CN108975499B - 一种一体化脱氮装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一体化脱氮装置，包括反应器本体，反应器本体包括自养脱氮单元、异养反硝化单元和出水区，异养反硝化单元包括由上至下依次连通的过渡区、填料区和污泥区，所述自养脱氮单元上部与过渡区上部连通，污泥区底部与出水区连通；自养脱氮单元外侧壁靠近底部的位置上设有进水管；反应器本体顶部设有若干个顶端集气管；污泥区底部与出水区底部连通，出水区外侧壁靠近上部的位置上设有第一溢流堰和出水口。本发明提供了一种一体化脱氮装置，集短程硝化、厌氧氨氧化和异养反硝化功能为一体，能够提供不同功能菌群富集的最适生境，有效富集功能菌群，提高系统生物量，强化系统脱氮性能。

Description

一种一体化脱氮装置
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其是涉及一种一体化脱氮装置。
背景技术
氮素污染易导致水体富营养化现象，对自然环境及人体健康造成了严重威胁。为提高水环境质量，保障人们的健康和生态系统的健康发展，生物脱氮日益受到国内外社会的广泛关注。传统的生物脱氮技术主要基于硝化反硝化工艺，在短程硝化阶段经由氨氧化菌（AOB）将氨氮转化为亚硝酸盐，再由亚硝酸盐氧化菌（NOB）转化为硝酸盐；并在后续反硝化过程中由反硝化菌以有机物为碳源将硝化阶段产生的硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气从而实现脱氮的目的。然而，传统生物脱氮工艺在处理高氨氮低C/N废水时常因缺乏碳源而限制了脱氮性能。近年来随着脱氮理论和实践得到突破进展，结合了短程硝化和厌氧氨氧化工艺优势的新型脱氮工艺技术全程自养脱氮工艺得到了广泛的关注。全程自养脱氮工艺在同一反应器中实现了短程硝化和厌氧氨氧化，它利用AOB将部分氨氮转化成亚硝酸盐氮，再协同厌氧氨氧化(Anammox)细菌作用，以水中的NH4 +-N为电子供体，亚硝酸盐为电子受体直接生成氮气，实现绿色脱氮的目的。与传统硝化-反硝化脱氮工艺相比，该工艺能够节约63%的曝气能耗，不需要额外添加有机碳源，且剩余污泥和二氧化碳的排放水平几乎可以忽略不计，大大降低了运行费用，尤其是对于高氨氮低C/N废水的处理具有非常光明的应用前景。然而，污泥培养困难且运行性能受运行条件（如pH、温度、DO、基质水平及运行负荷）影响仍旧制约着全程自养脱氮工艺脱氮性能的提升。此外，在全程自养脱氮工艺混培体系中，无法绝对去除亚硝酸盐氧化菌（NOB）加之自然界广泛存在的单步硝化菌的存在，不可避免的出现硝酸盐，而硝酸盐无法被厌氧氨氧化(Anammox)细菌去除，这样极易导致自养脱氮系统中出现硝酸盐的积累而无法彻底去除水体中的氮素。异养反硝化工艺能够有效去除水体中的硝酸盐，但同一系统中异养反硝化菌与自养AOB和厌氧氨氧化菌会出现竞争，严重损害系统的脱氮性能。需要提供一种自养脱氮耦合异养反硝化工艺的一体化脱氮装置，有助于功能菌群的富集，提高系统整体脱氮能力。
中国专利申请公开号CN103663863A，公开日为2013年11月25日，名称为“低CN比污水反硝化除磷与分段式短程硝化接厌氧氨氧化脱氮的装置和方法”，公开了一种低CN比污水反硝化除磷与分段式短程硝化接厌氧氨氧化脱氮的装置和方法，该方法降低了氧耗、能耗，脱氮不需碳源，实现了出水中NO3--N的回收利用。但是专利为分离式反应装置，将各个反应部分分段布置，存在装置集成度低，体积过大，制造和安装成本过高等问题。
发明内容
