CN202945097U - 一种高效脱氮生物膜流化床反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高效脱氮生物膜流化床反应器，它是由好氧反应区、一级厌氧反应区、二级厌氧反应区和沉淀区组成，好氧反应区位于一级厌氧反应区中间，二级厌氧反应区设置在一级厌氧反应区内，沉淀区设置在二级厌氧反应区内；好氧反应区内设置有内循环脱膜升流器（2），单点脉曝气系统（1）、冲布水系统I（3）通过管道连接好氧反应区；一级厌氧反应区设置有三相分离器I（5）、不锈钢出水孔板（6）、泥斗（7）和气体导管I（8）,单点脉冲布水系统II（4）通过管道连接一级厌氧反应区；二级厌氧反应区设置有三相分离器II（9）和气体导管II（10）；沉淀区设置有出水堰板（11）和出水管（12）。本实用新型适用于污水高负荷好氧系统和高负荷生物脱氮系统，可以根据设计需求计算各反应区容积，调整结构尺寸。

Description

一种高效脱氮生物膜流化床反应器

技术领域

本实用新型技术涉及一种污水生物脱氮反应器，特别涉及一种高效脱氮生物膜流化床反应器。

背景技术

脱氮问题已经成为目前本行业亟待解决的问题，政府部门和行业协会也积极推进高氨氮废水处理技术的研发工作，本技术是应目前的行业需求积极开发的一项技术。随着经济的发展和环保标准的提高目前我国现行的城镇污水处理厂和工业废水处理设施大多氨氮不能都满足排放标准，已经导致了多次大规模的绿藻事件。而目前污水处理系统生物脱氮工艺多采用为传统的活性污泥工艺和生物膜技术，这些工艺脱氮效率低、运行费用较高、管理较困难。最近几年外国公司引进了MBBR工艺、Sharon工艺和Canon工艺等，但外国公司技术和材料保密不能规模性推广应用，另外建设投资资金较高，一般只能应用到重点工程，不能在工业废水和小型城镇废水处理的到应用。因此迫切需要国内一些专业公司和研究机构开发一种高效生物脱氮工艺能够满足市场的需求。

为此很多国内的研究机构和院校做了很多试验和研究，主要采用的工艺有：改进型SBR短程硝化、生物流化床工艺和改进MBBR工艺等，在一定程度上取得了较好的研究成果，但不能实现短程硝化和厌氧氨氧化的结合，运行管理困难。

载体生物膜脱氮流化床一方面可以通过恒化器将硝化反应控制在亚硝化阶段，另一方面采用亲水性悬浮生物载体提高厌氧氨氧化细菌增殖慢的问题，并且内循环系统能够很好的调控反应基质的比例，这些措施积极的解决了高效生物脱氮系统较难解决的问题，并且在初步试验和小试中也取得良好的运行效果。

发明内容

为克服上述缺点，本实用新型采用了如下技术方案。一种内循环式悬浮生物载体高效脱氮生物膜流化床反应器,它是由好氧反应区、一级厌氧反应区、二级厌氧反应区和沉淀区组成，其特征在于：好氧反应区位于一级厌氧反应区中间，二级厌氧反应区设置在一级厌氧反应区内，沉淀区设置在二级厌氧反应区内；好氧反应区内设置有内循环脱膜升流器（2），单点脉曝气系统（1）、冲布水系统I（3）通过管道连接好氧反应区；一级厌氧反应区设置有三相分离器I（5）、不锈钢出水孔板（6）、泥斗（7）和气体导管I（8）, 单点脉冲布水系统II（4）通过管道连接一级厌氧反应区；二级厌氧反应区设置有三相分离器II（9）和气体导管II（10）；沉淀区设置有出水堰板（11）和出水管（12）；好氧反应区上设有气水分离器（13），气体导管I（8）与气体导管II（10）连接；好氧反应区、一级厌氧反应区、二级厌氧反应区和沉淀区是由钢板或混凝土制成；三相分离器I（5）、三相分离器II（9）、不锈钢出水孔板（6）是由钢板制成。

