CN113233591B - 一种复合式生物脱氮废水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合式生物脱氮废水处理装置，属于废水处理技术领域。本废水处理装置包括：竖直设置的反应器本体，所述反应器本体内设有三相分离器，所述三相分离器将所述反应器本体分成上下两层，上层为生物膜区，下层为颗粒污泥区，所述反应器本体的下端为进水端，上端为出水端；进水部件，所述进水部件的输出端与所述反应器本体的进水端连接并连通；加热部件，所述加热部件的输出端与所述反应器本体连接，对所述反应器本体加热；曝气部件，所述曝气部件的输出端与所述生物膜区连通。本废水处理装置采用生物脱氮，具有高效脱氮的能力，同时兼具高效率与强抗冲击负荷的能力，同步提高了处理效果与稳定性。

Description

一种复合式生物脱氮废水处理装置

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种复合式生物脱氮废水处理 装置。

背景技术

随着社会产业多样化及人口规模的快速发展，食品生产加工废水、畜牧 养殖废水、垃圾渗滤液等高氨氮低碳废水排放量与日俱增，逐渐形成一种具 有较大规模且降解难度较大的特种废水，对环境水体造成严重威胁。

目前市场上针对这类废水处理工艺相对较少，因此通常采用活性污泥 法、氧化沟、A/O及A²/O工艺等传统工艺处理，但这类工艺处理高浓度氨氮 废水存在一些弊端，在反应过程中，需要投加碳源来促进反应，同时需要消 耗大量能源和大量O₂，并且脱氮效率低。

因此，亟需一种能耗低脱氮效果好的氨氮废水处理方式。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供一种复合式生物脱氮废水处理装置， 采用生物脱氮，具有高效脱氮的能力，同时兼具高效率与强抗冲击负荷的能 力，同步提高了处理效果与稳定性。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种复合式生物脱氮废水处 理装置，包括：

竖直设置的反应器本体，所述反应器本体内设有三相分离器，所述三相 分离器将所述反应器本体分成上下两层，上层为生物膜区，下层为颗粒污泥 区，所述反应器本体的下端为进水端，上端为出水端；

进水部件，所述进水部件的输出端与所述反应器本体的进水端连接并连 通；

加热部件，所述加热部件的输出端与所述反应器本体连接，对所述反应 器本体加热；

曝气部件，所述曝气部件的输出端与所述生物膜区连通。

本发明的有益效果是：(1)本废水处理装置具有不需要投加碳源，能耗 低，环境因素影响较小，脱氮速率高等优点；

(2)本废水处理装置同时具有高效率与强抗冲击负荷的能力，提高了 处理效果与稳定性；

(3)本废水处理装置采用污泥和生物膜同步处理方式，对废水中的氨 氮去除率高。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述反应器本体为圆柱形壳体，所述反应器本体包括上圆柱和 下圆柱，所述下圆柱的直径小于所述上圆柱的直径，所述生物膜区位于所述 上圆柱内，所述颗粒污泥区位于所述下圆柱内。

采用上述进一步方案的有益效果是：利于实现颗粒污泥区和生物膜区协 同处理。

进一步，所述上圆柱内填充有半软性纤维填料，所述下圆柱的下端填充 有颗粒污泥。

采用上述进一步方案的有益效果是：能够构成颗粒污泥区和生物膜区。

进一步，所述加热部件包括上层加热件和下层加热件，所述上层加热件 的输出端与所述上圆柱的外侧壁连接，所述下层加热件的输出端与所述下圆 柱的外侧壁连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：能够分别对颗粒污泥区和生物膜区 加热。

进一步，所述下层加热件包括第一外套管和水浴加热棒，所述第一外套 管套设在所述下圆柱上，所述第一外套管的下端封闭，所述第一外套管与所 述下圆柱之间装有水，所述水浴加热棒置于所述第一外套管与所述下圆柱之 间。

采用上述进一步方案的有益效果是：能够保证颗粒污泥区处于恒温状态 下对水处理。

进一步，所述上层加热件包括第二外套管和恒温加热器，所述第二外套 管套设在上圆柱上，所述第二外套管的两端封闭，所述恒温加热器设在所述 第二外套管和所述上圆柱之间。

采用上述进一步方案的有益效果是：利于对生物膜区加热，使其处于恒 温状态。

进一步，所述第二外套管与所述上圆柱之间构成沉降空间，所述上圆柱 的上端设有与所述沉降空间连通的通水孔，所述第二外套管的上端设有与所 述沉降空间连通的出水管。

采用上述进一步方案的有益效果是：能够实现沉降作用。

进一步，所述进水部件包括进水箱和进水蠕动泵，所述进水蠕动泵的输 入端与所述进水箱连通，所述进水蠕动泵的输出端与所述进水端连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：利于向反应器本体内输送废水。