本发明为了克服现有技术中的不足，提供一种一体化脱氮装置，集短程硝化、厌氧氨氧化和异养反硝化功能为一体，能够提供不同功能菌群富集的最适合的生存环境，有效富集功能菌群，提高系统生物量，强化系统脱氮性能；抵抗一定的基质负荷冲击，大大减少外源碳源添加。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种一体化脱氮装置，包括反应器本体，反应器本体包括自养脱氮单元、异养反硝化单元和出水区，异养反硝化单元包括由上至下依次连通的过渡区、填料区和污泥区，所述自养脱氮单元上部与过渡区上部连通，污泥区底部与出水区连通；所述自养脱氮单元内被水平引流板组分隔成多个依次连通的格室，所述格室内设有曝气器；自养脱氮单元外侧壁靠近底部的位置上设有进水管；反应器本体顶部设有若干个顶端集气管；所述污泥区内设有搅拌器，污泥区底部与出水区底部连通，出水区外侧壁靠近上部的位置上设有第一溢流堰和出水口。通过实施上述技术方案，将短程硝化、厌氧氨氧化和异养反硝化功能集成到一个装置内，在装置内按照液体流动方向，将各个功能单元分前后布置，可以保证相应功能菌群在各个单元内富集。污水进入格室后，氨氧化菌（AOB）将氨氮转化为亚硝酸盐，厌氧氨氧化(Anammox)细菌以水中的NH4 +-N为电子供体，亚硝酸盐为电子受体直接生成氮气，曝气器为格室提供空气，保证反应所需的氧气，同时空气中的二氧化碳可以溶解进污水。格室内反应产生氮气和多余的空气通过顶部集气管排出反应器本体。液体进入异养反硝化单元后，异养反硝化菌以有机物和二氧化碳为碳源，将污水中剩余的硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气，从而实现脱氮的目的。处理后的液体经过出水区后静置后由出水口排出。所述技术方案设有多个格室，可以保证不同生态位的菌群分布，消除不同功能菌群的相互影响，反应更加彻底。所述第一溢流堰可以使上层液体均匀溢出，减少菌群的溢出。
作为优选，所述格室包括自下向上均匀分布的第一格室、第二格室、第三格室、第四格室和第五格室，所述水平引流板组包括第一引流板、第二引流板、第三引流板和第四引流板；第一引流板设置在第一格室和第二格室之间，第二引流板设置在第二格室和第三格室之间，第三引流板设置在第三格室和第四格室之间，第四引流板设置在第四格室和第五格室之间，所述第一引流板和第三引流板与自养脱氮单元左内侧壁连接，第二引流板和第四引流板与自养脱氮单元右内侧壁连接。通过实施上述技术方案，所述格室首尾相连，降低液体流动速度，污水依次流过各个格室，使污水在与格室内的菌群充分接触，使反应更加充分。
作为优选，所述水平引流板组上表面上均匀分布有多个第一菌落富集槽，所述第一菌落富集槽直径为0.2~1.2cm，所有第一菌落富集槽槽口总面积与水平引流板组上表面面积的比值为 (0.1~0.7):1；所述水平引流板组下表面上均匀分布有多个第二菌落富集槽，所述第二菌落富集槽直径为0.2~1.2cm；所有第二菌落富集槽槽口总面积与水平引流板组下表面面积的比值为 (0.1~0.7):1；水平引流板组上表面面积与自养脱氮单元横向截面面积的比值为（0.6~0.9）：1。通过实施上述技术方案，污泥会在第一菌落富集槽内富集，避免其因为水流被冲走，使格室内能够富集更多的菌群。所述污泥是菌群以及菌群生存所需的各种物质的混合物，具有一定的吸附能力。
作为优选，所述填料区的体积与异养反硝化单元的体积比值为（0.2~0.5）:1。所述的体积比可以保证有足够体积的填料区，使其富集合适数量的异养反硝化菌。
作为优选，所述填料区内设有纤维填料，所述纤维填料相互交叉成网格状结构，网格孔隙率为75%~95%。交叉成网格状结构能充分截留沉淀性能稍弱的污泥，避免出水水质恶化。纤维填料可以使菌落富集，同时污水可以经过纤维填料，保证污水与菌群充分接触。
作为优选，所述自养脱氮单元与过渡区连通处设有过滤筛和第二溢流堰，所述的过滤筛与水平面的夹角为45~90°，过滤筛孔径为0.1~1.0cm。通过实施上述技术方案，污水可以进入异养反硝化单元，水中的菌群被过滤筛阻挡，可以避免大量菌群进入异养反硝化单元，少量菌群进入异养反硝化单对装置无影响。
