CN105236567A - 一种基于自动力清浮泥厌氧氨氧化反应器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动力清浮泥厌氧氨氧化反应器及其方法，反应器外壳包括上筒体和下筒体，且上筒体直径大于下筒体，上筒体和下筒体之间通过喇叭口相连。反应器内设有火山口状的环形隔板，环形隔板中心上方设有与进液管相连的喷淋头，内筒体与环形隔板夹持形成环形集泥槽，虹吸排泥管两端连通环形集泥槽底部和反应器外侧。本发明可清除厌氧氨氧化反应器中的上浮污泥，解决浮泥堵塞管道，阻碍装置运行问题；反应器利用虹吸效应排除浮泥，无需外加动力，节省运行成本；反应器通过设置特殊结构，优化结构参数实现清浮泥的高效性和可控性。

Description

一种基于自动力清浮泥厌氧氨氧化反应器及其方法

技术领域

本发明涉及一种厌氧氨氧化反应器，尤其涉及一种基于自动力清浮泥厌氧氨氧化反应器及其方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展和人类生活水平的不断提高，含氮污染物所致的水体污染日益严重。2014年中国环境状况公报显示，我国废水氨氮排放总量高达238.5万吨；在十大流域的国控断面中，Ⅲ类以下的水质占28.8%；在开展营养状况监测的61个湖泊（水库）中，轻度富营养及中度富营养的水质占24.6%；地下水较差级及极差级的监测点占61.5%。其中，氮素是主要污染指标之一。废水脱氮迫在眉睫。

生物法是现代废水脱氮的主流技术。厌氧氨氧化技术是厌氧条件下，以氨氮为电子供体还原亚硝氮，生成氮气和少量硝氮，实现总氮去除（式1）的方法。与传统脱氮技术相比，厌氧氨氧化技术无需曝气及外加有机物，具有高效、经济、节能的优势，文献报道的厌氧氨氧化工艺负荷可高达100kg-N·m^-3·d^-1以上，近年来受到广泛关注。

在厌氧氨氧化颗粒污泥床反应器中，功能菌主要以颗粒污泥的形态存在。反应过程中，氨氮与亚硝氮反应产生氮气，尤其在高负荷下产气量很大，致使低密度污泥形成浮渣，堵塞管道，阻碍气体排放，影响工艺运行。解决浮泥问题已成为厌氧氨氧化工艺稳定运行的重要保障。在实验室及工程现场，多采用人工清渣或机械清渣，过程繁琐。有鉴于此，有必要设计一种自动力清浮泥厌氧氨氧化反应器，实现对浮泥的自动清除，且无需外加动力，经济高效地消除浮泥对反应器运行的影响。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，并提供一种自动力清浮泥厌氧氨氧化反应器。具体技术方案如下：

一种自动力清浮泥厌氧氨氧化反应器，反应器外壳包括上筒体和下筒体，且上筒体直径大于下筒体，上筒体和下筒体之间通过喇叭口相连；

上筒体内同轴设有内筒体，内筒体顶部密闭但设有排气口，底部与呈喇叭状外扩的挡泥板相连；内筒体内同轴设有火山口状的环形隔板，环形隔板无底无盖且底部外周与内筒体密闭相连；环形隔板中心上方设有与进液管相连的喷淋头，进液管上设有进液阀；内筒体与环形隔板夹持形成的环形集泥槽，虹吸排泥管穿过上筒体和内筒体两端连通环形集泥槽底部和反应器外侧，虹吸排泥管最高点连接有带虹吸破坏阀的虹吸破坏管；上筒体外壁上设有与上筒体内部贯通的溢流槽，溢流槽上设置出水口；

下筒体下部呈漏斗状，且底面上通有带阀门的底部排泥管；下筒体下部还设有进水布水器，进水布水器与进水管相连；

喇叭口侧壁上连接有带顶部排泥阀的顶部排泥管；

所述的环形集泥槽不采用内筒体与环形隔板夹持形成，而直接一体化成型。

所述的虹吸排泥管分为依次相连的水封段、虹吸段和下降段，水封段分为相连的弧形段和直管段，弧形段与环形隔板底部的圆弧相切，直管段与水平面呈45°倾角；虹吸段为一段半径为5~10cm的圆弧，分别与水封段的直管段和下降段相切，虹吸段和下降段相连处的切线与水平面间的倾角为30°。

所述的环形隔板高度为15~20cm，内筒体高于环形隔板顶部5~15cm，环形隔板最高点高于出水口1~5cm，虹吸排泥管管径为1.5~2.0cm，虹吸段内壁最高点高度低于环形隔板顶部但高于环形隔板高度的1/2~2/3，下降段最低点低于环形集泥槽底部，环形隔板顶部横截面与内筒体的横截面积之比为1/4~1/2。

