CN112499763A - 短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器，包括罐体；罐体内包括混合区、厌氧区、缺氧区、好氧区和固液分离区；厌氧区、缺氧区和好氧区均为生化反应区，通过一个上部敞口和一个下部敞口的圆柱内罐体在罐体内分隔而成；混合区位于罐体的底部，内部设有布水器，通过进水口和排泥口与外界连通；厌氧区靠近进水口的位置，且进水口与厌氧区靠近底部的位置连接；好氧区中部靠近下部的位置设有射流曝气器；射流曝气器分别连接曝气管和外循环泵；缺氧区和好氧区的中上部均设有酶浮填料；固液分离区设有斜板分离器，且通过回流管与进水口连接。本发明利用短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮处理高氨氮、低C/N废水，节约占地面积和投资运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理设备制造技术领域，特别涉及短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器。
背景技术
在现有技术中，全程硝化-反硝化工艺仍是生物法去除氨氮的主流技术，即好氧条件下硝化菌将氨氮(NH4 +)转化为硝酸盐氮(NO3 –)，而后反硝化菌利用可生物降解的有机物将硝酸盐氮还原为氮气(N2)，从而达到去除氨氮的目的。每mol NH4 +的去除在硝化过程需消耗1.9mol的氧气(O2)，在反硝化过程中需消耗57g COD，这意味着原污水中理想的COD/TN宜为4.07左右，而大多数实际城镇污水或工业废水的COD/TN都低于4.07，因此在工程应用中，大量碳源的投加和曝气能耗大大提高了脱氮的运行费用。此外，传统全程硝化-反硝化工艺的容积脱氮效率较低，导致反应池容较大，占地面积较大。
近年来，厌氧氨氧化工艺的出现，使低能耗、可持续污水处理技术成为可能。厌氧氨氧化工艺需要将部分的NH4 +氧化为亚硝酸盐氮(NO2 –)，而后得到的NO2 –再氧化剩余部分的NH4 +，最终达到脱氮的目的。此过程中仅消耗0.8mol的O2，无需有机物的投加，污泥产生量低(去除1mol NH4 +仅生成3g生物体，而全程硝化-反硝化生成20.4g生物体)。因此，厌氧氨氧化工艺可节省60％的曝气能耗和100％的有机碳源消耗，同时污泥处理量少，大大降低运维成本。并且，厌氧氨氧化菌以CO2作为碳源，且代谢途径中没有N2O等中间产物，可减少温室气体的排放。
一体式厌氧氨氧化脱氮反应器具有负荷高、占地面积小、运行成本低等特点。研究表明，在短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮体系中，由于短程硝化菌和厌氧氨氧化菌对溶解氧的需求不同，共存环境下二者的同步代谢反应受到制约。事实上，通过合理的功能区布局、曝气量和回流比控制等措施可实现短程硝化和厌氧氨氧化反应的同步高效进行。
因此，如何利用短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮处理系统可处理高氨氮、低C/N废水成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器，实现的目的是利用短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮处理系统可处理高氨氮、低C/N废水，节约占地面积和投资运行成本，防止污泥流失，促进耦合脱氮反应的同步进行，提高容积负荷。
为实现上述目的，本发明公开了短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器，包括罐体、布水器、射流曝气器、酶浮填料、斜板分离器和外循环泵。
其中，所述罐体内包括混合区、厌氧区、缺氧区、好氧区和固液分离区，侧壁靠近底部的位置设有进水口和排泥口；
所述厌氧区、所述缺氧区和所述好氧区均为生化反应区，通过一个上部敞口和一个下部敞口的圆柱内罐体在所述罐体内分隔而成，且均位于所述混合区的上方；
