(qū)停止曝氣、開始攪拌。
本發(fā)明結合了中小城鎮(zhèn)污水特點以及基礎設施、技術人員狀況，利用水力學原理，在連續(xù)式、間歇式和交替運行工藝的基礎上提出本發(fā)明，本發(fā)明系統(tǒng)結構緊湊、控制靈活、操作簡便、運行穩(wěn)定、經(jīng)濟實用，并且能有效地去除有機污染物質和氮磷等營養(yǎng)物質。
本發(fā)明的特點一、各多功能區(qū)循環(huán)式進水，每個多功能區(qū)依次經(jīng)過缺氧、厭氧、好氧和沉淀出水四個過程，可以提高反應器的脫氮除磷能力；
二、每個多功能區(qū)有效容積與生化反應區(qū)的有效容積比約為1∶2，并分別布置在生化反應區(qū)的兩側，其特點如下(1)有利于調節(jié)進水點位置，實現(xiàn)反應器內混合液流動的雙流態(tài)。所述雙流態(tài)是指有污水進入時的水流推動流態(tài)和無污水進入時的無水流推動流態(tài)。有水流推動時，反應器內物質既有內部變化，也有空間移動形成的變化，即進入到生化反應區(qū)，從宏觀來看屬推流式反應過程；無水流推動時，反應器內物質為空間移動，只在內部發(fā)生變化，屬完全混合式反應過程(亦為時間推流反應過程)。因此，本反應器集連續(xù)進水、間歇式運行、推流式反應和完全混合式反應特點于一體，可以有效的提高對有機污染物、氮和磷的去除效率，并可防止污泥膨脹。
(2)有水流推動時，由于進水只進入一個多功能區(qū)，與生化反應區(qū)的水力停留時間比約為1∶2，比較符合一般生物除磷的設計要求，有利于達到較好的除磷效果。而不進水的反應器則可以在比較安靜的環(huán)境中充分釋磷。鑒于厭氧釋磷時間不易過長等原因，進水或不進水的持續(xù)時間不宜超過水力停留時間。
(3)由于缺乏污泥回流，單一多功能區(qū)中的污泥濃度受水力條件影響最大，即在不流入污泥的條件下，單一多功能區(qū)內污泥損失主要因為水流將其攜帶至下一反應區(qū)。同側的兩個多功能區(qū)交替進水，保證了進入生化反應區(qū)的污泥濃度，而多功能區(qū)因沉積了大量的污泥而不會導致污泥濃度降至過低水平。因此整個反應器內的污泥濃度保持了相對穩(wěn)定。
本發(fā)明的設備具有如下優(yōu)點(1)該反應器結構緊湊、構造簡潔、占地面積小，運行操作與維護簡單。
(2)多功能區(qū)之間交替運行既減少污泥回流設備，又充分利用了水力條件，保證污泥濃度的相對穩(wěn)定。
(3)合理的有效容積分配有利于生物除磷過程，提高生物除磷效果。
(4)減少污泥回流等設備，節(jié)省運行費用。
(5)運行程序設置靈活，可以根據(jù)不同的水質條件設定不同的運行程序。


圖1.本發(fā)明循環(huán)式雙流態(tài)污水處理反應器的平面圖；圖2.本發(fā)明循環(huán)式雙流態(tài)污水處理反應器的正立面剖視圖；圖3.本發(fā)明循環(huán)式雙流態(tài)污水處理反應器的A、B多功能區(qū)結構圖；圖4.本發(fā)明電控設備線路簡圖。
具體實施例方式
本發(fā)明一種循環(huán)式雙流態(tài)污水處理反應器，其主體外形為一矩形結構(參見圖1、圖2)，該反應器由四個多功能區(qū)A、B、D、E和一個生化反應區(qū)C組成。該多功能區(qū)A、B、D、E是集進水、缺氧和好氧反應、沉淀功能于一體的區(qū)域。
生化反應區(qū)C位于反應器的中部，為矩形結構，內設曝氣設備及管路、攪拌設備、進水管路及控制閥。四個多功能區(qū)A、B、D、E分列于生化反應區(qū)C兩側，每側并列二個。每個多功能區(qū)的有效容積相同，且為矩形(參見圖3，生化反應區(qū)C左側為多功能區(qū)A和多功能區(qū)B，右側為多功能區(qū)D和多功能區(qū)E)；各多功能區(qū)A、B、D、E內均設類型或尺寸完全一樣的曝氣設備及管路、攪拌設備、沉淀出水管路及控制閥、排泥管路及控制閥、進水管路及控制閥，底部設斗型或其它形式貯泥區(qū)。
每個多功能區(qū)的容積(貯泥區(qū)除外)為生化反應區(qū)容積的二分之一，各多功能區(qū)A、B、D、E之間不直接相連；各多功能區(qū)A、B、D、E與生化反應區(qū)C之間通過導流孔8連接，位于生化反應區(qū)C的導流孔8前設有與水流方向垂直的導流板7，導流板7高度不超過生化反應區(qū)C有效容積高度的四分之一。
