CN101767875B - 双循环生物膜厌氧氨氧化反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双循环生物膜厌氧氨氧化反应器。反应器下部设有独特的旋流布水器；反应器内设置软性填料、筛网、浮球、三相分离器和下降管；反应器外侧设置回流出水管、回流进水管和溢水堰。本发明的优点是：1)旋流布水器可产生切向流，保证布水均匀，有利于强化传质；2)反应器内设置软性填料，可持留污泥，强化处理效果，缩短启动时间；3)设置筛网和浮球可消除气涌现象，缓解上升气泡对沉淀区的干扰；4)下降管回流可强化反应区混合，改善传质效果，同时稀释进水，提高反应器抗冲击负荷性能；回流进水管和回流出水管回流可维持启动阶段和低负荷阶段反应器的正常运行；内外两个回流可保证反应器在低负荷以及高负荷下均能高效稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及含氮废水的处理装置，尤其涉及一种双循环生物膜厌氧氨氧化反应器。
背景技术
随着工农业的高速发展以及人们物质生活水平的大幅提高，含氮废水的排放量急剧增加，所致的氮素污染十分严重，我国大部分流域均存在不同程度的氮素污染问题，且有加剧趋势。氮素污染的危害极大，可以诱发赤潮、水华等环境问题，造成经济损失、社会不安和生态破坏。经济有效地控制氮素污染已成为环境工程界关注的热点。
对于氮素污染的治理，传统脱氮方法有空气吹脱法、折点氯化法、全程硝化-反硝化脱氮法等。新型脱氮方法有厌氧氨氧化法、短程硝化-反硝化法、Canon法等。厌氧氨氧化法因具有容积氮去除速率高、供氧能耗省、不需要外加碳源等优点而备受人们青睐。开发高效厌氧氨氧化反应器具有重要的现实意义。
现有的厌氧氨氧化反应器大多由厌氧反应器演变而来，主要以升流式厌氧污泥床(UASB)反应器、膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器为基础。此类厌氧氨氧化反应器存在以下问题：①污泥流失较为严重，反应器启动时间较长；②在启动初期和低负荷条件下，传质效果较差，去除效果不佳；③在高负荷条件下易出现气体涌动(简称“气涌”)现象；④以泵进行污泥回流，不仅增加设备费用和动力消耗，而且破坏污泥结构，不利于形成性能优良的颗粒污泥。
针对厌氧氨氧化反应器的上述缺陷，本发明进行了以下改进：①通过设置独特的旋流布水器，使进水分布均匀，强化颗粒污泥与废水之间的接触和传质。②在反应器启动初期和负荷较低的工况下，通过设置软性填料和粗筛网，强化污泥持留，加快反应器启动。③通过设置气浮式分离装置，缓解上升气泡对沉淀区的干扰，消除“气涌现象”。④采用外部循环和内部循环双循环，在启动阶段和低负荷条件下，以外部循环保证反应器内污泥和废水充分接触，强化传质效果，提高耐冲击负荷能力；在高负荷运转条件下，停止外部循环，利用内部循环进行回流，降低动力消耗，当反应器受到冲击时，可启动外部循环来增强耐冲击负荷能力。⑤通过三相分离器的作用，使泥、水、气三相得到分离，进一步净化出水。试验证明，据此开发的双循环生物膜厌氧氨氧化反应器具有良好的脱氮效能，且运行稳定。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种双循环生物膜厌氧氨氧化反应器。
双循环生物膜厌氧氨氧化反应器包括排泥管、旋流布水器、进水管、第一法兰、出流挡板、回流进水管、下降管、粗筛网、细筛网、第二法兰、挡板、回流出水管、出水管、溢水堰、导气管、气室、三相分离器、沉淀区、浮球、取样口、软性填料、旋流罩、旋转式布水板和布水口；反应器低端设有排泥管，反应器本体内从下到上依次设有旋流布水器、进水管、第一法兰、出流挡板、软性填料、粗筛网、浮球、细筛网、第二法兰、挡板和三相分离器，三相分离器外侧为沉淀区，反应器本体外侧壁设有回流出水管和多个取样口，反应器本体上端沉淀区外侧壁设有回流出流管、出水管和溢水堰，反应器顶端设有气室和导气管，反应器中心设有下降管，下降管下端设有出流挡板，三相分离器下端设有挡板；所述的旋流布水器呈伞状，由旋流罩和旋转式布水板组成，旋流罩轴平面顶角α为100°～140°，旋流罩上均匀设置6～10片旋转式布水板，相邻旋转式布水板之间的缝隙宽度为5～15mm，旋转式布水板右侧自上而下设置4～8个布水口，布水口与切线方向所呈角度β为15°35°，旋流布水器上部与进水管相连。