CN103508561B - 分段供氧自循环脱氮反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分段供氧自循环脱氮反应器。反应器本体设有布水区、反应区、分离区和循环区，布水区设排泥管和进水管；反应区由三个模块构成分段供氧联合反应系统，模块I下部设进气管，进气管上端设曝气头，模块I上部安装填料，模块II和III的结构与模块I相同，依次串联于模块I上面；分离区设一块纵隔板，分成沉淀室和释气室，沉淀室和释气室一下面设集气室，沉淀室上部设溢流堰、出水槽和出水管，释气室上部设浮渣排放管；循环区设回流液吸管、连结管、调节阀和回流液进管。本发明分段供氧，可满足生物反应需氧，强化短程硝化作用；反应液自循环，避免亚硝酸盐积累所致的生物毒性，并克服基质比例调控难题，提高反应器容积脱氮效能。

Description

分段供氧自循环脱氮反应器

技术领域

本发明涉及生物脱氮反应器，尤其涉及一种分段供氧自循环脱氮反应器。

背景技术

经过“十一五”期间的控污减排，化学需氧量得到有效控制，氨氮污染上升为主要环境问题。根据环保部发布的环境状况公报，2011 年全国废水氨氮排放量为260.4万吨，氨氮已成为七大水系的主要污染指标。有机污染物被去除后，低碳氮比成了未达标废水的主要水质特点。由于未达标废水的C/N比往往不能满足传统脱氮技术所需值，此类废水的生物处理面临严峻挑战。因此，低碳氮比废水的生物处理，已经成为环境污染控制领域的重大课题。

短程硝化-厌氧氨氧化工艺是一种自养型生物脱氮工艺，该工艺所涉及的亚硝酸细菌和厌氧氨氧化菌均为自养型微生物，不需要添加有机碳源。这一新工艺的出现为低碳氮比废水的生物处理带来了曙光，因此倍受环境工程界的青睐。但是，在传统设计中，短程硝化工艺和厌氧氨氧化工艺通常被分置于两个装置中进行，易造成亚硝酸盐积累，抑制氨氧化作用，限制工艺的效能；此外，由于厌氧氨氧化工艺所需氨氮和亚硝氮的比例为1:1.32，这样的基质比例在实际工程中很难调控。若能将两工艺置于同一个装置中进行，使亚硝酸盐边生产边利用，则可摆脱上述困境。

本发明融短程硝化与厌氧氨氧化于一体，可减少占地面积；功能菌的空间分布相对固定，有利于微生态优化；分段供氧，可满足生物反应对氧的需要，强化短程硝化作用；反应液自循环，硝化与脱氮交替进行，可避免亚硝酸盐积累所致的生物毒性，也可克服基质比例调控难题，提高容积脱氮效能。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种分段供氧自循环脱氮反应器。

分段供氧自循环脱氮反应器本体设有布水区、反应区、分离区和循环区；具体结构包括排泥管、水流混合分布室、回流液输入口、进水管、进气管、曝气头、填料支架、多孔填料、回流管、导流器、调节阀、回流液输出口、集气室斜板、集气室、集气室顶板、集气室排气口、沉淀室底板兼上导流板、释气室、沉淀室、浮渣排放管、出水管、出水槽、溢流堰、纵隔板；

布水区位于反应器本体下部，分为布水渐扩段和布水圆筒段，布水区设有水流混合室，水流混合室底部设有排泥管，布水流混合室中部设有回流液输入口，水流混合室上部设有进水管；

反应区位于反应器本体中部，由模块I、模块II和模块III依次垂直串联构成分段供氧联合反应系统，模块I下部、模块II下部I和模块III下部分别设有曝气头并与进气管相连，模块I上部、模块II上部I和模块III上部分别设有装填料支架，在装填料支架内装填有多孔填料；

分离区位于反应器本体上部，由分离小圆筒段、分离渐扩段、分离大圆筒段组成，

在分离小圆筒段和分离渐扩段设有集气室，

集气室上部设有斜板和顶板，顶板上设有集气室排气口兼反应区混合液上流口，集气室下部与斜板端部相对应处设有集气室导流器，

分离大圆筒段设有释气室和沉淀室，

释气室由分离大圆筒段内壁、纵隔板、沉淀室底板、集气室斜板和顶板围成，释气室上部设浮渣排放管，

集气室斜板和沉淀室底板之间的狭缝构成上升混合液的回流通道；

沉淀室由分离渐扩段内壁、分离大圆筒段内壁、纵隔板和沉淀室底板围成，沉淀室纵隔板上设溢流堰和出水槽，出水槽底部设出水管；

循环区位于反应器本体外部，由回流液输出口、回流管、回流液输入口和回流调节阀组成，回流液输出口设在分离渐扩段下端外壁上，回流液输入口设在布水渐扩段中部外壁上，回流调节阀设在回流管上。