反应器本体是由采用两组可调节机械脉冲器形成脉冲水压，通过单点脉冲布水器和管道分别向一级厌氧反应区和好氧反应区进水，两组可调节机械脉冲布水器分别安装电磁流量计，分别控制进入好氧反应区和厌氧反应区的进水量，采用单点脉冲布水系统可以保证均匀进水，并且充分混合介质，单点布水管安装于好氧反应区底部，一般通过支架固定于导流孔上方约100mm处；通过支架固定安装于好氧反应区底部的曝气系统，一般高于单点脉冲布水系统约300-500mm，其作用是通过鼓风机和曝气器组成的曝气系统为好氧反应区提供反应需要的氧气。

好氧反应区采用一种恒化反应器，提供好氧反应所需要的容积、升流速度等条件；亲水性悬浮生物填料，作为生物载体；内循环脱膜升流器，是一种叶桨升流机械装置，通过变频器控制叶桨的转速，调节内循环量和控制载体生物膜的厚度，其一般均匀固定安装于好氧反应区的上口；监控系统，包括一般安装好氧反应器上口的亚硝酸盐浓度、溶解氧和温度的在线监测仪器，安装在一级厌氧反应区反应器上口的亚硝酸盐浓度、氨氮浓度和温度在线监测仪；导流孔是在好氧反应区底部开设用于载体内循环的孔口，导流孔数量设置不应造成载体沉积堵塞；一级厌氧反应区三相分离器，是一个用于气体、水和菌种及载体的分离，气体上升通过收集管道进入气水分离器，菌种和载体被阻截；出水孔板，出水孔板采用不锈钢制作，孔径小于载体直径，用于防止载体流失；二级厌氧反应区三相分离器，同于一级厌氧反应区三相分离器，但设计参数不同于一级三相分离器；一级厌氧反应区反应区，是由一级厌氧反应区三相分离器和好氧反应区构成的一个升流式厌氧反应区，提供厌氧反应区反应的容积和升流速度等条件；二级厌氧反应区反应区，是由二级厌氧反应区三相分离器和一级厌氧反应区三相分离器构成的一个升流式厌氧反应区，提供厌氧反应区反应的容积和升流速度等条件；由二级厌氧反应区三相分离器和流化床反应器外壳构成的沉淀区，用于沉淀三相分离器出水可能携带的细小污泥；气水分离器是一种将反应产生的携带出的气水混合物进行分离，气体放空排放，泥水混合物回流至一级厌氧反应区反应区。气水分离器的进料管是由两级厌氧反应区反应区的气室收集引入，分离器安装在好氧反应筒上口的平台上；斜斗，在一级厌氧反应区反应区底部有一个坡角为45度坡向好氧反应区的斜斗，用于导向悬浮填料的流动，防止产生淤积，影响悬浮填料内循环。

好氧反应和厌氧反应通过一个反应器实施完成，好氧反应器为恒化反应器，培养快速生长型硝酸盐菌。

好氧反应器和一级厌氧反应器装填了亲水性悬浮生物填料，该填料采用了聚乙烯或聚丙烯亲水改性，亲水角为50-70°，更易附着生物膜，比重约为0.98t/m³，比重与水接近，运行中能够随同水流循环，比表面积大于500-600m²/m³，通过装载生物填料能够大幅度提高反应器中生物持有量。

其布水特征是采用了可调节脉冲速度的机械脉冲布水器，脉冲布水器内部安装一个由无极减速机控制的旋转头，旋转头旋转到哪个出水孔的位置，就封堵住哪个出水孔，脉冲速度通过无极减速机的转速控制，一般转速是控制在每分钟20-40转/分钟。

内循环脱膜升流器是通过轴流泵改进制作的，叶桨的转速要合适的配合，一方面通过控制转速将悬浮生物载体脱膜后的生物膜厚度控制在0.25mm-0.50mm之间，另一方面调整合适的叶桨直径和角度，防止挤压破坏生物载体。