所述的反应器本体高径比H/D为3.0～5.0，反应器本体内设有的粗筛网网格间距为5-10mm，细筛网的网格间距为3～4mm，浮球密度接近水的密度，直径为10～20mm，使得上升流速较大时能紧贴细筛网，流速较小时能悬浮或者沉在粗筛网上，浮球在均匀布置于两层筛网之间，单层排开时能够覆盖整个筛网。
本发明的优点：
①反应器各部分间通过法兰连接，便于拆装。②通过设置独特的旋流布水器，使进水分布均匀，强化颗粒污泥与废水之间的接触和传质。③在反应器启动初期和负荷较低的工况下，通过设置软性填料和粗筛网，强化高活性污泥持留，加快反应器启动。④通过设置气浮式分离装置，缓解上升气泡对沉淀区的干扰，消除“气涌现象”。⑤采用外部循环和内部循环双循环，在启动阶段和低负荷条件下，以外部循环保证反应器内污泥和废水充分接触，强化传质效果，提高耐冲击负荷能力；在高负荷运转条件下，停止外部循环，利用内部循环进行回流，降低动力消耗，当反应器受到冲击时，可启动外部循环来增强耐冲击负荷能力。⑥通过三相分离器的作用，使泥、水、气三相得到分离，进一步净化出水。
附图说明
图1是双循环生物膜厌氧氨氧化反应器结构示意图；
图2是本发明的旋流布水器的示意图；
图3是本发明的旋流布水器的俯视图，图中箭头所示为水平方向主旋流特征流线；
图4是本发明的布水口的放大示意图；
其中：排泥管1、旋流布水器2、进水管3、第一法兰4、出流挡板5、回流进水管6、下降管7、粗筛网8、细筛网9、第二法兰10、挡板11、回流出水管12、回流出水管13、溢水堰14、导气管15、气室16、三相分离器18、沉淀区17、浮球19、取样口20、软性填料21、旋流罩22、旋转式布水板23、布水口24。
具体实施方式
如图所示，双循环生物膜厌氧氨氧化反应器包括排泥管1、旋流布水器2、进水管3、第一法兰4、出流挡板5、回流进水管6、下降管7、粗筛网8、细筛网9、第二法兰10、挡板11、回流出水管12、出水管13、溢水堰14、导气管15、气室16、三相分离器18、沉淀区17、浮球19、取样口20、软性填料21、旋流罩22、旋转式布水板23和布水口24；反应器低端设有排泥管1，反应器本体内从下到上依次设有旋流布水器2、进水管3、第一法兰4、出流挡板5、软性填料21、粗筛网8、浮球19、细筛网9、第二法兰10、挡板11和三相分离器18，三相分离器18外侧为沉淀区17，反应器本体外侧壁设有回流出水管12和多个取样口20，反应器本体上端沉淀区17外侧壁设有回流出流管12、出水管13和溢水堰14，反应器顶端设有气室16和导气管15，反应器中心设有下降管7，下降管7下端设有出流挡板5，三相分离器18下端设有挡板11。
所述的旋流布水器2呈伞状，由旋流罩22和旋转式布水板23组成，旋流罩22轴平面顶角α为100°～140°，旋流罩22上均匀设置6～10片旋转式布水板23，相邻旋转式布水板23之间的缝隙宽度为5～15mm，旋转式布水板23右侧自上而下设置4～8个布水口24，布水口(24)与切线方向所呈角度β为15°35°，旋流布水器2上部与进水管3相连。
所述的反应器本体高径比H/D为3.0～5.0，反应器本体内设有的粗筛网8网格间距为5-10mm，细筛网9的网格间距为3～4mm，浮球19密度接近水的密度，直径为10～20mm，使得上升流速较大时能紧贴细筛网9，流速较小时能悬浮或者沉在粗筛网8上，浮球19在均匀布置于两层筛网之间，单层排开时能够覆盖整个筛网。
本发明的工作过程如下：
