CN105330023B - 一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器 - Google Patents
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Abstract
一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器，包括反应器本体、底座、装在底座上的支架、进水管路和出水管路，反应器本体安装在所述的底座上，进水管路和所述的出水管路分别安装在支架上，反应器本体通过进水管路与外界水源连通，反应器本体内腔通过竖隔板分隔成第一腔和第二腔，第一腔从上到下依次分成一次进水区、短程硝化单元、厌氧氨氧化单元以及二次进水混合区；第二腔从下到上依次分成硫单质回收区、厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化单元、出水区和集气区。本发明的有益效果体现在：可同时脱氮除硫，占地面积较小；实现了百分百转化的同时达到了废物回收的目的，高效彻底；不需额外添加碳源，同时水流基本依靠重力，减少了动力消耗，经济合理。
Description
技术领域
本发明涉及一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器。
背景技术
随着工业快速发展及经济水平的显著提高，排放的废水趋向多样化，为了满足生态、经济等可持续性发展，必须对现代废水处理技术提出更高的要求。含硫废水中的硫化物有毒性、腐蚀性并伴随恶臭，含氨氮废水会消耗水体中的溶解氧，引起水体富营养化，两者都对环境造成巨大的危害。日益严格的废水排放标准给高氨氮、高含硫废水的处理带来巨大的挑战。
短程硝化/厌氧氨氧化/硫自养反硝化工艺是一种高度集成化的自养生物脱氮除硫工艺，该工艺所涉及的菌种均为自养型微生物，不需要外加有机碳源。当前的工艺设计中，一般仅使短程硝化工艺与厌氧氨氧化工艺相结合，实现高氨氮废水的生物处理，处理效果显著但处理基质有限，高含硫废水仍需额外工艺处理，会导致占地面积增大、基建费用增高。若将以上工艺集成在同一装置中进行，可减小占地面积、降低基建费用，同时废水中的污染物将被全部转化，也使废水中硫化物生成单质硫，实现废物资源化。因此，开发集成化自流式生物脱氮除硫反应器，具有重要的现实意义。
发明内容
为了克服现有工艺设备占地面积达、成本高、耗能大的问题，本发明提供了一种占地面积小，基质全部转化，能耗小的一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器。
本发明所述的一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器，包括反应器本体、底座、装在底座上的支架、进水管路和出水管路，所述的反应器本体安装在所述的底座上，所述的进水管路和所述的出水管路分别安装在所述的支架上，并且所述的反应器本体通过进水管路与外界水源连通，其特征在于：所述的反应器本体内腔通过竖隔板分隔成第一腔和第二腔，所述的第一腔从上到下依次分成一次进水区、用于填充轻质生物载体的短程硝化单元、用于填充悬浮填料的厌氧氨氧化单元以及二次进水混合区，所述的一次进水区上方设有与进水管路连通的锥形布水器；所述的厌氧氨氧化单元设有第一排泥口，所述的二次进水混合区与进水管路连通；所述的第二腔从下到上依次分成硫单质回收区、用于填装颗粒污泥的厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化单元、出水区和集气区，所述的二次进水混合区与所述的硫单质回收区之间的竖隔板为穿孔板；所述的硫单质回收区配有带控制阀门的第二排泥口，所述的出水区外部配有出水槽，并且所述的出水槽出水口与所述的出水管路连通；所述的集气区顶部配有带排气口的活动盖板；所述的活动盖板与所述的出水区溢流堰之间的间隙作为液体流出口流入出水槽内。
进一步，所述的一次进水区的上部配有曝气装置，所述的曝气装置包括曝气管、中空曝气导引管和曝气头，所述的中空曝气导引管通过紧固件固定于所述的支架上，其中所述的中空曝气引导管一端与曝气管连通，另一端装有曝气头。