进一步，还包括回流部件，所述回流部件的输入端与所述反应器本体的 上端的侧壁连接并连通，所述回流部件的输出端与所述进水端连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：能够进行回流，提高对废水的处理 效果。

进一步，所述曝气部件包括曝气机和转子流量计，所述转子流量计设在 所述曝气机的输出端，所述曝气机的输出端伸入所述反应器本体的上端内， 所述反应器本体的上端端部设有排气孔。

采用上述进一步方案的有益效果是：能够补充氧气。

附图说明

图1为本发明废水处理装置的结构示意图；

图2为本发明反应器本体的上端的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、进水箱；2、进水蠕动泵；3、反应器本体；4、第一外套管；5、水 浴加热棒；6、排泥管；7、颗粒污泥；8、三相分离器；9、第二外套管；10、 恒温加热器；11、回流管；12、出水管；13、通水孔；14、回流蠕动泵；15、 曝气机；16、排气孔；17、转子流量计；18、半软性纤维填料；19、集水箱； 20、排废管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本 发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例

如图1和图2所示，本实施例提供一种复合式生物脱氮废水处理装置， 包括：竖直设置的反应器本体3、进水部件、加热部件和曝气部件。

反应器本体3内设有三相分离器8，三相分离器8将反应器本体3分成 上下两层，上层为生物膜区，下层为颗粒污泥区，反应器本体3的下端为进 水端，上端为出水端。进水部件的输出端与反应器本体3的进水端连接并连 通。加热部件的输出端与反应器本体3连接，对反应器本体3加热。曝气部 件的输出端与生物膜区连通，通过曝气部件向生物膜区内输送氧气，利于进 行生物处理。

其中，反应器本体3用于对废水进行处理，废水从反应器本体3的下端 的进水端进入，沿着反应器本体3向上移动，经过颗粒污泥区、三相分离器 8和生物膜区处理，然后从反应器本体3的上端的出水端排出。其中反应器 本体3采用有机玻璃制成，内径为50mm，高为180cm，其有效容积为8L。

其中，所述生物膜区与所述颗粒污泥区直径比为2-4：1，具体的生物膜 区的直径可为150mm，颗粒污泥区的直径可为50mm，颗粒污泥区的上升流速 为3-5m/h，生物膜区上升流速小于0.2-0.5m/h，生物膜区过快的上升流速 不利于微生物的附着。

其中，曝气部件的输出端位于生物膜区和颗粒污泥区之间，并且靠近生 物膜区的底部的0-20％的位置。

其中，加热部件能够对反应器本体3进行加热，使得反应器本体3处于 恒温状态，利于对废水处理，而曝气部件能够向生物膜区产生氧气，用于有 效的去除废水中的氨氮成分。其中，三相分离器8为现有技术，在此不再过 多赘述。通过三相分离器8进行分隔颗粒污泥区和生物膜区。

本实施例的技术方案的效果是，本废水处理装置具有不需要投加碳源， 能耗低，环境因素影响较小，脱氮速率高等优点。本废水处理装置同时具有 高效率与强抗冲击负荷的能力，提高了处理效果与稳定性。本废水处理装置 采用污泥和生物膜同步处理方式，对废水中的氨氮去除率高。

优选地，本实施例中，反应器本体3为圆柱形壳体，反应器本体3包括 上圆柱和下圆柱，下圆柱的直径小于上圆柱的直径，生物膜区位于上圆柱内， 颗粒污泥区位于下圆柱内。

其中，上圆柱和下圆柱内部均为内空状态，用于水的流动。其中，上圆 柱的直径大用于生物膜处理，增加处理时间。其中，三相分离器8的顶端延 伸到上圆柱的内顶端，使得水能够溢出到上圆柱内。

优选地，本实施例中，上圆柱内填充有半软性纤维填料18，下圆柱的下 端填充有颗粒污泥7。其中，半软性纤维填料18用于形成生物膜，而颗粒污 泥7用于形成颗粒污泥区，通过颗粒污泥7与生物膜的同步驯化，生物膜具 有较强的适应性、较好稳定性、产生较少的剩余污泥量等优点，颗粒污泥7 具有沉降性好，单位容积可容纳更多生物量的优点，使系统兼具高效脱氮与 强抗冲击负荷能力。其中，下圆柱的侧壁上设有与颗粒污泥区连通的排泥管 6，通过排泥管6能够将颗粒污泥7排出，排泥管6上设有阀门。其中，排 泥管6可设置多个，多个排泥管6沿下圆柱的长度方向设置。

其中，通过填充的半软性纤维填料18，当废水流动与半软性纤维填料 18相接触时，废水中的微生物会覆盖在半软性纤维填料18表面进行生长。 随着废水的流动，半软性纤维填料18表面会形成一种膜状污泥，即这层膜 成为生物膜，在反应器形成生物膜区。

