CN104150590B

CN104150590B - 高效经济的同步去除硝氮和氨氮的生物反应器

Info

Publication number: CN104150590B
Application number: CN201410340813.5A
Authority: CN
Inventors: 郑平; 厉巍; 林潇羽; 李晨旭; 张吉强
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2034-07-17
Also published as: CN104150590A

Abstract

本发明公开了一种高效经济的同步去除硝氮和氨氮的生物反应器。布水区从下到上依次设有排泥管、回流-进水管，短程反硝化区上端与厌氧氨氧化区底部之间以及厌氧氨氧化区上端与分离区底部之间分别设有一横隔板，并分别通过法兰相连，在两横隔板上分别设有导泥管、导液管，短程反硝化区上部和氧氨氧化区上部分别设有气体脉冲管，短程反硝化区和厌氧氨氧化区内填充滚球填料层，分离区侧壁从下到上依次设有排泥口、溢流槽和出水口，分离区中央设有双效三相分离器，双效三相分离器中部侧壁设有回流管，上部设有集气连接管和排气管。本发明无需曝气，实现同步脱氮除碳，脉冲式排气，控制污泥上浮流失，设置双效三相分离器，有效分离气、液、固三相。

Description

高效经济的同步去除硝氮和氨氮的生物反应器

技术领域

本发明涉及一种脱氮反应器。尤其涉及一种高效经济的同步去除硝氮和氨氮的生物反应器。

背景技术

全国实施“控源减排”后，废水有机污染得到有效治理，氮磷污染凸显为主要环境问题。根据《全国环境统计公报》，2012年全国废水排放总量684.8亿吨，化学需氧量（COD）排放量2423.7万吨，氨氮排放量253.6万吨。污染所致的湖泊“水华”及近海“赤潮”频频发生，已危及农业、渔业、旅游业等诸多行业，并对饮水卫生和食品安全构成严重威胁。水体污染已成为万众注目的民生问题，氮素污染亟需控制。

氨氮和硝氮是水体中主要的两类氮素污染物。以硝化技术和反硝化技术为基础构建的传统生物脱氮法存在着诸多缺陷，主要包括：①硝化作用需氧量大，充氧能耗大；②反硝化作用需外加大量的电子供体（有机物），运行费用高；③硝化-反硝化工艺的容积脱氮效率较低，导致反应池容较大，占地面积较大。近年来，新型生物脱氮工艺（厌氧氨氧化法（式1））的出现，弥补了传统硝化-反硝化工艺的缺陷，提高了脱氮效率和经济性。

NH₄ ⁺+1.32NO₂ ^-+0.066HCO₃ ^-+0.13H⁺→1.02N₂+0.26NO₃ ^-+

0.066CH₂O_0.5N_0.15+2.03H₂O（1）

以厌氧氨氧化反应为基础，结合短程反硝化工艺（式2），可构建短程反硝化—厌氧氨氧化工艺，在厌氧条件下实现硝氮和氨氮的同步脱除。利用该工艺进行废水脱氮，无需曝气，又可缓解废水生物脱氮中的碳源不足问题，并大大节省运行费用和基建投资。由式1和式2可知，厌氧氨氧化产生的硝氮可作为短程反硝化的基质，而短程反硝化产生的亚硝氮又可提供厌氧氨氧化的基质。另一方面，短程反硝化产生的酸性出水，可减弱厌氧氨氧化的自碱化效应，最终实现硝氮和亚硝氮的同步去除。

3NO₃ ^-+CH₃OH→CO₂+2H₂O+3NO₂ ^-（2）。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高效经济的同步去除硝氮和氨氮的生物反应器。

高效经济的同步去除硝氮和氨氮的生物反应器从下到上包括布水区、短程反硝化区、厌氧氨氧化区和分离区；布水区从下到上依次设有排泥管、回流-进水管，短程反硝化区与布水区顶部直接相连，短程反硝化区上端与厌氧氨氧化区底部之间设有一横隔板并通过一法兰相连，厌氧氨氧化区上端与分离区底部之间设有另一横隔板通过另一法兰相连，在两横隔板上分别设有导泥管、导液管，短程反硝化区上部和氧氨氧化区上部分别设有气体脉冲管，短程反硝化区和厌氧氨氧化区内填充滚球填料层，分离区侧壁从下到上依次设有排泥口、溢流槽和出水口，分离区中央设有双效三相分离器，双效三相分离器中部侧壁设有回流管，并穿过分离区侧壁，双效三相分离器上部设有集气连接管和排气管。

