CN115536153A - 一种多微元内循环脱氮系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多微元内循环脱氮系统及其方法，涉及脱氮技术领域，该系统包括：反应池，反应池内设置有至少一个反应单元，每个反应单元包括一个竖向设置的降液管，降液管内形成降液区，降液管的周围空间形成曝气区，曝气区的底部设置有曝气组件，降液区的底部和顶部分别与曝气区的底部和顶部连通，降液区的顶部为进水端，曝气区的顶部为出水端；沉淀池，沉淀池的输入端与出水端连接，沉底池的输出端与进水端连接，该系统利用曝气组件的曝气和水力推动的动力，在通过多个降液管创造出的多个单独的内循环，混合后的污水和泥水混合物可有序的进行循环，可在高径比较低条件下有效提高系统内水流循环速度、增强传质效果及污泥颗粒化速度。

Description

一种多微元内循环脱氮系统及其方法

技术领域

本发明属于脱氮技术领域，更具体地，涉及一种多微元内循环脱氮系统及其方法。

背景技术

厌氧氨氧化脱氮技术具有节省曝气能耗、减少碳源投加，低污泥产量等优点，是目前污水生物脱氮领域最具应用前景的技术。但该技术涉及的功能菌，即厌氧氨氧化菌属于化能自养菌，生长缓慢，易流失等问题。常见的厌氧氨氧化工艺污泥形态为生物膜和颗粒污泥，生物膜形式可实现菌种有效持留，但需要安装或投放填料，投资成本高。颗粒污泥无需填料，初期投资成本低，但颗粒化速率低，颗粒易解体和流失。

目前厌氧氨氧化颗粒污泥技术应用的形式多为具有较大高径比的反应池，较大高径比可节约占地，且反应池内较高的上升流速利于污水和颗粒污泥的充分接触，污泥颗粒化，但对于低高径比条件的反应池上升流速慢，不具有适用性。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术不足提供一种多微元内循环脱氮系统及其方法，已解决上述背景技术中提出的目前厌氧氨氧化颗粒污泥技术应用的形式多为具有较大高径比的反应池，较大高径比可节约占地，且反应池内较高的上升流速利于污水和颗粒污泥的充分接触，污泥颗粒化，但对于低高径比条件的反应池，尤其是改造类项目，反应池内上升流速慢，不具有普遍适用性问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种多微元内循环脱氮系统，该系统包括：

反应池，所述反应池内设置有至少一个反应单元，每个所述反应单元包括一个竖向设置的降液管，所述降液管内形成降液区，所述降液管的周围空间形成曝气区，所述曝气区的底部设置有曝气组件，所述降液区的底部和顶部分别与所述曝气区的底部和顶部连通，所述降液区的顶部为进水端，所述曝气区的顶部为出水端；

沉淀池，所述沉淀池的输入端与所述出水端连接，所述沉底池的输出端与所述进水端连接。

优选地，所述反应池的顶部设置有配水组件，所述配水组件包括：

配水渠，所述配水渠设置于多个所述降液管的上部；

多个配水支管，多个所述配水支管的一端与所述配水渠连通，多个所述配水支管的另一端分别与多个所述降液管的进水端连通。

优选地，该系统还包括污泥回流管，所述污泥回流管的一端与所述沉淀池的输出端连通，所述污泥回流管的另一端与所述配水渠连通。

优选地，该系统还包括气提组件，所述污泥回流管的侧壁设有通气口，所述气提组件的气提口与所述通气口连接。

优选地，所述降液管设置有多个，多个所述降液管在所述反应池内呈阵列式排布。

优选地，还包括多个第一导流件，所述第一导流件的下侧设置有第一导流面，所述第一导流面的中部向侧面凸起形成锥状，所述第一导流件设置在相邻所述降液管之间的所述曝气区的顶部。

优选地，还包括多个第二导流件，所述第二导流件的上侧设置有第二导流面，所述第二导流面的中部向上凸起形成倒锥状，所述第二导流件设置在所述降液管的底部，所述第二导流面与所述降液管的下端之间形成与所述曝气区连通的通道。