优选地，本实施例中，加热部件包括上层加热件和下层加热件，上层加 热件的输出端与上圆柱的外侧壁连接，下层加热件的输出端与下圆柱的外侧 壁连接。

通过上层加热件能够对生物膜区进行加热，使得其保持恒定温度，利于 对废水进行处理。下层加热件对颗粒污泥区进行加热，保持恒定温度。通过 上层加热件和下层加热件分别加热，能够控制生物膜区和颗粒污泥区的不同 温度，适应性更高。

优选地，本实施例中，下层加热件包括第一外套管4和水浴加热棒5， 第一外套管4套设在下圆柱上，第一外套管4的下端封闭，第一外套管4与 下圆柱之间装有水，水浴加热棒5置于第一外套管4与下圆柱之间。

其中，第一外套管4竖直设置，第一外套管4上端敞口，下端封闭，通 过上端敞口可加入水，水位于第一外套管4内壁与下圆柱外壁之间，通过水 浴加热棒5对水加热后，水对下圆柱进行加热。其中水浴加热棒5为电加热， 为现有技术。其中水浴加热棒5上设有温度传感器和继电器，能够实现恒温 加热。其中第一外套管4的外侧壁包裹有锡箔纸，能够起到保温和避光的作 用。通过下层加热件控制下圆柱内的温度维持在30±2℃。

其中，第一外套管4上设有用于与三相分离器8连通的排废管20，能够 进行排废。其中，排废管20上具有打开或关闭排废管20的阀门。

优选地，本实施例中，上层加热件包括第二外套管9和恒温加热器10， 第二外套管9套设在上圆柱上，第二外套管9的两端封闭，恒温加热器10 设在第二外套管9和上圆柱之间。

其中，第二外套管9竖直设置，第二外套管9的上端和下端均为封闭端。 其中恒温加热器10位于第二外套管9的内侧壁上，成环形分布，从而对整 个上圆柱均匀加热。其中，恒温加热器10为现有技术，在此不再过多赘述 其结构。其中第二外套管9的外侧壁上包裹有锡箔纸，能够起到保温和避光 作用。通过上层加热件控制上圆柱内的温度维持在30±2℃。

优选地，本实施例中，第二外套管9与上圆柱之间构成沉降空间，上圆 柱的上端设有与沉降空间连通的通水孔13，第二外套管9的上端设有与沉降 空间连通的出水管12。

其中，上圆柱内的水经过生物膜处理后，能够从通水孔13溢出到沉降 空间内，能够在沉降空间内沉降，同时恒温加热器10能够先对处于沉降空 间内的水加热，使得热量传递到上圆柱中，加热温度更均匀。其中，沉降空 间中上部的水能够从出水管12排出，实现水的排出。

其中，出水管12通过连通管道连接一集水箱19，方便对处理后的水进 行收集，然后集中使用或排出。

优选地，本实施例中，进水部件包括进水箱1和进水蠕动泵2，进水蠕 动泵2的输入端与进水箱1连通，进水蠕动泵2的输出端与进水端连接。

其中，进水箱1用于收集废水，通过进水蠕动泵2将进水箱1中的水缓 慢输送到反应器本体3中，进行处理。其中进水蠕动泵2的输入端通过管道 与进水箱1连接，输出端通过管道与进水端连接。其中，进水箱1的容积为50L。通过进水蠕动泵2采用连续式进水，并控制水在反应器本体3内上升 流速，控制上升流速为4.0m/h。

优选地，本实施例中，还包括回流部件，回流部件的输入端与反应器本 体3的上端的侧壁连接并连通，回流部件的输出端与进水端连接。回流部件 能够将上圆柱中的水输送回到下圆柱中，进行二次处理，保证了废水处理效 果。

其中，回流部件包括回流管11和回流蠕动泵14，回流管11的一端穿过 第二外套管9，并与上圆柱的外侧壁连接，并与上圆柱内的生物膜区连通， 回流管11的另一端与回流蠕动泵14的输入端连接并连通，回流蠕动泵14 的输出端与进水端连接并连通。其中，回流蠕动泵14的流量控制范围为 0-390m l/mi n，通过回流蠕动泵14和进水蠕动泵2一起控制水的上升流速， 流速为4.0m/h。

优选地，本实施例中，曝气部件包括曝气机15和转子流量计17，转子 流量计17设在曝气机15的输出端，曝气机15的输出端伸入反应器本体3 的上端内，反应器本体3的上端端部设有排气孔16。

其中，曝气机15能够产生氧气输入到上圆柱内，为生物膜区供给氧气。 其中转子流量计17能够检测输入到氧气的量。其中曝气机15和转子流量计 17为现有技术，在此不再过多赘述其结构。通过曝气机15控制氧气浓度在 曝气段为0.7mg/L，停曝段为0.4mg/L。

