CN204138422U - 一种脱氮反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种脱氮反应器，其中，该脱氮反应器包括：强化反硝化区及主反应区，所述强化反硝化区及主反应区通过导流墙隔开，所述导流墙底部设置有至少一个导流孔；所述强化反硝化区与主反应区的容积比为1：(8～10)；所述主反应区内部设置有至少一个曝气器，且主反应区内部的各曝气器与进气管线相连，在与各曝气器连接的进气管线上设置有气体控制调节阀门；所述主反应区的尾部设置有滗水器及污泥泵，其中，所述主反应区的尾部是指与导流墙相对的反应器壁的附近区域。本实用新型的技术方案与现有技术相比，能减少碳源的加入量，降低运行费用；而且，强化反硝化区的反硝化反应为后续主反应区的好氧反应降低了负荷。

Description

一种脱氮反应器

技术领域

本实用新型涉及生物脱氮领域，特别涉及一种脱氮反应器。

背景技术

超标排放的含氨氮废水会导致湖泊富营养化、海洋赤潮等，给环境造成极大的危害；在工业废水处理和回用工程中，氨氮能引起设备中微生物的繁殖而形成生物垢，堵塞管道和用水设备。环保部2014年通报，2013年我国氨氮的年排放量在245万吨左右，按照目前排放标准的要求还须削减30％～50％的排放量。

在现有技术中，一种比较常用的氨氮废水处理方案是：利用序批式活性污泥法(简称SBR)对氨氮废水进行处理，该方案是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。

利用上述方案处理低浓度的氨氮废水时，处理效果较好，但当废水中氨氮含量较高时，例如，氨氮含量大于350mg/L，就需外加大量碳源，使得运行成本较高。不仅如此，上述方案由于运行时只有一级硝化反应、一级反硝化反应，反应很难彻底进行，且随着底物浓度的减小，硝化、反硝化反应速率大大降低，去除效率低，容积利用率低。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型实施例公开了一种脱氮反应器。技术方案如下：

一种脱氮反应器，包括：强化反硝化区及主反应区，所述强化反硝化区及主反应区通过导流墙隔开，所述导流墙底部设置有至少一个导流孔；所述强化反硝化区与主反应区的容积比为1：(8～10)；

所述主反应区内部设置有至少一个曝气器，且主反应区内部的各曝气器与进气管线相连，在与各曝气器连接的进气管线上设置有气体控制调节阀门；

所述主反应区的尾部设置有滗水器及污泥泵，其中，所述主反应区的尾部是指与导流墙相对的反应器壁的附近区域。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述强化反硝化区内部设置有至少一个曝气器，各曝气器均与进气管线相连，且在与各曝气器连接的进气管线上设置有气体控制调节阀门。

在本实用新型的一种优选实施方式中，该反应器还包括：水循环系统，所述水循环系统包括至少一个循环水入口，至少一个循环水出口，至少一台循环水泵，所述循环水入口位于主反应区内部，所述循环水出口分别与脱氮反应器内所有曝气器的进水口相连，且循环水出口的数目与曝气器的数目相一致。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述曝气器为碟式射流曝气器。

在本实用新型的一种优选实施方式中，该反应器还包括配水渠，所述配水渠位于强化反硝化区的外侧，与强化反硝化区有公共壁，该公共壁与导流墙相对，所述配水渠的内底面高于反应器的内底面；在配水渠内、公共壁底部设置有配水渠出水口，所述配水渠出水口设置有出水口阀门，所述出水口阀门用于控制配水渠中的含氮废水通过配水渠出水口注入强化反硝化区，所述配水渠连接有进水管，用于将含氮废水引入配水渠。

本发明的技术方案通过在主反应区前设置强化反硝化区，可以利用进入强化反硝化区的含氮废水中的溶解性有机物作为反硝化碳源，与现有技术相比，能减少碳源的加入量，降低运行费用；而且，强化反硝化区的反硝化反应为后续主反应区的好氧反应降低了负荷。强化反硝化区的第一反硝化工序可以提高废水的碱度，为后续主反应区的第一硝化工序补充一定的碱度，与现有技术相比，减少了额外碱液的投加。

