一种上流式好氧生物反应器

摘要

本发明公开了一种上流式好氧反应器（MUAR），该反应器通过超微气泡提高反应器充氧效率并以此降低反应器运行能耗，属于环境工程和污水处理技术领域。本发明反应器进水方式采用上流式；由射流曝气喷头、减压仓及聚丙烯微孔过滤管组成的超微气泡发生装置产生超微气泡（直径5-10μm）后自下而上与进水充分混合；反应器上部设置泥水挡板以隔离污泥；出水设置回流并进入超微气泡发生装置。由于其比表面积较小，加上分子间的碰撞和布朗运动，超微气泡能够实现在水中的部分沉降，因此具有比普通气泡更高的氧转移效率，并更好地与反应器底部污泥结合。综上，与同类反应器相比，本发明所公开的反应器更能有效降解反应器底部进水中的污染物，最终达到降低运行费用的目的。

说明书

技术领域

一种上流式好氧生物反应器，主要通过超微气泡与上流式进水充分混合以提高氧转移效率，同时不断下沉的超微气泡还可以与反应器底部的好氧污泥充分接触以提高其生物活性，从而可以充分降解进水中的有机污染物。属于环境工程和废水处理领域。

背景技术

随着全社会对环境保护和污染治理的日趋重视，如何高效去除废水中有机污染物，以保证国民经济增长的可持续性已迫在眉睫。作为运用生物化学原理去除水中污染物的措施之一，好氧生物处理因其快速高效而被广泛采用。然而，在影响废水好氧生物处理的各主要因素中，如何提高氧的传递效率正成为日渐关注的焦点。这是由于，较高的氧传递效率不仅可以有效好氧生物反应装置中好氧污泥的生物活性，从而促进废水—污泥—氧的充分混合，而且还可以降低好氧生物反应器的主要瓶颈，即反应器的能耗和运行成本。

通常，增进溶氧方法大多依靠增氧泵砂头来提高水中氧的饱和度。然而，这种气泡由于颗粒大因而与水体的接触表面积较小，并且由于大的气泡在水中上升速度较快因而逗留时间过短，进而达不到理想的溶氧效果。作为射流曝气方式的延伸和补充，在本发明中，射流曝气后的气泡（直径通常为50-100 μm）通过突然减压使其继续破碎，被破碎的气泡通过微孔过滤使其匀质后可获得超微气泡，气泡平均大小为在10 μm以内。

研究表明，超微气泡由于其直径很小因而具有较大的比表面积，从而更容易将氧分子吸附在其表面，同时由于水分子间的布朗运动可使得气泡内气体密度迅速增加，最终导致超微气泡在水中的下降。因此，当好氧生物反应器中引入超微气泡后，不仅可以提高反应器充氧效率，从而降低反应器能耗和好氧处理工段的运行费用；此外，还可以利用超微气泡的下沉特性使其充分与反应器底部的污泥接触，进而提高污泥的生物活性，最终进一步废水中有机污染物的去除效果。

发明内容

本发明的目的是提出一种可藉由超微气泡提高氧转移效率的上流式好氧生物反应器。超微气泡（本发明中定义为5-10 μm）由于直径小因而比表面积较普通气泡大，这种气泡可有效与氧分子结合进而增大与废水中污染物接触的机会；同时，由于超微气泡的沉降特性，可充分与反应器中上流式进水以及主要集中在底部的污泥结合。基于以上两点，本发明提出的好氧反应器可有助于有效克服普通好氧反应器充氧效率较低，以及运行费用较高等不足。

本发明的技术方案：一种通过超微气泡促进氧转移效率的上流式好氧反应器，反应器呈园锥形，上部园周的直径大于中部反应区园周的直径，底部呈锥形；反应器由超微气泡发生装置（1），出水回流（2），泥水分隔挡板（3），反应区（4），进水口（5），出水口（6）所组成；反应区（4）中填充生物活性污泥；超微气泡发生装置（1）按装在反应器的上部中央，泥水分隔挡板（3）按装在反应器的反应区（4）上部，出水回流（2）按置在反应器的上部一侧，出水口（6）按置在反应器的上部另一侧，进水口（5）按置在反应器底部的一侧；超微气泡发生装置（1）由射流曝气进水口（7）、射流曝气进气口（8）、减压室（9）和微孔滤管（10）组成；射流曝气进水口（7）在超微气泡发生装置（1）的上部，射流曝气进气口（8）在超微气泡发生装置（1）的上侧部，住下依次为减压室（9），微孔滤管（10），底部有一超微气泡出口；出水回流（2）通过泵及管路与射流曝气进水口（7）连接；微孔滤管（10）的滤管孔径为5-10μm；反应器材质为不锈钢或钢化玻璃，高径比为2:1-8:1。

