CN104108802B - 一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器 - Google Patents

Abstract

一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器，包括反应器本体和外部控制装置，反应器本体自下而上设有排泥布水单元、反应单元、浮泥破碎单元、碎泥收集单元、碎泥循环单元和出水单元，排泥布水单元设有进水口、曝气头和排泥口；浮泥破碎单元包括气体收集室、喷射管和挡板；碎泥循环单元设有导流隔板、降流管；出水单元包括溢流孔、设置在碎泥循环单元外圈的出水槽、与外界连通的出水口；外部控制装置包括液位继电器和控制阀。本发明的有益效果是：利用曝气余气和自养脱氮产气蕴含的能量来脱除上浮颗粒污泥表面的气泡，破除颗粒污泥内部气囊；实现了上浮颗粒污泥的“收集-破碎-沉降-返回”多重功能。

Description

一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器

技术领域

本发明涉及一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器。

背景技术

近年来含氨废水过量排放，造成了水体富营养化等一系列生态环境问题。含氨废水的高效低耗处理一直是污水处理领域的难题。

一体式全程自养脱氮工艺(式(1))具有无需外加有机碳源、脱氮负荷高、基建成本低，结构紧凑，装置运行和控制简单等优点，并且能有效避免由于亚硝酸盐累积造成的抑制。

NH₃+0.85O₂→0.11NO₃ ^-+0.44N₂+1.43H₂O+0.14H⁺(1)

但是目前的全程自养脱氮反应器常存有严重的颗粒污泥上浮问题，这会导致厌氧氨氧化菌大量流失，且污泥流失后难以收集。反应器内菌体不能有效持留会直接影响其脱氮性能，不利于反应器潜能的发挥和工艺的长期稳定运行，这是目前高效全程自养脱氮反应器工业化应用的一个瓶颈。

发明内容

本发明所述的一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器，其特征在于：包括反应器本体和和外部控制装置，所述的反应器本体自下而上设有排泥布水单元、反应单元、浮泥破碎单元、碎泥收集单元、碎泥循环单元和出水单元，所述的排泥布水单元设有进水口、曝气头和排泥口，所述的进水口和所述的排泥口设置在反应器本体的底部，所述的曝气头的出气口指向反应器本体的内部；所述的浮泥破碎单元包括气体收集室、喷射管和挡板，所述的喷射管设置在所述的气体收集室内，并且所述的喷射管的下端进口与浮泥破碎单元连通、上端出口连有挡板；所述的碎泥循环单元设有导流隔板、降流管，所述的降流管的上端进口与碎泥循环单元连通、下端出口与反应单元连通；所述的浮泥破碎单元与碎泥收集单元之间通过导流隔板隔开；所述的出水单元包括溢流孔、设置在碎泥循环单元外圈的出水槽、与外界连通的出水口，所述的溢流孔位于所述的出水单元的上端，并且所述的溢流孔与所述的碎泥循环单元连通；所述的外部控制装置包括液位继电器和控制阀，所述的液位继电器的三个端点分别处于浮泥破碎单元与反应单元之间的液面、碎泥收集单元和碎泥循环单元之间的液面、出水单元最高处液面位置，并与控制阀相连。

进一步，所述的反应器本体呈圆柱状，高径比为3～4:1。

进一步，，所述的降流管的下端出口正下方的反应器内侧壁上设有锥形导流板。

进一步，所述的浮泥破碎单元和碎泥循环单元与碎泥收集单元的高度比为2:1，三单元的体积比为1:1:1。

进一步，所述的喷射管的直径为0.2～0.5cm，喷射管长度与反应器本体高度比为1:5～7，并高于出水单元最高处液面的长度为2～5cm。

进一步，所述的降流管与喷射管的直径比为8～10:1，降流管长度与反应器本体高度比为1:8～10，并低于浮泥破碎单元与反应单元之间的液面的长度为3～5cm。

进一步，所述的降流管下端设有锥形导流板，降流管与锥形导流板之间的距离为3～5cm。

进一步，所述的溢流孔上沿与出水单元最高处液面等高，并且溢流孔的满孔流量等于进水口的满孔流量。

进一步，所述的导流隔板的竖直夹角β为135°。

进一步，所述的挡板与喷射管之间的夹角α为120～135°。

针对这些问题，本发明提出了一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器。巧妙利用曝气余气和自养脱氮产气蕴含的能量来脱除上浮颗粒污泥表面的气泡，破除颗粒污泥内部气囊，恢复上浮颗粒污泥的沉降性能并将其返回到反应区。在一个反应装置内实现了上浮颗粒污泥的“收集-破碎-沉降-返回”多重功能，保证了反应器的高效脱氮性能。

