CN105585119B - 一种硝化反硝化两相膨胀床反应器及污水处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硝化反硝化两相膨胀床反应器及污水处理工艺。膨胀床反应器包括反应器、溶氧器、循环泵及附属管线；其中反应器为立式筒形结构，自下而上分别为底部配水区、好氧反应区、二次配水区、缺氧反应区和出水区；好氧反应区和缺氧反应区内填装小粒径填料，二次配水区设有收缩—扩张式整流环，出水区设有三相分离器。采用上述膨胀床反应器，硝化、反硝化在一个反应器内进行，生化与溶氧过程独自完成，生化处理负荷高，设备占地小，节省投资及运行费用。

Description

一种硝化反硝化两相膨胀床反应器及污水处理工艺

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，更具体地说，涉及一种用于污水深度处理的硝化反硝化两相膨胀床反应器及污水处理工艺。

背景技术

硝化反硝化是污水脱氮处理最常用的生化工艺，硝化是通过微生物好氧生化反应将污水中氨氮氧化为硝酸盐，反硝化是通过微生物缺氧生化反应将硝酸盐还原为氮气。

常用的污水脱氮可分为前置反硝化和后置反硝化两类，前置反硝化需要大量的混合液回流，脱氮效率受限，后置反硝化需要补充碳源，继而要在反硝化单元后设置进一步去除有机物的设施。这两种脱氮工艺都需要分别设置硝化单元和反硝化单元，投资高，运行费用高。

按微生物的生长形态，可以将生化反应分为活性污泥法和生物膜法，由于硝化过程微生物生长慢，采用生物膜法更利于硝化菌的生长；对于后置反硝化工艺，进入反硝化阶段的污水中有机物浓度通常较低，能够生长的反硝化微生物数量较少，采用生物膜工艺比活性污泥法更有利，如应用较多的曝气池加装塑料填料的泥膜工艺和采用陶粒填料的曝气生物滤池工艺等，但此类工艺仍存在以下弊端：(1)塑料材质的填料不易挂膜，微生物附着量少；(2)陶粒等无机材料的填料容易挂膜，但由于采用固定床运行，经常发生填料层局部堵塞，进而导致水流短路，影响处理效果。

近年来出现了一种三相流化床工艺用于污水处理，根据不同的控制条件可实现去除COD、硝化等功能，其基本构造是在筒形反应器内装设一个内筒，在内筒中进行供风曝气，在气提作用下使反应器内产生液流循环，内筒液流向上流动，内筒与反应器壁之间的环隙液流向下流动，反应器内填装的轻质填料可随水流流动，与传统生化反应器相比，生物膜量和传质效率得以提高。但这种三相流化床仍存在一定的不足：(1)内循环流量取决于供风量，溶解氧量也取决于供风量，为实现填料流化，供风量必须足够大，反应器中的溶解氧通常难以控制在反硝化需要的较低浓度；(2)内循环的驱动能量来源是气体在上升过程中膨胀做功，能量利用率低，导致运行费用高。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于污水深度处理的硝化反硝化两相膨胀床反应器及污水处理工艺。

本发明的一种硝化反硝化两相膨胀床反应器是这样实现的：

一种硝化反硝化两相膨胀床反应器，所述反应器包括反应器a、溶氧器b、循环泵c及附属管线；

所述反应器a采用上大下小的两段立式筒形结构，横截面为圆形，自下而上分别为底部配水区101、好氧反应区102、二次配水区103，缺氧反应区104 和出水区105；

所述底部配水区101以滤板11和所述好氧反应区102相隔，所述滤板11 上安装滤头12；

所述好氧反应区102和所述缺氧反应区104均为空腔构造，内部填装颗粒填料；

所述二次配水区103的中部设有收缩—扩张式整流环14，所述整流环14与二次配水区103的内壁形成的环隙为布水布气空间，环绕所述整流环14收缩段的内壁设置水平布水环管24，布水环管24底部等距离开布水孔；

所述出水区105上粗下细，与所述缺氧反应区104通过喇叭口形过度段连接，在所述出水区105的中心位置设置三相分离器16，所述出水区105顶部周边设置集水槽17；在所述出水区105侧壁上部设置与集水槽17联通的出水口；在所述缺氧反应区104侧壁上部设置排泥口；

