CN110015807A - 一种用于深度脱氮的强化脱氮反应器及其深度脱氮方法 - Google Patents

Abstract

一种用于深度脱氮的强化脱氮反应器及其深度脱氮方法，属于污水处理设备制造领域。该用于深度脱氮的强化脱氮反应器，进水管和进气管均连接预搅拌反应器壳体，搅拌推流器设置在预搅拌反应器壳体内，并通过转轴与电机连接；分水管的一端连通预搅拌反应器，另一端分别连接相应的进水配水系统；相邻级数的折流挂料板两侧通过相应的挡水板连接，进水配水系统设置在相应的挡水板内，溢流板设置在水流方向出水端，并和第n级折流挂料板一端连接，出水管设置在溢流板一侧，并且和反应器外壳连接。采用该反应器进行进水，通过折流挂料板的纤维填料进行深度脱氮，其采用生物除氮原理，具有脱氮效果好、流程短、自动化程度高的优点。

Description

一种用于深度脱氮的强化脱氮反应器及其深度脱氮方法

技术领域

本发明属于污水处理设备制造领域，具体涉及一种用于深度脱氮的强化脱氮反应器及其深度脱氮方法。

背景技术

污水的再生利用往往离不开脱氮除磷技术，这是因为传统的城市污水二级生物处理技术，旨在降低污水中以BOD5、COD综合指标表示的含碳有机物和悬浮固体的浓度，对于氮、磷只能去除细菌细胞由于生理上的需要而摄取的数量。通常，二级处理后氮的去除率只有20％～40％，磷的去除率仅为10％～30％，大多数的氮、磷尚未去除。氮、磷含量较高的再生污水回用于城市水体、工业用水或市政杂用水时，将造成以下危害：

(1)氮和磷是藻类和水生植物的营养源，会造成城市水体的富营养化，有损水体外观，降低旅游价值。

(2)回用水中的氮、磷会导致生物黏膜在输水管道、用水设备表面的过量增值，从而造成管道堵塞或影响设备效率。

(3)氨氮的氧化会造成水体中溶解氧浓度的降低和碱度的消耗。

(4)氨氮能与氯反应生成氯胺，因此会增加消毒所需的投氯量，提高水处理成本。

(5)氨对铜对腐蚀性，若用含一定浓度氨氮的再生水作为冷却水回用时，对以铜为主要材料的冷却设备有腐蚀作用。

因此可见，与磷相比，氮对水体及设备的危害更大。并且，在深度处理工艺中，一般采用化学絮凝法除磷，工艺成熟，效果优良且稳定。而对氮的去除却无特别优良的办法，目前常用的深度脱氮技术和存在的问题如下：

(1)氮吹脱法。氮吹脱法排出的氨气对环境产生二次污染，而水在吹脱塔填料上会产生结垢，并且低温时吹脱效率低。

(2)折点加氯法。首先，当深度脱氮的处理规模较大时，运行费用很高；第二，残余氯必须进行处理；第三，有可能产生有害的氯胺。

(3)离子交换法。处理时，再生时排出的高浓度含氨废液必须进行处理，并且运行成本高。

(4)生物脱氮法。运行管理麻烦、低温时效率低、占地面积大，需要投加额外的碳源。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于深度脱氮的强化脱氮反应器及其深度脱氮方法，该反应器及方法采用生物除氮原理，具有脱氮效果好、流程短、自动化程度高的优点，并且还克服了传统生物深度脱氮运行管理麻烦、低温时效率低、占地面积大，需要投加额外碳源的缺点。

本发明的技术方案如下：

一种用于深度脱氮的强化脱氮反应器，包括进水管、进气管、预搅拌反应器、n个分水管、反应器外壳、n个进水配水系统、n级折流挂料板、n个挡水板、溢流板、排气阀、出水管、污泥斗、排泥阀和纤维填料；其中，n为大于等于2的正整数，作为优选，n＝3；

所述的预搅拌反应器包括预搅拌反应壳体、搅拌推流器和电机，所述的进水管连接预搅拌反应器壳体，所述的进气管连接预搅拌反应器壳体，所述的搅拌推流器设置在预搅拌反应器壳体内，并通过转轴与所述电机连接；