作为优选，还包括集气装置，所述顶端集气管与集气装置通过气管连通。所述集气装置可以将产生的气体统一收集，处理后排放。同时保证异养反硝化单元内气体充分排出，使其内部的保持缺氧环境。
作为优选，所述自养脱氮单元的外侧壁中部设有第二集气管，所述第二集气管与液封瓶连通。通过实施上述技术方案，可以将下部几个格室内产生的气体排出，所述液封瓶可以防止气体倒灌。所述第二集气管出气口高度与顶端集气管齐平。
作为优选，还包括空气泵和氧气含量检测仪，所述空气泵通过气管与曝气器连通，所述氧气含量检测仪包括传感器，传感器设置在所述自养脱氮单元内。由于自养脱氮单元内存在氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌，水中氧气含量会影响两种细菌的比例，需要使氧气含量保持在一定的范围内，以保证两种菌群的比例。所述传感器连接控制器，将传感器采集的氧气含量数据反馈给控制器，控制器根据氧气含量，控制空气泵运行，控制进入污水中空气的量，从而保证污水中的氧气含量的稳定。
作为优选，所述出水区外侧壁底部设有去泥口。当污泥区内的污泥过多时，可以通过去泥口将部分污泥排出。
本发明的有益效果是：（1）集短程硝化、厌氧氨氧化和异养反硝化功能为一体，装置结构紧凑，安装和制造成本较低；（2）能够提供不同功能菌群富集的最适合的生存环境，有效富集功能菌群自养脱氮菌及异养反硝化菌群，提高系统生物量；（3）能抵抗一定的基质负荷冲击，大大减少外源碳源添加的成本和曝气能耗。（4）对水体中氮素的去除更加彻底 。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明中水平引流板组的剖视图。
图中：反应器本体1、自养脱氮单元2、格室2.1、第一格室2.1.1、第二格室2.1.2、第三格室2.1.3、第四格室2.1.4、第五格室2.1.5、异养反硝化单元3、过渡区3.1、填料区3.2、污泥区3.3、出水区4、水平引流板组5、第一引流板5.1、第二引流板5.2、第三引流板5.3、第四引流板5.4、第一菌落富集槽5.5、第二菌落富集槽5.6、曝气器6、进水管7、顶端集气管8、搅拌器9、第一溢流堰10、出水口11、纤维填料12、过滤筛13、第二溢流堰14、第二集气管15、去泥口16。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述：
如图1和图2所示，一种一体化脱氮装置，包括反应器本体1，反应器本体1包括自养脱氮单元2、异养反硝化单元3和出水区4，异养反硝化单元3包括由上至下依次连通的过渡区3.1、填料区3.2和污泥区3.3，所述自养脱氮单元2上部与过渡区3.1上部连通，污泥区3.3底部与出水区4连通；所述自养脱氮单元2内被水平引流板组5分隔成多个依次连通的格室2.1，所述格室2.1内设有曝气器6；自养脱氮单元2外侧壁靠近底部的位置上设有进水管7；反应器本体1顶部设有若干个顶端集气管8；所述污泥区3.3内设有搅拌器9，污泥区3.3底部与出水区4底部连通，出水区4外侧壁靠近上部的位置上设有第一溢流堰10和出水口11。通过实施上述技术方案，将短程硝化、厌氧氨氧化和异养反硝化功能集成到一个装置内，在装置内按照液体流动方向，将各个功能单元分前后布置，可以保证相应功能菌群在各个单元内富集。污水进入格室2.1后，氨氧化菌（AOB）将氨氮转化为亚硝酸盐，厌氧氨氧化(Anammox)细菌以水中的NH4 +-N为电子供体，亚硝酸盐为电子受体直接生成氮气，曝气器6为格室2.1提供空气，保证反应所需的氧气，同时空气中的二氧化碳可以溶解进污水。格室2.1内反应产生氮气和多余的空气通过顶端集气管8排出反应器本体1。液体进入异养反硝化单元3后，异养反硝化菌以有机物和二氧化碳为碳源，将污水中剩余的硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气，从而实现脱氮的目的。处理后的液体经过出水区4静置后由出水口11排出。所述技术方案设有多个格室2.1，可以保证不同生态位的菌群分布，消除不同功能菌群的相互影响，反应更加彻底。所述第一溢流堰10可以使上层液体均匀溢出，减少菌群的溢出。