底部配水区101侧壁上部设置进风口，下部设置进水口和回流水进口；二次配水区103侧壁上部设置进风口，下部设置回流水进口；好氧反应区102侧壁顶部设置溶解氧测定仪25；

所述溶氧器b为筒形结构，横截面为圆形或矩形，靠近底部的位置内设置曝气器28，并以所述曝气器28为界，上部为溶氧区201，下部为回流区202；所述溶氧器b的顶部设置进水口，低于进水口设置溢流排水口，所述曝气器28 处设置进风口，供风管路上设有风量调节阀27，所述风量调节阀27与所述溶解氧测定仪25连锁；所述溶氧器b的底部设置回流出水口和排泥口；

所述管线设置：污水进水与底部配水区101的所述进水口管线连通；碳源进水与二次配水区103的所述布水环管24相接；出水区105的所述出水口与溶氧器b的所述进水口管线连通；溶氧器b的所述回流出水口与循环泵c进口管线连通；循环泵c出口与底部配水区101的所述回流水进口、二次配水区103 的所述回流水进口管线连通；外设空气源分别与底部配水区101的所述进风口、二次配水区103的所述进风口、溶氧器b的所述进风口连通；溶氧器b的所述溢流排水口连接系统出水管。

在具体实施时，

所述整流环14的上部开设布气条孔14-1，所述布气条孔14-1沿整流环14 周边均布；所述整流环14的下部开设布水条孔14-2，所述布水条孔14-2沿整流环14周边均布。

所述三相分离器16由中心管16-1和由上下叠置的扩口罩体：上部罩体16-2 与下部罩体16-3组成；所述上部罩体16-2和所述下部罩体16-3的扩口端向下；所述上部罩体16-2的缩口端与所述中心管16-1的下端口连接，所述上部罩体 16-2与所述下部罩体16-3之间构成过流通道；

所述好氧反应区102或所述缺氧反应区104填装陶粒颗粒填料、活性炭颗粒填料、木质颗粒填料或橡胶颗粒填料；

所述好氧反应区102或所述缺氧反应区104填装的填料粒径为2～4mm、 3～5mm或4～6mm。

所述好氧反应区102填料层静态厚度与横截面直径之比1.5～5；所述缺氧反应区104填料层静态厚度与横截面直径之比1.5～5。

采用本发明两相膨胀床反应器的污水处理工艺是这样实现的：

污水处理工艺依次包括：运行阶段、反洗阶段和排泥阶段；

(1)运行阶段

底部配水区101的底部进水阀18、二次配水区103的中部进水阀20、底部配水区101的底部回流阀22、溶氧器b的溶氧器回流阀29、循环泵c的循环泵出水阀30均开启，风量调节阀27处于自动控制状态，其余阀门均关闭，循环泵c运行；

污水进水通过污水进水管1与循环泵c来的循环水进入所述底部配水区 101，经所述滤头12进入所述好氧反应区102，所述好氧区填料13上生长有好氧微生物；向上的水流使好氧反应区102内的所述填料颗粒处于流化状态；

碳源进水通过所述布水环管24进入所述二次配水区103，与来自所述好氧反应区102的水流混合后，进入所述缺氧反应区104，所述缺氧区填料15上生长有反硝化微生物；向上的水流使缺氧反应区104内的所述填料颗粒处于流化状态；

向上水流经过所述缺氧反应区104后进入所述出水区105，流入所述集水槽 17，经出水管3进入所述溶氧器b；所述好氧反应区102产生的CO₂气体和所述缺氧反应区104产生的N₂随水流向上流动，上升的气泡被所述三相分离器16 的下部罩体16-3、上部罩体16-2截留，汇集到中心管16-1后排入大气；

在所述溶氧器b中，与所述污水进水及所述碳源进水等量的水流从上部溢流，通过系统出水管6外排，其余的循环水流继续向下流动，在所述溶氧区201 与所述曝气器28产生的气泡逆流传质，进入所述回流区202，并通过溶氧器回流水管4进入循环泵c，返回反应器a的所述底部配水区101；所述溶氧器b的溶氧供风量依据所述溶解氧测定仪25测得的溶解氧浓度通过调节所述风量调节阀27的开度进行控制；