所述的短程反硝化区与上部的厌氧氨氧化区的截面积比为1:1，高度比为1：（1~1.5），短程反硝化区和厌氧氨氧化区内填充的滚球填料层的体积分别占总体积的1/3~1/2。

所述的多面空心大球填料的直径范围为50~150mm，可拆装，多面空心小球填料的直径范围为10~20mm，可拆装。

所述的导泥管、导液管和厌氧氨氧化区截面的内径比为1：1：（4~10），长度比为1：（1~1.2）：（5~10）；导液管位于横隔板截面中央，高出横隔板部分的长度为其总长的1/10~1/5。

所述的气体脉冲管直径小于15mm，其底部高出导液管底部20mm以上，弯管部分向上呈90°。

所述的双效三相分离器为圆筒型，其内径与分离区内径的比例为1:2；双效三相分离器露出液面部分的高度为其总高度的1/3~1/6，设有2个相对的集气连接管。

所述的回流管与水平面夹角为30°~60°，回流-进水管与水平面夹角为30°~60°。

所述的滚球填料层为多个多面空心大球填料，多面空心大球填料内设有多个多孔小球填料，多孔小球填料内设有颗粒污泥。

本发明与现有技术相比具有以下优点：1)无需曝气，实现同步脱氮除碳；2）前置反硝化，为厌氧氨氧化菌提供基质；3）利用球形填料，优化功能菌生境；4）脉冲式排气，控制污泥上浮流失；5)设置双效三相分离器，有效分离气、液、固三相。

附图说明

图1是高效经济的同步去除硝氮和氨氮的生物反应器的结构示意图；

图2是本发明的球形填料结构示意图；

图中：排泥管1、回流-进水管2、球形填料层3、多面空心大球填料3-1、多孔小球填料3-2、颗粒污泥3-3、导泥管4、气脉冲管5、横隔板6、导液管7、排泥口8、回流管9、溢流槽10、双效三相分离器11、出水口12、集气连接管13、排气管14。

具体实施方式

如图1、2所示，高效经济的同步去除硝氮和氨氮的生物反应器从下到上包括布水区A、短程反硝化区B、厌氧氨氧化区C和分离区D；布水区A从下到上依次设有排泥管1、回流-进水管2，短程反硝化区B与布水区A顶部直接相连，短程反硝化区B上端与厌氧氨氧化区C底部之间设有一横隔板6并通过一法兰相连，厌氧氨氧化区C上端与分离区D底部之间设有另一横隔板6通过另一法兰相连，在两横隔板6上分别设有导泥管4、导液管7，短程反硝化区B上部和氧氨氧化区C上部分别设有气体脉冲管5，短程反硝化区B和厌氧氨氧化区C内填充滚球填料层3，分离区D侧壁从下到上依次设有排泥口8、溢流槽10和出水口12，分离区D中央设有双效三相分离器11，双效三相分离器11中部侧壁设有回流管9，并穿过分离区D侧壁，双效三相分离器11上部设有集气连接管13和排气管14。

所述的短程反硝化区B与上部的厌氧氨氧化区C的截面积比为1:1，高度比为1：（1~1.5），短程反硝化区B和厌氧氨氧化区C内填充的滚球填料层3的体积分别占总体积的1/3~1/2。

所述的多面空心大球填料3-1的直径范围为50~150mm，可拆装，多面空心小球填料3-2的直径范围为10~20mm，可拆装。

所述的导泥管4、导液管7和厌氧氨氧化区C截面的内径比为1：1：（4~10），长度比为1：（1~1.2）：（5~10）；导液管7位于横隔板6截面中央，高出横隔板6部分的长度为其总长的1/10~1/5。

所述的气体脉冲管5直径小于15mm，其底部高出导液管7底部20mm以上，弯管部分向上呈90°。

所述的双效三相分离器11为圆筒型，其内径与分离区D内径的比例为1:2；双效三相分离器11露出液面部分的高度为其总高度的1/3~1/6，设有2个相对的集气连接管13。

