CN115571983A - 一种同步硝化反硝化脱氮装置及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种同步硝化反硝化脱氮装置及处理方法，装置包括生物反应器，生物反应器内同心设有若干圆形支架，圆形支架上间隔布设有若干微孔曝气膜丝、厌氧生物固定床，微孔曝气膜丝上均布有若干氨氮吸附生物载体，厌氧生物固定床上设有若干丝状生物载体。处理方法为：由进水管通入含氮污水，随后利用曝气泵通过曝气管通入氧气，使微孔曝气膜丝上产生氧气，形成微好氧环境，污水中的氨氮与氨氧化细菌反应生成亚硝态氮，随后亚硝态氮与亚硝酸盐氧化细菌反应生成硝态氮，硝态氮通过与反硝化细菌反应生成氮气，净水从出水管导出。本发明基于曝气生物滤池工艺营造局部微好氧和整体厌氧环境，实现同步硝化反硝化除氮，提高污水处理的效率和质量。
Description
技术领域
本发明涉及水处理的技术领域，尤其涉及一种同步硝化反硝化脱氮装置及处理方法。
背景技术
自然水体中的氮污染会严重导致水体的富营养化和水体黑臭问题。因此，在污水治理过程中的脱氮技术已经成为当今水污染防治领域的一个热点问题。传统的生物脱氮原理是先将污水中的有机氮转化为氨态氮，然后通过好氧硝化菌的作用，将氨态氮进一步转化为亚硝态氮和硝态氮，再经由反硝化菌的作用将其还原成氮气，从而达到去除氮素的目的。传统的生物脱氮工艺以硝化反硝化原理为基础，新型生物脱氮工艺以同步硝化反硝化原理、短程硝化反硝化原理以及厌氧氨氧化原理为基础。
传统的生物脱氮工艺中先进行硝化反应，后进行反硝化反应，整套工艺流程耗时长，需要较大的场地，因此工程投资成本较高。同步硝化反硝化(SND)是利用构筑物内多种脱氮细菌的相互作用实现硝化与反硝化反应在同一反应器内同时进行，克服了传统工艺中占地面积大，耗氧量多的不足，同时可节省部分碳源，为实现低碳耗脱氮提供了依据。然而，由于影响同步硝化反硝化脱氮效果的环境因素较多，如溶解氧(DO)、营养比例(C/N)等，且操作条件复杂、驯化时间长，因此难以在实际应用中被推广。
曝气生物滤池工艺是一种生物膜污水处理工艺。它是在滤池中装填一定量比表面积较大的滤料，为微生物生长提供载体。在滤池内部配备人工曝气系统给微生物生长提供氧气。当污水从池底或顶部流经滤池时，滤料上生物膜对污水中的有机物进行氧化分解，分解的有机物一部分为微生物自身利用，另一部分氧化分解成二氧化碳，水和氨氮等成分挥发到空气中。通过吸附、生物氧化作用和物理过滤原理对污水起到很好的净化作用。
目前，对曝气生物滤池工艺的同步硝化与反硝化研究较少，并且这些研究只局限在实验室阶段，在实际工程应用方面结合曝气生物滤池工艺和同步硝化反硝化技术则未见报道。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的不足，而提供一种同步硝化反硝化脱氮装置及处理方法。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种同步硝化反硝化脱氮装置，包括生物反应器，生物反应器内同心设有若干圆形支架，圆形支架上间隔布设有若干微孔曝气膜丝、厌氧生物固定床，微孔曝气膜丝上均布有若干氨氮吸附生物载体，厌氧生物固定床上设有若干丝状生物载体，生物反应器一侧壁下端连通有进水管、曝气管且另外一侧壁上端设有出水管。
氨氮吸附生物载体上附着的生物为氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌。
丝状生物载体上附着的生物为反硝化细菌。
同心设置的所有的圆形支架上的微孔曝气膜丝的数量相同且以圆心成辐射状分布，同心设置的所有的圆形支架上的厌氧生物固定床的数量相同且以圆心成辐射状分布。
