CN104478079B - 一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器 - Google Patents

一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，包括自下而上设置的反应室和沉淀室，反应室通过漏斗状的渐扩管与沉淀室连接，反应室的底部设有进水管，反应室的侧壁上设有伸入反应室中心的导气管和取样管，反应室内部通过分隔挡板将反应室分为升流区和降流区，渐扩管内设置有由折流板形成的折流区，沉淀室内设置有释气折流斜板、缓流折流斜板和出水折流斜板，将沉淀室分为释气区、缓流区和出水区，出水区与出水管相连，沉淀池顶部设有通气孔。本发明可强化反应室内的泥、水、气三相循环，提高氧气利用效率；可有效避免污泥洗出，保持反应器内的高生物污泥量；具有良好的抗冲击负荷能力和高硝化性能。

Description

一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器
技术领域
本发明涉及一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器。
背景技术
在全国“一控双达标”行动后，废水有机污染得到有效控制，氮磷污染逐渐上升为主要环境问题，水体氮素污染时有发生。“十二五”规划中将氨氮列为约束性控制指标，成为继“十一五”规划中化学需氧量(COD)后水体污染控制中的第二个约束性控制指标，氮素污染控制已经迫在眉睫。
短程硝化是一种新型生物脱氮技术，该工艺通过将氨氧化控制在亚硝酸盐阶段，避免了亚硝酸盐氧化为硝酸盐过程，不仅可以大大节约氧气消耗量(即能耗)，而且还可以节省后续反硝化所需的有机物投加量，并且由于反应历程短，更容易获得高反应速率。该工艺十分适合处理C/N较低的氨氮废水，受到了研究者的广泛关注。
对于短程硝化工艺，其关键是保持反应器内溶解氧(DO)浓度处于合适范围(0.3～0.8mg/L)，并且在反应器内形成溶解氧浓度梯度，以利于反应器内氨氧化细菌(AOB)的生存。DO浓度高，则容易导致亚硝酸盐氧化为硝酸盐，但若DO浓度低，则溶解氧不足，氨氧化受限，反应器的脱氮效能降低。此外，氧气作为硝化反应的反应物，其在反应器内的利用效率也是决定反应器硝化性能的重要因素，高DO利用效率可起到节省曝气(即能耗)的作用。因此，如何通过优化反应器结构来实现反应器内DO浓度优化以及提高氧气利用效率是提高短程硝化反应器脱氮性能的重要内容。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器。
一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，包括自下而上设置的反应室和沉淀室，反应室通过漏斗状的渐扩管与沉淀室连接，反应室的底部设有进水管，反应室的侧壁上设有伸入反应室中心的导气管和取样管，反应室内部通过分隔挡板将反应室分为升流区和降流区，渐扩管内设置有由折流板形成的折流区，沉淀室内设置有释气折流斜板、缓流折流斜板和出水折流斜板，将沉淀室分为释气区、缓流区和出水区，出水区与出水管相连，沉淀室顶部设有通气孔。
所述的一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，所述的反应室与沉淀室均为圆柱形空筒，内径比为1:1.5～4，体积比为1:0.8～3。
所述的一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，所述的分隔挡板与基准水平面的夹角δ为70°～85°，升流区底部横截面积S1与降流区底部横截面积S2之比为4～10:1。
所述的一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，所述的折流区是由I级折流板、II级折流板和III级折流板分隔形成，所述的I级折流板位于升流区顶部，与基准水平面的夹角θ为30°～60°。
所述的一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，所述的II级折流板位于降流区顶部，与基准水平面的夹角ε为50°～70°，距I级折流板顶端的垂直距离与反应室内径之比为1:3～6，底端距渐扩管的距离为1～5cm。
所述的一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，所述的III级折流板位于I级折流板的上部，左端与II级折流板顶端连接，距I级折流板顶端的垂直距离与反应室内径之比为1:3～6，与I级折流板所形成的夹角α为10°～40°。
所述的一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，所述的释气折流斜板与缓流折流斜板互相平行，且与基准水平面所形成的夹角β为50°～80°，释气折流斜板顶端高于出水管5～10cm，缓流折流斜板顶端低于出水管5～10cm。
所述的一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，所述的出水折流斜板与基准水平面所形成的夹角γ为50°～80°，顶端高于出水液面5～10cm，底端距渐扩管的距离为1～3cm。