本发明所述的一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器可用PVC板或钢板制作，其运行方式如下：含氨氮废水经进水口进入反应器，经曝气头引入空气充氧，废水中的部分NH₄ ⁺由颗粒污泥表面的亚硝酸细菌转化为NO₂ ^-，产生的NO₂ ^-随后与残留的NH₄ ⁺由颗粒污泥内部的厌氧氨氧化菌转化为N₂。曝气余气和反应产生的N₂上升经导流隔板下缘收集。控制阀处于关闭状态，使气体在集气室中不断聚集，导致浮泥破碎单元与反应单元之间的液面不断下降。反应后的废水经降流管流入碎泥循环单元，碎泥收集单元和碎泥循环单元之间的液面不断上升淹没整个碎泥收集单元，澄清出水从溢流孔流入出水槽中，然后从出水口流出反应器。液面不断下降，直到液位继电器端点A脱离水面，此时碎泥收集单元和碎泥循环单元之间的液面上升至出水单元最高处液面位置，浸没液位继电器端点C，液位继电器工作，控制阀打开。由于浮泥破碎单元与反应单元之间的液面与大气存在较大压差，浮泥破碎单元与反应单元之间的液面快速上升，将上浮颗粒污泥带到喷射管下端口。通过反应区与喷射管横截面的急剧变化，产生高速液流从喷射管上端口喷出，液流在通过喷射管时形成强大的剪切力，脱除上浮颗粒污泥表面的气泡。上浮颗粒污泥随高速液流撞击挡板，对颗粒污泥内部的气囊产生巨大的瞬时挤压，污泥破碎落入碎泥收集单元中。沉降至导流隔板上缘，随下降废水经降流管回到反应单元中。此时出水单元最高处液面下降至碎泥收集单元和碎泥循环单元之间的液面处，液位继电器端点B脱离水面，液位继电器工作，控制阀关闭。以此往复，在一个反应装置内成功实现了上浮颗粒污泥的“收集-破碎-沉降-返回”的自动循环，无需外加动力。剩余污泥从排泥口排出反应器。

本发明专利的优点主要体现在：①巧妙利用曝气余气和自养脱氮产气蕴含的能量来脱除上浮颗粒污泥表面的气泡，破除颗粒污泥内部气囊，无需外源动力，节能经济；②恢复上浮颗粒污泥的沉降性能的同时能使破碎后的污泥返回到反应区中，有效持留菌体，保证高效脱氮性能；③利用液位继电器联合控制阀的设计，在一个反应装置内成功实现了上浮颗粒污泥的“收集-破碎-沉降-返回”自动循环，而且成本低。

附图说明

图1是本发明结构原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

本发明所述的一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器，其特征在于：包括反应器本体和和外部控制装置，所述的反应器本体自下而上设有排泥布水单元111、反应单元112、浮泥破碎单元113、碎泥收集单元114、碎泥循环单元115和出水单元116，所述的排泥布水单元111设有进水口1、曝气头2和排泥口18，所述的进水口1和所述的排泥口18设置在反应器本体的底部，所述的曝气头2的出气口指向反应器本体的内部；所述的浮泥破碎单元113包括气体收集室16、喷射管14和挡板12，所述的喷射管14设置在所述的气体收集室16内，并且所述的喷射管14的下端进口与浮泥破碎单元113连通、上端出口连有挡板12；所述的碎泥循环单元114设有导流隔板5、降流管4，所述的降流管4的上端进口与碎泥循环单元115连通、下端出口与反应单元112连通；所述的浮泥破碎单元113与碎泥收集单元114之间通过导流隔板5隔开；所述的出水单元116包括溢流孔9、设置在碎泥循环单元115外圈的出水槽8、与外界连通的出水口15，所述的溢流孔9位于所述的出水单元116的上端，并且所述的溢流孔9与所述的碎泥循环单元115连通；所述的外部控制装置包括液位继电器11和控制阀13，所述的液位继电器11的三个端点61、62、63分别处于浮泥破碎单元113与反应单元112之间的液面17、碎泥收集单元114和碎泥循环单元115之间的液面7、出水单元最高处液面10位置，并与控制阀13相连。

进一步，所述的反应器本体呈圆柱状，高径比为3～4:1。

进一步，，所述的降流管4的下端出口正下方的反应器内侧壁上设有锥形导流板3。

进一步，所述的浮泥破碎单元113和碎泥循环单元115与碎泥收集单元114的高度比为2:1，三单元的体积比为1:1:1。

进一步，所述的喷射管14的直径为0.2～0.5cm，喷射管14长度与反应器本体高度比为1:5～7，并高于出水单元最高处液面10的长度为2～5cm。

进一步，所述的降流管4与喷射管14的直径比为8～10:1，降流管4长度与反应器本体高度比为1:8～10，并低于浮泥破碎单元113与反应单元112之间的液面17的长度为3～5cm。