(2)反洗阶段

a、好氧区-缺氧区填料联合反洗

底部配水区101的底部供风阀19、底部配水区101的所述底部回流阀22、溶氧器b的所述溶氧器回流阀29、循环泵c的所述循环泵出水阀30均开启，其余阀门关闭，循环泵c运行；反洗进行一定时间后，停止所述反应器a进风和循环水回流，进入排泥阶段；

b、缺氧区填料单独反洗

二次配水区103的中部供风阀21、二次配水区103的中部回流阀23、溶氧器b的所述溶氧器回流阀29、循环泵c的所述循环泵出水阀30均开启，其余阀门关闭，循环泵c运行；反洗进行一定时间后，停止所述反应器a进风和循环水回流，进入排泥阶段；

(3)排泥阶段

关闭所有阀门，停运所述循环泵c，静置，使反应器a的所述出水区105、溶氧器b内的污泥沉淀，开启反应器排泥阀33排出所述出水区105沉淀的污泥，开启溶氧器排泥阀32排出溶氧器b沉淀的污泥。

在具体实施时，所述溶解氧测定仪25的溶解氧浓度控制在0.2mg/L～ 0.5mg/L。

(1)在运行阶段

污水来水通过污水进水管1进入反应器a底部配水区101，碳源进水通过碳源进水管2进入反应器a二次配水区103，处理系统的出水通过溶氧器b上部的系统出水管6排出。

循环泵c排出的循环水流进入反应器a的底部配水区101，并通过滤头12 使水流在截面上分布均匀后进入好氧反应区102；当上向水流流速达到一定程度后，反应器a内的颗粒填料发生流化，即填料颗粒由堆积状态变化为随水流浮动的状态，整个填料床层厚度增加，床层膨胀；在水流筛选作用下，较小粒径的填料颗粒移动到填料层上部，较大粒径的填料颗粒则移动到填料层下部，整体上看缺氧反应区104的填料粒径将小于好氧反应区102填料。

在二次配水区103，由于整流环14的收缩使过水断面减小，流速进一步增加，在更高流速的水流作用下，二次配水区103内的填料颗粒绝大部分被向上顶托，由于整流环14的扩口使水流流速又减小，流速减小到一定程度后填料颗粒不再向上运动，而是基本稳定在这个位置，缺氧反应区104填料层底面也动态的稳定在这个位置，这样在二次配水区103内，只有少量粒径较大的填料颗粒以浮动状态存在，液相占据二次配水区103的大部分，由布水环管24进入的碳源进水与大比例回流水在二次配水区103内瞬间混合均匀。在缺氧反应区104 内，由于水流流速基本与好氧反应区102相近，其中的填料颗粒也处于流化状态，区别在于好氧反应区102填料层由滤板11承托，而缺氧反应区104填料层由上向水流承托。

水流经过缺氧反应区104后进入出水区105，由于出水区105截面面积大于反应区，水流流速减小，不能使填料颗粒产生流化，水流夹带个别填料颗粒也经三相分离器16与出水区筒壁的环状间隙下沉至缺氧反应区104，因此保证了出水区105流出的水流中不夹带填料颗粒，避免填料的流失。出水区105内上向水流流入集水槽17，并通过膨胀床反应器出水管3进入溶氧器b。

在溶氧器b中，与污水进水及碳源进水等量的水流从上部溢流，通过系统出水管6外排，其余的循环水流继续向下流动，与曝气器28产生的气泡逆流传质，实现氧从空气向循环水流的传递，当循环水流到达曝气器28的位置时，水中溶解氧的浓度也达到最高，继续向下流动进入回流区202，并通过溶氧器回流水管4进入循环泵，进而完成处理整个系统的水流循环。

污水在本处理系统中生化过程如下：

待处理污水和溶氧的回流水进入反应器a底部配水区101，回流水量通常远大于污水水量，二者在底部配水区101混合后一并通过滤头12进入好氧反应区 102，好氧区填料13上生长的好氧微生物(包括分解有机物的异氧菌和氧化氨氮的硝化菌)将有机物分解为CO₂和水、将氨氮氧化为硝酸盐；由于小颗粒填料巨大的比表面积可以附着生长大量的微生物，较大的水流流速加速了生化反应传质，使得好氧反应区102的反应速率得以提高；当水流穿过好氧反应区102 后，水中的溶解氧由于生化反应而消耗，在好氧反应区102顶部设置的溶解氧测定仪25可随时测定水流的溶解氧浓度，并控制溶氧器b供风管风量调节阀27 的开度，进而控制溶氧供风量，使穿过好氧反应区102水流中溶解氧控制在 0.2～0.5mg/L之间，为后续的缺氧生化反应创造条件。