所述的一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，所述的释气区与缓流区的体积比为1:2～5，与出水区的体积比为1:0.5～1。
所述的一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，还包括盖在沉淀室顶部的保护盖，所述的通气孔设置于保护盖中心处，通气孔横截面积与沉淀室横截面积之比为1:8～16。
本发明的优点是：1)设置微斜分隔挡板，有利于在反应室底部实现文丘里效应，强化反应室内气、液、固三相循环，增强了传质效率和氧气利用效率；2)折流区设置三级折流板，可将气、液、固三相有效阻留在反应室，并通过与折流板的碰撞实现污泥大量持留，同时还最大限度削弱了反应室曝气对沉淀室污泥沉淀的影响；3)沉淀室设置多级折流斜板，可确保释气充分和泥水分离，确保了出水澄清；4)反应室的强化内循环可促使沉淀室污泥回流至反应室，使反应器具有了良好的抗冲击负荷性能和高硝化性能；5)保护盖可有效阻止了泥水混合物溅出及外界异物进入反应器。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中，进水管1、取样管2、导气管3、反应室4、I级折流板5、渐扩管6、释气折流斜板7、沉淀室8、II级折流板9、缓流折流斜板10、出水折流斜板11、出水管12、保护盖13、通气孔14、微斜分隔挡板15、升流区16、降流区17、III级折流板18、折流区19、释气区20、缓流区21、出水区22。
具体实施方式
本发明包括自下而上设置的反应室4和沉淀室8，反应室4通过漏斗状的渐扩管6与沉淀室8连接，反应室4的底部设有进水管1，反应室4的侧壁上设有伸入反应室4中心的导气管3和取样管2，反应室4内部通过分隔挡板15将反应室4分为升流区16和降流区17，渐扩管6内设置有由折流板形成的折流区19，沉淀室8内设置有释气折流斜板7、缓流折流斜板10和出水折流斜板11，将沉淀室8分为释气区20、缓流区21和出水区22，出水区22与出水管12相连，沉淀室8顶部设有通气孔14。
反应室4与沉淀室8均为圆柱形空筒，内径比为1:1.5～4，体积比为1:0.8～3。
分隔挡板15与基准水平面的夹角δ为70°～85°，升流区16底部横截面积S1与降流区17底部横截面积S2之比为4～10:1。
折流区19是由I级折流板5、II级折流板9和III级折流板18分隔形成，I级折流板5位于升流区16顶部，与基准水平面的夹角θ为30°～60°。
II级折流板9位于降流区17顶部，与基准水平面的夹角ε为50°～70°，距I级折流板5顶端的垂直距离与反应室4内径之比为1:3～6，底端距渐扩管6的距离为1～5cm。
III级折流板18位于I级折流板5的上部，左端与II级折流板9顶端连接，距I级折流板5顶端的垂直距离与反应室4内径之比为1:3～6，与I级折流板5所形成的夹角α为10°～40°。
释气折流斜板7与缓流折流斜板10互相平行，且与基准水平面所形成的夹角β为50°～80°，释气折流斜板7顶端高于出水管5～10cm，缓流折流斜板10顶端低于出水管5～10cm。
出水折流斜板11与基准水平面所形成的夹角γ为50°～80°，顶端高于出水液面5～10cm，底端距渐扩管6的距离为1～3cm。
释气区20与缓流区21的体积比为1:2～5，与出水区22的体积比为1:0.5～1。
还包括盖在沉淀室8顶部的保护盖13，通气孔14设置于保护盖13中心处，通气孔14横截面积与沉淀室8横截面积之比为1:8～16。
本实施例是由有机玻璃和钢板构建，沉淀室位于反应室上方，保护盖位于沉淀室顶部。空气(氧气)由导气管引入升流区，含氨无机废水由底部进水管进入反应室，与氧气充分接触发生硝化反应，泥、水被气流驱动一起上升，由于气体密度小，其上升之后将在升流区底部形成负压，进而驱动降流区的泥、水、气三相进入升流区形成内循环，由于降流区底部的横截面积与升流区底部横截面积的差异，容易产生文丘里效应，进一步强化了反应室内的三相内循环。泥、水、气三相混合物经升流区上升后与I级、II级折流板碰撞，受内循环驱动，大部分被持留在反应室参与内循环，其他经折流区折流后进入沉淀室释气区，泥、水、气三相混合物在上升过程中随横截面积逐渐增大而充分释气，气体经保护盖的通气孔排出，泥、水混合物则依序进入缓流区和出水区，经缓流折流斜板和出水折流斜板的作用，泥水进行深度分离，澄清水由出水管排出，沉淀后的污泥经渐扩管内壁空隙返回反应室。保护盖则可有效阻止泥水混合物溅出及外界异物进入反应器，操作也十分方便。
实施案例1
在反应器运行过程中，保持进水氨氮浓度为500mg/L，污泥浓度为4g/L，水力停留时间为15.2h，进水pH在8.4～8.7，通过调节曝气量，反应室内的溶解氧(DO)浓度可稳定在0.75～0.95之间，在17天的运行过程中，反应器的氨氮去处率逐渐由73.7％上升为95.4％，亚硝酸盐积累率维持在80％～90％，表现出良好的短程硝化性能。
表1进水氨氮浓度为500mg/L时的硝化性能
实施案例2
保持进水氨氮浓度为700mg/L，污泥浓度为4g/L，水力停留时间为15.2h，进水pH在9.1～9.6，通过调节曝气量，反应室内的溶解氧(DO)浓度稳定在0.8～1.6之间，在11天的运行过程中，反应器的氨氮去处率逐渐升高为96.5％，亚硝酸盐积累率仍可达到85.5％，短程硝化性能十分稳定。
表2进水氨氮浓度为700mg/L时的硝化性能

