CN108975500A - 一种高效生物脱氮反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效生物脱氮反应装置，包括反应装置本体，所述反应装置本体内部中间设置有相互间隔布置的上折流板、下折流板，所述上折流板、下折流板将反应装置本体分割成第一反应室、用于进行异养脱氮的第二反应室和位于第一反应室和第二反应室之间的外源碳添加区三个腔室，所述第一反应室内设置有若干个引流板，所述引流板将第一反应室分割成至少一个用于进行硝化反应的硝化区和至少一个用于进行脱氮的自养脱氮区。本发明通过将异养反硝化菌与自养硝化菌和自养反硝化菌分开在不同的反应室中，能够有效降低菌群之间的竞争，为不同生态位的功能均提供适宜的生活环境，利于系统稳定高效运行。

Description

一种高效生物脱氮反应装置

技术领域

本发明涉及一种污水处理装置，特别涉及一种高效生物脱氮反应装置。

背景技术

工业废水和城镇污水等含氮废水排放的加剧，环境水体水质常受到氮素的污染且有逐渐恶化的趋势。生物脱氮工艺是一种经济、高效、安全的脱氮技术。尤其是新型全程自养脱氮工艺，通过功能菌群氨氧化菌和厌氧氨氧化菌在氧限制条件下直接将氨氮转化氮气，实现脱氮的目的。该工艺不需要添加外源有机碳源，且相较于传统硝化-反硝化生物脱氮工艺能够节约63%的曝气。然而，氨氧化菌和厌氧氨氧化菌分别属于好氧菌而厌氧氨氧化菌为厌氧菌，溶解氧过高和过低都会严重抑制系统的脱氮性能。

全程自养脱氮工艺无法完全淘汰与氨氧化菌具有相似生态位的亚硝酸盐氧化菌，从而导致两者之间的竞争，且氨氧化菌转化成的亚硝氮生成硝氮，而硝氮不能通过厌氧氨氧化途径去除。为彻底去除水体中的氮素，必然要引入异养反硝化脱氮。而异养反硝化菌与自养氨氧化菌和厌氧氨氧化菌相比，具有更高的竞争力。在自养脱氮系统中引入异养脱氮途径会导致自养和异养系统的性能均受到抑制，不利于系统的脱氮性能。

发明内容

本发明的目的是解决现有全程自养脱氮工艺中具有相似生态位的的氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌的竞争和在自养脱氮系统中引入异养脱氮途径导致自养和异养脱氮途径均受到抑制等问题，提供一种高效生物脱氮反应装置，能够为不同生态位的脱氮功能菌提供适宜的生活环境，提高功能菌的活性和生物量，有利于系统的稳定、高效运行。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种高效生物脱氮反应装置，包括反应装置本体，所述反应装置本体内部中间设置有相互间隔布置的上折流板、下折流板，所述上折流板、下折流板将反应装置本体分割成第一反应室、用于进行异养脱氮的第二反应室和位于第一反应室和第二反应室之间的外源碳添加区，所述第一反应室内设置有若干个引流板，所述引流板将第一反应室分割成至少一个用于进行短程硝化反应的短程硝化区和至少一个用于进行脱氮的自养脱氮区，所述第一反应室底部设置有进水口，所述第一反应室内设置有至少一个曝气装置，所述第一反应室上方设置有用于消耗水体中氧气并对水体进行进一步脱氮的微生物载体，所述第二反应室一侧设置有出水口。