本发明还提供一种多微元内循环脱氮方法，基于根据所述的多微元内循环脱氮系统，该方法包括：

在反应池内接种反硝化污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥；

通过配水渠和配水支管向降液区内输入污水；

启动曝气组件，使得污水在所述曝气区和所述降液区循环，出水进入沉淀池；

将沉淀池底部的泥水混合物回流到至少一个反应单元。

优选地，所述曝气区内溶解氧浓度控制在0.1-0.5mg/L。

本发明提供一种多微元内循环脱氮系统及其方法，其有益效果在于：

1、该系统在反应池内设置至少一个反应单元，在每一个反应单元竖向设置一个降液管，降液管的内部将形成降液区，降液管的周围空间形成曝气区，污水与沉淀池回流的泥水混合物混合后分配到各个降液区进一步混合后，向下流入到曝气区。利用曝气组件对曝气区进行曝气，曝气除为混合后的污水和泥水混合物进行充氧外，也使曝气区气含率增加，混合后的污水和泥水混合物比重变轻，向上流动，进入到降液区的内部上侧，在该位置气体将自行分离出。同时，混合后的污水和泥水混合物中少量溶解氧将发生短程硝化反应，使降液区内溶解氧进一步降低，此时，降液区内的混合后的污水和泥水混合物比重较曝气区内的混合后的污水和泥水混合物大，进而在降液区下沉，形成循环。从而，该系统利用曝气组件的曝气和水力推动的动力，在通过多个降液管创造出的多个单独的内循环，混合后的污水和泥水混合物可有序的进行循环，可在高径比较低条件下有效提高系统内水流循环速度、增强传质效果及污泥颗粒化速度，利于厌氧氨氧化菌的培养和富集，从而大大提升系统脱氮负荷。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一种多微元内循环脱氮系统的主视且剖视结构示意图；

图2示出了根据本发明的一种多微元内循环脱氮系统的俯视结构示意图；

图3示出了根据本发明的一种多微元内循环脱氮系统的俯视且侧视且剖视结构示意图；

图4示出了根据本发明的一种多微元内循环脱氮系统的俯视且剖视结构示意图；

图5示出了根据本发明的一种多微元内循环脱氮方法的流程图。

附图标记说明：

1、反应池；2、降液管；3、曝气组件；4、配水支管；5、配水渠；6、污泥回流管；7、出水渠；8、沉淀池本体；9、连接管；10、中心管；11、第一导流件；12、出水堰；13、挡流板；14、第二导流件；15气提气管；16、降液区；17、曝气区。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明提供一种多微元内循环脱氮系统，该系统包括：

反应池，反应池内设置有至少一个反应单元，每个反应单元包括一个竖向设置的降液管，降液管内形成降液区，降液管的周围空间形成曝气区，曝气区的底部设置有曝气组件，降液区的底部和顶部分别与曝气区的底部和顶部连通，降液区的顶部为进水端，曝气区的顶部为出水端；

沉淀池，沉淀池的输入端与出水端连接，沉底池的输出端与进水端连接。

具体的，反应单元的数量采用多个，降液管的截面呈正方形状，降液管的顶部呈倒圆台状，含有氨氮和有机物的污水与沉淀池回流的泥水混合物混合后均匀的分配到各个降液区进一步混合，向下流入到曝气区，利用曝气组件对曝气区进行曝气。曝气除为混合后的污水和泥水混合物进行充氧，促进氨氮和有机物的转化外，也使曝气区气含率增加，此时，曝气区泥水混合物比重变轻，向上流动，进入到降液区的内部上侧，在该位置气体将自行上浮溢出。同时，在该位置形成微氧环境，混合后的污水和泥水混合物中少量溶解氧将发生短程硝化反应，使降液区内溶解氧进一步降低，此时，降液区内的混合后的污水和泥水混合物比重较曝气区内的混合后的污水和泥水混合物大，进而在降液区下沉，形成循环，从而，该系统利用曝气组件的曝气和水力推动的动力，在通过多个降液管创造出的多个单独的内循环，混合后的污水和泥水混合物可有序的进行循环，可在高径比较低条件下有效提高系统内水流循环速度、增强传质效果及污泥颗粒化速度，利于厌氧氨氧化菌的培养和富集，从而大大提高了系统脱氮负荷；

曝气区为好氧环境，在曝气组件的控制作用下，溶解氧控制在0.1-0.5mg/L，主要发生短程硝化反应，降液区无曝气组件为缺氧环境，溶解氧浓度不进行人为控制，利于厌氧氨氧化菌和反硝化菌的生长代谢，降液区由于含有有机物和氨氮的污水与沉淀池回流的泥水混合物混合后进入，主要发生厌氧氨氧化和反硝化脱氮反应；