本实用新型运行监控方面安装了运行必要的亚硝酸盐、氨氮、溶解氧和温度监控仪器，这些监控仪器能够实时监控系统的运转，防止造成系统中毒和故障。

好氧工艺通过亚硝酸菌将氨态氮氧化为为NO^2-，然后厌氧工艺厌氧氨氧化菌利用NO^2-和NH⁴⁺为基质反应生成N2，生物反应方程式如下：

好氧反应方程式：                                               

厌氧反应方程式：

亚硝酸菌基本生理参数：亚硝化好氧速率为200-600nmol/（min·mg蛋白质），世代时间为：0.73d，亚硝化反应的pH范围：4-8.5，最佳范围为：7.0-8.5，最适宜生长的温度30℃左右；厌氧氨氧化菌的基本生理参数：厌氧氨氧化速率为：60nmol/（min·mg蛋白质），世代时间为：10.6d，pH范围为：6.7-8.3，适宜进行厌氧x的温度为：30-40℃，不宜超过40℃，不宜低于15℃。DO对厌氧氨氧化菌的非限制性抑制浓度为：0.5mg/L，除氧后厌氧氨氧化菌能够快速恢复活性。

根据以上两种菌种的特征我们可以知道：厌氧氨氧化菌对于溶解氧的非限制性的，除氧后可以快速恢复的，因此溶解氧不会造成反应毒性而影响厌氧区菌种的生长。亚硝酸菌的生长速率较快，而厌氧氨氧化菌厌氧区生长的很慢，设计一个Sharon恒化反应器，通过机械脱膜器能够快速将亚硝酸盐菌洗出反应器，恒化反应器内亚硝酸盐菌不持留在反应器内，恒化反应器内培养出的是快速生长型的亚硝酸盐菌。含氮废水通过好氧恒化器将硝化反应控制在亚硝化段，产生厌氧反应所需要的基质NO^2-，剩余的NH⁴⁺和原水中的NH⁴⁺和好氧反应产生的NO^2-在厌氧条件下通过厌氧氨氧化菌反应生成N²，但是一般废水成分很复杂，会受到有机物浓度和NH⁴⁺浓度等因素影响，恒化反应器停留时间很难确定，采用一种循环装置调整恒化反应器的停留时间，控制亚硝化反应程度，同时循环装置还起到脱膜的作用，使载体保持适当的生物膜厚度，更新生物膜，提高传质效率。            

厌氧反应速率较慢，菌种增值率较低，借助于亲水性悬浮填料为生物载体可以提高反应器生物持有量，三相分离器避免气体溢出造成细小菌体随出水流失，能够最大限度的保证厌氧反应器菌种持有量。通过这些措施一方面均衡了反应过程基质的分配，另一方面解决了厌氧氨氧化菌生长速率低，菌种增殖慢，培养困难的问题。

本实用新型适用于污水高负荷好氧系统和高负荷生物脱氮系统，可以根据设计需求计算各反应区容积，调整结构尺寸。

附图说明：

图1为本实用新型结构示意图。

具体实施方式：

一种内循环式悬浮生物载体高效脱氮生物膜流化床反应器,它是由好氧反应区、一级厌氧反应区、二级厌氧反应区和沉淀区组成，其特征在于：好氧反应区位于一级厌氧反应区中间，二级厌氧反应区设置在一级厌氧反应区内，沉淀区设置在二级厌氧反应区内；好氧反应区内设置有内循环脱膜升流器（2），单点脉曝气系统（1）、冲布水系统I（3）通过管道连接好氧反应区；一级厌氧反应区设置有三相分离器I（5）、不锈钢出水孔板（6）、泥斗（7）和气体导管I（8）, 单点脉冲布水系统II（4）通过管道连接一级厌氧反应区；二级厌氧反应区设置有三相分离器II（9）和气体导管II（10）；沉淀区设置有出水堰板（11）和出水管（12）；好氧反应区上设有气水分离器（13），气体导管I（8）与气体导管II（10）连接；好氧反应区、一级厌氧反应区、二级厌氧反应区和沉淀区是由钢板或混凝土制成；三相分离器I（5）、三相分离器II（9）、不锈钢出水孔板（6）是由钢板制成。