进一步，所述的进水管路包括进水总管、第一进水管和第二进水管，所述的进水总管一端与外部水源连通，另一端通过三通分别与第一进水管的进水端、第二进水管的进水端连通，其中第一进水管的出水端装有锥形布水器，第二进水管的出水端与二次进水混合区连通。
进一步，所述的厌氧氨氧化单元底部左侧设置有带控制阀门的第一排泥口；所述的二次进水混合区上部左侧设置有第二进水管；所述的硫单质回收区底部右侧设置有带控制阀门的第二排泥口。
进一步，所述的反应器本体呈长方体，反应器本体的高、长、宽比为3.3～4.3：3～3.9：1，且所述的一次进水区、短程硝化单元、厌氧氨氧化单元、二次进水混合区、硫单质回收区、厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化单元、出水区、集气区的体积比为0.07～0.1：1:2:3～4:0.05～0.08：6～7：0.4～1：0.02～0.05。
进一步，所述的短程硝化单元设置有中空玻璃微珠生物膜载体；所述的中空玻璃微珠生物膜载体相对于水的比重为0.1～0.3；所述的中空玻璃微珠的总投加量以短程硝化单元总体积计为100～200g/L；所述的厌氧氨氧化单元内有悬浮填料，所述的悬浮填料为聚亚安酯海绵载体；所述的聚亚安酯海绵载体形状为正方体；所述的聚亚安酯海绵载体相对于水的比重为0.3～0.6；所述的聚亚安酯海绵载体的总投加量占厌氧氨氧化单元总体积的20％～40％。
进一步，所述的短程硝化单元和厌氧氨氧化单元之间、厌氧氨氧化单元和二次进水混合区之间都设置截留板；
进一步，所述的截留板内设置截留孔，孔径为5～8mm。
进一步，所述的竖隔板的底部为穿孔板，其中所述的穿孔板设置在所述的二次进水混合区和所述的硫单质回收区之间，保持二次进水混合区与硫单质回收区连通。
进一步，所述的穿孔板位于反应器本体的底部，穿孔板高度为二次进水混合区高度的0.6～0.8倍，穿孔板内设置截留圆孔，孔径为2.0～2.5mm。
本发明所述的一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器，它可由有机玻璃或者钢板制作。轻质生物载体从反应器本体顶部直接投加。三种反应承上启下，延长了处理周期，废水中物质经历周期内多种反应，转化效果显著提升。本发明曝气所用的所述的曝气管穿过中空曝气导引管与曝气头相连，可将中空曝气导引管和紧固件二者上下、左右、前后联合调节或根据实际需要部分调节从而有效地控制曝气头所处的位置，并通过上下调节中空曝气导引管能够有效地控制中空玻璃微珠生物膜载体位置，从而控制短程硝化反应。其运行方式如下：废水由锥形布水器进入后，在曝气作用下，上升气流与下降水流相互接触，两相高速循环流动，在反应区产生强烈搅动作用，经轻质生物载体表面附着的氨氧化菌生物膜的催化，废水中的部分氨氮生成亚硝氮；包含残留的氨氮、亚硝氮及含硫化合物的废水依靠重力从短程硝化单元进入厌氧氨氧化单元，经悬浮填料表面和内部附着的厌氧氨氧化菌催化，氨氮和亚硝氮进行厌氧氨氧化反应，生成的废水中包含硝氮并伴随着未处理的含硫化合物；废水继续依靠重力流动，与二次进水混合区进水充分混合，废水中混合着氨氮、亚硝氮、硝氮及含硫化合物，后依靠推力进入厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化单元，在脱氮硫杆菌和厌氧氨氧化菌的协同催化作用下，氨氮、亚硝氮、硝氮和硫化物反应最终生成硫单质及氮气，实现同步脱氮除硫。硫单质经第二排泥口排出后回收利用，氮气进入集气区经排气口排出，出水经溢流堰进入出水槽，通过出水管路排出反应器本体。在单一反应器集成短程硝化、厌氧氨氧化及厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化工艺，反应器设置上下两处进水口向反应器传输废水(基质为：氨氮、硫化物，氨氮与硫化物比为(5～8)：1)，提升处理水量的同时又使反应更高效；其次截留板与穿孔板的设置提升了系统的稳定性及系统内污泥滞留能力；另外，轻质载体及填料的设置使反应器具有较高的生物量。因此，本发明在单一反应器中通过三种不同的反应，完成了高氨氮、高含硫废水的高效、绿色、经济地脱氮除硫，同时凸显了集成化反应器占地面积小、基建成本低等优势。