所述的布水区、反应区和分离区的高度之比为1：2.5~3.5：1.0~1.2。

所述的布水渐扩段外壁与水平面的夹角为45°~55°，布水渐扩段与布水圆筒段高度之比为1~2：1，布水渐扩段上下横截面积之比为2~4：1。

所述的模块I下部、模块II下部I和模块III下部分别设有供氧室，模块I上部、模块II上部I和模块III上部分别设有填料室，供氧室与填料室高度之比为1:1.5~2.5。

所述的分离渐扩段的上下横截面积之比为2~4：1，集气室、释气室和沉淀室的体积之比为1：1.5~2.5：2.5~3.5。

所述的导流器是与水平面的夹角均为45°~55°的两块斜板，导流器的斜板、斜板和顶板的投影面积之比为1：1~1.5：1；斜板和导流器之间的狭缝面积与分离小圆筒段的横截面积与之比为5~10:1；分离小圆筒段的横截面积与集气室排气口的横截面积之比为36~64：1。

所述的沉淀室底板与水平面的夹角为45°~55°，沉淀室底板下端部与分离渐扩段的内壁围成沉淀室进水口，沉淀室进水口面积与沉淀室横截面积之比为1~2:5。

所述的释气室与沉淀室的横截面积之比为1：5~10；沉淀室底板与集气室斜板平行，与水平面的夹角为50°~60°，两板之间的垂直间距与分离大圆筒段的高度之比为1:5~7，两板之间的重合长度为与沉淀室底板的长度之比为1:2~3；沉淀室底板与集气室斜板之间狭缝面积、释气室横截面积、分离大圆筒段横截面积之比为3~8：1：5~10。

与现有生物脱氮技术相比，本发明具有明显的优势：将短程硝化与厌氧氨氧化集于一体，可减少装置占地面积；功能菌的空间分布相对固定，有利于微生态优化；分段供氧，可满足生物反应需氧，强化短程硝化作用；反应液自循环，可使硝化与脱氮交替进行，避免亚硝酸盐积累所致的生物毒性，并克服基质比例调控难题，提高反应器容积脱氮效能。

附图说明

图1是分段供氧自循环脱氮反应器结构示意图。

具体实施方式

如图1所示分段供氧自循环脱氮反应器本体设有布水区A、反应区B、分离区C和循环区D；具体结构包括排泥管1、水流混合分布室2、回流液输入口3、进水管4、进气管5、曝气头6、填料支架7、多孔填料8、回流管9、导流器10、调节阀11、回流液输出口12、集气室斜板13、集气室14、集气室顶板15、集气室排气口16、沉淀室底板兼上导流板17、释气室18、沉淀室19、浮渣排放管20、出水管21、出水槽22、溢流堰23、纵隔板24；

布水区A位于反应器本体下部，分为布水渐扩段A1和布水圆筒段A2，布水区A设有水流混合室2，水流混合室2底部设有排泥管1，布水流混合室2中部设有回流液输入口3，水流混合室2上部设有进水管4；

反应区B位于反应器本体中部，由模块I、模块II和模块III依次垂直串联构成分段供氧联合反应系统，模块I下部、模块II下部I和模块III下部分别设有曝气头6并与进气管5相连，模块I上部、模块II上部I和模块III上部分别设有装填料支架7，在装填料支架7内装填有多孔填料8；

分离区C位于反应器本体上部，由分离小圆筒段C1、分离渐扩段C2、分离大圆筒段C3组成，

在分离小圆筒段C1和分离渐扩段C2设有集气室14，

集气室14上部设有斜板13和顶板15，顶板15上设有集气室排气口16兼反应区混合液上流口，集气室14下部与斜板13端部相对应处设有集气室导流器10，

分离大圆筒段C3设有释气室18和沉淀室19，

释气室18由分离大圆筒段C3内壁、纵隔板24、沉淀室底板17、集气室斜板13和顶板15围成，释气室18上部设浮渣排放管20，

集气室斜板13和沉淀室底板17之间的狭缝构成上升混合液的回流通道；

沉淀室19由分离渐扩段C2内壁、分离大圆筒段C3内壁、纵隔板24和沉淀室底板17围成，沉淀室纵隔板24上设溢流堰23和出水槽22，出水槽22底部设出水管21；

循环区D位于反应器本体外部，由回流液输出口12、回流管9、回流液输入口3和回流调节阀11组成，回流液输出口12设在分离渐扩段C2下端外壁上，回流液输入口3设在布水渐扩段A1中部外壁上，回流调节阀设在回流管9上。