所述的喷淋头位于环形隔板的中部正上方5~10cm处，喷淋头的喷淋角度为15°~75°。

所述的下降段末端连接软管，用于调整虹吸排泥管出口高度。

本发明的另一目的是提供一种使用所述反应器的自动力清浮泥厌氧氨氧化方法，包括如下步骤：

1）含氨氮/亚硝氮的废水由进水管，经进水布水器混合后进入反应器；由下而上经过由下筒体围成的反应区，反应区内放置含有厌氧氨氧化菌的颗粒污泥，在颗粒污泥的作用下，废水发生厌氧氨氧化反应，产生氮气；

2）经步骤1）处理后的出水、颗粒污泥、氮气的固液气混合物通过喇叭口进入上筒体，在挡泥板的作用下，氮气和颗粒污泥进入内筒体内部，其余液体进入由上筒体和内筒体夹持形成的沉淀区；沉淀区中的澄清的液体依次由溢流槽和出水口排出反应器；内筒体内部的反应过程产生的气体上升，经顶部中心的排气口排出反应器；内筒体内部上浮的污泥在环形隔板中心区域形成浮泥层，并滑落至环形集泥槽，从而流入虹吸排泥管；但此时，由于污泥的粘性，仅有部分浮泥进入集泥槽；

3）当虹吸排泥管中的泥水混合物达到水封段最高点或需要排泥时，打开进液阀，开启喷淋头，以15°~75°的喷淋角度向四周喷水，一方面将环形隔板中心区域的浮泥加速逐入四周环形集泥槽中，另一方面推动泥水混合物越过虹吸段最高点形成虹吸，清除浮泥；

4）浮泥清除完毕后，关闭喷淋头或者打开虹吸破坏阀停止虹吸；环形集泥槽用于继续收集上浮的污泥。

所述喷淋头的喷淋强度以喷淋后虹吸排泥管中能产生虹吸为准。

与现有厌氧氨氧化技术相比，本发明的有益效果是：1）将清泥区整合进反应器，能够定期去除反应器中的上浮污泥，解决厌氧氨氧化反应器浮泥堵塞管道，阻碍气体排放的严重问题，实现生物反应和清除浮泥的一体化；2）利用虹吸作用清除浮泥，无需外加动力，节省能耗；3）通过优化虹吸管道参数增强虹吸抽吸力，通过增设特殊结构的喷淋头和环形集泥槽提高清泥区的浮泥量，使除泥高效彻底；4）通过控制喷淋头的喷淋开关以及虹吸破坏阀可以随时开始或停止虹吸排泥，加大了排泥的人工可控性。

附图说明

图1是一种自动力清浮泥厌氧氨氧化反应器结构剖面图；

图2是图1中自动力清浮泥厌氧氨氧化反应器结构A-A剖面图；

图3是本发明的虹吸排泥管结构图。

图中：上筒体1、下筒体2、喇叭口3、内筒体4、挡泥板5、环形隔板6、环形集泥槽7、喷淋头8、进液管9、进液阀10、虹吸排泥管11、虹吸破坏管12、虹吸破坏阀13、溢流槽14、出水口15、排泥管16、进水布水器17、进水管18、顶部排泥阀19、顶部排泥管20和排气口21。

具体实施方式

如图1、2所示，一种自动力清浮泥厌氧氨氧化反应器，反应器外壳包括上筒体1和下筒体2，且上筒体1直径大于下筒体2，上筒体1和下筒体2之间通过喇叭口3相连。

上筒体1内同轴设有内筒体4，内筒体4顶部密闭但设有排气口21，底部与呈喇叭状外扩的挡泥板5相连；内筒体4内同轴设有火山口状的环形隔板6，环形隔板6无底无盖且底部外周与内筒体4密闭相连；环形隔板6中心上方设有与进液管8相连的喷淋头8，进液管9上设有进液阀10；内筒体4与环形隔板6夹持形成的环形集泥槽7有利于更好的收集浮泥，虹吸排泥管11穿过上筒体1和内筒体4两端连通环形集泥槽7底部和反应器外侧，虹吸排泥管11最高点连接有带虹吸破坏阀13的虹吸破坏管12；上筒体1外壁上设有与上筒体1内部贯通的溢流槽14，溢流槽14上设置出水口15。