可调节机械脉冲器通过加压泵压入脉冲罐，形成一定压力，无极变速减速机带动压紧盘转动，压紧盘通口和脉冲罐通口形成水力脉冲，电磁流量计分别计量每个脉冲管出流量。

内循环脱膜升流器由轴流泵改进或采用提升式叶桨，根据规模确定选用，选用依据是能够控制循环量，防止机械对悬浮填料的损伤。电机采用变频控制，通过调整电机转速控制流量和叶桨对填料的损伤。

亲水性悬浮生物填料：母料将聚乙烯或聚丙烯通过亲水改性，改性办法一般采用接枝和共混技术，使聚烯烃具备一定亲水角，一般要求亲水角50-70°。然后将母料通过挤塑机挤成需要的形状，切割机切割成设计的长度即可。

系统加热及保温：系统的加热采用工业螺旋板换热器对系统进水进行加热，反应器外壁保温防止热量损耗。

好氧反应区需要安装精密的pH仪\DO仪\温度传感仪，控制生物反应的条件，安装亚硝酸盐在线测定仪，跟踪好氧反应区硝化反应的程度；一级厌氧反应区安装pH仪\温度传感仪，控制生物反应的条件，安装氨氮和亚硝酸盐在线测定仪，控制厌氧氨氧化生物反应所需要的基质是否平衡，条件是否满足，调整反应器的设备运行状态和运行工况。

反应器调试方法：

1、泵压水进入可调节机械脉冲器，通过调节机械脉冲布水器调整脉冲频率、压力及各脉冲管的流量分布，观察反应器进水是否均匀；

2、投入接种菌种，开启曝气系统对好氧反应区曝气，观察悬浮填料覆膜厚度和性质；

3、开启内循环脱膜升流器，调整变频器，观察载体脱膜情况、载体循环情况和升流流量；

4、调整合适负荷、温度和pH等条件，监控指标，控制反应状态，记录监测仪监测数据；

5、观察气水分离器产气量和化验水质指标。

主要监控指标：

好氧反应区：温度、pH、氨氮、亚硝酸盐、碱度和溶解氧；

一级厌氧反应区：温度、pH、氨氮、亚硝酸盐。

反应器监测取样（取样点）：

好氧反应区：温度、碱度、pH安装在可调节机械脉冲器，溶解氧和亚硝酸盐安装在反应器上口，氨氮安装在反应器底部；

一级厌氧反应区：温度、pH安装在可调节机械脉冲器，氨氮、亚硝酸盐都安装在反应器底部。

Claims (3)

1.一种内循环式悬浮生物载体高效脱氮生物膜流化床反应器,它是由好氧反应区、一级厌氧反应区、二级厌氧反应区和沉淀区组成，其特征在于：好氧反应区位于一级厌氧反应区中间，二级厌氧反应区设置在一级厌氧反应区内，沉淀区设置在二级厌氧反应区内；好氧反应区内设置有内循环脱膜升流器（2），单点脉曝气系统（1）、冲布水系统I（3）通过管道连接好氧反应区；一级厌氧反应区设置有三相分离器I（5）、不锈钢出水孔板（6）、泥斗（7）和气体导管I（8）, 单点脉冲布水系统II（4）通过管道连接一级厌氧反应区；二级厌氧反应区设置有三相分离器II（9）和气体导管II（10）；沉淀区设置有出水堰板（11）和出水管（12）。

2.根据权利要求1所述的一种内循环式悬浮生物载体高效脱氮生物膜流化床反应器,其特征在于：好氧反应区上设有气水分离器（13），气体导管I（8）与气体导管II（10）连接。

3.根据权利要求1所述的一种内循环式悬浮生物载体高效脱氮生物膜流化床反应器,其特征在于：好氧反应区、一级厌氧反应区、二级厌氧反应区和沉淀区是由钢板或混凝土制成；三相分离器I（5）、三相分离器II（9）、不锈钢出水孔板（6）是由钢板制成。

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