CN114455705A - 一种hedn生物反应器及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种HEDN生物反应器及处理方法，包括：HEDN生化池和安装于HEDN生化池顶部的充氧器；HEDN生化池内设有HEDN填料层和布水器且HEDN填料层位于布水器的上方布水器至HEDN填料层的顶部形成悬浮污泥床区，布水器的下方形成沉淀积泥区，HEDN填料层的上方形成清水区，沉淀积泥区内设有排泥管，清水区上设有出水口；充氧器内设有跌水旋转叶片组件，充氧器上设有进水口、回流口和出水口，充氧器的回流口连通至清水区，充氧器的出水口通过回流廊道与布水器相连通。本发明的生物反应器的处理功能优化、结构高度集成、综合经济性高，适用于接触氧化或接触吸附反应过程、尤其适用于需精确控制溶氧的缺氧脱氮过程。

Description

一种HEDN生物反应器及处理方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种HEDN（High effectiondenitrification，高效率反硝化）生物反应器及处理方法。

背景技术

污水微生物处理技术及装备的升级是节能环保产业的重要组成部分，是保护环境的重要技术基础，是实现绿色发展的重要保障。近年来，污水微生物处理技术及装备的升级带来的产业规模迅速扩大，发展模式不断创新，服务领域不断拓宽，技术水平大幅提升，部分技术达到国际领先水平。随着绿色发展理念深入人心，工业绿色转型步伐进一步加快，为污水微生物处理技术及装备的进一步升级发展带来了巨大的市场空间、提出了新的更高要求。但同时，污水微生物处理技术创新能力还不强，产品低端同质化竞争严重，先进技术装备应用推广困难等瓶颈依然突出。

为全面推行绿色制造，进一步提升污水微生物处理新技术及新装备的落地实施水平，促进环保产业持续健康发展，实现有效供给；在水污染防治微生物处理技术升级方面，要重点攻关好氧/兼氧微生物处理技术，尤其是精确控制缺氧深度脱氮技术的创新升级，研发高效率、高集成的生物强化处理技术及装备。

对于好氧/兼氧微生物处理技术，尤其是精确控制缺氧深度脱氮技术，现有技术水平及装备存在诸多掣肘。在日益严格的环保政策之下，常规污染指标COD、BOD、氨氮、总氮、总磷的深度处理达标，成为生化处理的研究热点。其中，BOD、氨氮可以通过现有成熟的好氧生化工艺高效保证深度达标处理；总磷辅以低成本的化学混凝，也能高效保证深度达标处理；而COD通过水解酸化、厌氧等生物技术，并结合臭氧氧化、Fenton氧化、光催化氧化等特种高级氧化技术，或活性炭深度吸附与再生技术，可高效保证深度达标处理；而总氮的高效深度处理，则成为行业的痛点和难点，在高级氧化、活性炭吸附再生等较为成熟的特种处理技术均无法发挥作用的背景下，如何提升生化处理技术，使其实现对总氮的深度稳定达标处理，成为行业的攻坚难点。对于好氧/兼氧微生物处理技术，尤其是精确控制缺氧深度脱氮技术，现有技术水平及装备存在的核心制约点及需求为：

（1）现有好氧/兼氧生物处理技术及装备，不能满足特别环境对工艺单元高集成度、高空间利用率、高处理能力、高经济性、少占地的综合要求。

（2）现有好氧/兼氧生物处理技术及装备，无法在实现低能耗或零能耗充氧的前提下，兼顾低溶氧环境下溶氧浓度精确控制的精细操作要求，因此无法创造出更适宜的缺氧脱氮（溶氧0.3-0.5mg/L）及同步硝化反硝化（溶氧0.5-1.0mg/L）反应环境。

（3）现有好氧/兼氧生物处理技术及装备，无法实现特殊项目对总氮深度去除的进一步要求，且过滤单元设计、维护复杂。如BAF技术可以实现总氮从20mg/L深度去除至15mg/L以下，反硝化深床技术可以实现总氮从15mg/L深度去除至10mg/L，均无法达到总氮稳定去除至8mg/L甚至5mg/L以下的要求（目前零排放项目及部分地方严格要求的项目，均有这些要求）；另外，BAF技术及反硝化深床滤池技术，使用的硬质颗粒填料，均需要定期反洗维护，施工及运行操作复杂，浪费一定运行水量。

