CN103508562B

CN103508562B - 一体化泳动式自循环脱氮反应器

Info

Publication number: CN103508562B
Application number: CN201310453834.3A
Authority: CN
Inventors: 郑平; 张宗和; 詹恩超; 张萌; 厉巍; 张吉强
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2013-09-29
Filing date: 2013-09-29
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2033-09-29
Also published as: CN103508562A

Abstract

本发明公开了一种一体化泳动式自循环脱氮反应器。反应器本体设有进水区、反应区、分离区和循环区；进水区位于反应器下部，主要由进水管、进气管、曝气头和排泥管组成；反应区位于反应器中部，主要由填料支架和交错固定的空心球填料组成；分离区位于反应器上部，主要由渐扩区、释气区和沉淀区组成；循环区位于反应器外部，主要由回流吸水管、回流进水管、回流连接管和回流控制阀组成。本发明融短程硝化、反硝化与厌氧氨氧化于一体，可同时实现废水除碳脱氮；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；微生物分布相对固定，可优化功能菌生境，强化生物脱氮；填料在反应液中泳动，可促进传质和反应，提高容积效能；反应液受控自循环，可稀释进水氨氮浓度，也可解决厌氧氨氧化基质比例的调控困难。

Description

一体化泳动式自循环脱氮反应器

技术领域

本发明涉及一种生物脱氮反应器，尤其涉及一种一体化泳动式自循环脱氮反应器。

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，2012年全国废水中氨氮排放量为253.6万吨，相当于受纳水体的环境容量的4倍左右，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比不能满足传统脱氮技术的要求，此类废水生物处理面临严峻挑战。因此，低碳氮比废水生物处理，已经成为环境污染控制领域的重大课题。

短程硝化-反硝化-厌氧氨氧化工艺是一种新型生物脱氮工艺，该工艺所涉及的亚硝酸细菌和厌氧氨氧化菌为自养型微生物，反硝化菌可利用厌氧氨氧化菌代谢产生的胞外多聚物和死亡菌体作为碳源，无需外加有机碳源。这种新工艺的研发为低碳氮比废水的生物脱氮提供了技术支持。在现有设计中，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，限制工艺效能；厌氧氨氧化工艺要求氨氮和亚硝氮的比例为1:1.32左右，在实际工程中很难调控。若将两个工艺置于同一个装置中实施，使亚硝酸盐边生产边利用，则可摆脱上述困境。因此，开发一体化泳动式自循环脱氮反应器，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种一体化泳动式自循环脱氮反应器。

一体化泳动式自循环脱氮反应器本体设有进水区、反应区、分离区和循环区；进水区位于反应器本体下部，主要由进水管、进气管、曝气头、排泥管组成；反应器本体底部设有排泥管，反应器本体下部内设有曝气头，并与进气管相连，在曝气头上方设有进水管；

反应区位于反应器本体中部，主要由填料支架和交错固定的空心球填料组成，反应器本体中部内设有交错固定的空心球，反应器本体中部下端设有填料支架；

分离区位于反应器本体上部，主要由渐扩区、释气区和沉淀区组成，反应器本体上部的部为渐扩区，反应器本体上部内设有释气区，释气区外侧为沉淀区；

循环区位于反应器本体外部，主要由回流吸水管、回流进水管、回流连接管和回流控制阀组成，分离区渐扩区、回流控制阀、回流吸水管、回流连接管、回流进水管、进水区顺次相连。

所述的进水区、反应区）和分离区的高度之比为1：6～8：3～4，截面积之比为1：1：2～3。

所述的反应区高径比为6～8：1，反应区内设填料支架，填料支架由上下两片圆网以及两片圆网之间的三根支柱组成，空心球填料由弹性绳连结，两端呈同心圆状固定于两片圆网上，相邻同心圆之间的空心球填料纵向呈交错分布，弹性绳可在0～3cm范围内伸缩，允许空心球填料在0～3cm范围内上下左右泳动。

所述的渐扩区的下沿直径与上沿直径之比为1：2～3，外壁倾角为55°～60°，垂直高度为8～12cm；释气区和沉淀区之间的截面积之比为1：2～3。

所述的释气区由喇叭式导流器和释气筒组成，喇叭式导流器下沿直径大于反应区上沿直径，覆盖整个反应区截面积，喇叭式导流器下沿直径与反应区上沿直径之比为6～7：5，喇叭式导流器上沿伸入释气筒内，喇叭式导流器上端与释气筒下端的重叠高度为5～7cm，喇叭式导流器上沿直径与释气筒直径之比为1：2～3。

所述的沉淀区由环状沉淀室、溢流堰、溢流槽和出水管组成，环状沉淀室由释气筒外壁与分离区内壁之间的空间组成，环状沉淀室深度为10～15cm，溢流堰由设在分离区内壁上的挡板组成，溢流槽由分离区内壁与溢流堰围成的月牙形空间组成，出水管穿过分离区壁，伸入溢流堰底部。