进一步，所述的降流管4下端设有锥形导流板3，降流管4与锥形导流板3之间的距离为3～5cm。

进一步，所述的溢流孔9上沿与出水单元最高处液面10等高，并且溢流孔9的满孔流量等于进水口的满孔流量。

进一步，所述的导流隔板5的竖直夹角β为135°。

进一步，所述的挡板12与喷射管14之间的夹角α为120～135°。

本发明所述的一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器可用PVC板或钢板制作，其运行方式如下：含氨氮废水经进水口1进入反应器，经曝气头2引入空气充氧，废水中的部分NH₄ ⁺由颗粒污泥表面的亚硝酸细菌转化为NO₂ ^-，产生的NO₂ ^-随后与残留的NH₄ ⁺由颗粒污泥内部的厌氧氨氧化菌转化为N₂。曝气余气和反应产生的N₂上升经导流隔板5下缘收集。控制阀13处于关闭状态，使气体在集气室16中不断聚集，导致液面17不断下降。反应后的废水经降流管4流入碎泥循环单元115，液面7不断上升淹没整个碎泥收集单元114，澄清出水从溢流孔9流入出水槽8中，然后从出水口15流出反应器。液面17不断下降，直到液位继电器端点A61脱离水面，此时液面7上升至液面10，浸没液位继电器端点C63，液位继电器11工作，控制阀13打开。由于液面17与大气存在较大压差，液面17快速上升，将上浮颗粒污泥带到喷射管14下端口。通过反应区112与喷射管14横截面的急剧变化，产生高速液流从喷射管14上端口喷出，液流在通过喷射管14时形成强大的剪切力，脱除上浮颗粒污泥表面的气泡。上浮颗粒污泥随高速液流撞击挡板12，对颗粒污泥内部的气囊产生巨大的瞬时挤压，污泥破碎落入碎泥收集单元114中。沉降至导流隔板5上缘，随下降废水经降流管4回到反应单元112中。此时液面10下降至液面7处，液位继电器端点B62脱离水面，液位继电器11工作，控制阀13关闭。以此往复，在一个反应装置内成功实现了上浮颗粒污泥的“收集-破碎-沉降-返回”的自动循环，无需外加动力。剩余污泥从排泥口18排出反应器。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器，其特征在于：包括反应器本体和和外部控制装置，所述的反应器本体自下而上设有排泥布水单元、反应单元、浮泥破碎单元、碎泥收集单元、碎泥循环单元和出水单元，所述的排泥布水单元设有进水口、曝气头和排泥口，所述的进水口和所述的排泥口设置在反应器本体的底部，所述的曝气头的出气口指向反应器本体的内部；所述的浮泥破碎单元包括气体收集室、喷射管和挡板，所述的喷射管设置在所述的气体收集室内，并且所述的喷射管的下端进口与浮泥破碎单元连通、上端出口连有挡板；所述的碎泥循环单元设有导流隔板、降流管，所述的降流管的上端进口与碎泥循环单元连通、下端出口与反应单元连通；所述的浮泥破碎单元与碎泥收集单元之间通过导流隔板隔开；所述的出水单元包括溢流孔、设置在碎泥循环单元外圈的出水槽、与外界连通的出水口，所述的溢流孔位于所述的出水单元的上端，并且所述的溢流孔与所述的碎泥循环单元连通；所述的外部控制装置包括液位继电器和控制阀，所述的液位继电器的三个端点分别处于浮泥破碎单元与反应单元之间的液面、碎泥收集单元和碎泥循环单元之间的液面、出水单元最高处液面位置，并与控制阀相连。

2.如权利要求1所述的一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器，其特征在于：包所述的反应器本体呈圆柱状，高径比为3～4:1。

3.如权利要求2所述的一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器，其特征在于：所述的降流管的下端出口正下方的反应器内侧壁上设有锥形导流板。

4.如权利要求3所述的一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器，其特征在于：所述的浮泥破碎单元和碎泥循环单元与碎泥收集单元的高度比为2:1，三单元的体积比为1:1:1。

5.如权利要求4所述的一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器，其特征在于：所述的喷射管的直径为0.2～0.5cm，喷射管长度与反应器本体高度比为1:5～7，并高于出水单元最高处液面的长度为2～5cm。

6.如权利要求5所述的一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器，其特征在于：所述的降流管与喷射管的直径比为8～10:1，降流管长度与反应器本体高度比为1:8～10，并低于浮泥破碎单元与反应单元之间的液面的长度为3～5cm。

7.如权利要求3所述的一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器，其特征在于：所述的降流管下端设有锥形导流板，降流管与锥形导流板之间的距离为3～5cm。

8.如权利要求7所述的一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器，其特征在于：所述的溢流孔上沿与出水单元最高处液面等高，并且溢流孔的满孔流量等于进水口的满孔流量。

9.如权利要求1所述的一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器，其特征在于：所述的导流隔板的竖直夹角β为135°。

10.如权利要求1所述的一种浮泥自动破碎循环的自养脱氮颗粒污泥反应器，其特征在于：所述的挡板与喷射管之间的夹角α为120～135°。