曝气区和降液区形成好氧-缺氧微循环，系统内污泥不断在好氧和缺氧环境中交替停留，有助于淘洗亚硝酸盐氧化菌，实现系统短程硝化过程的稳定，同时多个降液区形成的缺氧环境更有利于厌氧氨氧化菌活性的提升，进一步降低曝气区形成的好氧环境产生的亚硝酸盐浓度，保持系统内整体亚硝酸盐浓度处于较低水平。

优选地，反应池的顶部设置有配水组件，配水组件包括：

配水渠，配水渠设置于多个降液管的上部；

多个配水支管，多个配水支管的一端与配水渠连通，多个配水支管的另一端分别与多个降液管的进水端连通。

具体的，污水与沉淀池回流的泥水混合物混合后进入到配水渠，在由多个配水支管均匀的分布到多个降液管内。

优选地，该系统还包括污泥回流管，污泥回流管的一端与沉淀池本体连通，污泥回流管的另一端与配水渠连通；

该系统还包括气提组件，污泥回流管的侧壁设有通气口，气提组件的气提口与通气口连接。

具体的，气提组件能够调节污泥回流管的回流量，可根据污泥沉降速度进行调整，利于通过沉淀选择压加速颗粒污泥的形成及增长，同时气提回流的泥水混合物与进入到配水渠的污水混合，在配水渠内形成高浓度基质环境，与反应池内基质环境共同形成盛宴/饥饿条件，利于颗粒污泥的增长；

高效利用污水中的碳源，回流的泥水混合物与污水混合后进入到配水渠及无曝气的降液区，可发生反硝化反应将系统中产生的硝酸盐还原，不仅节省曝气过程去除有机物的耗氧量，也可以提高系统氮素去除率。

优选地，污泥回流管的另一端的直径大于污泥回流管本身的直径。

具体的，采用气提组件由于会使泥水混合物中含有气体，进而通过扩大污泥回流管另一端的直径，实现泥水混合物中气体的分离，然后泥水混合物与污水混合，创造高浓度污染物环境，再进入反应池内，如此循环，实现颗粒污泥的培养和污水中有机物和氮素的去除。

优选地，降液管设置有多个，多个降液管在反应池内呈阵列式排布。

具体的，根据需要选择降液管的数量。

优选地，还包括多个第一导流件，第一导流件的下侧设置有第一导流面，第一导流面的中部向侧面凸起形成锥状，第一导流件设置在相邻降液管之间的曝气区的顶部；

还包括多个第二导流件，第二导流件的上侧设置有第二导流面，第二导流面的中部向上凸起形成倒锥状，第二导流件设置在降液管的底部，第二导流面与降液管的下端之间形成与曝气区连通的通道。

具体的，反应池内的反应单元水平截面积与降液管的底部截面积之比为1：0.2-0.4，相邻两第一导流件相贴合，第一导流面的中部侧面凸起形成锥状的断面底角为锥角∠2，其锥角∠2为120-150°，第二导流面的中部向上凸起形成倒锥状的断面顶角为锥角∠3，其锥角∠3也为120-150°，为确保进入降液区内混合后的污水和泥水混合物中气体得到有效分离，降液区的顶部边长与反应单元的边长之比为1:1.2-1.5，降液管的顶部边沿形成锥角∠1，其∠1为45-60°，该系统可在反应池高径比较低条件下有效提高系统内水流循环速度、增强传质效果及污泥颗粒化速度。

本发明还提供一种多微元内循环脱氮方法，基于根据的多微元内循环脱氮系统，该方法包括：

在反应池内接种反硝化污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥；

向降液区内输入污水；

启动曝气组件，使得一部分污水在曝气区和降液区循环，出水进入沉淀池；

将沉淀池输出的泥水混合物回流到至少一个反应单元。

优选地，曝气区内溶解氧浓度控制在0.1-0.5mg/L。

实施例1

如图1、图2、图3和图4所示，本发明提供一种多微元内循环脱氮系统，该系统包括：

反应池1内设置有至少一个反应单元，每个反应单元包括一个竖向设置的降液管2，降液管2内形成降液区16，降液管2的周围空间形成曝气区17，曝气区17的底部设置有曝气组件3，降液区16的底部和顶部分别与曝气区17的底部和顶部连通，降液区16的顶部为进水端，曝气区17的顶部为出水端；