与现有生物脱氮技术相比，本发明的优势有：1）反应器将短程硝化、反硝化和厌氧氨氧化集为一体，可同时实现废水除碳脱氮，占地面积小；2) 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；3）以空心球填料作为载体，微生物分布相对固定，球外层好养，进行硝化作用，球内层厌氧，进行反硝化和厌氧氨氧化作用，可优化功能菌生境，强化生物脱氮；4）曝气驱动反应液循环，可稀释进水氨氮浓度，也可解决厌氧氨氧化基质比例的调控困难，以在线阀门控制回流量，可摆脱传统气升式生物反应器气流与液流捆绑联动的窘困，使液体流态兼备推流态和全混态的优点；5）空心球填料密度与水相近，可在气流和弹性绳作用下泳动，促进传质和反应，提高容积效能。

附图说明

图1是一体化泳动式自循环脱氮反应器结构示意图；

图2是一体化泳动式自循环脱氮反应器结构A-A剖视图；

图3是一体化泳动式自循环脱氮反应器结构B-B剖视图；

图4是一体化泳动式自循环脱氮反应器结构C-C剖视图；

图中：进水管1、进气管2、曝气头3、排泥管4、填料支架5、空心球填料6、渐扩区7、释气区8、沉淀区9、回流吸水管10、回流进水管11、回流连接管12、回流控制阀13。

具体实施方式

如图1、2、3所示，一体化泳动式自循环脱氮反应器本体设有进水区I、反应区II、分离区III和循环区IV；进水区位于反应器本体下部，主要由进水管1、进气管2、曝气头3、排泥管4组成；反应器本体底部设有排泥管4，反应器本体下部内设有曝气头3，并与进气管2相连，在曝气头3上方设有进水管1；

反应区位于反应器本体中部，主要由填料支架5和交错固定的空心球6填料组成，反应器本体中部内设有交错固定的空心球6，反应器本体中部下端设有填料支架5；

分离区位于反应器本体上部，主要由渐扩区7、释气区8和沉淀区9组成，反应器本体上部的部为渐扩区7，反应器本体上部内设有释气区8，释气区8外侧为沉淀区9；

循环区位于反应器本体外部，主要由回流吸水管10、回流进水管11、回流连接管12和回流控制阀13组成，分离区渐扩区7、回流控制阀13、回流吸水管10、回流连接管12、回流进水管11、进水区顺次相连。

所述的进水区I、反应区II和分离区III的高度之比为1：6～8：3～4，截面积之比为1：1：2～3。

所述的反应区II高径比为6～8：1，反应区内设填料支架5，填料支架5由上下两片圆网5A以及两片圆网之间的三根支柱5B组成，空心球6填料由弹性绳6A连结，两端呈同心圆状固定于两片圆网5A上，相邻同心圆之间的空心球6填料纵向呈交错分布，弹性绳6A可在0～3cm范围内伸缩，允许空心球6填料在0～3cm范围内上下左右泳动。

所述的渐扩区7的下沿直径与上沿直径之比为1：2～3，外壁倾角为55°～60°，垂直高度为8～12cm；释气区8和沉淀区9之间的截面积之比为1：2～3。

所述的释气区8由喇叭式导流器8A和释气筒8B组成，喇叭式导流器8A下沿直径大于反应区上沿直径，覆盖整个反应区截面积，喇叭式导流器8A下沿直径与反应区上沿直径之比为6～7：5，喇叭式导流器8A上沿伸入释气筒8B内，喇叭式导流器8A上端与释气筒8B下端的重叠高度为5～7cm，喇叭式导流器8A上沿直径与释气筒8B直径之比为1：2～3。

所述的沉淀区9由环状沉淀室9A、溢流堰9B、溢流槽9C和出水管9D组成，环状沉淀室9A由释气筒9B外壁与分离区III内壁之间的空间组成，环状沉淀室9A深度为10～15cm，溢流堰9B由设在分离区III内壁上的挡板组成，溢流槽9C由分离区III内壁与溢流堰9B围成的月牙形空间组成，出水管9D穿过分离区III壁，伸入溢流堰9B底部。

一体化泳动式循环脱氮反应器可用PVC板或钢板制作，其工作过程如下：含氨氮废水由进水区I底部经进水管1进入反应器，空气由进气管2进入反应器，经曝气头3切割后以微气泡形式从表面溢出，与附近区域泥水混合物混合，并使其上升运动。泥水气混合物的快速上升会在进水区I中部形成负压，将进水区I外侧的回流液吸入进水区I中上部，并与进水、空气掺合后上升。

反应区II内空心球6填料外表面生物膜在与上升泥水混合物接触过程中，摄取液相主体中的溶解氧和氨氮，在亚硝化细菌作用下，将部分氨氮氧化成亚硝酸盐，剩余氨氮与产生的亚硝酸盐继续向球内扩散，在球内被反硝化菌和厌氧氨氧化菌转化为氮气。若反应区液体中存在过量氨氮，可通过循环区回流吸水管10、回流连接管12及回流进水管11回流到进水区，进行下一轮反应。在曝气过程中，空心球6填料受气流驱动和弹性绳拉伸的双重作用，在水中一定范围内上下左右泳动，纵向呈交错分布的空心球也会因相互挤压作用而对颗粒污泥产生剪切，限制颗粒污泥大小，防止污泥内积累气泡而漂浮。