（4）传统好氧、兼氧生物处理技术，大多需要单独配置二次沉淀池，或通过增加池容，采用间歇曝气形式实现泥水分离，造成池容大、占地大，无法满足更高的经济性需求。

（5）传统好氧、兼氧生物处理技术，缺乏对好氧/兼氧悬浮污泥床高容积负荷反应体系的研究和实例应用，无法满足更高的处理负荷兼具稳定性需求。

发明内容

针对现有好氧/兼氧反应器存在的空间利用率低、充氧能耗高、充氧程度无法精确控制、微生物反应区污泥浓度低、泥水分离单元（二次沉淀池）占地面积大等问题，本发明提供一种处理功能优化、结构高度集成、综合经济性高，适用于接触氧化或接触吸附反应过程、尤其适用于需精确控制溶氧的缺氧脱氮过程的HEDN生物反应器及处理方法。

本发明公开了一种HEDN生物反应器，包括：HEDN生化池和安装于所述HEDN生化池顶部的充氧器；

所述HEDN生化池内设有HEDN填料层和布水器且所述HEDN填料层位于所述布水器的上方，所述布水器至所述HEDN填料层的顶部形成悬浮污泥床区，所述布水器的下方形成沉淀积泥区，所述HEDN填料层的上方形成清水区，所述沉淀积泥区内设有排泥管，所述清水区上设有出水口；

所述充氧器内设有跌水旋转叶片组件，所述充氧器上设有进水口、回流口和出水口，所述充氧器的回流口连通至所述清水区，所述充氧器的出水口通过回流廊道与所述布水器相连通。

作为本发明的进一步改进，还包括：文丘里吸水器和回流泵；

所述文丘里吸水器置于所述清水区内，且所述文丘里吸水器通过所述回流泵与所述充氧器的回流口相连通。

作为本发明的进一步改进，还包括：碳源投加管；

所述碳源投加管与所述文丘里吸水器的负压侧吸口相连，所述碳源投加管上安装有调流阀。

作为本发明的进一步改进，所述HEDN生化池的出水口处设有溢流出水堰。

作为本发明的进一步改进，所述跌水旋转叶片组件包括上下交错布设的多层跌水旋转叶片；

每个所述跌水旋转叶片包括旋转叶片、中轴杆、调节轴杆和调节手轮，所述调节手轮安装在所述调节轴杆一端，所述调节轴杆可带动所述旋转叶片绕所述中轴杆转动，以调节旋转叶片的跌水撞击角度。

作为本发明的进一步改进，所述充氧器的进水口和回流口高于所述跌水旋转叶片组件，所述充氧器的出水口低于所述跌水旋转叶片组件。

作为本发明的进一步改进，所述HEDN填料层所使用的填料为生物改性的斜板平面膜填料或生物改性的热塑性聚氨酯弹体填料。

本发明公开了一种基于HEDN生物反应器的污染水体处理方法，包括：

步骤1、待处理污染水体进入所述充氧器内，并逐层跌落、散布在所述跌水旋转叶片组件之上，撞击、分散、并下落；

步骤2、经充氧后的待处理污染水体经所述回流廊道进入所述布水器，实现升流式均匀布水；

步骤3、水体在所述HEDN生化池内向上运动，经所述HEDN填料层实现泥水分离，形成清水区和悬浮污泥床区；

步骤4、清水区内的水体回流至所述充氧器内，与待处理污染水体混合跌落，并重复步骤1~3；

步骤5、处理达标后的水体，经所述HEDN生化池的出水口排出；

步骤6、沉淀积泥区的污泥，经排泥管排出。

作为本发明的进一步改进，所述步骤4，具体包括：

清水区内的水体经由文丘里吸水器和回流泵回流至所述充氧器内，且所述文丘里吸水器在吸水的过程中利用负压投加碳源；含碳源的回流水体与进水口进入的待处理污染水体混合跌落。