沉淀池，沉淀池的输入端与出水端连接，沉底池的输出端与进水端连接。

在本实施例中，反应池的顶部设置有配水组件，配水组件包括：

配水渠5，配水渠5设置于多个降液管2的上部；

多个配水支管4，多个配水支管4的一端与配水渠5连通，多个配水支管4的另一端分别与多个降液管2的进水端连通。

在本实施例中，沉淀池包括：

出水渠7，出水渠7设置于反应池1的内部一侧；

沉淀池本体8，沉淀池本体8的内部上侧设有环形挡流板13，沉淀池本体8的内侧壁与环形挡流板的外侧壁之间设有沉淀池出水堰12；

中心管10，中心管10的一端设置于环形挡流板13的中部；

连接管9，连接管9的一端与出水渠7连通，连接管9的另一端与中心管10连通；

在本实施例中，该系统还包括污泥回流管6，污泥回流管6的一端与沉淀池本体8连通，污泥回流管6的另一端与配水渠5连通；

在本实施例中，该系统还包括气提组件，污泥回流管6的侧壁设有通气口，气提组件的气提口与通气口连接。

在本实施例中，降液管2设置有多个，多个降液管2在反应池1内呈阵列式排布。

在本实施例中，降液管2的数量为八个，八个降液管2排列成两排，每排降液管2的数量为四个。

如图4所示，在本实施例中，曝气组件包括：

第一气源件；

多个曝气管3，多个曝气管3的一端与第一气源件的输出端连接，多个曝气管3的另一端分布在曝气区的底部。

在本实施例中，气提组件包括：

第二气源件；

气提气管15，气提气管15的一端与第二气源件的输出端连接，气提气管15的另一端与通气口连接。

在本实施例中，还包括多个第一导流件11，第一导流件11的下侧设置有第一导流面，所述第一导流面的中部向侧面凸起形成锥状，第一导流件11设置在相邻降液管2之间的曝气区17的顶部。

在本实施例中，还包括多个第二导流件14，第二导流件14的上侧设置有第二导流面，第二导流面的中部向上凸起形成倒锥状，第二导流件14设置在降液管2的底部，第二导流面与降液管2的下端之间形成与曝气区17连通的通道。

实施例2

如图5所示，本发明提供一种多微元内循环脱氮方法，基于根据的多微元内循环脱氮系统，该方法包括：

在反应池1内接种反硝化污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥；

向降液区16内输入污水；

启动曝气组件，使得污水在曝气区17和降液区16循环，出水进入沉淀池；

将沉淀池底部的泥水混合物回流到至少一个反应单元。

在本实施例中，曝气区17内溶解氧浓度控制在0.1-0.5mg/L。

综上，本发明提供的多微元内循环脱氮方法实施时，利用上述多微元内循环脱氮系统，以一次处理为例：在反应池1内接种反硝化污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥，接种后污泥浓度为3-5gVSS/L，其中厌氧氨氧化颗粒污泥质量占比为10％-15％，含有氨氮和有机物的污水与沉淀池回流的泥水混合物在配水渠5内混合后，在由多个配水支管4均匀的分布到多个降液管2内，在多个降液管2内进一步混合后在由第二导流件14的导流作用向下流入到曝气区17。利用曝气组件对曝气区17进行曝气，曝气除为混合后的污水和泥水混合物进行充氧，促进氨氮和有机物的转化外，也使曝气区17气含率增加，此时，经过降液区16和曝液区17后含有氨氮、亚硝态氮、硝态氮混合后的污水和泥水混合物比重变轻，向上流动，进入到降液区16的内部上侧，在该位置气体将自行上浮溢出。同时，在该位置形成微氧环境，混合后的污水和泥水混合物中少量溶解氧将发生短程硝化反应，使降液区16内溶解氧进一步降低，此时，降液区16内的混合后的污水和泥水混合物比重较曝气区17内的混合后的污水和泥水混合物大，进而在降液区16下沉，形成循环。从而，该系统利用曝气组件的曝气和水力推动的动力，在通过多个降液管2创造出的多个单独的内循环，混合后的污水和泥水混合物可有序的进行循环，可在高径比较低条件下有效提高系统内水流循环速度、增强传质效果及污泥颗粒化速度，利于厌氧氨氧化菌的培养和富集，从而大大降低了系统脱氮负荷；