Claims (8)

1.一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，其特征在于，包括自下而上设置的反应室(4)和沉淀室(8)，反应室(4)通过漏斗状的渐扩管(6)与沉淀室(8)连接，反应室(4)的底部设有进水管(1)，反应室(4)的侧壁上设有伸入反应室(4)中心的导气管(3)和取样管(2)，反应室(4)内部通过分隔挡板(15)将反应室(4)分为升流区(16)和降流区(17)，渐扩管(6)内设置有由折流板形成的折流区(19)，沉淀室(8)内设置有释气折流斜板(7)、缓流折流斜板(10)和出水折流斜板(11)，将沉淀室(8)分为释气区(20)、缓流区(21)和出水区(22)，出水区(22)与出水管(12)相连，沉淀室(8)顶部设有通气孔(14)，所述的分隔挡板(15)与基准水平面的夹角δ为70°～85°，升流区(16)底部横截面积S1与降流区(17)底部横截面积S2之比为4～10:1。
2.根据权利要求1所述的一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，其特征在于，所述的折流区(19)是由I级折流板(5)、II级折流板(9)和III级折流板(18)分隔形成，所述的I级折流板(5)位于升流区(16)顶部，与基准水平面的夹角θ为30°～60°。
3.根据权利要求2所述的一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，其特征在于，所述的II级折流板(9)位于降流区(17)顶部，与基准水平面的夹角ε为50°～70°，距I级折流板(5)顶端的垂直距离与反应室(4)内径之比为1:3～6，底端距渐扩管(6)的距离为1～5cm。
4.根据权利要求3所述的一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，其特征在于，所述的III级折流板(18)位于I级折流板(5)的上部，左端与II级折流板(9)顶端连接，距I级折流板(5)顶端的垂直距离与反应室(4)内径之比为1:3～6，与I级折流板(5)所形成的夹角α为10°～40°。
5.根据权利要求1所述的一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，其特征在于，所述的释气折流斜板(7)与缓流折流斜板(10)互相平行，且与基准水平面所形成的夹角β为50°～80°，释气折流斜板(7)顶端高于出水管5～10cm，缓流折流斜板(10)顶端低于出水管5～10cm。
6.根据权利要求1所述的一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，其特征在于，所述的出水折流斜板(11)与基准水平面所形成的夹角γ为50°～80°，顶端高于出水液面5～10cm，底端距渐扩管(6)的距离为1～3cm。
7.根据权利要求1所述的一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，其特征在于，所述的释气区(20)与缓流区(21)的体积比为1:2～5，与出水区(22)的体积比为1:0.5～1。
8.根据权利要求1所述的一种折流板强化内循环的气提式生物硝化反应器，其特征在于，还包括盖在沉淀室(8)顶部的保护盖(13)，所述的通气孔(14)设置于保护盖(13)中心处，通气孔(14)横截面积与沉淀室(8)横截面积之比为1:8～16。
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