[發明專利]一種用于篩板塔式生物反應器的生物膜載體及生物反應器

有效

• 申請號: 202110308024.3
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113104968B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 張永明;閻寧;陳浮;陸沁園;朱格;譚沖;陳松筠;周雋清
• 申請（專利權）人: 上海師范大學
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28;C02F101/16
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 顧艷哲

本發明涉及一種用于篩板塔式生物反應器的生物膜載體及生物反應器，其中生物膜載體包括D形板以及多個固定于D形板上的載體，且反應器的內循環流量Q、相鄰D形板的間距h、D形板半徑r、弓形部分的高a以及D形板之間多個載體的體積百分數η之間滿足關系式：與現有技術相比，本發明提出了D形板尺寸設計的理論公式，以及將懸浮球式生物膜載體交錯固定安裝于D形板上的方法。依據該理論設計公式可以使得流體在反應器內折流流動過程中，水平與垂直流向轉換時的湍動最小，從而確保生物膜不會輕易流失。懸浮球式生物膜載體的安裝模式有利于提高傳質效率，以及附著生長于該載體上疏松的老生物膜脫落和新老生物膜的生長，保證較高的生物反應效率。

技術領域

本發明屬于廢水處理生物反應器技術領域，涉及一種用于篩板塔式生物反應器的生物膜載體及生物反應器。

背景技術

隨著生活水平的日益提高，人們對生態環境，尤其是自然水環境的要求也越來越高。目前，絕大多數城鎮污水處理廠經過處理后排放的出水都是直接排向諸如河流或湖泊等自然水環境。而國家對大多數城市污水處理廠的基本要求就是執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB 18918-2002)》一級A(或B)標準，但是該標準相比于《地表水環境質量標準(GB 3838-2002)》仍然有非常大的差距，尤其是水中總氮的標準。而目前污水處理廠所排放尾水中總氮的濃度主要是硝酸鹽氮，對此，我們課題組所研發的專利技術“一種逆向流篩板塔式內循環生物反應器(專利號：ZL201510510978.7)”可以有效地通過反硝化使總氮得以去除。即可以使污水處理廠排放的尾水不會導致地表水中總氮濃度的升高。而該反應器之所以有非常高的反硝化效率，并可以在低C/N比條件下有效地使硝酸鹽得到還原的重要原因，就在于反應器內有許多分層水平交錯排列的D形板，通過水泵驅動污水在反應器內以折流的形式循環快速地流經D形板上的生物膜，以加快生物反應速率。

D形板，顧名思義，就是在圓形板上截去一個弓形部分(如圖1中虛線包圍部分)所形成的塔板結構，水流在塔板上的運行模式如圖2或3所示。同時D形板作為生物膜載體，對生物反應器的生物反應效率具有重要影響。在使用上述生物反應器的過程中發現，當流速太快時雖然有利于強化傳質，但也容易將生物膜沖出，并且該現象在D形板的弓形過渡部分尤為顯著；相反，若水流流速太慢，則傳質效率下降，也不利于生物反應效率的提高。

因此，有必要對D形板的結構進行優化設計，從而在保證高流速強傳質效果的基礎上，同時保持較大的生物負載量，以提高該反應器的生物反應效率。

發明內容

本發明的目的就是提供一種用于篩板塔式生物反應器的生物膜載體及生物反應器，用于對原有反應器內的生物膜載體進行優化設計，以使該反應器發揮最大生物降解效率。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種用于篩板塔式生物反應器的D形板式生物膜載體，該生物膜載體在篩板塔式生物反應器中設有多個并且由下至上依次逐層交錯設置，包括D形板，且流體流經反應器的內循環流量Q、相鄰D形板的間距h、D形板半徑r、弓形部分的高a之間滿足關系式：

在實際水處理過程中，當水流在水泵的驅動下，折流流動于逐層交錯排列的諸多D形板之間時，流動方向不斷地從垂直流動轉向水平流動，又從水平流動轉向垂直流動。并在上述轉變過程中，如果D形板水平方向的截面與垂直方向的截面差別較大，則易使水流流速發生明顯變化，從而引起水流劇烈湍動并沖擊附著的生物膜，導致生物膜被水流帶離載體，長期下去會使得生物膜減少，進而影響反應器的生物反應效率。

為此本發明以平衡水平流速與垂直流速為目標，通過調整諸如D形板中弓形部分高度等尺寸，以避免因水流流速變化而產生的湍動作用，進而得出上式以保證生物膜的負載穩定性。式(1)的具體推導過程如下：

假設生物反應器的內循環流量為Q，則在水平流動狀態下，水流經過D形板表面的流速v_h計算公式為：