所述第一反应室内加入含有氨氧化菌与自养脱氮菌（自养反硝化菌或厌氧氨氧化菌）混培污泥，在第二反应室中加入含有异养反硝化菌的污泥，通过氨氧化菌将污水中的氨转化为亚硝酸盐，并通过自养反硝化菌或厌氧氨氧化菌将生成的亚硝酸盐和部分硝酸盐生成氮气排出反应系统。水体中剩余的硝酸盐进入到第二反应室，异养反硝化菌对水体中剩余的硝酸盐进行进一步反硝化生成氮气排出，通过上述过程能够有效对污废水中的含氮物质进行脱离。通过将异养反硝化菌与氨氧化菌和自养反硝化菌分开在不同的反应室中，能够有效降低菌群之间的竞争，为不同生态位的功能菌均提供适宜的生活环境，利于系统稳定高效运行。所述外源碳添加区用于添加有机碳源，并随水流入第二反应室，维持第二反应室内的异养反硝化菌的生长繁殖和脱氮所需的有机物。所述曝气装置用于向第一反应室中通入菌群所必需的氧气。所述微生物载体能够有效附着不同功能菌群，包括大量的耗氧菌群和各类脱氮菌，其作用包括：1）用于消耗水体中剩余的溶解氧，水体通过微生物载体后，水体中的含氧量大大降低，有利于后续厌氧菌异养反硝化菌的生存；2）载体生物膜具有进一步脱氮功能；且3）载体的物理拦截功能能够有效持留自养脱氮系统中的功能微生物。所述引流板一方面将第一反应室分割成若干个具有不同功能的反应区，另一反面，引流板对水流方向起引导作用，可使污废水能够有效迂回流过各个反应区，发生不同的反应过程，达到降低反应器死区、强化系统脱氮的目的。

作为优选，所述上折流板上端与反应装置本体顶部之间形成有可使水通过的第一开口，所述下折流板与反应装置本体底部形成有可使水通过的第二开口。

作为优选，所述引流板共设置有四个，分别为第一引流板、第二引流流板、第三引流板和第四折流板，所述第一引流板、第二折流板、第三引流板和第四引流板从下往上依次设置，所述第一引流板、第二引流板、第三引流板和第四引流板均包括水平设置的水平的板和连接在水平板一端并向下弯折与水平板形成夹角的末梢板，所述曝气装置共设置有三个，所述曝气装置分别设置在第一引流板、第二引流板、第三引流板下方。

所述曝气装置设置在引流板的下方，曝气装置产生的气体部分溶解与水体中，其余的上升至引流板下方，设置在引流板前端的末梢板能够存留部分气体，增加气体持留能力，有利于菌群的生存。

作为优选，所述末梢板与水平板之间的夹角为120-150°。

作为优选，所述反应装置本体顶部设置有位于第一反应室上方的第一排气口和位于第二反应室上方的第二排气口。所述第二反应室内设置有搅拌器。所述搅拌器用于将水体与菌群搅拌均匀，使得反应更加均匀充分。