上升水流进入二次配水区103后，根据需要可由碳源进水管2补充反硝化需要的碳源，补充的碳源进水进入布水环管24，再由环管底部的开孔流出，向下流出的碳源进水与向上流动的大量循环回流水瞬间混合均匀，由二次配水区 103进入缺氧反应区104。由于进入缺氧反应区104的水流中存在硝酸盐和反硝化需要的碳源，水中溶解氧也控制在缺氧状态，缺氧反应区104填料上生长的反硝化微生物就可以将水中硝酸盐还原为氮气，实现反硝化反应；与好氧反应区102相类似，高比表面积的颗粒填料，优良的传质条件可有效提高缺氧反应速率，水流通过缺氧反应区104后即实现了硝化反硝化反应，脱除了污水中的氮。

好氧反应区102产生的CO₂气体和缺氧反应区104产生的N₂都随水流向上流动，进入出水区105后，上升的气泡被三相分离器16下部罩体16-3、上部罩体16-2截留，汇集到中心管16-1后排入大气。

(2)在反洗阶段

两相膨胀床反应器经过一定时间的运行后，填料颗粒上生长的生物膜厚度增加，过厚的生物膜会导致填料颗粒的粘连或结团，影响生化反应的正常进行，因此应定期将过厚的生物膜脱除。本发明通过填料层反洗措施实现过厚生物膜的脱除；可以实现好氧区填料13与缺氧区填料15联合反洗或缺氧区填料15单独反洗，以适应缺氧反应区104生物膜生长较快的状况。

a、好氧区-缺氧区填料联合反洗

反洗阶段与运行阶段对比，本阶段特点是处理系统不进水不排水，循环水回流正常运行；溶氧器不供风，反应器a底部配水区101供风。

进入反应器a的回流水和空气一并通过滤头12进入好氧反应区102、二次配水区103、缺氧反应区104；由于气泡的扰动强度远高于水流，使流化状态的填料颗粒产生快速的运动，填料颗粒之间碰撞产生较强烈的摩擦，填料上生长的生物膜通过摩擦脱落，实现过厚生物膜的剥离。

由于反洗供风来自反应器a底部配水区101，该反洗过程同步实现了好氧区填料层13和缺氧区填料层15的生物膜剥离，剥离后的生物膜随上升水流进入出水区105，进入出水区105的还有反洗气体，水、气、泥三相经过三相分离器 16后分离，气体被三相分离器16下部罩体16-3、上部罩体16-2截留，汇集到中心管16-1后排入大气，水和泥则通过三相分离器16与分离区筒壁之间的环形间隙上升，并溢流进入集水槽17。

b、缺氧区填料单独反洗

缺氧区填料单独反洗适合于缺氧区生物膜生长过快的情况，实际运行中可与好氧区填料—缺氧区填料联合反洗交替进行。

操作过程如下：膨胀床反应器二次配水区103中部供风阀21、二次配水区 103中部回流阀23、溶氧器回流阀29、循环泵出水阀30均开启，其余阀门均关闭；循环泵c运行。

与好氧区填料—缺氧区填料联合反洗对比，本阶段特点是：反洗气体和循环水流只经过缺氧反应区104，不经过好氧反应区102。反洗空气和回流水都进入整流环14与膨胀床反应器筒体10围成的环形空间，该环形空间分为气和水两部分，气在上，水在下，气体再通过整流环14上的上部条孔14-1进入二次配水区103中心区，水则通过整流环14上的下部条孔14-2进入二次配水区103 中心区，反洗气体与循环水流混合后通过缺氧区填料层，对填料上过厚的生物膜进行擦洗，实现脱膜，其原理及过程与联合反洗相同。

(3)在排泥阶段

排泥阶段接续在反洗阶段之后，目的是将反洗过程产生的生物膜排出处理系统。关闭所有阀门，停运所述循环泵c，静置，使反应器a的所述出水区105、溶氧器b内的污泥沉淀，开启反应器排泥阀33排出所述出水区105沉淀的污泥，开启溶氧器排泥阀32排出溶氧器b沉淀的污泥。当反应器a底部配水区101的内污泥浓度较高时，开启反应器泄水阀34将污泥排出系统。