作为本发明的进一步改进，在步骤1中，所述跌水旋转叶片组件的调节方法包括：

通过调节手轮联动调节轴杆，进而带动旋转叶片绕中轴杆转动，实现旋转叶片的跌水撞击角度调节；从而调节水体与空气动力混合的程度，进而实现水体充氧程度即溶氧的控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提升了生物脱氮反应器的集成度与空间利用率，通过可调节的旋转叶片跌水充氧，实现反应区域低功耗、低程度充氧，及溶氧浓度的精确可控，优化缺氧反应环境，同时省去曝气系统设备的建设投资和能耗；通过升流布水器和HEDN填料层，实现生物污泥的高效挂膜、截留，并形成高浓度悬浮污泥床区，提高了反应器的生物处理能力；升流布水器与HEDN填料层结合底部排泥，实现污泥沉淀分离功能的高度集成，省去二次沉淀池，简化了反应器结构，提高反应器经济性；

本发明通过采用文丘里吸水器，并将碳源投加口接入至文丘里吸水器负压侧吸口，可实现碳源的无动力投加。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的HEDN生物反应器的结构示意图；

图2为图1中跌水旋转叶片的放大示意图。

图中：

1、HEDN生化池；2、充氧器；3、跌水旋转叶片组件；3-1、旋转叶片；3-2、中轴杆；3-3、调节轴杆；3-4、调节手轮；4、回流廊道；5、布水器；6、HEDN填料层；7、文丘里吸水器；8、回流泵；9、溢流出水堰；10、排泥管；11、调流阀；A、进水口；B、出水口；C、回流吸入口；D、碳源投加口；E、排泥口；F、回流口；a、排泥液位线；b、升流布水液位线；c、污泥床上表液位线；d、出水液位线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1所示，本发明提供一种HEDN生物反应器，包括：HEDN生化池1和充氧器2；其中，

本发明的HEDN生化池1内水平安装有布水器5和HEDN填料层6，HEDN填料层6位于布水器5的上方，且优选HEDN填料层6设置在HEDN生化池1的中部；布水器5和HEDN填料层6将HEDN生化池1分为竖直方向的三个功能区，即布水器5至HEDN填料层6的顶部之间形成的悬浮污泥床区（图1所示的b-c区域），布水器5的下方形成沉淀积泥区（图1所示的a-b区域），HEDN填料层6的上方形成清水区（图1所示的c-d区域）。本发明在沉淀积泥区内水平安装有排泥管10，排泥管10与HEDN生化池1底部的排泥口相连；在HEDN生化池1的清水区池壁上设有溢流出水堰9和与溢流出水堰9相连的出水口B，在清水区内设有回流吸入口C。本发明在HEDN生化池1的池壁上设有竖直的回流廊道4，回流廊道4的下端与布水器5相连通。

本发明的HEDN填料层6可实现对高速升流泥水混合物中生物污泥的有效挂膜、吸附、截留，实现高浓度悬浮污泥床区的高负荷处理能力；同时，可根据实际处理过程的污泥性状，调节布水器升流水体5的上升流速，保证污泥悬浮态；进一步，HEDN填料层6所使用的填料可以是生物改性的斜板平面膜填料，也可以是生物改性的热塑性聚氨酯弹体填料。