作为优选，所述外碳源添加区内设置有外源碳添加管，用于添加外源有机碳源。

作为优选，所述第一反应室和第二反应室底部均为漏斗状，所述第一反应室底部中间设置有第一排泥口，所述第二反应室底部中间设置有第二排泥口。

作为优选，所述微生物载体设置半封闭的网箱，所述网箱内部填充有吸附有微生物的填充物或悬挂相互交错联结的具有网状结构的生物膜载体。

本发明的有益效果是：本发明通过将异养反硝化菌与自养硝化菌和自养反硝化菌分开在不同的反应室中，能够有效降低菌群之间的竞争，为不同生态位的功能均提供适宜的生活环境，利于系统稳定高效运行。采用功能分区的自养与异养脱氮途径能够大大减少外源碳源和曝气能耗，降低运行成本。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中：1、反应装置本体，2、微生物载体，3、第四引流板，4、第三引流板，5、第三曝气器，6、第二引流板，7、第二曝气器，8、第一引流板，9、进水口，10、第一曝气器，11、第一出气口，12、第一滤网，13、上折流板，14、外源碳添加管，15、下折流板，16、第二出气口，17、搅拌器，18、第二滤网，19、出水口，20、第一排泥口，21、第二排泥口。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种高效生物脱氮反应装置，包括反应装置本体1。所述反应装置本体1呈长方体箱体结构。所述反应装置本体1中间设置有垂直布置的上折流板13和下折流板15。所述上折流板13和下折流板15之间间隔一定距离。所述上折流板13位于下折流板15左侧。所述上折流板13和下折流板15将反应装置本体1内部分割成三个腔室。位于上折流板13与反应装置本体左侧壁之间的腔室为第一反应室。所述下折流板15与反应装置本体右侧壁之间的腔室为第二反应室。所述反应装置本体1侧壁左侧底端设置有用于通入污水的进水口9。所述进水口9与第一反应室连通。所述第一反应室内设置有第一引流板8。所述第一引流板8靠近第一反应室底部位置。所述第一引流板8由水平板和连接在水平板一端的末梢板组成。所述水平板和末梢板均为长方形板状结构。所述水平板与末梢板宽度相同。所述末梢板与水平板之间120-150°的夹角。所述第一引流板8一端固定在反应装置本体左侧内壁上。第一引流板8另一端与上折流板之间形成可使水流过的开口。所述开口的宽度为与第一反应室宽度的比值为0.6-0.9:1。所述第一引流板与第一反应室底部之间的区域为第一短程硝化区。所述第一引流板上方设置有第二引流板6。所述第二引流板6与第一引流板8的结构相同。所述第二引流板6一端连接上折流板13，另一端与反应装置本体左侧壁形成开口。所述开口的宽度为与第一反应室宽度的比值为0.6-0.9:1。所述第二引流板与第一引流板之间的区域为第二短程硝化区。所述第二引流板上设置有第三引流板4。所述第三引流板4与第一引流板结构相同。所述第三引流板4一端与反应装置本体左侧内壁相连，因一端第一引流板8另一端与上折流板之间形成可使水流过的开口，所述开口的宽度为与第一反应室宽度的比值为0.6-0.9:1。所述第三折流板与第二折流板之间的区域为第一自养脱氮区。所述第三者流板上方设置有第四引流板3。所述第四引流板3与第一引流板8的结构相同。所述第四引流板一端连接上折流板13，另一端与反应装置本体左侧壁形成开口。所述开口的宽度为与第一反应室宽度的比值为0.6-0.9:1。所述第四引流板与第三引流板之间的区域为第二自养脱氮区。所述第一短程硝化区、第二短程硝化区、第一自养脱氮区、第二自养脱氮区的体积比为1:1:1:1。

所述第一引流板下方设置有第一曝气器10，所述第二引流板下方设置有第二曝气器7，所述第三引流板下方设置有第三曝气器5。所述第一曝气器10、第二曝气器7、第三曝气器5通入空气，以维持第一反应室中好氧菌的菌群数量。所述第四引流板上设置有微生物载体2。所述微生物载体2包括半封闭的网箱，所述网箱内部填充有吸附有微生物的填充物或悬挂相互交错联结的具有网状结构的生物膜载体。本实施例中，所述填充物为弹性立体填料或组合填料。所述网筒边缘分别与第一反应室内壁及上折流板连接。所述反应装置本体上端设置有第一出气口11。所述第一出气口11位于第一反应室正上方。

所述上折流板与下端与反应装置本体底部连接。所述上折流板上端与反应装置本体顶部之间相距一定距离形成可使水流过的第一通口。所述第一通口高度为反应装置本体高度的十分之一。所述第一通口处设置有倾斜设置的第一滤网12。所述第一滤网12与水平面的夹角为30-60°。所述下折流板15上端连接反应装置本体顶部，所述折流板下端与反应装置本体底部间隔一定距离形成可使水流过的第二通口。所述第二通口高度为反应装置本体高度的十分之一。所述上折流板13与下折流板15之间的区域为外碳源添加区。所述上折流板13与下折流板15之间设置有外碳源添加管14。所述外碳源添加管14为圆管状结构。所述外碳源添加管14沿着竖直方向设置。所述外碳源添加管14下端封闭，上端穿过反应装置本体顶部。所述外碳源添加管14侧面均匀设置有若干个圆孔。外碳源从外碳源添加管上端进入外碳源添加管，外碳源进入外碳源添加管后从侧面的圆孔排出与处理中的水体均匀混合。本实施例中，所述外碳源为甲醇。