本发明的两相膨胀床生化工艺相关条件及参数如下：

(1)溶氧量不小于生化过程需氧量

Do≥Ro

D_O——溶氧器溶氧量，根据气液传质过程计算，g/h；

R_O——好氧反应区102生化需氧量，包括碳化过程和硝化过程，g/h；

(2)膨胀床反应器内循环水流使填料层处于膨胀状态

Qc≥A₀U_C

Q_c——生化系统循环流量，m³/h；

A₀——膨胀床反应器填料区横截面积，m²；

u_c——膨胀床反应器填料的临界流化速度，根据试验确定，m/h；

本发明的两相膨胀床反应器及污水处理工艺具有以下特点：

(1)硝化、反硝化共同在膨胀床反应器中完成，与常规硝化反硝化相比，节省投资和占地；

(2)生化反应和溶氧分开完成，独立控制，避免了传统生化工艺中溶氧、生化在一个空间内进行所造成的相互干扰，可以同步实现生化反应过程和溶氧过程的优化运行；

(3)采用小颗粒填料，比表面积大，可有效提高单位体积填料内的微生物量，进而提高反应器的容积负荷；

(4)填料床正常运行时处于膨胀状态，避免固定床可能产生的水流短路；固、液两相的流态有利于微生物的生长和传质，提高生物反应效率；

(5)在两相膨胀床反应器内设置三相分离器，可避免反硝化产生N₂对出水的扰动以及反洗脱膜过程中细小颗粒填料随水流流失；

(6)采用强制水流循环，提高生物反应过程的稳定性和抗冲击性；

(7)依靠水力条件实现好氧反应区和缺氧反应区的自动分层，膨胀床反应器构造简单；

(8)生物膜增殖较快的缺氧反应区填料层可单独进行反洗脱膜，运行方式灵活。

(9)膨胀床反应器、溶氧器适合采用较大的设备高度，大大提高溶氧效率，减少处理系统的占地面积。

附图说明

图1是本发明硝化反硝化两相膨胀床反应器的流程图

图2是本发明二次配水区103的仰视图

图3是本发明底部配水区101的俯视图

图4是本发明三相分离器16的工作原理图

图5是本发明缺氧反应区单独反洗时整流环14的工作原理图

图6是本发明反应器排泥工作原理图

附图标记说明：

a、反应器 b、溶氧器 c、循环泵

101、底部配水区 102、好氧反应区 103、二次配水区

104、缺氧反应区 105、出水区 201、溶氧区

202、回流区

1、污水进水管 2、碳源进水管 3、反应器出水管

4、溶氧器回流水管 5、循环泵出水管 6、系统出水管

7、反应器排泥管 8、溶氧器供风管 9、反应器供风管

10、反应器筒体 11、滤板 12、滤头

13、好氧区填料 14、整流环 15、缺氧区填料

16、三相分离器 17、集水槽 18、底部进水阀

19、底部供风阀 20、中部进水阀 21、中部供风阀

22、底部回流阀 23、中部回流阀 24、布水环管

25、溶解氧测定仪 26、控制回路 27、风量调节阀

28、曝气器 29、溶氧器回流阀 30、循环泵出水阀

31、循环泵逆止阀 32、溶氧器排泥阀 33、反应器排泥阀

34、反应器泄水阀

14-1、布气条孔 14-2、布水条孔 16-1、中心管

16-2、上部罩体 16-3、下部罩体

具体实施方式

下面结合实施例和附图进一步详述本发明的技术方案，本发明的保护范围不局限于下述的具体实施方式。

实施例1

某污水经常规生化处理后，COD＝100mg/L，NH₃-N＝50mg/L，TN＝60mg/L， Q＝30m³/h，采用硝化反硝化两相膨胀床生化工艺处理，出水要求达到 COD＝60mg/L；NH₃-N＝5mg/L，TN＝10mg/L。