本发明的有益效果体现在：1)反应器集成了短程硝化工艺、厌氧氨氧化工艺、厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化工艺，可同时实现废水脱氮除硫，占地面积较小。2)三种反应承上启下，充分利用基质，氨氮和硫化物全部转化为氮气与硫单质，实现了百分百转化的同时达到了废物回收的目的，高效彻底，真正做到了绿色环保；3)主要依靠自养反硝化，不需额外添加碳源，同时水流基本依靠重力，减少了动力消耗，经济合理。
附图说明
图1是本发明的结构图(沿反应器本体长度方向)。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明
参照附图：
实施例1本发明所述的一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器，包括反应器本体1、底座2、装在底座上的支架3、进水管路和出水管路，所述的反应器本体1安装在所述的底座2上，所述的进水管路和所述的出水管路分别安装在所述的支架3上，并且所述的反应器本体1通过进水管路与外界水源连通，所述的反应器本体1内腔通过竖隔板分隔成第一腔和第二腔，所述的第一腔从上到下依次分成一次进水区4、用于填充轻质生物载体的短程硝化单元5、用于填充悬浮填料的厌氧氨氧化单元6以及二次进水混合区7，所述的一次进水区4上方设有与进水管路连通的锥形布水器9；所述的厌氧氨氧化单元6设有第一排泥口14，所述的二次进水混合区7与进水管路连通；所述的第二腔从下到上依次分成硫单质回收区17、用于填装颗粒污泥的厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化单元18、出水区19和集气区20，所述的二次进水混合区7与所述的硫单质回收区17之间的竖隔板为穿孔板22；所述的硫单质回收区17配有带控制阀门的第二排泥口21，所述的出水区19外部配有出水槽24，并且所述的出水槽24出水口25与所述的出水管路26连通；所述的集气区20顶部配有带排气口28的活动盖板27；所述的活动盖板27与所述的出水区19溢流堰23之间的间隙作为液体流出口流入出水槽24内。
进一步，所述的一次进水区4的上部配有曝气装置，所述的曝气装置包括曝气管10、中空曝气导引管11和曝气头12，所述的中空曝气导引管11通过紧固件13固定于所述的支架3上，其中所述的中空曝气引导管11一端与曝气管10连通，另一端装有曝气头12。
进一步，所述的进水管路包括进水总管、第一进水管8和第二进水管15，所述的进水总管一端与外部水源连通，另一端通过三通分别与第一进水管8的进水端、第二进水管15的进水端连通，其中第一进水管8的出水端装有锥形布水器9，第二进水管15的出水端与二次进水混合区7连通。
进一步，所述的厌氧氨氧化单元6底部左侧设置有带控制阀门的第一排泥口14；所述的二次进水混合区7上部左侧设置有第二进水管15；所述的硫单质回收区17底部右侧设置有带控制阀门的第二排泥口21。
进一步，所述的反应器本体1呈长方体，反应器本体1的高、长、宽比为3.3～4.3：3～3.9：1，且所述的一次进水区4、短程硝化单元5、厌氧氨氧化单元6、二次进水混合区7、硫单质回收区17、厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化单元18、出水区19、集气区20的体积比为0.07～0.1：1:2:3～4:0.05～0.08：6～7：0.4～1：0.02～0.05。
第一腔和第二腔沿反应器本体的长度的方向从左向右排列。
进一步，所述的短程硝化单元5设置有中空玻璃微珠生物膜载体；所述的中空玻璃微珠生物膜载体相对于水的比重为0.1～0.3；所述的中空玻璃微珠的总投加量以短程硝化单元总体积计为100～200g/L；所述的厌氧氨氧化单元6内有悬浮填料，所述的悬浮填料为聚亚安酯海绵载体；所述的聚亚安酯海绵载体形状为正方体；所述的聚亚安酯海绵载体相对于水的比重为0.3～0.6；所述的聚亚安酯海绵载体的总投加量占厌氧氨氧化单元总体积的20％～40％。