所述第二反应室内设置有用于搅拌水体的搅拌器17。所述搅拌器17包括竖直设置的转轴。所述转轴上端穿过反应装置本体顶部与电机相连，所述转轴下端连接搅拌叶。所述反应装置本体顶部设置有第二排气口16。所述第二排气口16位于第二反应室正上方。所述反应装置本体右侧壁上设置有出水口19。所述出水口19位于右侧壁上端。所述出水口19内侧设置有第二滤网18。所述第二反应室内为异养脱氮区。所述第二反应室内添加有用于脱氮的异养脱氮菌。所述外源碳添加区与异养脱氮区的体积比为0.02-0.1:1。

所述第一反应室和第二反应室底部均为漏斗状。所述第一反应室底部中心设置有第一排泥口20。所述第二反应室底部中心设置有第二排泥口21。

待处理的污水从进水口9通入反应装置本体。污水在第一引流板、第二引流板、第三引流板、第四引流板的作用下依次迂回向上流动。污水在流过外源碳添加区时，与外源碳添加管中流出的外圆碳混合，一起流入第二反应室。所述第二反应室内为异养脱氮区，通过异养脱氮菌的作用，将水体中残余的含氮物质转化为氮气，氮气通过第二排气口排出。处理完成的水体最终从出水口19排出。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明的简单变换后的结构均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高效生物脱氮反应装置，其特征在于：包括反应装置本体（1），所述反应装置本体（1）内部中间设置有相互间隔布置的上折流板（13）、下折流板（15），所述上折流板（13）、下折流板（15）将反应装置本体（1）分割成第一反应室、用于进行异养脱氮的第二反应室和位于第一反应室和第二反应室之间的外源碳添加区，所述第一反应室内设置有若干个引流板，所述引流板将第一反应室分割成至少一个用于进行短程硝化反应的短程硝化区和至少一个用于进行脱氮的自养脱氮区，所述第一反应室底部设置有进水口（9），所述第一反应室内设置有至少一个曝气装置，所述第一反应室上方设置有用于消耗水体中氧气并对水体进行进一步脱氮的微生物载体（2），所述第二反应室一侧设置有出水口（19）。

2.根据权利要求1所述的一种高效生物脱氮反应装置，其特征在于，所述上折流板（13）上端与反应装置本体顶部之间形成有可使水通过的第一开口，所述下折流板（15）与反应装置本体（1）底部形成有可使水通过的第二开口。

3.根据权利要求1所述的一种高效生物脱氮反应装置，其特征在于，所述引流板共设置有四个，分别为第一引流板（8）、第二引流流板（6）、第三引流板（4）和第四折流板（3），所述第一引流板（8）、第二折流板（6）、第三引流板（4）和第四引流板（3）从下往上依次设置，所述第一引流板（8）、第二引流板（6）、第三引流板（4）和第四引流板（3）均包括水平设置的水平的板和连接在水平板一端并向下弯折与水平板形成夹角的末梢板，所述曝气装置共设置有三个，所述曝气装置分别设置在第一引流板（8）、第二引流板（6）、第三引流板（4）下方。

4.根据权利要求1所述的一种高效生物脱氮反应装置，其特征在于，所述末梢板与水平板之间的夹角为120-150°。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种高效生物脱氮反应装置，其特征在于，所述反应装置本体（1）顶部设置有位于第一反应室上方的第一排气口（11）和位于第二反应室上方的第二排气口（16）。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种高效生物脱氮反应装置，其特征在于，所述第二反应室内设置有搅拌器（17）。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种高效生物脱氮反应装置，其特征在于，所述外碳源添加区内设置有外源碳添加管（14），用于添加外源有机碳源。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种高效生物脱氮反应装置，其特征在于，所述第一反应室和第二反应室底部均为漏斗状，所述第一反应室底部中间设置有第一排泥口（20），所述第二反应室底部中间设置有第二排泥口（21）。

9.根据权利要求1或2或3或4所述的一种高效生物脱氮反应装置，其特征在于，所述微生物载体（2）包括半封闭的网箱，所述网箱内部填充有吸附有微生物的填充物或悬挂相互交错联结的具有网状结构的生物膜载体。