所述的回流管9与水平面夹角为30°~60°，回流-进水管2与水平面夹角为30°~60°。

所述的滚球填料层3为多个多面空心大球填料3-1，多面空心大球填料3-1内设有多个多孔小球填料3-2，多孔小球填料3-2内设有颗粒污泥3-3。

本发明可用有机玻璃和钢板构建，从下到上依次包括布水区、短程反硝化区、厌氧氨氧化区和分离区。废水经布水区进入短程反硝化区，位于滚球填料内部的污泥和反应液充分接触，并对其中的污染物进行分解和转化，产生亚硝氮和CO₂。借助横隔板的阻挡作用，CO₂和该反应区产生的浮泥积累在顶部并形成气室，待气室积满气体后，浮泥被压送到导液管，通过反应区横截面与导液管横截面的急剧变化，产生高速液流从导液管出口射出，形成强大的剪切力，分离颗粒污泥表面的附着气泡，破除颗粒污泥内的气囊，恢复颗粒污泥的沉降性能。破碎后的污泥沉降到横隔板上，并通过导泥管返回反应区，实现浮泥的破碎回收。短程反硝化区内的大部分气体则先贮存在气室，后经气体脉冲管、集气连接管进行收集，并最终由顶端的排气管排出。反应区气体产物的产生、贮存、脉冲式释放过程是浮泥破碎回收的动力来源，整个循环过程自动进行，无需外源动力。反应液经导液管进入厌氧氨氧化反应区，并与该区滚球填料内部的污泥充分接触，产生硝氮和N₂。厌氧氨氧化反应区的浮泥控制过程与短程反硝化反应区内的过程相同。反应液由厌氧氨氧化反应区进入分离区进行气、液、固三相分离，气体由排气管排出，出水经由溢流槽后排出。

Claims

1.一种高效经济的同步去除硝氮和氨氮的生物反应器，其特征在于反应器从下到上包括布水区（A）、短程反硝化区（B）、厌氧氨氧化区（C）和分离区（D）；布水区(A)从下到上依次设有排泥管（1）、回流-进水管（2），短程反硝化区（B）与布水区（A）顶部直接相连，短程反硝化区（B）上端与厌氧氨氧化区（C）底部之间设有一横隔板并通过一法兰相连，厌氧氨氧化区（C）上端与分离区（D）底部之间设有另一横隔板通过另一法兰相连，在两横隔板上分别设有导泥管（4）、导液管（7），短程反硝化区（B）上部和氧氨氧化区（C）上部分别设有气体脉冲管（5），短程反硝化区（B）和厌氧氨氧化区（C）内填充滚球填料层（3），分离区（D）侧壁从下到上依次设有排泥口（8）、溢流槽（10）和出水口（12），分离区（D）中央设有双效三相分离器（11），双效三相分离器（11）中部侧壁设有回流管（9），并穿过分离区（D）侧壁，双效三相分离器（11）上部设有集气连接管（13）和排气管（14）。

2.根据权利要求1所述的一种高效经济的同步去除硝氮和氨氮的生物反应器，其特征在于所述的短程反硝化区（B）与上部的厌氧氨氧化区（C）的截面积比为1:1，高度比为1：（1~1.5），短程反硝化区（B）和厌氧氨氧化区（C）内填充的滚球填料层（3）的体积分别占总体积的1/3~1/2。

3.根据权利要求1所述的一种高效经济的同步去除硝氮和氨氮的生物反应器，其特征在于所述的导泥管（4）、导液管（7）和厌氧氨氧化区（C）截面的内径比为1：1：（4~10），长度比为1：（1~1.2）：（5~10）；导液管（7）位于横隔板截面中央，高出横隔板部分的长度为其总长的1/10~1/5。

4.根据权利要求1所述的一种高效经济的同步去除硝氮和氨氮的生物反应器，其特征在于所述的气体脉冲管（5）直径小于15mm，其底部高出导液管（7）底部20mm以上，弯管部分向上呈90°。

5.根据权利要求1所述的一种高效经济的同步去除硝氮和氨氮的生物反应器，其特征在于所述的双效三相分离器（11）为圆筒型，其内径与分离区（D）内径的比例为1:2；双效三相分离器（11）露出液面部分的高度为其总高度的1/3~1/6，设有2个相对的集气连接管（13）。

6.根据权利要求1所述的一种高效经济的同步去除硝氮和氨氮的生物反应器，其特征在于所述的回流管（9）与水平面夹角为30°~60°，回流-进水管（2）与水平面夹角为30°~60°。

7.根据权利要求1所述的一种高效经济的同步去除硝氮和氨氮的生物反应器，其特征在于所述的滚球填料层（3）为多个多面空心大球填料（3-1），多面空心大球填料（3-1）内设有多个多孔小球填料（3-2），多孔小球填料（3-2）内设有颗粒污泥（3-3）。

8.根据权利要求7所述的一种高效经济的同步去除硝氮和氨氮的生物反应器，其特征在于所述的多面空心大球填料（3-1）的直径范围为50~150mm，可拆装，多面空心小球填料（3-2）的直径范围为10~20mm，可拆装。