在分离区III中，反应区II顶端一部分泥水混合物通过渐扩区7继续向上运动，在环状沉淀室9A发生泥水分离。一部分泥水混合物和大部分空气进入释气区8通过喇叭式导流器8A和释气筒8B后，发生气体和泥水混合物的分离。空气由液面逃逸至外部环境，泥水混合物在释气筒8B阻挡作用下发生转向，在环状沉淀室9A内实现泥水分离，由于通过喇叭式导流器8A和释气筒8B的气流速度较大，通过释气筒8B后的污泥可在负压作用下回流到反应区II，同时也有部分泥水混合物在分离区由回流控制阀13连通的回流连接管12回流至进水区。上清液由溢流堰9B汇入溢流槽9C，通过出水管9D排出。

本发明中反应区II实现高效生物脱氮的关键在于曝气量控制和回流控制阀开度控制。根据基质流量，调节空气流量，使大约65%～70%的氨氮在反应区II空心球6填料外表面被亚硝化菌转化为亚硝酸盐，剩余氨氮和产生的亚硝酸盐在空心球6填料内部被厌氧氨氧化菌转化为氮气；在上升气流作用下经回流系统的适宜流速，实现短程硝化和厌氧氨氧化的平衡，达到高效生物脱氮。

Claims

1.一种一体化泳动式自循环脱氮反应器，其特征在于：反应器本体设有进水区（I）、反应区（II）、分离区（III）和循环区（IV）；进水区位于反应器本体下部，主要由进水管（1）、进气管（2）、曝气头（3）、排泥管（4）组成；反应器本体底部设有排泥管（4），反应器本体下部内设有曝气头（3），并与进气管（2）相连，在曝气头（3）上方设有进水管（1）；

反应区位于反应器本体中部，主要由填料支架（5）和交错固定的空心球（6）填料组成，反应器本体中部内设有交错固定的空心球（6），反应器本体中部下端设有填料支架（5）；

分离区位于反应器本体上部，主要由渐扩区（7）、释气区（8）和沉淀区（9）组成，反应器本体上部的部为渐扩区（7），反应器本体上部内设有释气区（8），释气区（8）外侧为沉淀区（9）；循环区位于反应器本体外部，主要由回流吸水管（10）、回流进水管（11）、回流连接管（12）和回流控制阀（13）组成，分离区渐扩区（7）、回流控制阀（13）、回流吸水管（10）、回流连接管（12）、回流进水管（11）、进水区顺次相连。

2.根据权利1所述的一种一体化泳动式自循环脱氮反应器，其特征在于：所述的进水区（I）、反应区（II）和分离区（III）的高度之比为1：6～8：3～4，截面积之比为1：1：2～3。

3.根据权利1所述的一种一体化泳动式自循环脱氮反应器，其特征在于：所述的反应区（II）高径比为6～8：1，反应区内设填料支架（5），填料支架（5）由上下两片圆网（5A）以及两片圆网之间的三根支柱（5B）组成，空心球（6）填料由弹性绳（6A）连结，两端呈同心圆状固定于两片圆网（5A）上，相邻同心圆之间的空心球（6）填料纵向呈交错分布，弹性绳（6A）可在0～3cm范围内伸缩，允许空心球（6）填料在0～3cm范围内上下左右泳动。

4.根据权利1所述的一种一体化泳动式自循环脱氮反应器，其特征在于：所述的渐扩区（7）的下沿直径与上沿直径之比为1：2～3，外壁倾角为55°～60°，垂直高度为8～12cm；释气区（8）和沉淀区（9）之间的截面积之比为1：2～3。

5.根据权利1所述的一种一体化泳动式自循环脱氮反应器，其特征在于：所述的释气区（8）由喇叭式导流器（8A）和释气筒（8B）组成，喇叭式导流器（8A）下沿直径大于反应区上沿直径，覆盖整个反应区截面积，喇叭式导流器（8A）下沿直径与反应区上沿直径之比为6～7：5，喇叭式导流器（8A）上沿伸入释气筒（8B）内，喇叭式导流器（8A）上端与释气筒（8B）下端的重叠高度为5～7cm，喇叭式导流器（8A）上沿直径与释气筒（8B）直径之比为1：2～3。

6.根据权利1所述的一种一体化泳动式自循环脱氮反应器，其特征在于：所述的沉淀区（9）由环状沉淀室（9A）、溢流堰（9B）、溢流槽（9C）和出水管（9D）组成，环状沉淀室（9A）由释气筒（8B）外壁与分离区（III）内壁之间的空间组成，环状沉淀室（9A）深度为10～15cm，溢流堰（9B）由设在分离区（III）内壁上的挡板组成，溢流槽（9C）由分离区（III）内壁与溢流堰（9B）围成的月牙形空间组成，出水管（9D）穿过分离区（III）壁，伸入溢流堰（9B）底部。