硝化反硝化两相膨胀床反应器包括反应器a、溶氧器b、循环泵c及附属管线；硝化反硝化两相膨胀床反应器的运行依次包括运行阶段、反洗阶段和排泥阶段。

反应器a采用上大下小的两段立式筒形结构，自下而上分别为底部配水区 101、好氧反应区102、二次配水区103，缺氧反应区104和出水区105。好氧反应区102和缺氧反应区104内部填装颗粒填料。二次配水区103的中部设有收缩-扩张式整流环14，整流环14的上部开设布气条孔14-1，整流环14的下部开设布水条孔14-2；环绕整流环14收缩段的内壁设置补充碳源的水平布水环管24；由于进入缺氧反应区104的废水中有机物不足，采用甲醇作为补充碳源；甲醇可以利用硝态氮中的氧，不消耗水中溶解氧。出水区105上粗下细，在出水区105的中心位置设置三相分离器16，三相分离器16由中心管16-1和由上下叠置的扩口罩体：上部罩体16-2与下部罩体16-3组成；上部罩体16-2和下部罩体 16-3的扩口端向下；上部罩体16-2与下部罩体16-3之间构成过流通道。底部配水区101侧壁上部设置进风口，下部设置进水口和回流水进口；二次配水区103 侧壁上部设置进风口、下部设置回流水进口。

溶氧器b为筒形结构，靠近底部的位置内设置曝气器28，供风管路上设有风量调节阀27，风量调节阀27与好氧反应区102侧壁顶部设置的溶解氧测定仪 25连锁。

两相膨胀床反应器设计参数

(1)反应器a设计参数：

底部配水区101高度为1000mm，好氧反应区102高度9000mm，二次配水区103高度2170mm，二次配水区收缩内径2000mm，缺氧反应区104高度 5750mm，出水区105高度3740mm，直径4000mm，三相分离器下部罩体16-3 的扩口端直径3300mm，保护高度500mm，中心管16-1上部端口高于水面 900mm，反应器a筒体10总高度22160mm；

好氧反应区填料厚度8m，缺氧反应区填料厚度5m，填料区横截面直径3m；反应器a的好氧反应区102和缺氧反应区104的填料13/15均采用陶粒，粒径 2mm，密度1600kg/m³，初始孔隙率0.56；

(2)溶氧器b设计参数：

溶氧器b直径1000mm，高度与反应器a相同，22160mm；溢流排水口底低于进水口底500mm，低于溶氧器b上沿口1500mm；曝气器28高于溶氧器b底 1500mm；溶氧器b总水深20660mm；溶氧区201水深19160mm；

需氧量

需要硝化的氨氮量：

W_NH3＝30×(50-5)＝1350g/h

需要反硝化的硝态氮量：

W_NO3＝30×(60-10)＝1500g/h

需要去除的废水中COD量：

W_COD1＝30×(100-60)＝1200g/h

缺氧反应区不消耗氧，仅耗氧反应区消耗氧，需氧量为：

R_O＝W_COD1+4.57W_NH3-1.42W_S

＝1200+4.57×1350-1.42×1211＝5650g/h

标准大气压(101325Pa)下水中溶解氧饱和浓度为9.16mg/L，折算溶氧器28 位置处溶解氧饱和浓度：

C_S＝(101325+19160×9.8)*9.16/101325＝26.13mg/L

溶氧器b进水溶解氧浓度等于膨胀床反应器出水溶解氧浓度，为0mg/L，溶氧器b出水溶解氧浓度最大为26.13mg/L，循环水流可带入的溶解氧量(最大供氧量)为：

D_O＝26.13×297＝7760g/L

总需氧量为5650g/L，最大供氧量大于总需氧量，上述设计可行。

溶氧器供风量按气液两相传质计算，实际溶氧量大于需氧量，经计算，供风量为25Nm³/h，气泡直径10mm条件下，可满足溶氧要求，溶氧效率可达70％以上。通过溶解氧测定仪25测定水流的溶解氧浓度，控制溶氧器b供风管风量调节阀27的开度，进而控制溶氧供风量。