组成超微气泡发生器的微孔滤管（10）可以更换不同孔径的微孔滤管，以便于清洗和维护。

所述的通过超微气泡促进氧转移效率的上流式好氧反应器的应用方法，由射流曝气进水口（7）和射流曝气进气口（8）构成的射流曝气头喷出的高速气液混合流在通过减压室（9）时突然被减压，导致气泡被剪切，生成直径在50-100 μm的微细气泡，这些微细气泡在经过微孔滤管时被管壁的滤孔分割成5-10μm更均匀和细微的气泡，即超微气泡。

本发明的有益效果：作为一种有别传统供氧方式的好氧生物反应器，本发明所述反应器采用超微气泡自上而下供气，与来自反应器底部的上流式进水充分混合。同时，基于超微气泡的比表面积大及可以部分下沉等特性，可有效促进废水—空气—污泥的接触，从而有效提高反应器中的氧传递和转移效率，并以此提高废水的生化处理效果。

附图说明

图1本发明所指上流式好氧生物反应器的结构示意图。

1、超微气泡发生装置，2、出水回流，3、泥水分隔挡板，4、反应区，5、进水口，6、出水口，7、射流曝气进水口，8、射流曝气进气口，9、减压室，10、微孔滤管。

具体实施方式

结合附图1说明如下：

为实现上述目的，本发明采用配备有超微气泡发生装置（1）的升流式好氧生物反应器（图1），反应器材质为不锈钢或钢化玻璃，高径比为2:1-8:1。其中，超微气泡发生器（1）由射流曝气进水口（7）、进气口（8）、减压室（9）和微孔滤管（10）组成，其中气泡发生器出气口伸入反应器内部（4）泥水分离挡板（3）以下。此外，本发明所述的超微气泡发生装置中的微孔滤管可以更换，以便于清洗和维护。

好氧反应器进水方式为上流式进水（5），反应器上部设置聚丙烯材质的泥水分离挡板（3），反应器顶部设置出水回流（2）和出水口（6）。其中含有部分气泡的反应器出水口回流进入超微气泡发生器，反应器出水则在脱除气泡后排出。

如图1所示，一种上流式好氧生物反应器，包括超微气泡发生装置（1），出水回流（2），泥水分隔挡板（3），反应区（4），进水口（5），出水口（6）。其中，含部分气泡的回流水（7）和压缩空气（8）分别进入射流曝气头后充分混合，气水混合物高速喷入减压室（9），气泡（直径为50-100 μm）在压力突然释放后被分割成较小的气泡（5-30 μm），这些气泡再进入直径为5-10 μm微孔滤管（10）后被切割成更小的超微气泡。与普通气泡相比，超微气泡具有更小的比表面积因而能与更多的氧分子结合；同时，由于水分子和氧分子间的碰撞以及布朗运动，使得气泡内的氧分子密度不断增加，并可最终导致部分超微气泡下沉。下沉后的气泡与反应器底部污泥接触后，可提高反应器底部污泥的生物活性，从而促进反应器底部初始进水中较高浓度污染物的降解。因而，与不使用超微气泡充氧方式的反应器相比，本发明所述反应器可从而进一步氧转移效率和反应器传质效率。换言之，采用超微气泡给好氧生物反应器充氧，不仅可以迅速提高反应器的充氧效率，还可增加反应器中废水—氧气—污泥的接触机会，并最终提高好氧生物反应器的废水处理效率。

综上所述，具有下沉特性的超微气泡与自下而上的反应器进水以及遍布于反应器中的好氧污泥可以充分混合，正是本发明所述上流式好氧生物反应器的显著特性。