所述的预搅拌反应器设置有n个分路，分别与n个分水管的一端连接；分水管的另一端分别连接相应的进水配水系统；

所述的反应器外壳下方设置有污泥斗、污泥斗下方设置有排泥阀、反应器上方设置有排气阀，反应器外壳和污泥斗形成反应器空腔；所述的n个进水配水系统、n级折流挂料板、n个挡水板、溢流板均设置在空腔内；相邻级数的折流挂料板两侧通过相应的挡水板连接，所述的进水配水系统设置在相应的挡水板内，所述的溢流板设置在水流方向出水端，并和第n级折流挂料板一端连接，所述的出水管设置在溢流板一侧，并且和反应器外壳连接；

所述的折流挂料板包括多条曲折板，每条曲折板包括多个折板相连，相邻折板之间的内角均为85°～95°，优选为90°，每个折板的下表面均设置有纤维填料。

进一步的，所述的污泥斗通过排泥阀连接排泥管。

进一步的，所述的n个分路分别设置有相应的电磁流量阀，电磁流量阀与自控系统电联接，自控系统通过传输电信号自动控制电磁流量阀阀门的开启程度，从而控制阀门的过流流量。

进一步的，所述的进水配水系统，分别连接不同的分水管，均为小阻力配水系统。

作为优选，所述的折流挂料板中，相邻折板间的内角均为90°，其中，第n级折流挂料板的相邻两条曲折板的间距＝第n-1级折流挂料板的相邻两条曲折板的间距+10～50cm；具体为：第一级折流挂料板的相邻两条曲折板的间距为30～60cm，第二级折流挂料板的相邻两条曲折板的间距为40～80cm，第三级折流挂料板的相邻两条曲折板的间距为60～120cm；所述的折板的长度与反应器外壳的直径一致，折板的宽度均为50～100mm。

所述的n级折流挂料板的总高度为反应器总高度为50％～70％。

进一步的，所述的多级折流挂料板的在水流动方向的接触面设置有纤维填料，所述的纤维填料用于附着微生物，从而对污水进行除氮。

进一步的，第一挡水板设置在污泥斗上方，其一端和污泥斗上方的反应器外壳连接，另一端和第一级折流挂料板连接。

进一步的，所述的反应器外壳为不锈钢或碳钢材质，反应器外壳直径为3～10m，高度为9～12m。

进一步的，所述的挡水板为不锈钢或碳钢材质，其表面经过反腐蚀处理，其长度和反应器外壳直径相同，高度优选为100～150mm。

进一步的，所述的溢流板为不锈钢或碳钢材质，其表面经过反腐蚀处理，其长度和反应器外壳直径相同，高度优选为50～100mm。

进一步的，所述的排气阀为自动排气阀。

进一步的，所述的污泥斗的斗角为50～65°。

进一步的，所述的污泥斗中设置有污泥流量计，所述的排泥阀为电动排泥阀，所述的污泥流量计和排泥阀均和自控系统电联接。

所述的用于深度脱氮的强化脱氮反应器，各个设备的规格参数，具体为直径、处理能力根据待处理水的进水参数和出水要求，根据各个管路的流量进行确定。

本发明的一种深度脱氮方法，采用上述用于深度脱氮的强化脱氮反应器，包括以下步骤：

步骤1：设置容积负荷和流量分配率

根据进水和出水水质要求，设计用于深度脱氮的强化脱氮反应器的硝化容积负荷为(以NH₃～N计)：0.6～1.6kgNH₃～N/(m³·d)；设计用于深度脱氮的强化脱氮反应器的反硝化容积负荷(以NO₃～N计)：1.6～6.0kg NO₃～N/(m³·d)；设计n个分水管的流量分配率为：第n-1分水管：第n分水管＝(1～2)：(1～1.5)；

步骤2：预搅拌

待处理水从进水管进入预搅拌反应器，同时空气从进气管进入预搅拌反应器，得到气水混合物；其中，所述的进水管的流速为1.0～1.2m/s，所述的进气管的流速为1.3～1.5m/s，所述的气水混合物的停留时间为1～5min；气水比为，空气：水＝(6～8)：1；