所述的布水区A、反应区B和分离区C的高度之比为1：2.5~3.5：1.0~1.2。

所述的布水渐扩段A1外壁与水平面的夹角为45°~55°，布水渐扩段A1与布水圆筒段A2高度之比为1~2：1，布水渐扩段A1上下横截面积之比为2~4：1。

所述的模块I下部、模块II下部I和模块III下部分别设有供氧室B1，模块I上部、模块II上部I和模块III上部分别设有填料室B2，供氧室B1与填料室B2高度之比为1:1.5~2.5。

所述的分离渐扩段C2的上下横截面积之比为2~4：1，集气室14、释气室18和沉淀室19的体积之比为1：1.5~2.5：2.5~3.5。

所述的导流器10是与水平面的夹角均为45°~55°的两块斜板，导流器10的斜板、斜板13和顶板15的投影面积之比为1：1~1.5：1；斜板13和导流器之间的狭缝面积与分离小圆筒段C1的横截面积与之比为5~10:1；分离小圆筒段C1的横截面积与集气室排气口16的横截面积之比为36~64：1。

所述的沉淀室底板17与水平面的夹角为45°~55°，沉淀室底板17下端部与分离渐扩段C2的内壁围成沉淀室进水口，沉淀室进水口面积与沉淀室横截面积之比为1~2:5。

所述的释气室18与沉淀室19的横截面积之比为1：5~10；沉淀室底板17与集气室斜板13平行，与水平面的夹角为50°~60°，两板之间的垂直间距与分离大圆筒段C3的高度之比为1:5~7，两板之间的重合长度为与沉淀室底板17的长度之比为1:2~3；沉淀室底板17与集气室斜板13之间狭缝面积、释气室18横截面积、分离大圆筒段C3横截面积之比为3~8：1：5~10。

分段供氧自循环脱氮反应器可用PVC板或钢板制作，其工作过程如下：含氨氮废水由经布水区A的进水管4进入反应器，空气则同时经由I、II、III三个模块下方的进气管5（以模块II为例）进入反应器，经曝气头6切割后以微气泡形式从其表面溢出，与附近区域泥水混合液迅速混合，并带动其沿反应区B上升。空气与泥水混合液的快速上升会在水流混合分布室2形成负压，吸入回流液进管3内的回流液。

反应区B内多孔填料8上的长有生物膜，与上升泥水混合液接触过程中，可摄取液相主体中的溶解氧和氨氮，在亚硝化细菌作用下，部分氨氮氧化成亚硝酸盐，亚硝酸盐和未被氧化的氨氮通过传质进入填料内部，继续在厌氧氨氧化菌的作用下，转化成氮气，氮气通过填料内部的缝隙向外逸出。亚硝盐边产生边转化，可避免硝化过强造成亚硝酸盐积累所引发的生物毒性。此外，随液相主体循环的絮状污泥也会参与短程硝化和厌氧氨氧化过程。

泥水混合液和大部分尾气经集气室排气口16进入释气室18，发生气体和泥水混合液的分离。尾气经由液面逃逸至外部环境，泥水混合液则经上导流板17和集气室斜板13之间的导流通道进入沉淀室19底部。大部分泥水混合液返回反应区，小部分泥水混合液进入沉淀室19进行泥水分离。上清液经由溢流堰23汇入出水槽22，通过出水管21排出，沉淀污泥直接返回反应区。部分泥水混合液通过回流液输出口12、回流管9、回流液输入口3回到布水区A，间接返回反应区。

本发明中高效生物脱氮的关键在于供气的强化与混合液的自循环。分段供氧保障了氨氧化所需的氧气，气升驱动的混合液自循环保障了残留氨的再次氧化并协调了厌氧氨氧化所需的氨氮与亚硝氮之间的比例。

Claims (8)

1.一种分段供氧自循环脱氮反应器，其特征在于：反应器本体设有布水区（A）、反应区（B）、分离区（C）和循环区（D）；具体结构包括排泥管（1）、水流混合分布室（2）、回流液输入口（3）、进水管（4）、进气管（5）、曝气头（6）、填料支架（7）、多孔填料（8）、回流管（9）、导流器（10）、调节阀（11）、回流液输出口（12）、集气室斜板（13）、集气室（14）、集气室顶板（15）、集气室排气口（16）、沉淀室底板兼上导流板（17）、释气室（18）、沉淀室（19）、浮渣排放管（20）、出水管（21）、出水槽（22）、溢流堰（23）、纵隔板（24）；