同一个圆形支架上微孔曝气膜丝、厌氧生物固定床的数量一致。
曝气管位于进水管的下方，曝气管的出气口对应设置在每个微孔曝气膜丝底部。
生物反应器为圆柱形结构。
上述同步硝化反硝化脱氮装置的处理方法，具体为：
由进水管通入含氮污水，随后利用曝气泵通过曝气管通入氧气，使微孔曝气膜丝上产生氧气，形成微好氧环境，污水中的氨氮与微孔曝气膜丝上的氨氧化细菌反应首先生成亚硝态氮，随后亚硝态氮与亚硝酸盐氧化细菌反应生成硝态氮，过程中不断调节曝气供氧量，确保硝化反应结束时剩余溶解氧接近零，与此同时，硝态氮通过与厌氧生物固定床上的丝状生物载体的反硝化细菌反应生成氮气，达到氨氮硝氮同时去除的效果，去除氮素的污水从出水管导出，得到净化水。
本发明的有益效果是：本发明是一种同步硝化反硝化脱氮装置及处理方法，基于曝气生物滤池工艺营造局部微好氧和整体厌氧环境，实现同步硝化反硝化除氮的同时，降低水中的溶解氧和碳氮比，提高污水处理的效率和质量。
附图说明
图1为本发明的生物反应器的外部结构示意图；
图2为本发明的生物反应器内微孔曝气膜丝、厌氧生物固定床的布置图；
图3为本发明的微孔曝气膜丝上氨氮吸附生物载体的分布示意图；
图4为本发明的厌氧生物固定床上氨氮吸附生物载体的分布示意图；
图中：1-生物反应器；2-圆形支架；3-微孔曝气膜丝；4-厌氧生物固定床；5-氨氮吸附生物载体；6-丝状生物载体；7-进水管；8-曝气管；9-出水管；
以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
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。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1至图4所示，一种同步硝化反硝化脱氮装置，包括生物反应器1，生物反应器1内同心设有若干圆形支架2，圆形支架2上间隔布设有若干微孔曝气膜丝3、厌氧生物固定床4，微孔曝气膜丝3上均布有若干氨氮吸附生物载体5，氨氮吸附生物载体5上附着的生物为氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌，厌氧生物固定床4上设有若干丝状生物载体6，丝状生物载体6上附着的生物为反硝化细菌，生物反应器1一侧壁下端连通有进水管7、曝气管8且另外一侧壁上端设有出水管9。
生物反应器1为圆柱形结构，材质为有机玻璃。
同心设置的所有的圆形支架2上的微孔曝气膜丝3的数量相同且以圆心成辐射状分布，同心设置的所有的圆形支架2上的厌氧生物固定床4的数量相同且以圆心成辐射状分布。
同一个圆形支架2上微孔曝气膜丝3、厌氧生物固定床4的数量一致。
曝气管8位于进水管7的下方，曝气管8的出气口对应设置在每个微孔曝气膜丝3底部。曝气管8安装在进水管7的正下方，用于连接曝气泵通入氧气，根据导入的废水量和反应的情况，实时调节曝气量控制氧气供应量，以确保反应结束后水中溶解氧含量接近零。
生物反应器1内形成局部微好氧区、整体厌氧区。
局部微好氧区是指微孔曝气膜丝3部分，曝气供氧时，氧气透过微孔曝气膜丝3直接被生物膜利用，形成局部微好氧环境，生物膜上附着氨氮吸附生物载体5，其中生物载体包括氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌，水中氨氮在有氧条件下通过与氨氧化细菌反应生成亚硝态氮，亚硝态氮通过与亚硝酸盐氧化细菌反应生成硝态氮。
生物反应器1内整体环境为厌氧区，因为曝气属于微曝气，氧气在微孔曝气膜丝3上迅速反应消耗了，所以整体是厌氧。微好氧区产生的硝态氮在整体厌氧的环境下通过与反硝化细菌反应生成氮气。