预搅拌反应器中的电机带动搅拌推流器，将气水混合物搅拌均匀，并增加流速，得到预搅拌后的水；其中，所述的搅拌推流器的转速为300～700转/min，预搅拌后的污水的平均流速为2～4m/s；

步骤3：深度脱氮

(1)将预搅拌后的水分流至n个分水管中，其中，每个分水管的流速均为0.7～1.5m/s；

(2)进入第一分水管的水进入第一进水配水系统分配均匀进入第一级折流挂料板，进入第二分水管的水进入第二进水配水系统分配均匀进入第二级折流挂料板，……，进入第n分水管的水进入第n进水配水系统分配均匀进入第n级折流挂料板；

(3)每级折流挂料板中，水与其纤维填料上设置的微生物反应，从而进行除氮，得到除氮后的水和污泥，除氮后的水经过溢流板稳流后，从出水管流出排放，污泥进入污泥斗中，通过排泥阀排出。

所述的步骤1中，当n＝3时，作为优选，反应器中，分水管以水流方向依次为第一分水管、第二分水管和第三分水管，每个分水管的流量分配率为：第一分水管：第二分水管：第三分水管＝(1～2):(1～1.5):1。

所述的步骤3(1)中，每个分水管的流量通过分水管上设置电磁流量阀，根据自控系统的传输电信号进行控制。

所述的步骤3(3)中，出水管的流速为0.8～1.0m/s。

所述的步骤3(3)中，所述的排泥阀的过阀流速为0.7～1.2m/s。

所述的步骤3(3)中，所述的污泥为微生物老化后的污泥，微生物老化后掉落在折板的上表面上，在折板上滑落至污泥斗中，污泥斗中设置的污泥流量计进行实时监测，当污泥达到一定高度后，停止进水，自控系统自动控制排泥阀进行排泥。

所述的步骤3中，当用于深度脱氮的强化脱氮反应器的压力超过安全值，排气阀进行排气降压。

本发明的一种用于深度脱氮的强化脱氮反应器及其深化脱氮方法，其有益效果为：

(1)本发明采用生物法深度除氮，具有脱氮效果好、流程短、自动化程度高的优点。

(2)采用全封闭外壳，减少热量散发，克服了传统生物深度脱氮低温时效率低的缺点。

(3)本方法，根据设备投入和生产效率，优先采用三层配水曝气，折流挂料板为曲折形式，增大了气水混合物的路程长度，增加了气水混合物的停留时间，气体在上升过程中逐步降低直至没有，在折流挂料板中形成了下部分为好氧区域，上部分为缺氧区域的状态，因此，在第一级折流挂料板形成了一级倒置型AO反应池，第二级折流挂料板也同理形成了一级倒置型AO反应池，第n级折流挂料板较第n-1级折流挂料板、第n-2级折流挂料板、……、第1级折流挂料板相比，高度较低，为好氧O池，因此在整个反应器中形成了O～A～O～A～……～O形式，有效脱氮，并且无需额外增加碳源；形成的O～A～O～A～……～O形式，克服了传统生物深度脱氮需要投加额外碳源的缺点。

(4)采用预搅拌反应器进行气水混合，采用自控系统自动控制分水管上的电磁流量阀的阀门进行流量分配，克服了传统生物深度脱氮运行管理麻烦的缺点。

(5)采用折流挂料板下部挂高分子纤维填料，有效提高设备容积负荷，克服了传统生物深度脱氮占地面积大的缺点。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种用于深度脱氮的强化脱氮反应器的剖面结构示意图。

图2为污泥斗的平面结构示意图。

图3为折流挂料板中的相邻两个折板的结构示意图。

以上图中，1、进水管；2、进气管；3、预搅拌反应器；4、电机；5、搅拌推流器；6-1第一电磁流量阀；6-2、第二电磁流量阀；6-3、第三电磁流量阀；7-1、第一分水管；7-2、第二分水管；7-3、第三分水管；8、反应器外壳；9-1、第一进水配水系统；9-2、第二进水配水系统；9-3、第三进水配水系统；10-1、第一级折流挂料板；10-2、第二级折流挂料板；10-3、第三级折流挂料板；11-1、第一挡水板；11-2、第二挡水板；11-3、第三挡水板；12、溢流板；13、排气阀；14、出水管；15、污泥斗；16、排泥阀；17、纤维填料；