該反應器的控制部分由電控設備構成，電控設備內由交流電源、直流電源、程序控制器、交流繼電器等組成。反應器的所有需控設備均通過控制線路與電控設備內相應的繼電器相連，程序控制器通過控制不同的繼電器來控制不同需控設備的啟閉。參見圖-4，圖中，PLC上1～19號接線柱與對應號碼的交流繼電器連接；1～5號交流繼電器連接控制氣路的電磁閥；；11～15號交流繼電器連接控制攪拌器的電機；其余連接電動閥用于控制進水、出水和排泥。在運行時，先將運行程序及控制條件事先輸入電控設備，然后按照程序控制進出水閥、進氣閥、排泥閥和攪拌設備等，實現(xiàn)反應器的自動運行。
一種循環(huán)式雙流態(tài)污水處理反應器的操作方法是運行是周期性進行的，每個周期由兩個運行程序完全一樣的半周期構成，只是水流方向正好相反。在上半周期內，生化反應區(qū)C一側的兩個多功能區(qū)A、B或D、E交替進水和作為缺氧反應區(qū)運行，生化反應區(qū)另一側的兩個多功能區(qū)D、E或A、B則作為沉淀分離區(qū)，打開出水閥門，關閉所有進水閥門。在反應器的進水端，原水首先進入其中一個多功能區(qū)A或D，而另一個多功能區(qū)B或E不進水，兩個多功能區(qū)均處于缺氧攪拌狀態(tài)；生化反應區(qū)C處于曝氣好氧狀態(tài)。持續(xù)0.5～1小時后，原水改進入多功能區(qū)B或E，多功能區(qū)A或D停止進水。持續(xù)相同時間后，進水過程再從多功能區(qū)A或D到多功能區(qū)B或E重復一次，然后進入過渡階段。在過渡階段內，多功能區(qū)A或D和多功能區(qū)B或E均不進水，并處于好氧曝氣狀態(tài)，原水進入生化反應區(qū)C，生化反應區(qū)C處于曝氣狀態(tài)，在過渡階段末期打開排泥閥，排出適量的泥；最后是調整階段，此時多功能區(qū)A或D和多功能區(qū)B或E均保持靜止沉淀狀態(tài)，原水繼續(xù)進入生化反應區(qū)C，生化反應區(qū)C停止曝氣、采用攪拌，上半周期運行安排如表1所示。
所述方法中的氧由外加曝氣設備提供(如空壓機、鼓風機等)，經(jīng)管路和閥門調節(jié)，按照程序設置運行。
表1反應器上半周期運行安排


實施例1請參見圖1、圖2和圖3。
PVC制成的循環(huán)式雙流態(tài)污水處理反應器，其基本結構為矩形，多功能區(qū)A、B、D、E單個反應器矩形區(qū)尺寸為長×寬×高＝400×300×600MM，其中超高200MM，生化反應區(qū)C尺寸為長×寬×高＝400×600×600MM，其中超高200MM。多功能區(qū)的貯泥區(qū)為倒梯形，反應器的兩個貯泥區(qū)共用一個底板，側壁傾角為60度，下底板尺寸為長×寬＝370×170MM，上底外沿尺寸為長×寬＝600×400MM。
多功能區(qū)A、B、D、E內均裝有攪拌設備1；出水溢流堰2，出水口3，其中出水口3下緣與溢流堰2底板上沿平齊；氣路安裝位置4用于布置進氣管路；曝氣頭5和支架6構成曝氣系統(tǒng)，氣源由外設的空氣壓縮機提供。
生化反應區(qū)C內裝有攪拌設備1；氣路安裝位置4；曝氣頭5和支架6構成曝氣系統(tǒng)，氣源由外設的空氣壓縮機提供；導流板7用于均勻分配進入生化反應區(qū)C的水流，同時防止短流現(xiàn)象發(fā)生。
多功能區(qū)ABDE和生化反應區(qū)C之間由導流孔8連接。
周期安排如表2所示。
表2實施例中反應器上半周期運行安排

進水水源取自某辦公樓化糞池出水，COD為100～600mg/L，氨氮為30～80mg/L，磷酸鹽為2～5mg/L，總磷為2～7mg/L。進水流量為40L/h，水力停留時間為12小時(包括沉淀2.4小時)。運行結果表明，COD去除率在70％以上，達到40～70mg/L，總磷去除率在75％以上，基本低于1mg/L，氨氮去除率較低，在20％～40％之間。需要說明的是，由于水源不具有典型的城市污水特征，而且可能含有大量重金屬等有害物質，導致污泥顏色發(fā)黑，影響到污泥的性能，造成部分污染物質去除效率不夠理想。