局部微好氧区和整体厌氧区相隔排布，根据反应器的容积大小选择合适间距和数量的好氧和厌氧装置，每个圆形支架2上布置相同数量的好氧和厌氧载体，确保微好氧区发生硝化反应的同时整体厌氧区进行反硝化反应。
上述同步硝化反硝化脱氮装置的处理方法，具体为：
由进水管7通入含氮污水，随后利用曝气泵通过曝气管8通入氧气，使微孔曝气膜丝3上产生氧气，形成微好氧环境，污水中的氨氮与微孔曝气膜丝3上的氨氧化细菌反应首先生成亚硝态氮，随后亚硝态氮与亚硝酸盐氧化细菌反应生成硝态氮，过程中不断调节曝气供氧量，确保硝化反应结束时剩余溶解氧接近零，与此同时，硝态氮通过与厌氧生物固定床4上的丝状生物载体6的反硝化细菌反应生成氮气，达到氨氮硝氮同时去除的效果，去除氮素的污水从出水管9导出，得到净化水。
利用本发明的装置对水样进行处理后的数据如下表所示：
对比含氮污水和净化水，COD和氨氮去除率分别为70.7-81.6％、90.9-95.3％和90.6-93.1％，达到了很好的处理效果。
本发明是一种同步硝化反硝化脱氮装置及处理方法，基于曝气生物滤池工艺营造局部微好氧和整体厌氧环境，实现同步硝化反硝化除氮的同时，降低水中的溶解氧和碳氮比，提高污水处理的效率和质量。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种同步硝化反硝化脱氮装置，其特征在于，包括生物反应器(1)，生物反应器(1)内同心设有若干圆形支架(2)，圆形支架(2)上间隔布设有若干微孔曝气膜丝(3)、厌氧生物固定床(4)，微孔曝气膜丝(3)上均布有若干氨氮吸附生物载体(5)，厌氧生物固定床(4)上设有若干丝状生物载体(6)，生物反应器(1)一侧壁下端连通有进水管(7)、曝气管(8)且另外一侧壁上端设有出水管(9)。
2.根据权利要求1所述的一种同步硝化反硝化脱氮装置，其特征在于，氨氮吸附生物载体(5)上附着的生物为氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌。
3.根据权利要求2所述的一种同步硝化反硝化脱氮装置，其特征在于，丝状生物载体(6)上附着的生物为反硝化细菌。
4.根据权利要求3所述的一种同步硝化反硝化脱氮装置，其特征在于，同心设置的所有的圆形支架(2)上的微孔曝气膜丝(3)的数量相同且以圆心成辐射状分布，同心设置的所有的圆形支架(2)上的厌氧生物固定床(4)的数量相同且以圆心成辐射状分布。
5.根据权利要求4所述的一种同步硝化反硝化脱氮装置，其特征在于，同一个圆形支架(2)上微孔曝气膜丝(3)、厌氧生物固定床(4)的数量一致。
6.根据权利要求5所述的一种同步硝化反硝化脱氮装置，其特征在于，曝气管(8)位于进水管(7)的下方，曝气管(8)的出气口对应设置在每个微孔曝气膜丝(3)底部。
7.根据权利要求6所述的一种同步硝化反硝化脱氮装置，其特征在于，生物反应器(1)为圆柱形结构。
8.根据权利要求7所述的一种同步硝化反硝化脱氮装置的处理方法，其特征在于，具体为：
由进水管(7)通入含氮污水，随后利用曝气泵通过曝气管(8)通入氧气，使微孔曝气膜丝(3)上产生氧气，形成微好氧环境，污水中的氨氮与微孔曝气膜丝(3)上的氨氧化细菌反应首先生成亚硝态氮，随后亚硝态氮与亚硝酸盐氧化细菌反应生成硝态氮，过程中不断调节曝气供氧量，确保硝化反应结束时剩余溶解氧接近零，与此同时，硝态氮通过与厌氧生物固定床(4)上的丝状生物载体(6)的反硝化细菌反应生成氮气，达到氨氮硝氮同时去除的效果，去除氮素的污水从出水管(9)导出，得到净化水。
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