图中，a、折流挂料板中相邻两条曲折板的间距；b、折流挂料板中单个折板的宽度；①水流方向；②污泥方向。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

一种用于深度脱氮的强化脱氮反应器，其剖面结构示意图见图1，包括进水管1、进气管2、预搅拌反应器3、第一分水管7-1、第二分水管7-2、第三分水管7-3、反应器外壳8、第一进水配水系统9-1、第二进水配水系统9-2、第三进水配水系统9-3、多级折流挂料板、第一挡水板11-1、第二挡水板11-2、第三挡水板11-3、溢流板12、排气阀13、出水管14、污泥斗15、排泥阀16和纤维填料17；

其中，

所述的预搅拌反应器3包括预搅拌反应壳体、搅拌推流器5和电机4，所述的进水管1连接预搅拌反应器壳体，所述的进气管2连接预搅拌反应器壳体，所述的搅拌推流器5设置在预搅拌反应器壳体内，并通过转轴与所述电机4连接；

所述的多级折流挂料板包括第一级折流挂料板10-1、第二级折流挂料板10-2和第三级折流挂料板10-3；

所述的预搅拌反应器3设置有三个分路，分别连接第一分水管7-1的一端、第二分水管7-2的一端和第三分水管7-3的一端；第一分水管7-1的另一端连接第一进水配水系统9-1，第二分水管7-2的另一端连接第二进水配水系统9-2，第三分水管7-1的另一端连接第三进水配水系统9-3；

所述的反应器外壳8下方设置有污泥斗15，污泥斗15下方设置有排泥阀16，其平面结构示意图见图2；反应器上方设置有排气阀13，反应器外壳8和污泥斗15形成反应器空腔；所述的、第一进水配水系统9-1、第二进水配水系统9-2、第三进水配水系统9-3、第一级折流挂料板10-1、第二级折流挂料板10-2、第三级折流挂料板10-3、第一挡水板11-1、第二挡水板11-2、第三挡水板11-3、溢流板12均设置在空腔内；

其中，所述的第一级折流挂料板10-1一端设置在污泥斗15上方，并通过第一挡水板11-1连接，第一级折流挂料板10-1两侧曲折板的另一端通过第二挡水板11-2和第二级折流挂料板10-2两侧曲折板的一端连接，所述的第二级折流挂料板10-2两侧曲折板的另一端通过第三挡水板11-3和第三级折流挂料板10-3两侧曲折板的一端连接，第三级折流挂料板10-3的另一端和溢流板12连接；所述的第一进水配水系统9-1设置在第一挡板11-1内，所述的第二进水配水系统9-2设置在第二挡板11-2内，所述的第三进水配水系统9-3设置在第三挡板11-3内；所述的出水管14设置在溢流板12一侧，并和反应器外壳8连接；

所述的第一分水管7-1上设置有第一电磁流量阀6-1，用于控制第一分水管7-1的开闭；

所述的第二分水管7-2上设置有第二电磁流量阀6-2，用于控制第二分水管7-2的开闭；

所述的第三分水管7-3上设置有第三电磁流量阀6-3，用于控制第三分水管7-3的开闭。

所述的第一电磁流量阀6-1、第二电磁流量阀6-2、第三电磁流量阀6-3均和自控系统电联接，所述的自控系统自动控制阀门的开启程度，从而控制过流流量。

所述的进水配水系统，分别连接不同的分水管，均为小阻力配水系统。

所述的折流挂料板包括多条曲折板，每条曲折板包括多个折板相连，相邻折板之间的内角均为90°，每个折板的下表面均设置有纤维填料。其中，第一级折流挂料板10-1的相邻两条曲折板的间距a为40cm，第二级折流挂料板10-2的相邻两条曲折板的间距a为60cm，第三级折流挂料板10-3的相邻两条曲折板的间距a为100cm；所述的折板的长度与反应器外壳的直径一致，折板的宽度b均为60mm。其中，折流挂料板中的相邻两个折板的结构示意图见图3，其中，①为水流方向；②为污泥方向，纤维填料设置在水流方向的折板下表面。