双循环生物膜厌氧氨氧化反应器可用有机玻璃和钢板构建，可分为四个功能区，分别为布水区、反应区、沉淀区和回流区。布水区包括进水管3和旋流布水器2；反应区包括第一反应室和第二反应室。第一反应室包含粗筛网8和软性填料21，第二反应室包含由粗筛网8、细筛网9和浮球19组成的浮球分离装置；沉淀区包含挡板11、气室16、沉淀区17和三相分离器18；回流区包含内循环区和外循环区，内循环区包含下降管7和三相分离器18，外循环区包含回流出水管12和回流进水管6。废水经底部进水管进入旋流布水器2，旋流布水器2可保证水流均匀进入第一反应室，第一反应室下方形成污泥床层，到达软性填料21时部分呈流化状态，软性填料21上进行挂膜形成生物膜，两者共同进行污染物转化反应，产生氮气。软性填料21可以使反应器持留较多的污泥，在启动阶段和低负荷阶段，由于颗粒污泥尚未形成，通过微生物挂膜，可提高反应速度。被氮气携带至上部的泥水混合物，经第一层粗筛网8和软性填料21，实现泥水两相的第一级分离，大颗粒污泥被持留在第一反应室内，气泡被粗筛网8和软性填料21打破。沼气携带部分泥水混合物进入第二反应室，在第二反应室形成流化状态，污染物进一步转化，当泥水混合物随气流上升到浮球分离装置时，大部分污泥被持留在第二反应室，实现泥水的第二级分离，浮球分离装置打破气泡，可有效消除气涌现象。少量泥水混合物继续随气泡上升至三相分离器18，泥、水、气被最终分离，污泥回流第二反应室，净化液经下降管7回流到第一反应区，通过出流挡板5作用缓慢流出，形成内部循环，气体通过气室16外排。在反应器启动初期和水质变化较大的情况下，外部循环区将部分出水回流到第一反应室，稀释进水，提高反应器的耐冲击负荷能力。通过软性填料21、粗筛网8、浮球分离装置、三相分离器18和内外循环，反应器可持留大量高活性污泥，稀释进水基质浓度，消除气涌现象，增强抗冲击负荷能力，缩短启动时间，从而保证在各种工况下稳定高效运行。
Claims (2)
1.一种双循环生物膜厌氧氨氧化反应器，其特征在于包括排泥管(1)、旋流布水器(2)、进水管(3)、第一法兰(4)、出流挡板(5)、回流进水管(6)、下降管(7)、粗筛网(8)、细筛网(9)、第二法兰(10)、挡板(11)、回流出水管(12)、出水管(13)、溢水堰(14)、导气管(15)、气室(16)、三相分离器(18)、沉淀区(17)、浮球(19)、取样口(20)、软性填料(21)、旋流罩(22)、旋转式布水板(23)和布水口(24)；反应器低端设有排泥管(1)，反应器本体内从下到上依次设有旋流布水器(2)、进水管(3)、第一法兰(4)、出流挡板(5)、软性填料(21)、粗筛网(8)、浮球(19)、细筛网(9)、第二法兰(10)、挡板(11)和三相分离器(18)，三相分离器(18)外侧为沉淀区(17)，反应器本体外侧壁设有回流出水管(12)和多个取样口(20)，反应器本体上端沉淀区(18)外侧壁设有回流出流管(12)、出水管(13)和溢水堰(14)，反应器顶端设有气室(16)和导气管(15)，反应器中心设有下降管(7)，下降管(7)下端设有出流挡板(5)，三相分离器(18)下端设有挡板(11)；所述的旋流布水器(2)呈伞状，由旋流罩(22)和旋转式布水板(23)组成，旋流罩(22)轴平面顶角α为100°～140°，旋流罩(22)上均匀设置6～10片旋转式布水板(23)，相邻旋转式布水板(23)之间的缝隙宽度为5～15mm，旋转式布水板(23)右侧自上而下设置4～8个布水口(24)，布水口(24)与切线方向所呈角度β为15°~35°，旋流布水器(2)上部与进水管(3)相连。
2.根据权利要求1所述的一种双循环生物膜厌氧氨氧化反应器，其特征在于：所述的反应器本体高径比H/D为3.0～5.0，反应器本体内设有的粗筛网(8)网格间距为5-10mm，细筛网(9)的网格间距为3～4mm，浮球(19)密度接近水的密度，直径为10～20mm，使得上升流速较大时能紧贴细筛网(9)，流速较小时能悬浮或者沉在粗筛网(8)上，浮球(19)在均匀布置于两层筛网之间，单层排开时能够覆盖整个筛网。
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