循环量

填料区横截面直径3m，实验得出膨胀流速为42m/h，则循环流量为：

Q_c＝0.785×3²×42＝297m³/h

COD及氨氮负荷

好氧反应区填料厚度8m，填料体积为：

V_P1＝0.785×3²×8＝56.5m³

填料区的NH₃-N去除负荷为

N_NH3＝1350×24/(56.5×1000)＝0.57kgNH₃-N/m³.d。

填料区的COD去除负荷为

N_COD＝1200×24/(56.5×1000)＝0.51kgCOD/m³.d。

缺氧反应区填料厚度5m，填料体积为：

V_P2＝0.785×3²×5＝35.3m³

填料区的NO₃-N去除负荷为

N_NO3＝1500×24/(35.3×1000)＝1.02kgNO₃-N/m³.d。

污泥产生量

硝化过程的污泥产率系数取0.13gVSS/g NH₃-N，反硝化过程的污泥产率系数取0.45gVSS/g NO₃-N，碳化过程的污泥产率系数取0.3gVSS/g COD，污泥产生量计算如下：

好氧反应区污泥产生量：

W_S1＝0.13×1350+0.3×1200＝536g/h

缺氧反应区污泥产生量：

W_S2＝0.45×1500＝675g/h

总污泥产生量：

W_S＝536+675＝1211g/h。

Claims (8)

1.一种硝化反硝化两相膨胀床反应器，所述反应器包括反应器[a]、溶氧器[b]、循环泵[c]及附属管线；

所述反应器[a]采用上大下小的两段立式筒形结构，横截面为圆形，自下而上分别为底部配水区[101]、好氧反应区[102]、二次配水区[103]、缺氧反应区[104]和出水区[105]；

所述底部配水区[101]以滤板[11]与所述好氧反应区[102]相隔，所述滤板[11]上安装滤头[12]；

所述好氧反应区[102]和所述缺氧反应区[104]均为空腔构造，内部填装颗粒填料；

所述二次配水区[103]的中部设有收缩-扩张式整流环[14]，所述整流环[14]与二次配水区[103]的内壁形成的环隙为布水布气空间，环绕所述整流环[14]收缩段的内壁设置水平布水环管[24]，所述布水环管[24]底部等间距开设布水孔；

所述出水区[105]上粗下细，与所述缺氧反应区[104]通过喇叭口形过度段连接，在所述出水区[105]的中心位置设置三相分离器[16]，所述出水区[105]顶部周边设置集水槽[17]；在所述出水区[105]侧壁上部设置与集水槽[17]联通的出水口；在所述缺氧反应区[104]侧壁上部设置排泥口；

底部配水区[101]侧壁上部设置进风口，下部设置进水口和回流水进口；二次配水区[103]侧壁上部设置进风口、下部设置回流水进口；好氧反应区[102]侧壁顶部设置溶解氧测定仪[25]；

所述溶氧器[b]为筒形结构，横截面为圆形或矩形，靠近底部的位置内设置曝气器[28]，并以所述曝气器[28]为界，上部为溶氧区[201]、下部为回流区[202]；所述溶氧器[b]的顶部设置进水口，低于进水口设置溢流排水口，所述曝气器[28]处设置进风口，供风管路上设有风量调节阀[27]，所述风量调节阀[27]与所述溶解氧测定仪[25]连锁；所述溶氧器[b]的底部设置回流出水口和排泥口；

所述管线设置如下：污水进水与底部配水区[101]的所述进水口管线连通；碳源进水与二次配水区[103]的所述布水环管[24]连通；出水区[105]的所述出水口与溶氧器[b]的所述进水口管线连通；溶氧器[b]的所述回流出水口与循环泵[c]的进口管线连通；所述循环泵[c]的出口与底部配水区[101]的所述回流水进口、二次配水区[103]的所述回流水进口管线连通；外设空气源分别与底部配水区[101]的所述进风口、二次配水区[103]的所述进风口、溶氧器[b]的所述进风口连通；溶氧器[b]的所述溢流排水口连接系统出水管。

2.根据权利要求1所述的膨胀床反应器，其特征在于：

所述整流环[14]的上部开设布气条孔[14-1]，所述布气条孔[14-1]沿整流环[14]周边均布；

所述整流环[14]的下部开设布水条孔[14-2]，所述布水条孔[14-2]沿整流环[14]周边均布。

3.根据权利要求1所述的膨胀床反应器，其特征在于：

所述三相分离器[16]由中心管[16-1]和由上下叠置的扩口罩体：上部罩体[16-2]与下部罩体[16-3]组成；所述上部罩体[16-2]和所述下部罩体[16-3]的扩口端向下；所述上部罩体[16-2]的缩口端与所述中心管[16-1]的下端口连接，所述上部罩体[16-2]与所述下部罩体[16-3]之间构成过流通道。