本废水处理装置，反应器大体相当于一个EGSB反应器，利用半软性纤 维填料18形成生物膜，因为生物膜具有溶解氧梯度，控制一个适宜的溶解 氧范围，能使系统内的好氧及厌氧微生物均有适宜的生长环境，厌氧氨氧化 颗粒需要一个厌氧的条件。因此，构建形成自养生物脱氮。本废水处理装置 的总氮去除率能够达到74.43％，氨氮去除率能够达到99.47％。

本废水处理装置的原理如下，自养生物脱氮主要包含亚硝化和厌氧氨氧 化2个阶段，参与的细菌有好氧氨氧化菌(ammonia-oxidizing bacteria， AOB)和厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonium oxidation bacteria，AnAOB)， 进入废水中的氨氮经过中间产物NH₂OH、NO的转化，被AOB氧化成NO^2-，发 生部分亚硝化反应，过程如式(1.1-1.3)

NH₄ ⁺+0.5O₂→NH₂OH+H⁺ (1.1)

NH₂OH+0.75O₂→NO+1.5H₂O (1.2)

0.5H₂O+NO+0.25O₂→NO₂ ^-+H⁺ (1.3)

亚硝化反应生成的NO^2-与的NH⁴⁺发生反应生成N₂，并有少量NO^3-生成， 发生厌氧氨氧化反应，过程如式(1.4)，从而实现对氨氮的去除。

NH₄ ⁺+1.32NO₂ ^-+0.066HCO₃ ^-+0.13H⁺→

1.02N₂+0.26NO₃ ^-+0.066CH₂O_0.5+2.03H₂O(1.4)

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、 “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系， 仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或 元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本 发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能 理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由 此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更 多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两 个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定， 术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也 可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可 以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。 对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明 创造中的具体含义。

需要注意的是，本发明中的“包括”意指其除所述成分外，还可以包括 其他成分，所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种复合式生物脱氮废水处理装置，其特征在于，包括：

竖直设置的反应器本体(3)，所述反应器本体(3)内设有三相分离器(8)，所述三相分离器(8)将所述反应器本体(3)分成上下两层，上层为生物膜区，下层为颗粒污泥区，所述反应器本体(3)的下端为进水端，上端为出水端；所述反应器本体(3)为圆柱形壳体，所述反应器本体(3)包括上圆柱和下圆柱，所述下圆柱的直径小于所述上圆柱的直径，所述生物膜区位于所述上圆柱内，所述颗粒污泥区位于所述下圆柱内；所述上圆柱内填充有半软性纤维填料(18)，所述下圆柱的下端填充有颗粒污泥(7)；所述生物膜区与所述颗粒污泥区直径比为2-4：1；

进水部件，所述进水部件的输出端与所述反应器本体(3)的进水端连接并连通；所述进水部件包括进水箱(1)和进水蠕动泵(2)，所述进水蠕动泵(2)的输入端与所述进水箱(1)连通，所述进水蠕动泵(2)的输出端与所述进水端连接；

加热部件，所述加热部件的输出端与所述反应器本体(3)连接，对所述反应器本体(3)加热；所述加热部件包括上层加热件和下层加热件，所述上层加热件的输出端与所述上圆柱的外侧壁连接，所述下层加热件的输出端与所述下圆柱的外侧壁连接；所述下层加热件包括第一外套管(4)和水浴加热棒(5)，所述第一外套管(4)套设在所述下圆柱上，所述第一外套管(4)的下端封闭，所述第一外套管(4)与所述下圆柱之间装有水，所述水浴加热棒(5)置于所述第一外套管(4)与所述下圆柱之间；所述上层加热件包括第二外套管(9)和恒温加热器(10)，所述第二外套管(9)套设在上圆柱上，所述第二外套管(9)的两端封闭，所述恒温加热器(10)设在所述第二外套管(9)和所述上圆柱之间；所述第二外套管(9)与所述上圆柱之间构成沉降空间，所述上圆柱的上端设有与所述沉降空间连通的通水孔(13)，所述第二外套管(9)的上端设有与所述沉降空间连通的出水管(12)；

曝气部件，所述曝气部件的输出端与所述生物膜区连通。

2.根据权利要求1所述的复合式生物脱氮废水处理装置，其特征在于，还包括回流部件，所述回流部件的输入端与所述反应器本体(3)的上端的侧壁连接并连通，所述回流部件的输出端与所述进水端连接。

3.根据权利要求1或2所述的复合式生物脱氮废水处理装置，其特征在于，所述曝气部件包括曝气机(15)和转子流量计(17)，所述转子流量计(17)设在所述曝气机(15)的输出端，所述曝气机(15)的输出端伸入所述反应器本体(3)的上端内，所述反应器本体(3)的上端端部设有排气孔(16)。

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