下筒体2下部呈漏斗状，且底面上通有带阀门的底部排泥管16；下筒体2下部还设有进水布水器17，进水布水器17与进水管18相连。

喇叭口3侧壁上连接有带顶部排泥阀19的顶部排泥管20。

所述的环形集泥槽7不采用内筒体4与环形隔板6夹持形成，而直接一体化成型，相当于环形隔板6用一体化的环形集泥槽7代替，以增加强度和密封性。

如图3所示，所述的虹吸排泥管11分为依次相连的水封段A、虹吸段B和下降段C，水封段A分为相连的弧形段和直管段，弧形段与环形隔板6底部的圆弧相切，直管段与水平面呈45°倾角，在水封高度一定的情况下可以减少虹吸水量和加快虹吸形成时间；虹吸段B为一段半径为5~10cm的圆弧，分别与水封段A的直管段和下降段C相切，虹吸段B和下降段C相连处的切线与水平面间的倾角为30°，防止虹吸中断以及管道堵塞。

为储备足够的虹吸水量，所述的环形隔板6高度为15~20cm，内筒体4高于环形隔板6顶部5~15cm，用于形成气室，环形隔板6最高点比出水口15高1~5cm，虹吸排泥管11管径为1.5~2.0cm。在保证顺利排泥的前提下减少形成虹吸所需的水量，虹吸段B内壁最高点高度低于环形隔板6顶部但高于环形隔板6高度的1/2~2/3，在需要排泥时泥水混合液面可以顺利通过虹吸段B内壁最高点，形成虹吸，下降段C最低点低于环形集泥槽7底部，环形隔板6顶部与内筒体4的横截面积之比为1/4~1/2，以便于收集环形隔板6中心区域更多的浮泥。

所述的喷淋头8位于环形隔板6的中部正上方5~10cm处，喷淋头8的喷淋角度为15°~75°。喷淋过程中，喷淋水由中心向四周斜向喷洒，通过驱赶作用辅助环形隔板6中心区域的浮泥进入环形集泥槽7，提高清泥区的浮泥量，使除泥高效彻底。否则，浮泥由于其粘性不容易掉落进入环形集泥槽7，反而会在环形隔板中心富集并不断膨胀，对反应器的运行造成影响。

所述的下降段C末端连接软管，用于调整虹吸排泥管11出口高度。由于喷淋过程中，喷淋强度和反应器泥水混合物排出量要保持平衡方能使排泥过程不间断。喷淋强度由于受到供水量、管径等因素的影响，无法随时调整，因此通过软管可以便捷地对虹吸排泥管11出口高度进行调节，从而实时维持喷淋强度和反应器泥水混合物排出量的平衡。

本发明的另一目的是提供一种使用所述反应器的自动力清浮泥厌氧氨氧化方法，包括如下步骤：

1).含氨氮/亚硝氮的废水由进水管18，经进水布水器17混合后进入反应器；由下而上经过由下筒体2围成的反应区，反应区内放置含有厌氧氨氧化菌的颗粒污泥,在颗粒污泥的作用下，废水发生厌氧氨氧化反应，产生氮气；

2).经步骤1）处理后的出水、颗粒污泥、氮气的固液气混合物通过喇叭口3进入上筒体1，在挡泥板5的作用下，氮气和颗粒污泥进入内筒体4内部，其余液体进入由上筒体1和内筒体4夹持形成的沉淀区；沉淀区中的液体由溢流槽14和出水口15排出反应器；内筒体4内部的气体上升，经顶部中心的排气口21排出反应器；内筒体4内部上浮的污泥在环形隔板6中心区域形成浮泥层，并滑落至环形集泥槽7，从而流入虹吸排泥管11；

3）当虹吸排泥管11中的泥水混合物达到水封段A最高点或需要排泥时，打开进液阀10，开启喷淋头8，以15°~75°的喷淋角度向四周喷水，一方面将环形隔板6中心区域的浮泥加速逐入四周环形集泥槽7中，另一方面推动泥水混合物越过虹吸段B最高点形成虹吸，清除浮泥；

4）浮泥清除完毕后，关闭喷淋头8或者打开虹吸破坏阀13停止虹吸；环形集泥槽7用于继续收集上浮的污泥。

所述喷淋头8的喷淋强度以喷淋后虹吸排泥管11中能产生虹吸为准，可以通过能量守恒及流体力学相关计算得到。

Claims (8)

1.一种自动力清浮泥厌氧氨氧化反应器，其特征在于：反应器外壳包括上筒体（1）和下筒体（2），且上筒体（1）直径大于下筒体（2），上筒体（1）和下筒体（2）之间通过喇叭口（3）相连；