所述混合区位于所述罐体的底部，内部设有所述布水器，并通过所述进水口和所述排泥口与外界连通；
所述厌氧区位于所述罐体内靠近所述进水口的位置，且所述进水口与所述厌氧区靠近底部的位置连接；
所述好氧区中部靠近下部的位置设有所述射流曝气器；
所述射流曝气器靠近所述罐体上端的接口连接曝气管，靠近所述罐体下端的接口与所述外循环泵连接；
所述外循环泵的进口与所述厌氧区的底部连接；
所述缺氧区和所述好氧区的中上部均设有所述酶浮填料；
所述固液分离区设有所述斜板分离器，且位于所述斜板分离器上方设有出水口；所述出水口通过回流管与所述进水口连接。
优选的，所述罐体为圆柱体，顶部设有盖板；所述盖板上设有排气孔。
优选的，所述固液分离区呈长方体形状。
优选的，所述酶浮填料绕所述罐体轴心呈环形固定在所述缺氧区和所述好氧区中上部。
本发明的有益效果：
本发明集短程硝化和厌氧氨氧化两个过程为一体，节约了占地面积和投资运行成本。
本发明通过在固液分离区下方的好氧区设置射流曝气器，不仅提升了气液传质和短程硝化速率，同时对颗粒浮泥形成强大的径向剪切力，分离颗粒污泥表面的附着气泡，挤压颗粒浮泥内的气囊，恢复颗粒污泥的沉降性能，可防止污泥流失。
本发明通过在缺氧区和好氧区设置酶浮填料(固定床生物膜)，可维持该区域内的高污泥浓度，通过消耗好氧区产生的溶解氧，减少溶解氧向厌氧区的传质，为厌氧氨氧化菌提供合适的厌氧环境。并且，酶浮填料为短程硝化和厌氧氨氧化菌营造了更多外部好氧、内部缺氧的微观环境，促进耦合脱氮反应的同步进行，可使容积负荷高达0.8-1.5kg NH3-N/m3·d，而传统AO池一般约为0.2-0.3kg NH3-N/m3·d。
本发明采用强制射流循环回流(回流比为2-20)的方式，使短程硝化液回流到厌氧区和废水进水充分混合：降低了进水氨氮负荷；厌氧氨氧化产生的碱度对短程硝化消耗的碱度进行补充，维持反应器整体pH值的稳定；可调节回流比使混合区进水NO2 –-N:NH4 +-N接近理论值1.32。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1示出本发明一实施例的纵向剖面结构示意图。
图2示出本发明一实施例的横截面结构示意图。
具体实施方式
实施例
如图1和图2所示，短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器，包括罐体1、布水器2、射流曝气器3、酶浮填料4、斜板分离器5和外循环泵6。
其中，罐体1内包括混合区101、厌氧区102、缺氧区103、好氧区104和固液分离区105，侧壁靠近底部的位置设有进水口7和排泥口8；
厌氧区102、缺氧区103和好氧区104均为生化反应区，通过一个上部敞口和一个下部敞口的圆柱内罐体在罐体1内分隔而成，且均位于混合区101的上方；
混合区101位于罐体1的底部，内部设有布水器2，并通过进水口7和排泥口8与外界连通；
厌氧区102位于罐体1内靠近进水口7的位置，且进水口7与厌氧区102靠近底部的位置连接；
好氧区104中部靠近下部的位置设有射流曝气器3；
射流曝气器3靠近罐体1上端的接口连接曝气管11，靠近罐体1下端的接口与外循环泵6连接；
外循环泵6的进口与厌氧区102的底部连接；
缺氧区103和好氧区104的中上部均设有酶浮填料4；
固液分离区105设有斜板分离器5，且位于斜板分离器5上方设有出水口9；出水口9通过回流管10与进水口7连接。
本发明的原理如下：
在本发明中由一个上部敞口和一个下部敞口的圆柱内罐体分隔而成的厌氧区102、缺氧区103和好氧区104作为生化反应区，可满足不同功能区的溶氧需求进行同步短程硝化与厌氧氨氧化。
混合区101设置在生化反应区下方，高氨氮进水和短程硝化回流水在此充分混合后，通过布水器均匀进入厌氧区102。
本发明在实际工作中，混合液的上升流和厌氧氨氧化产生的氮气的扰动，使该反应区内颗粒污泥呈膨胀和流化状态，加强了污泥与废水的表面接触，污泥由此而保持着高的活性，在6-30g/L的高浓度颗粒污泥的作用下，大部分亚硝酸盐氮在此转化为氮气，而后通过顶部盖板上的排气孔(图中未示出)排出。