本发明的充氧器2安装在HEDN生化池1的顶部，充氧器2内安装有跌水旋转叶片组件3，充氧器2上设有进水口A、回流口F和出水口且充氧器的进水口A和回流口F高于跌水旋转叶片组件3，充氧器2的出水口低于跌水旋转叶片组件3，优选出水口设置在充氧器2的底部。本发明充氧器2的回流口F与清水区内的回流吸入口C相连，进一步，本发明在HEDN生化池1内设有文丘里吸水器7以及在HEDN生化池1上安装有回流泵8，文丘里吸水器7的进水口作为回流吸入口C，文丘里吸水器7的出水口与回流泵8的进水口相连，回流泵8的出水口与充氧器2的回流口F相连，通过调节回流泵8的动力大小，可实现回流水体的上升流速调节；同时，本发明在文丘里吸水器7的负压侧吸口上连接有碳源投加管，碳源投加管的HEDN生化池1外端作为碳源投加口D，碳源通过负压侧吸口的负压吸入投加，节省碳源投加动力；进一步，在碳源投加管上安装有调流阀11，通过调流阀11调节碳源吸入流量。本发明的充氧器2的出水口与回流廊道4的上端相连，进水口A内进入的待处理污染水体、回流口F回流的水体或者两者混合水体在充氧器2内逐层跌落、散布在跌水旋转叶片组件3之上，撞击、分散，实现水体充氧；在经过充氧器2内跌水旋转叶片组件3实现充氧后，通过自重经回流廊道4流至布水器5内，并通过布水器5实现升流式均匀布水。

如图2所示，本发明的跌水旋转叶片组件3包括上下交错布设的多层跌水旋转叶片，每个跌水旋转叶片包括旋转叶片3-1、中轴杆3-2、调节轴杆3-3和调节手轮3-4，调节手轮3-4安装在调节轴杆3-3一端，调节轴杆3-3可带动旋转叶片3-1绕中轴杆3-2转动，以调节旋转叶片的跌水撞击角度，从而调节水体与空气动力混合的程度，进而实现水体充氧程度的控制。进一步，为实现水体溶氧的精确控制，可采用辅助的水体溶氧检测手段，判断跌水旋转叶片角度的调节量。

本发明提供一种基于HEDN生物反应器的污染水体处理方法，包括：

步骤1、待处理污染水体由进水口A进入充氧器2内，并逐层跌落、散布在跌水旋转叶片组件3之上，撞击、分散、并下落，上述过程中实现待处理污染水体与空气充分接触充氧；

步骤2、待处理污染水体由旋转叶片跌水充氧器2的底部，经由回流廊道4进入连通的布水器5，并均匀布水升流至HEDN生化池1的中部、上部；

步骤3、水体在HEDN生化池1中流经HEDN填料层6时，通过HEDN填料层的挂膜、吸附、截留作用，实现泥水高效分离；并在HEDN填料层顶面上部（c-d区域）形成清水区，在下部（b-c区域）形成高浓度悬浮污泥床区；

步骤4、在回流泵8动力的作用下，HEDN生化池1清水区的水体经由文丘里吸水器7，通过回流口F进入旋转叶片跌水充氧器2中，与待处理污染水体混合跌落，并重复上述步骤2~4；其中，

在清水区水体回流的过程中，利用文丘里吸水器7在吸水的过程中产生的负压向水体内投加碳源，并通过调流阀11可调节碳源吸入流量；

通过调节回流泵8动力大小，实现回流水体的上升流速调节，改善高浓度悬浮污泥床区的保持状态（b-c区域）；

步骤5、处理达标后的水体，通过溢流出水堰9，经由出水口B外排；

步骤6、处理过程中产生的污泥沉积在沉淀积泥区，并通过该区域底部的排泥管10和排泥口E进行排泥。

本发明的优点为：

1、高度竖向集成，提高反应器的空间利用率、处理能力、综合经济性，减少占地；

2、利用多层交错式跌水旋转叶片，实现零动力消耗充氧，节省充氧设备建设投资及运行能耗；

3、通过可调式跌水旋转叶片，实现充氧程度可控，可低程度充氧，并实现溶氧浓度的精确可控，使反应器适用于需精确溶氧控制的生物处理过程，如精确控制缺氧脱氮过程，可根据实际需求实现总氮进一步深度去除至15mg/L，甚至10mg/L或5mg/L以下；

4、利用可调升流速度布水器、HEDN填料层、底部排泥管等组件的组合配置，实现反应器集成泥水分离功能，省去二次沉淀chi 的建设及运行成本，节省占地；同时实现高浓度悬浮污泥床区的保持，提升反应器污染物处理能力及耐冲击性；

