[发明专利]一种用于筛板塔式生物反应器的生物膜载体及生物反应器

说明书

本发明涉及一种用于筛板塔式生物反应器的生物膜载体及生物反应器，其中生物膜载体包括D形板以及多个固定于D形板上的载体，且反应器的内循环流量Q、相邻D形板的间距h、D形板半径r、弓形部分的高a以及D形板之间多个载体的体积百分数η之间满足关系式：与现有技术相比，本发明提出了D形板尺寸设计的理论公式，以及将悬浮球式生物膜载体交错固定安装于D形板上的方法。依据该理论设计公式可以使得流体在反应器内折流流动过程中，水平与垂直流向转换时的湍动最小，从而确保生物膜不会轻易流失。悬浮球式生物膜载体的安装模式有利于提高传质效率，以及附着生长于该载体上疏松的老生物膜脱落和新老生物膜的生长，保证较高的生物反应效率。

技术领域

本发明属于废水处理生物反应器技术领域，涉及一种用于筛板塔式生物反应器的生物膜载体及生物反应器。

背景技术

随着生活水平的日益提高，人们对生态环境，尤其是自然水环境的要求也越来越高。目前，绝大多数城镇污水处理厂经过处理后排放的出水都是直接排向诸如河流或湖泊等自然水环境。而国家对大多数城市污水处理厂的基本要求就是执行《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)》一级A(或B)标准，但是该标准相比于《地表水环境质量标准(GB 3838-2002)》仍然有非常大的差距，尤其是水中总氮的标准。而目前污水处理厂所排放尾水中总氮的浓度主要是硝酸盐氮，对此，我们课题组所研发的专利技术“一种逆向流筛板塔式内循环生物反应器(专利号：ZL201510510978.7)”可以有效地通过反硝化使总氮得以去除。即可以使污水处理厂排放的尾水不会导致地表水中总氮浓度的升高。而该反应器之所以有非常高的反硝化效率，并可以在低C/N比条件下有效地使硝酸盐得到还原的重要原因，就在于反应器内有许多分层水平交错排列的D形板，通过水泵驱动污水在反应器内以折流的形式循环快速地流经D形板上的生物膜，以加快生物反应速率。

D形板，顾名思义，就是在圆形板上截去一个弓形部分(如图1中虚线包围部分)所形成的塔板结构，水流在塔板上的运行模式如图2或3所示。同时D形板作为生物膜载体，对生物反应器的生物反应效率具有重要影响。在使用上述生物反应器的过程中发现，当流速太快时虽然有利于强化传质，但也容易将生物膜冲出，并且该现象在D形板的弓形过渡部分尤为显著；相反，若水流流速太慢，则传质效率下降，也不利于生物反应效率的提高。

因此，有必要对D形板的结构进行优化设计，从而在保证高流速强传质效果的基础上，同时保持较大的生物负载量，以提高该反应器的生物反应效率。

发明内容

本发明的目的就是提供一种用于筛板塔式生物反应器的生物膜载体及生物反应器，用于对原有反应器内的生物膜载体进行优化设计，以使该反应器发挥最大生物降解效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于筛板塔式生物反应器的D形板式生物膜载体，该生物膜载体在筛板塔式生物反应器中设有多个并且由下至上依次逐层交错设置，包括D形板，且流体流经反应器的内循环流量Q、相邻D形板的间距h、D形板半径r、弓形部分的高a之间满足关系式：

在实际水处理过程中，当水流在水泵的驱动下，折流流动于逐层交错排列的诸多D形板之间时，流动方向不断地从垂直流动转向水平流动，又从水平流动转向垂直流动。并在上述转变过程中，如果D形板水平方向的截面与垂直方向的截面差别较大，则易使水流流速发生明显变化，从而引起水流剧烈湍动并冲击附着的生物膜，导致生物膜被水流带离载体，长期下去会使得生物膜减少，进而影响反应器的生物反应效率。

为此本发明以平衡水平流速与垂直流速为目标，通过调整诸如D形板中弓形部分高度等尺寸，以避免因水流流速变化而产生的湍动作用，进而得出上式以保证生物膜的负载稳定性。式(1)的具体推导过程如下：

假设生物反应器的内循环流量为Q，则在水平流动状态下，水流经过D形板表面的流速v_h计算公式为：