權利要求
1.一種循環(huán)式雙流態(tài)污水處理反應器，由四個多功能區(qū)、一個生化反應區(qū)和控制設備構成；其特征在于四個多功能區(qū)分列在生化反應區(qū)的兩側，每側兩個或者對稱分布于生化反應區(qū)周圍；其多功能區(qū)，具有承載進水、缺氧、厭氧和好氧生化反應以及固液沉淀分離的功能；四個多功能區(qū)內對等布置充氧攪拌設備、分離出流設施、進水出水設施和排泥設施。其生化反應區(qū)，為一完全混合反應器，只承載生化反應，生化反應區(qū)內布置充氧攪拌設備、進水設施。
2.如權利要求1所述的循環(huán)式雙流態(tài)污水處理反應器，其特征在于所述四個多功能區(qū)和生化反應區(qū)，單個多功能區(qū)有效容積與生化反應區(qū)有效容積比為1∶2，它們之間通過導流孔或者管道連接，多功能區(qū)之間沒有直接連接關系。
3.如權利要求1或2所述的循環(huán)式雙流態(tài)污水處理反應器的操作方法，其特征在于整個運行由兩個對稱的上、下半周期構成，只是水流方向正好相反，實現(xiàn)不同功能區(qū)之間的交替運行；在半周期內，同一側的兩個多功能區(qū)交替運行。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于在整個周期內，不同功能區(qū)之間交替運行，實現(xiàn)污泥的重新分配，可以減少污泥的回流設備。
5.如權利要求3所述的方法，其特征在于在半個周期內，通過調節(jié)進水點位置，實現(xiàn)多功能區(qū)水力學狀態(tài)的交替改變。
6.如權利要求3所述的方法，其特征在于在上、下半周期內包括步驟a)生化反應區(qū)一側的兩個多功能區(qū)交替進水和作為缺氧反應區(qū)運行，生化反應區(qū)另一側的兩個多功能區(qū)則作為沉淀分離區(qū)，打開出水閥門，關閉所有進水閥門；b)在反應器的進水端，原水首先進入其中一個多功能區(qū)，而另一個多功能區(qū)不進水，兩個多功能區(qū)均處于缺氧攪拌狀態(tài)；c)生化反應區(qū)處于曝氣好氧狀態(tài)；d)在a)、b)、c)步持續(xù)0.5～1小時后，原水改進入另一個多功能區(qū)，原來進水的一個多功能區(qū)停止進水，持續(xù)0.5～1小時后，進水過程再從另一個多功能區(qū)回復到一個多功能區(qū)重復一次，然后進入過渡階段；e)在過渡階段內，一個多功能區(qū)和另一個多功能區(qū)均不進水，并處于好氧曝氣狀態(tài)，原水進入生化反應區(qū)，生化反應區(qū)處于曝氣狀態(tài)，在過渡階段末期打開排泥閥，排出適量的泥；f)最后是調整階段，此時四個多功能區(qū)均保持靜止沉淀狀態(tài)，原水繼續(xù)進入生化反應區(qū)，生化反應區(qū)停止曝氣、開始攪拌。
全文摘要
本發(fā)明是一種循環(huán)式雙流態(tài)污水處理反應器，由系統(tǒng)控制器、四個多功能區(qū)、一個生化反應區(qū)以及附屬設備構成。系統(tǒng)控制器由電源、程序控制器、交流繼電器組成；四個多功能區(qū)尺寸相同，為矩形、底部有倒梯形存泥斗結構，每兩個一組分布在生化反應區(qū)兩側，通過導流孔與生化反應區(qū)連接，四個多功能區(qū)彼此沒有連接，有進出水、沉淀、排泥和曝氣攪拌功能；生化反應區(qū)為矩形結構，有進水、曝氣和攪拌功能。本發(fā)明結合間歇工藝與連續(xù)工藝運行模式，利用雙反應沉淀區(qū)，省去了回流設備，使反應區(qū)內保持穩(wěn)定的污泥濃度、提高運行穩(wěn)定性，不同的運行模式達到良好的脫氮除磷效率。本發(fā)明結構緊湊、運行和維護簡便，過程設置靈活，適用中小規(guī)模的城市污水處理。
文檔編號C02F3/34GK1994923SQ200510130760
公開日2007年7月11日 申請日期2005年12月28日 優(yōu)先權日2005年12月28日
發(fā)明者劉俊新, 張發(fā)根 申請人:中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心