进一步，所述的短程硝化单元5和厌氧氨氧化单元6之间、厌氧氨氧化单元6和二次进水混合区7之间都设置截留板16；
进一步，所述的截留板16内设置截留孔，孔径为5～8mm。
进一步，所述的竖隔板的底部为穿孔板22，其中所述的穿孔板22设置在所述的二次进水混合区7和所述的硫单质回收区17之间，保持二次进水混合区7与硫单质回收区17连通。
进一步，所述的穿孔板22位于反应器本体1的底部，穿孔板22高度为二次进水混合区7高度的0.6～0.8倍，穿孔板22内设置截留圆孔，孔径为2.0～2.5mm。
首先，在单一反应器集成短程硝化、厌氧氨氧化及厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化工艺，反应器设置上下两处进水口向反应器传输废水(基质为：氨氮、硫化物，氨氮与硫化物比为(5～8)：1)，提升处理水量的同时又使反应更高效；其次截留板与穿孔板的设置提升了系统的稳定性及系统内污泥滞留能力；另外，轻质载体及填料的设置使反应器具有较高的生物量。因此，本发明在单一反应器中通过三种不同的反应，完成了高氨氮、高含硫废水的高效、绿色、经济地脱氮除硫，同时凸显了集成化反应器占地面积小、基建成本低等优势。
本发明所述的一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器，它可由有机玻璃或者钢板制作。轻质生物载体从反应器本体1顶部直接投加。三种反应承上启下，延长了处理周期，废水中物质经历周期内多种反应，转化效果显著提升。本发明曝气所用的所述的曝气管10穿过中空曝气导引管11与曝气头12相连，可将中空曝气导引管11和紧固件13二者上下、左右、前后联合调节或根据实际需要部分调节从而有效地控制曝气头所处的位置，并通过上下调节中空曝气导引管11能够有效地控制中空玻璃微珠生物膜载体位置，从而控制短程硝化反应。其运行方式如下：废水由锥形布水器9进入后，在曝气作用下，上升气流与下降水流相互接触，两相高速循环流动，在反应区产生强烈搅动作用，经轻质生物载体表面附着的氨氧化菌生物膜的催化，废水中的部分氨氮生成亚硝氮；包含残留的氨氮、亚硝氮及含硫化合物的废水依靠重力从短程硝化单元5进入厌氧氨氧化单元6，经悬浮填料表面和内部附着的厌氧氨氧化菌催化，氨氮和亚硝氮进行厌氧氨氧化反应，生成的废水中包含硝氮并伴随着未处理的含硫化合物；废水继续依靠重力流动，与二次进水混合区7进水充分混合，废水中混合着氨氮、亚硝氮、硝氮及含硫化合物，后依靠推力进入厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化单元，在脱氮硫杆菌和厌氧氨氧化菌的协同催化作用下，氨氮、亚硝氮、硝氮和硫化物反应最终生成硫单质及氮气，实现同步脱氮除硫。硫单质经第二排泥口21排出后回收利用，氮气进入集气区20经排气口28排出，出水经溢流堰23进入出水槽24，通过出水管路26排出反应器本体1。
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)
1.一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器，包括反应器本体、底座、装在底座上的支架、进水管路和出水管路，所述的反应器本体安装在所述的底座上，所述的进水管路和所述的出水管路分别安装在所述的支架上，并且所述的反应器本体通过进水管路与外界水源连通，其特征在于：所述的反应器本体内腔通过竖隔板分隔成第一腔和第二腔，所述的第一腔从上到下依次分成一次进水区、用于填充轻质生物载体的短程硝化单元、用于填充悬浮填料的厌氧氨氧化单元以及二次进水混合区，所述的一次进水区上方设有与进水管路的第一进水管连通的锥形布水器；所述的厌氧氨氧化单元设有第一排泥口，所述的二次进水混合区配有与进水管路连通的第二进水管；所述的第二腔从下到上依次分成硫单质回收区、用于填装颗粒污泥的厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化单元、出水区和集气区，所述的二次进水混合区与所述的硫单质回收区之间的竖隔板为穿孔板；所述的硫单质回收区配有带控制阀门的第二排泥口，所述的出水区外部配有出水槽，并且所述的出水槽出水口与所述的出水管路连通；所述的集气区顶部配有带排气口的活动盖板；所述的活动盖板与所述的出水区溢流堰之间的间隙作为液体流出口流入出水槽内。