所述纤维填料为高分子聚合物，安装时，将丝状纤维填料穿插扣压在两片塑料圆环片中间，使纤维填料丝呈均匀辐射状展开，按间距20～30mm串制成悬挂式纤维填料，然后多点固定在折流挂料板的下表面。

所述的污泥斗15通过排泥阀16连接排泥管。

所述的反应器外壳为不锈钢材质，反应器外壳直径为8m，高度为10m。

所述的挡水板为不锈钢材质，其表面经过反腐蚀处理，其长度和反应器外壳直径相同，高度为100mm。

所述的溢流板12为不锈钢材质，其表面经过反腐蚀处理，其长度和反应器外壳直径相同，高度为80mm。

所述的污泥斗15的斗角为60°。

所述的污泥斗15中设置有污泥流量计，所述的排泥阀16为电动排泥阀，所述的污泥流量计和排泥阀16均和自控系统电联接。

一种深度脱氮方法，采用上述用于深度脱氮的强化脱氮反应器，包括以下步骤：

(1)待处理水通过进水管1进入预搅拌反应器，同时鼓风机送来的空气通过进气管2也进入预搅拌反应器；

(2)气水混合物在预搅拌反应器3内，被搅拌推流器5搅拌均匀并增加流速为3m/s；；

(3)气水混合物经搅拌加速后通过分水管进入不同的折流挂料板中，根据除氮负荷对分水管的流量进行分配，除氮负荷越大，下部分配的流量越大；设计分水管由下至上的流量分配率为(1～2):(1～1.5):1，由自控系统控制电磁流量阀进行自动控制各个分水管的流量；

(4)折流挂料板下表面安装纤维填料17，纤维填料上生长生物膜，分水管中的气水混合物经进水配水系统均匀分配，流至折流挂料板中，折流挂料板为曲折形式，增大了气水混合物的路程长度，增加了气水混合物的停留时间，气体在上升过程中逐步降低直至没有，在折流挂料板中形成了下部分为好氧区域，上部分为缺氧区域的状态，根据此原理，在第一级折流挂料板形成了一级倒置型AO反应池，第二级折流挂料板也同理形成了一级倒置型AO反应池，第三级折流挂料板较第二级折流挂料板和第一级折流挂料板的折流挂料板相比，高度较低，为好氧O池，因此在整个反应器中形成了O～A～O～A～O形式，有效脱氮，并且无需额外增加碳源；

(5)折流挂料板中折板的上表面不设置填料，其下表面填料上的微生物老化后掉落在下面折板的上表面上，在折面上滑落至污泥斗15中，污泥斗15内设置污泥流量计，当污泥达到一定高度时，停止进水，自控系统自动控制排泥阀16进行排泥；

(6)经处理后的水最后经过溢流板12稳流后经出水管14排出；

(7)当用于深度脱氮的强化脱氮反应器内压力值超过安全值时，由用于深度脱氮的强化脱氮反应器顶的自动排气阀13进行排气降压。

Claims (10)

1.一种用于深度脱氮的强化脱氮反应器，其特征在于，该用于深度脱氮的强化脱氮反应器包括进水管、进气管、预搅拌反应器、n个分水管、反应器外壳、n个进水配水系统、n级折流挂料板、n个挡水板、溢流板、排气阀、出水管、污泥斗、排泥阀和纤维填料，其中，n为大于等于2的正整数；

所述的预搅拌反应器包括预搅拌反应壳体、搅拌推流器和电机，所述的进水管连接预搅拌反应器壳体，所述的进气管连接预搅拌反应器壳体，所述的搅拌推流器设置在预搅拌反应器壳体内，并通过转轴与所述电机连接；

所述的预搅拌反应器设置有n个分路，分别与n个分水管的一端连接；分水管的另一端分别连接相应的进水配水系统；

所述的反应器外壳下方设置有污泥斗、污泥斗下方设置有排泥阀、反应器上方设置有排气阀，反应器外壳和污泥斗形成反应器空腔；所述的n个进水配水系统、n级折流挂料板、n个挡水板、溢流板均设置在空腔内；相邻级数的折流挂料板两侧通过相应的挡水板连接，所述的进水配水系统设置在相应的挡水板内，所述的溢流板设置在水流方向出水端，并和第n级折流挂料板一端连接，所述的出水管设置在溢流板一侧，并且和反应器外壳连接；