上筒体（1）内同轴设有内筒体（4），内筒体（4）顶部密闭但设有排气口（21），底部与呈喇叭状外扩的挡泥板（5）相连；内筒体（4）内同轴设有火山口状的环形隔板（6），环形隔板（6）无底无盖且底部外周与内筒体（4）密闭相连；环形隔板（6）中心上方设有与进液管（9）相连的喷淋头（8），进液管（9）上设有进液阀（10）；内筒体（4）与环形隔板（6）夹持形成环形集泥槽（7），虹吸排泥管（11）穿过上筒体（1）和内筒体（4）两端连通环形集泥槽（7）底部和反应器外侧，虹吸排泥管（11）最高点连接有带虹吸破坏阀（13）的虹吸破坏管（12)；上筒体（1）外壁上设有与上筒体（1）内部贯通的溢流槽（14），溢流槽（14）上设置出水口（15）；

下筒体（2）下部呈漏斗状，且底面上通有带阀门的底部排泥管（16）；下筒体（2）下部还设有进水布水器（17），进水布水器（17）与进水管（18）相连；

喇叭口（3）侧壁上连接有带顶部排泥阀（19）的顶部排泥管（20）。

2.如权利要求1所述的自动力清浮泥厌氧氨氧化反应器，其特征在于：所述的环形集泥槽（7）不采用内筒体（4）与环形隔板（6）夹持形成，而直接一体化成型。

3.如权利要求1所述的自动力清浮泥厌氧氨氧化反应器，其特征在于：所述的虹吸排泥管（11）分为依次相连的水封段（A）、虹吸段（B）和下降段（C），水封段（A）分为相连的弧形段和直管段，弧形段与环形隔板（6）底部的圆弧相切，直管段与水平面呈45°倾角；虹吸段（B）为一段半径为5~10cm的圆弧，分别与水封段（A）的直管段和下降段（C）相切，虹吸段（B）和下降段（C）相连处的切线与水平面间的倾角为30°。

4.如权利要求3所述的自动力清浮泥厌氧氨氧化反应器，其特征在于：所述的环形隔板（6）高度为15~20cm，内筒体（4）高于环形隔板（6）顶部5~15cm，环形隔板（6）最高点高于出水口（15）1~5cm，虹吸排泥管（11）管径为1.5~2.0cm，虹吸段（B）内壁最高点高度低于环形隔板（6）顶部但高于环形隔板（6）高度的1/2~2/3，下降段（C）最低点低于环形集泥槽（7）底部，环形隔板（6）顶部横截面与内筒体（4）的横截面积之比为1/4~1/2。

5.根据权利要求1所述的一种自动力清浮泥厌氧氨氧化反应器，其特征在于：所述的喷淋头（8）位于环形隔板（6）的中部正上方5~10cm处，喷淋头（8）的喷淋角度为15°~75°。

6.根据权利要求3所述的一种自动力清浮泥厌氧氨氧化反应器，其特征在于：所述的下降段（C）末端连接软管，用于调整虹吸排泥管（11）出口高度。

7.一种使用如权利要求1所述反应器的自动力清浮泥厌氧氨氧化方法，其特征在于包括如下步骤：

1）含氨氮/亚硝氮的废水由进水管（18），经进水布水器（17）混合后进入反应器；由下而上经过由下筒体（2）围成的反应区，反应区内放置含有厌氧氨氧化菌的颗粒污泥，在颗粒污泥的作用下，废水发生厌氧氨氧化反应，产生氮气；

2）经步骤1）处理后的出水、颗粒污泥、氮气的固液气混合物通过喇叭口（3）进入上筒体（1），在挡泥板（5）的作用下，氮气和颗粒污泥进入内筒体（4）内部，其余液体进入由上筒体（1）和内筒体（4）夹持形成的沉淀区；沉淀区中的液体由溢流槽（14）和出水口（15）排出反应器；内筒体（4）内部的气体上升，经顶部中心的排气口（21）排出反应器；内筒体（4）内部上浮的污泥在环形隔板（6）中心区域形成浮泥层，并滑落至环形集泥槽（7），从而流入虹吸排泥管（11）；

3）当虹吸排泥管（11）中的泥水混合物达到水封段（A）最高点或需要排泥时，打开进液阀（10），开启喷淋头（8），以15°~75°的喷淋角度向四周喷水，一方面将环形隔板（6）中心区域的浮泥加速逐入四周环形集泥槽（7）中，另一方面推动泥水混合物越过虹吸段（B）最高点形成虹吸，清除浮泥；

4）浮泥清除完毕后，关闭喷淋头（8）或者打开虹吸破坏阀（13）停止虹吸；环形集泥槽（7）用于继续收集上浮的污泥。

8.一种如权利要求7所述的自动力清浮泥厌氧氨氧化方法，其特征在于所述喷淋头（8）的喷淋强度以喷淋后虹吸排泥管（11）中能产生虹吸为准。