所述格室2.1包括自下向上均匀分布的第一格室2.1.1、第二格室2.1.2、第三格室2.1.3、第四格室2.1.4和第五格室2.1.5，所述水平引流板组5包括第一引流板5.1、第二引流板5.2、第三引流板5.3和第四引流板5.4；第一引流板5.1设置在第一格室2.1.1和第二格室2.1.2之间，第二引流板5.2设置在第二格室2.1.2和第三格室2.1.3之间，第三引流板5.3设置在第三格室2.1.3和第四格室2.1.4之间，第四引流板5.4设置在第四格室2.1.4和第五格室2.1.5之间，所述第一引流板5.1和第三引流板5.3与自养脱氮单元2左内侧壁连接，第二引流板5.2和第四引流板5.4与自养脱氮单元2右内侧壁连接。通过实施上述技术方案，所述格室2.1首尾相连，降低液体流动速度，污水依次流过各个格室2.1，使污水在与格室2.1内的菌群充分接触，使反应更加充分。
所述水平引流板组5上表面上均匀分布有多个第一菌落富集槽5.5，所述第一菌落富集槽5.5直径为0.2~1.2cm；所有第一菌落富集槽5.5槽口总面积与水平引流板组5上表面面积的比值为 (0.1~0.7):1；所述水平引流板组5下表面上均匀分布有多个第二菌落富集槽5.6，所述第二菌落富集槽5.6直径为0.2~1.2cm，所有第二菌落富集槽5.6槽口总面积与水平引流板组5下表面面积的比值为 (0.1~0.7):1；水平引流板组5上表面面积与自养脱氮单元2横向截面面积的比值为（0.6~0.9）：1。通过实施上述技术方案，污泥会在第一菌落富集槽5.5和第二菌落富集槽5.6内富集，避免其因为水流被冲走，使格室2.1内能够富集更多的菌群。所述污泥是菌群以及菌群生存所需的各种物质的混合物，具有一定的吸附能力。
所述填料区3.2的体积与异养反硝化单元3的体积比值为（0.2~0.5）:1。所述的体积比可以保证有足够体积的填料区3.2，使其富集合适数量的异养反硝化菌。
所述填料区3.2内设有纤维填料12，所述纤维填料12相互交叉成网格状结构，网格孔隙率为75%~95%。交叉成网格状结构能充分截留沉淀性能稍弱的污泥，避免出水水质恶化。纤维填料12可以使菌落富集，同时污水可以经过纤维填料12，保证污水与菌群充分接触。
所述自养脱氮单元2与过渡区3.1连通处设有过滤筛13和第二溢流堰14，所述的过滤筛13与水平面的夹角为45~90°，过滤筛13孔径为0.1~1.0cm。通过实施上述技术方案，污水可以进入异养反硝化单元3，水中的菌群被过滤筛13阻挡，可以避免大量菌群进入异养反硝化单元3，少量菌群进入异养反硝化单元3对装置无影响。
还包括集气装置，所述顶端集气管8与集气装置通过气管连通。所述集气装置可以将产生的气体统一收集，处理后排放。同时保证异养反硝化单元3内气体充分排出，使其内部的保持缺氧环境。
所述自养脱氮单元2的外侧壁中部设有第二集气管15，所述第二集气管15与液封瓶连通。通过实施上述技术方案，可以将下部几个格室2.1内产生的气体排出，所述液封瓶可以防止气体倒灌。所述第二集气管15出气口高度与顶端集气管8齐平。
还包括空气泵和氧气含量检测仪，所述空气泵通过气管与曝气器6连通，所述氧气含量检测仪包括传感器，传感器设置在所述自养脱氮单元2内。由于自养脱氮单元2内存在氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌，水中氧气含量会影响两种细菌的比例，需要使氧气含量保持在一定的范围内，以保证两种菌群的比例。所述传感器连接控制器，将传感器采集的氧气含量数据反馈给控制器，控制器根据氧气含量，控制空气泵运行，控制进入污水中空气的量，从而保证污水中的氧气含量的稳定。