4.根据权利要求1所述的膨胀床反应器，其特征在于：

所述好氧反应区[102]或所述缺氧反应区[104]填装陶粒颗粒填料、活性炭颗粒填料、木质颗粒填料或橡胶颗粒填料。

5.根据权利要求4所述的膨胀床反应器，其特征在于：

所述好氧反应区[102]或所述缺氧反应区[104]填装的填料粒径为2mm～4mm、3mm～5mm或4mm～6mm。

6.根据权利要求1所述的膨胀床反应器，其特征在于：

所述好氧反应区[102]填料层静态厚度与横截面直径之比1.5～5；所述缺氧反应区[104]填料层静态厚度与横截面直径之比1.5～5。

7.一种使用权利要求1～6之一所述的膨胀床反应器的污水处理工艺；

采用所述膨胀床反应器的污水处理工艺依次包括：运行阶段、反洗阶段和排泥阶段；

(1)运行阶段

底部配水区[101]的底部进水阀[18]、二次配水区[103]的中部进水阀[20]、底部配水区[101]的底部回流阀[22]、溶氧器[b]的溶氧器回流阀[29]、循环泵[c]的循环泵出水阀[30]均开启，风量调节阀[27]处于自动控制状态，其余阀门均关闭，所述循环泵[c]运行；

污水进水通过污水进水管[1]与所述循环泵[c]来的循环水进入所述底部配水区[101]，经所述滤头[12]进入所述好氧反应区[102]，好氧区填料[13]上生长有好氧微生物；向上的水流使好氧反应区[102]内的所述好氧区填料颗粒处于流化状态；

碳源进水通过所述布水环管[24]进入所述二次配水区[103]，与来自所述好氧反应区[102]的水流混合后，进入所述缺氧反应区[104]，缺氧区填料[15]上生长有反硝化微生物；向上的水流使缺氧反应区[104]内的所述缺氧区填料颗粒处于流化状态；

向上水流经过所述缺氧反应区[104]后进入所述出水区[105]，流入所述集水槽[17]，经出水管[3]进入所述溶氧器[b]；所述好氧反应区[102]产生的CO₂气体和所述缺氧反应区[104]产生的N₂随水流向上流动，上升的气泡被所述三相分离器[16]的下部罩体[16-3]、上部罩体[16-2]截留，汇集到中心管[16-1]后排入大气；

在所述溶氧器[b]中，与所述污水进水及所述碳源进水等量的水流从上部溢流，通过系统出水管[6]外排，其余的循环水流继续向下流动，在所述溶氧区[201]与所述曝气器[28]产生的气泡逆流传质，进入所述回流区[202]，并通过溶氧器回流水管[4]经过所述循环泵[c]，返回反应器[a]的所述底部配水区[101]；所述溶氧器[b]的溶氧供风量依据所述溶解氧测定仪[25]测得的溶解氧浓度通过调节所述风量调节阀[27]的开度进行控制；

(2)反洗阶段

a、好氧区-缺氧区填料联合反洗

底部配水区[101]的底部供风阀[19]、底部配水区[101]的所述底部回流阀[22]、溶氧器[b]的所述溶氧器回流阀[29]、循环泵[c]的所述循环泵出水阀[30]均开启，其余阀门关闭，所述循环泵[c]运行；反洗进行一定时间后，停止所述反应器[a]进风和循环水回流，进入排泥阶段；

b、缺氧区填料单独反洗

二次配水区[103]的中部供风阀[21]、二次配水区[103]的中部回流阀[23]、溶氧器[b]的所述溶氧器回流阀[29]、循环泵[c]的所述循环泵出水阀[30]均开启，其余阀门关闭，所述循环泵[c]运行；反洗进行一定时间后，停止所述反应器[a]进风和循环水回流，进入排泥阶段；

(3)排泥阶段

关闭所有阀门，停运所述循环泵[c]，静置，使反应器[a]的所述出水区[105]和所述溶氧器[b]内的污泥沉淀，开启反应器排泥阀[33]排出所述出水区[105]沉淀的污泥，开启溶氧器排泥阀[32]排出溶氧器[b]沉淀的污泥。

8.根据权利要求7所述的污水处理工艺，其特征在于：

所述溶解氧测定仪[25]的溶解氧浓度控制在0.2mg/L～0.5mg/L。