布水区（A）位于反应器本体下部，分为布水渐扩段（A1）和布水圆筒段（A2），布水区（A）设有水流混合室（2），水流混合室（2）底部设有排泥管（1），布水流混合室（2）中部设有回流液输入口（3），水流混合室（2）上部设有进水管（4）；

反应区（B）位于反应器本体中部，由模块I、模块II和模块III依次垂直串联构成分段供氧联合反应系统，模块I下部、模块II下部I和模块III下部分别设有曝气头（6）并与进气管（5）相连，模块I上部、模块II上部I和模块III上部分别设有装填料支架（7），在装填料支架（7）内装填有多孔填料（8）；

分离区（C）位于反应器本体上部，由分离小圆筒段（C1）、分离渐扩段（C2）、分离大圆筒段（C3）组成，

在分离小圆筒段（C1）和分离渐扩段（C2）设有集气室（14），

集气室（14）上部设有斜板（13）和顶板（15），顶板（15）上设有集气室排气口（16）兼反应区混合液上流口，集气室（14）下部与斜板（13）端部相对应处设有集气室导流器（10），

分离大圆筒段（C3）设有释气室（18）和沉淀室（19），

释气室（18）由分离大圆筒段（C3）内壁、纵隔板（24）、沉淀室底板（17）、集气室斜板（13）和顶板（15）围成，释气室（18）上部设浮渣排放管（20），

集气室斜板（13）和沉淀室底板（17）之间的狭缝构成上升混合液的回流通道；

沉淀室（19）由分离渐扩段（C2）内壁、分离大圆筒段（C3）内壁、纵隔板（24）和沉淀室底板（17）围成，沉淀室纵隔板（24）上设溢流堰（23）和出水槽（22），出水槽（22）底部设出水管（21）；

循环区（D）位于反应器本体外部，由回流液输出口（12）、回流管（9）、回流液输入口（3）和回流调节阀（11）组成，回流液输出口（12）设在分离渐扩段（C2）下端外壁上，回流液输入口（3）设在布水渐扩段（A1）中部外壁上，回流调节阀设在回流管（9）上。

2.根据权利1所述的一种分段供氧自循环脱氮反应器，其特征在于：所述的布水区（A）、反应区（B）和分离区（C）的高度之比为1：2.5~3.5：1.0~1.2。

3.根据权利1所述的一种分段供氧自循环脱氮反应器，其特征在于：所述的布水渐扩段（A1）外壁与水平面的夹角为45°~55°，布水渐扩段（A1）与布水圆筒段（A2）高度之比为1~2：1，布水渐扩段（A1）上下横截面积之比为2~4：1。

4.根据权利1所述的一种分段供氧自循环脱氮反应器，其特征在于：所述的模块I下部、模块II下部I和模块III下部分别设有供氧室（B1），模块I上部、模块II上部I和模块III上部分别设有填料室（B2），供氧室（B1）与填料室（B2）高度之比为1:1.5~2.5。

5.根据权利1所述的一种分段供氧自循环脱氮反应器，其特征在于：所述的分离渐扩段（C2）的上下横截面积之比为2~4：1，集气室（14）、释气室（18）和沉淀室（19）的体积之比为1：1.5~2.5：2.5~3.5。

6.根据权利1所述的一种分段供氧自循环脱氮反应器，其特征在于：所述的导流器（10）是与水平面的夹角均为45°~55°的两块斜板，导流器（10）的斜板、斜板（13）和顶板（15）的投影面积之比为1：1~1.5：1；斜板（13）和导流器之间的狭缝面积与分离小圆筒段（C1）的横截面积与之比为5~10:1；分离小圆筒段（C1）的横截面积与集气室排气口（16）的横截面积之比为36~64：1。

7.根据权利1所述的一种分段供氧自循环脱氮反应器，其特征在于：所述的沉淀室底板（17）与水平面的夹角为45°~55°，沉淀室底板（17）下端部与分离渐扩段（C2）的内壁围成沉淀室进水口，沉淀室进水口面积与沉淀室横截面积之比为1~2:5。

8.根据权利1所述的一种分段供氧自循环脱氮反应器，其特征在于：所述的释气室(18)与沉淀室(19)的横截面积之比为1：5~10；沉淀室底板（17）与集气室斜板(13)平行，与水平面的夹角为50°~60°，两板之间的垂直间距与分离大圆筒段（C3）的高度之比为1:5~7，两板之间的重合长度为与沉淀室底板（17）的长度之比为1:2~3；沉淀室底板（17）与集气室斜板（13）之间狭缝面积、释气室(18)横截面积、分离大圆筒段（C3）横截面积之比为3~8：1：5~10。