缺氧区103和好氧区104中上部设有酶浮填料(固定床生物膜)，可维持该区域内的高污泥浓度，通过消耗好氧区产生的溶解氧，减少溶解氧向厌氧区的传质，为厌氧氨氧化菌提供合适的厌氧环境。
而且，酶浮填料也为短程硝化和厌氧氨氧化菌营造了更多外部好氧、内部缺氧的微观环境，促进了短程硝化和厌氧氨氧化反应的多点同步进行。
射流曝气器3位于好氧区104中下部，通过外循环泵6将厌氧区高氨氮废水与压缩空气在好氧区混合，并根据需要调整曝气量和循环回流比，进而控制厌氧氨氧化的NO2 –-N:NH4 +-N值，同时射流曝气和外循环造成的扰动可进一步促进污泥和废水的充分接触，加快生化反应速率。
固液分离区105设有斜板分离器5，分离后的上清液经固液分离区侧壁上部的出水口9流出，且出水口9与进水口7之间设有回流管10，部分出水通过出水回流管10回流至进水端，与进水混合后进入本发明底部，一方面可稀释进水，降低进水的氨氮浓度，降低其抑制作用，提高脱氮效率；另一方面可中和厌氧氨氧化产生的碱度，维持系统中的pH值平衡。
使用本发明处理某煤化工企业的合成氨生产废水，经本发明装置稳定运行30天后，废水中的COD从300-1000mg/L降低至100mg/L以下，氨氮(NH3-N)从200-500mg/L降低至50mg/L以下，总氮从200-500mg/L降低至60mg/L以下。可见本发明装置对高浓度的氨氮废水的脱氮效果较好，不依赖碳源投加，且同时能够去除废水中一部分COD。
在某些实施例中，罐体1为圆柱体，顶部设有盖板；盖板上设有排气孔。
在某些实施例中，固液分离区105呈长方体形状。
在某些实施例中，酶浮填料4绕罐体1轴心呈环形固定在缺氧区103和好氧区104中上部。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (4)
1.短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器，包括罐体(1)、布水器(2)、射流曝气器(3)、酶浮填料(4)、斜板分离器(5)和外循环泵(6)；其特征在于，
所述罐体(1)内包括混合区(101)、厌氧区(102)、缺氧区(103)、好氧区(104)和固液分离区(105)，侧壁靠近底部的位置设有进水口(7)和排泥口(8)；
所述厌氧区(102)、所述缺氧区(103)和所述好氧区(104)均为生化反应区，均通过一个上部敞口和一个下部敞口的圆柱内罐体在所述罐体(1)内分隔而成，且均位于所述混合区(101)的上方；
所述混合区(101)位于所述罐体(1)的底部，内部设有所述布水器(2)，并通过所述进水口(7)和所述排泥口(8)与外界连通；
所述厌氧区(102)位于所述罐体(1)内靠近所述进水口(7)的位置，且所述进水口(7)与所述厌氧区(102)靠近底部的位置连接；
所述好氧区(104)中部靠近下部的位置设有所述射流曝气器(3)；
所述射流曝气器(3)靠近所述罐体(1)上端的接口连接曝气管(11)，靠近所述罐体(1)下端的接口与所述外循环泵(6)连接；
所述外循环泵(6)的进口与所述厌氧区(102)的底部连接；
所述缺氧区(103)和所述好氧区(104)的中上部均设有所述酶浮填料(4)；
所述固液分离区(105)设有所述斜板分离器(5)，且位于所述斜板分离器(5)上方设有出水口(9)；所述出水口(9)通过回流管(10)与所述进水口(7)连接。
2.根据权利要求1所述的短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器，其特征在于，所述罐体(1)为圆柱体，顶部设有盖板；所述盖板上设有排气孔。
3.根据权利要求1所述的短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器，其特征在于，所述固液分离区(105)呈长方体形状。
4.根据权利要求1所述的短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器，其特征在于，所述酶浮填料(4)绕所述罐体(1)轴心呈环形固定在所述缺氧区(103)和所述好氧区(104)中上部。
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