2.如权利要求1所述的一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器，其特征在于：所述的一次进水区的上部配有曝气装置，所述的曝气装置包括曝气管、中空曝气导引管和曝气头，所述的中空曝气导引管通过紧固件固定于所述的支架上，其中所述的中空曝气引导管一端与曝气管连通，另一端装有曝气头。
3.如权利要求2所述的一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器， 其特征在于：所述的进水管路包括进水总管、第一进水管和第二进水管，所述的进水总管一端与外部水源连通，另一端通过三通分别与第一进水管的进水端、第二进水管的进水端连通，其中第一进水管的出水端装有锥形布水器，第二进水管的出水端与二次进水混合区连通。
4.如权利要求3所述的一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器，其特征在于：所述的厌氧氨氧化单元底部左侧设置有带控制阀门的第一排泥口；所述的二次进水混合区上部左侧设置有第二进水管；所述的硫单质回收区底部右侧设置有带控制阀门的第二排泥口。
5.如权利要求1所述的一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器，其特征在于：所述的反应器本体呈长方体，反应器本体的高、长、宽比为3.3～4.3：3～3.9：1，且所述的一次进水区、短程硝化单元、厌氧氨氧化单元、二次进水混合区、硫单质回收区、厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化单元、出水区、集气区的体积比为0.07～0.1：1:2:3～4:0.05～0.08：6～7：0.4～1：0.02～0.05。
6.如权利要求5所述的一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器，其特征在于：所述的短程硝化单元设置有中空玻璃微珠生物膜载体；所述的中空玻璃微珠生物膜载体相对于水的比重为0.1～0.3；所述的中空玻璃微珠的总投加量以短程硝化单元总体积计为100～200g/L；所述的厌氧氨氧化单元内有悬浮填料，所述的悬浮填料为聚亚安酯海绵载体；所述的聚亚安酯海绵载体形状为正方体；所述的聚亚安酯海绵载体相对于水的比重为0.3～0.6；所述的聚亚安酯海绵载体的总投加量占厌氧氨氧化单元总体积的20％～40％。
7.如权利要求6所述的一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器，其特征在于：所述的短程硝化单元和厌氧氨氧化单元之间、厌氧氨氧化单元和二次进水混合区之间都设置截留板。
8.如权利要求7所述的一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器，其特征在于：所述的截留板内设置截留孔，孔径为5～8mm。
9.如权利要求1所述的一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器，其特征在于：所述的竖隔板的底部为穿孔板，其中所述的穿孔板设置在所述的二次进水混合区和所述的硫单质回收区之间，保持二次进水混合区与硫单质回收区连通。
10.如权利要求9所述的一种集成化自流式生物脱氮除硫反应器，其特征在于：所述的穿孔板位于反应器本体的底部，穿孔板高度为二次进水混合区高度的0.6～0.8倍，穿孔板内设置截留圆孔，孔径为2.0～2.5mm。
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