曝气区17为好氧环境，在曝气组件的控制作用下，溶解氧控制在0.1-0.5mg/L，主要发生短程硝化反应，降液区16无曝气组件为缺氧环境，溶解氧浓度不进行人为控制，利于厌氧氨氧化菌和反硝化菌的生长代谢，降液区16由于含有有机物和氨氮的污水与沉淀池回流的泥水混合物混合后进入，进而，主要发生厌氧氨氧化和反硝化脱氮反应；

气提组件能够调节污泥回流管6的回流量，可根据污泥沉降速度进行调整，利于通过沉淀选择压加速颗粒污泥的形成及增长，同时气提回流的泥水混合物与进入到配水渠的污水混合，在配水渠5内形成高浓度基质环境，与反应池内基质环境共同形成盛宴/饥饿条件，利于颗粒污泥的增长；

曝气区17和降液区16形成好氧-缺氧微循环，系统内污泥不断在好氧和缺氧环境中交替停留，有助于淘洗亚硝酸盐氧化菌，实现系统短程硝化过程的稳定，同时多个降液区16形成的缺氧环境更有利于厌氧氨氧化菌活性的提升，进一步降低曝气区17形成的好氧环境产生的亚硝酸盐浓度，保持系统内整体亚硝酸盐浓度处于较低水平。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (9)

1.一种多微元内循环脱氮系统，其特征在于，该系统包括：

反应池，所述反应池内设置有至少一个反应单元，每个所述反应单元包括一个竖向设置的降液管，所述降液管内形成降液区，所述降液管的周围空间形成曝气区，所述曝气区的底部设置有曝气组件，所述降液区的底部和顶部分别与所述曝气区的底部和顶部连通，所述降液区的顶部为进水端，所述曝气区的顶部为出水端；

沉淀池，所述沉淀池的输入端与所述出水端连接，所述沉底池的输出端与所述进水端连接。

2.根据权利要求1所述的多微元内循环脱氮系统，其特征在于，所述反应池的顶部设置有配水组件，所述配水组件包括：

配水渠，所述配水渠设置于多个所述降液管的上部；

多个配水支管，多个所述配水支管的一端与所述配水渠连通，多个所述配水支管的另一端分别与多个所述降液管的进水端连通。

3.根据权利要求2所述的多微元内循环脱氮系统，其特征在于，该系统还包括污泥回流管，所述污泥回流管的一端与所述沉淀池的输出端连通，所述污泥回流管的另一端与所述配水渠连通。

4.根据权利要求3所述的多微元内循环脱氮系统，其特征在于，该系统还包括气提组件，所述污泥回流管的侧壁设有通气口，所述气提组件的气提口与所述通气口连接。

5.根据权利要求1所述的多微元内循环脱氮系统，其特征在于，所述降液管设置有多个，多个所述降液管在所述反应池内呈阵列式排布。

6.根据权利要求1所述的多微元内循环脱氮系统，其特征在于，还包括多个第一导流件，所述第一导流件的下侧设置有第一导流面，所述第一导流面的中部向侧面凸起形成锥状，所述第一导流件设置在相邻所述降液管之间的所述曝气区的顶部。

7.根据权利要求1所述的多微元内循环脱氮系统，其特征在于，还包括多个第二导流件，所述第二导流件的上侧设置有第二导流面，所述第二导流面的中部向上凸起形成倒锥状，所述第二导流件设置在所述降液管的底部，所述第二导流面与所述降液管的下端之间形成与所述曝气区连通的通道。

8.一种多微元内循环脱氮方法，基于根据权利要求1-7任一项所述的多微元内循环脱氮系统，其特征在于，该方法包括：

在反应池内接种反硝化污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥；

向降液区内输入污水；

启动曝气组件，使得污水在所述曝气区和所述降液区循环，出水进入沉淀池；

将沉淀池底部的泥水混合物回流到至少一个反应单元。

9.根据权利要求8所述的多微元内循环脱氮方法，其特征在于，所述曝气区内溶解氧浓度控制在0.1-0.5mg/L。

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