所述的折流挂料板包括多条曲折板，每条曲折板包括多个折板相连，相邻折板之间的内角均为85°～95°，每个折板的下表面均设置有纤维填料。

2.如权利要求1所述的用于深度脱氮的强化脱氮反应器，其特征在于，所述的用于深度脱氮的强化脱氮反应器中，n＝3。

3.如权利要求1所述的用于深度脱氮的强化脱氮反应器，其特征在于，进一步的，所述的n个分路分别设置有相应的电磁流量阀，电磁流量阀与自控系统电联接，自控系统通过传输电信号自动控制电磁流量阀阀门的开启程度，从而控制阀门的过流流量。

4.如权利要求1所述的用于深度脱氮的强化脱氮反应器，其特征在于，所述的进水配水系统，分别连接不同的分水管，均为小阻力配水系统。

5.如权利要求1所述的用于深度脱氮的强化脱氮反应器，其特征在于，所述的折流挂料板中，相邻折板间的内角均为90°，其中，第n级折流挂料板的相邻两条曲折板的间距＝第n-1级折流挂料板的相邻两条曲折板的间距+10～50cm；所述的n级折流挂料板的总高度为反应器总高度为50％～70％。

6.如权利要求1所述的用于深度脱氮的强化脱氮反应器，其特征在于，所述的多级折流挂料板的在水流动方向的接触面设置有纤维填料，所述的纤维填料用于附着微生物，从而对污水进行除氮。

7.如权利要求1所述的用于深度脱氮的强化脱氮反应器，其特征在于，所述的污泥斗的斗角为50～65°；所述的污泥斗中设置有污泥流量计，所述的排泥阀为电动排泥阀，所述的污泥流量计和排泥阀均和自控系统电联接。

8.一种深度脱氮方法，其特征在于，采用权利要求1～7任意一项所述的用于深度脱氮的强化脱氮反应器，包括以下步骤：

步骤1：设置容积负荷和流量分配率

根据进水和出水水质要求，以NH₃～N计，设计用于深度脱氮的强化脱氮反应器的硝化容积负荷为：0.6～1.6kgNH₃～N/(m³·d)；以NO₃～N计，设计用于深度脱氮的强化脱氮反应器的反硝化容积负荷为：1.6～6.0kg NO₃～N/(m³·d)；设计n个分水管的流量分配率为：第n-1分水管：第n分水管＝(1～2)：(1～1.5)；

步骤2：预搅拌

待处理水从进水管进入预搅拌反应器，同时空气从进气管进入预搅拌反应器，得到气水混合物；其中，所述的进水管的流速为1.0～1.2m/s，所述的进气管的流速为1.3～1.5m/s，所述的气水混合物的停留时间为1～5min；气水比为，空气：水＝(6～8)：1；

预搅拌反应器中的电机带动搅拌推流器，将气水混合物搅拌均匀，并增加流速，得到预搅拌后的水；其中，所述的搅拌推流器的转速为300～700转/min，预搅拌后的污水的平均流速为2～4m/s；

步骤3：深度脱氮

(1)将预搅拌后的水分流至n个分水管中，其中，每个分水管的流速均为0.7～1.5m/s；

(2)进入第一分水管的水进入第一进水配水系统分配均匀进入第一级折流挂料板，进入第二分水管的水进入第二进水配水系统分配均匀进入第二级折流挂料板，……，进入第n分水管的水进入第n进水配水系统分配均匀进入第n级折流挂料板；

(3)每级折流挂料板中，水与其纤维填料上设置的微生物反应，从而进行除氮，得到除氮后的水和污泥，除氮后的水经过溢流板稳流后，从出水管流出排放，污泥进入污泥斗中，通过排泥阀排出。

9.如权利要求8所述的深度脱氮方法，其特征在于，所述的步骤1中，当n＝3时，反应器中，分水管以水流方向依次为第一分水管、第二分水管和第三分水管，每个分水管的流量分配率为：第一分水管：第二分水管：第三分水管＝(1～2):(1～1.5):1。

10.如权利要求8所述的深度脱氮方法，其特征在于，所述的步骤3(3)中，出水管的流速为0.8～1.0m/s；所述的排泥阀的过阀流速为0.7～1.2m/s。