[发明专利]一种具有间隔填充床的反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的载体填充反应器，该载体填充反应器用于化学和生物工艺中的酶(催化剂)或者活性生物体的固定。

背景技术

填料反应器广泛应用于化学和生物等需要进行反应的领域，一般而言通过填充高表面积/体积的填料，极大的增加了反应器内部的表面积。填料的表面积为化学反应中的催化剂或者生物反应中的微生物等提供了附着面，由于反应内反应物和催化剂的接触时间和接触效果的提高，可以促进反应器尺寸的降低，从而节省成本。同时，高浓度的催化剂或菌种密度抵抗能力和填料覆膜的吸附阻挡作用，削弱了有毒有害物质对催化剂或菌种的冲击作用。在生物环境技术领域，固定床反应器越来越显示其优越性。聚氨酯等泡沫状的载体，由于具有孔隙多、比表面积大、耐水解老化、吸附能力强、易于改性等优点而在环保领域广受关注。目前国内外已经开发出多种利用聚氨酯泡沫作为生物载体的反应器。如公开号为CN1587106A，名称为聚氨酯基生物固定化载体及污水处理方法，公开了一种生物承载量高、相容性好、物理化学及机械性能好、适用酸碱废水的载体和悬浮载体处理方法。通过投加高效菌种，该工艺对橡胶助剂的化工废水COD去除率可以达到94％，氨氮去除率达99％的处理效果。但该反应器采用的是悬浮载体在反应池内翻滚的处理方法，载体在曝气的情况下相互碰撞，导致出现载体表面的微生物易脱落、载体容易磨损等缺点。再如公开号为CN101229944A，名称为高氨氮废水的生物强化处理方法专利，它所用的反应器为生物滤池反应器，内部填充有聚氨酯基载体，通过上下两层格栅网来固定聚氨酯载体。该反应器结合了生物滤池和生物强化两种工艺，可同时去除碳和氮两种污染物，并且具有降解高效和抗冲击能力强的优点。但该工艺所具有的缺陷显而易见，即随着聚氨酯基载体上微生物的生长，填料层下面部分的聚氨酯基载体会受到压缩而导致出现大面积空隙领域，将导致过度的沟流，阻碍溶解氧和有机物的均匀传替，同时载体的过度压缩会导致载体内部的微生物无法接触到溶解氧和有机物。再如，美国专利号为5267616的专利涉及使用与硬质塑料间隔物无规混合的聚氨酯泡沫载体来防止反应器内聚氨酯的压缩堵塞。在此专利中，提出了开放体填料与多孔负载体填料相混合的方法，为多孔性高比表面的填料应用开辟了新的途径。然而尽管聚氨酯床未被压缩，但氧气从空气泡向液相传质低于在不存在填料时液相充气情况。再如，专利公开号为CN101263088A，名称为具有分层填充床的工艺反应器专利，它通过硬质塑料的开放体填料和多孔泡沫载体填料的交替分层填充来促进气液的流动、传质，并且能够减少沟流。但该反应器中的多孔性载体填料层之间容易发生堵塞，对气流和水流的通过阻力大，导致上层填料易于发生堵塞。该反应器同时也存在微生物供氧与填料冲洗之间的两难选择。为了保证上层填料不发生堵塞，必须采用中孔至大孔的曝气器，相应的带来了氧利用率低的问题。即便是采用高强度的大孔曝气方式，其上层的载体填料也依然堵塞严重。尤其在处理高浓度有机废水时，要求氧的利用率比较高，否则很容易发生溶解氧不足的现象，从而导致处理效率下降。因此，该工艺存在动力消耗大，无法适用于高浓度有机废水等缺陷。

综上所述，开发一种适用于提高微生物浓度和优化传质效率的新型固定化反应器具有非常重要的意义。理想的反应器形式是该反应器的填料能够提供有利的表面积/体积比，同时保持较低的压降特性并避免处理对象过度的沟流，使其在反应器内的停留时间的分布在相对较窄的范围内。同时，反应器应该能够较好的避免填料的堵塞和为微生物提供足够的物质条件需求(如好氧反应器中提供足够的溶解氧)，满足微生物生长和代谢的要求。当然该反应器的能耗和运行成本在可接受的范围内。本发明提供的间隔填充生物反应器同时解决了微生物在固定床反应器中的稳定运行问题，同时提供的反应器也能够解决目前多孔性载体在废水处理中面临的问题，为其广泛应用提供了一种新的方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有间隔填充床的反应器。

技术方案：为了达到发明目的，本发明具体是这样来实现的：一种具有间隔填充床的反应器，包括反应器壳体、填充床、格栅板、曝气系统和布水系统，所述填充床包含开放体填料的第一类填料单元和包含2～20ppi大小空隙的多孔负载体填料的第二类单元，第一类开放体填料单元和第二类负载体填料单元之间是间隔填充的，每个负载体填料单元四周被开放体填料单元包围，负载体填料单元所有的外表面都与开放体填料单元相邻成层。

其中，所述填充床占整个反应器壳体容积的30％-90％。