所述出水区4外侧壁底部设有去泥口。当污泥区内的污泥过多时，可以通过去泥口16将部分污泥排出。
通过上述技术方案，污水通过进水口进入反应器本体后，依次经过自养脱氮单元、异养反硝化单元和出水区，污水中的氮素被充分去除。本发明的有益效果是：集短程硝化、厌氧氨氧化和异养反硝化功能为一体，装置结构紧凑，安装和制造成本较低；能够提供不同功能菌群富集的最适合的生存环境，有效富集功能菌群自养脱氮菌及异养反硝化菌群，提高系统生物量；能抵抗一定的基质负荷冲击，大大减少外源碳源添加的成本和曝气能耗。对水体中氮素的去除更加彻底 。

Claims (7)

1.一种一体化脱氮装置，其特征是，包括反应器本体，反应器本体包括自养脱氮单元、异养反硝化单元和出水区，异养反硝化单元包括由上至下依次连通的过渡区、填料区和污泥区，所述自养脱氮单元上部与过渡区上部连通，污泥区底部与出水区连通；所述自养脱氮单元内被水平引流板组分隔成多个依次连通的格室，所述格室内设有曝气器；自养脱氮单元外侧壁靠近底部的位置上设有进水管；反应器本体顶部设有若干个顶端集气管；所述污泥区内设有搅拌器，污泥区底部与出水区底部连通，出水区外侧壁靠近上部的位置上设有第一溢流堰和出水口；
所述自养脱氮单元的外侧壁中部设有第二集气管，所述第二集气管与液封瓶连通；还包括空气泵和氧气含量检测仪，所述空气泵通过气管与曝气器连通，所述氧气含量检测仪包括传感器，传感器设置在所述自养脱氮单元内；
所述格室包括自下向上均匀分布的第一格室、第二格室、第三格室、第四格室和第五格室，所述水平引流板组包括第一引流板、第二引流板、第三引流板和第四引流板；第一引流板设置在第一格室和第二格室之间，第二引流板设置在第二格室和第三格室之间，第三引流板设置在第三格室和第四格室之间，第四引流板设置在第四格室和第五格室之间，所述第一引流板和第三引流板与自养脱氮单元左内侧壁连接，第二引流板和第四引流板与自养脱氮单元右内侧壁连接。
2.根据权利要求1所述的一种一体化脱氮装置，其特征是，所述水平引流板组上表面上均匀分布有多个第一菌落富集槽，所述第一菌落富集槽直径为0.2~1.2cm，所有第一菌落富集槽槽口总面积与水平引流板组上表面面积的比值为 (0.1~0.7):1；所述水平引流板组下表面上均匀分布有多个第二菌落富集槽，所述第二菌落富集槽直径为0.2~1.2cm；所有第二菌落富集槽槽口总面积与水平引流板组下表面面积的比值为 (0.1~0.7):1；水平引流板组上表面面积与自养脱氮单元横向截面面积的比值为（0.6~0.9）：1。
3.根据权利要求1所述的一种一体化脱氮装置，其特征是，所述填料区的体积与异养反硝化单元的体积比值为（0.2~0.5）:1。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种一体化脱氮装置，其特征是，所述填料区内设有纤维填料，所述纤维填料相互交叉成网格状结构，网格孔隙率为75%~95%。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种一体化脱氮装置，其特征是，所述自养脱氮单元与过渡区连通处设有过滤筛和第二溢流堰，所述的过滤筛与水平面的夹角为45~90°，过滤筛孔径为0.1~1.0cm。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种一体化脱氮装置，其特征是，还包括集气装置，所述顶端集气管与集气装置通过气管连通。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种一体化脱氮装置，其特征是，所述出水区外侧壁底部设有去泥口。
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