5、升流式布水形式，填料处于上流冲刷状态，无需进行反洗，操作简单，节省水量；

6、利用文丘里吸水器负压侧吸进行碳源投加，节省碳源投加能耗，同时使用调流阀，保证碳源投加量按需可调；

7、反应器总体设计及调控灵活，并于操作，耐冲击负荷能力强。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种HEDN生物反应器，其特征在于，包括：HEDN生化池和安装于所述HEDN生化池顶部的充氧器；

所述HEDN生化池内设有HEDN填料层和布水器且所述HEDN填料层位于所述布水器的上方，所述布水器至所述HEDN填料层的顶部形成悬浮污泥床区，所述布水器的下方形成沉淀积泥区，所述HEDN填料层的上方形成清水区，所述沉淀积泥区内设有排泥管，所述清水区上设有出水口；

所述充氧器内设有跌水旋转叶片组件，所述充氧器上设有进水口、回流口和出水口，所述充氧器的回流口连通至所述清水区，所述充氧器的出水口通过回流廊道与所述布水器相连通。

2.如权利要求1所述的HEDN生物反应器，其特征在于，还包括：文丘里吸水器和回流泵；

所述文丘里吸水器置于所述清水区内，且所述文丘里吸水器通过所述回流泵与所述充氧器的回流口相连通。

3.如权利要求2所述的HEDN生物反应器，其特征在于，还包括：碳源投加管；

所述碳源投加管与所述文丘里吸水器的负压侧吸口相连，所述碳源投加管上安装有调流阀。

4.如权利要求1所述的HEDN生物反应器，其特征在于，所述HEDN生化池的出水口处设有溢流出水堰。

5.如权利要求1所述的HEDN生物反应器，其特征在于，所述跌水旋转叶片组件包括上下交错布设的多层跌水旋转叶片；

每个所述跌水旋转叶片包括旋转叶片、中轴杆、调节轴杆和调节手轮，所述调节手轮安装在所述调节轴杆一端，所述调节轴杆可带动所述旋转叶片绕所述中轴杆转动，以调节旋转叶片的跌水撞击角度。

6.如权利要求1所述的HEDN生物反应器，其特征在于，所述充氧器的进水口和回流口高于所述跌水旋转叶片组件，所述充氧器的出水口低于所述跌水旋转叶片组件。

7.如权利要求1所述的HEDN生物反应器，其特征在于，所述HEDN填料层所使用的填料为生物改性的斜板平面膜填料或生物改性的热塑性聚氨酯弹体填料。

8.一种基于如权利要求1~7中任一项所述的HEDN生物反应器的污染水体处理方法，其特征在于，包括：

步骤1、待处理污染水体进入所述充氧器内，并逐层跌落、散布在所述跌水旋转叶片组件之上，撞击、分散、并下落；

步骤2、经充氧后的待处理污染水体经所述回流廊道进入所述布水器，实现升流式均匀布水；

步骤3、水体在所述HEDN生化池内向上运动，经所述HEDN填料层实现泥水分离，形成清水区和悬浮污泥床区；

步骤4、清水区内的水体回流至所述充氧器内，与待处理污染水体混合跌落，并重复步骤1~3；

步骤5、处理达标后的水体，经所述HEDN生化池的出水口排出；

步骤6、沉淀积泥区的污泥，经排泥管排出。

9.如权利要求8所述的污染水体处理方法，其特征在于，所述步骤4，具体包括：

清水区内的水体经由文丘里吸水器和回流泵回流至所述充氧器内，且所述文丘里吸水器在吸水的过程中利用负压投加碳源；含碳源的回流水体与进水口进入的待处理污染水体混合跌落。

10.如权利要求8所述的污染水体处理方法，其特征在于，在步骤1中，所述跌水旋转叶片组件的调节方法包括：

通过调节手轮联动调节轴杆，进而带动旋转叶片绕中轴杆转动，实现旋转叶片的跌水撞击角度调节；从而调节水体与空气动力混合的程度，进而实现水体充氧程度即溶氧的控制。

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