将主反应区的第一硝化工序及第二反硝化工序各分为3～6段，且第一硝化工序及第二反硝化工序的段数相同；当含氮废水流至主反应区后，先进行第一段第一硝化工序，再进行第一段第二反硝化工序，第一硝化工序与第二反硝化工序交替进行，与现有技术相比，硝化及反硝化反应速率始终维持在高效阶段，废水处理效果较好。

当然，实施本实用新型的任一产品不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种脱氮反应器的第一种平面结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种脱氮反应器的第二种平面结构示意图；

图3为本实用新型提供的一种脱氮反应器的第三种平面结构示意图；

图4为本实用新型提供的一种脱氮反应器的第四种平面结构示意图；

图5为图4所示的一种脱氮反应器的横向剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种脱氮反应器，可以包括：强化反硝化区1及主反应区2，所述强化反硝化区1及主反应区2通过导流墙3隔开，所述导流墙3底部设置有至少一个导流孔4；所述强化反硝化区1与主反应区2的容积比为1：(8～10)；

所述主反应区2内部设置有至少一个曝气器5，且主反应区2内部的各曝气器5与进气管线6相连，在与各曝气器5连接的进气管线6上设置有气体控制调节阀门7；

所述主反应区2的尾部设置有滗水器8及污泥泵9，其中，所述主反应区2的尾部是指与导流墙3相对的反应器壁的附近区域。

在本实用新型所提供的反应器中，强化反硝化区1一直处于缺氧环境，当主反应区2在进行第一硝化工序时，强化反硝化区1仍然进行第一反硝化工序。并通过DO(溶解氧)、ORP(氧化还原电位)、pH(酸碱度)在线监测仪表实现精确模块化控制，为高浓度、高活性反硝化优势菌群的增殖提供了优越条件，由此提升了整个脱氮反应器的反硝化降解效率、氨氮去除效率及耐冲击负荷能力。

此外，由于强化反硝化区的独立性，便于高效反硝化菌种的投加和运行条件的单独控制，在调试期间通过投加培养驯化出的高效反硝化菌种，使系统迅速启动，缩短调试期，减小调试费用，在系统受冲击后的恢复运行中，能够把恢复时间缩短到不设置强化反硝化区的常规反应器的一半以下。

反硝化区1及主反应区2的容积比可以是根据废水中含氮浓度、流量以及脱氮要求计算而得出。其具体计算方法为现有技术，本实用新型在此不作具体赘述。

滗水器8及污泥泵9均为本领域常规的滗水器及污泥泵，没有特殊要求，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，本实用新型对其型号、规格等参数不作具体要求。

导流墙3底部设置的至少一个导流孔4，可以将强化反硝化区1的含氮废水均匀配水至主反应区2中，改善了主反应区水力条件，有效提升了活性污泥的性能，避免了布水不均匀引起的效率低下，从而提高了第一硝化工序中氨态氮向硝态氮的有效转化效率和速率。导流孔4的形状在此没有特殊要求，采用本领域常用的形状即可。导流孔4的数量可以由本领域技术人员根据实际情况进行确定，本实用新型在此不作具体限定。

待处理的含氮废水从第一进水口10进入到强化反应区1中，脱氮处理完毕后，从出水口11排出。

本实用新型的技术方案通过在主反应区2前设置强化反硝化区1，可以利用进入强化反硝化区1中的含氮废水中的溶解性有机物作为反硝化碳源，与现有技术相比，能减少碳源的加入量，降低运行费用；而且，强化反硝化区1的反硝化反应为后续主反应区2的好氧反应降低了负荷。强化反硝化区的第一反硝化工序可以提高废水的碱度，为后续主反应区的第一硝化工序补充一定的碱度，与现有技术相比，减少了额外碱液的投加。

下面对图1所示的脱氮反应器的应用过程进行说明。

将含氮量为310mg/L的废水从强化反硝化区1的上部注入至强化反硝化区1中，进行第一反硝化工序；在含氮废水注入至强化反硝化区1后，从导流墙3底部的导流孔4流至主反应区2；进行第一硝化工序及第二反硝化工序，当水位到达预设的水位时停止进水。

含氮废水在主反应区2要经过3段第一硝化工序及3段第二反硝化工序，其中，所述3段第一硝化工序的时间从第一段到第三段分别是40分钟、30分钟、和20分钟；3段第二反硝化工序的时间从第一段到第三段分别是30分钟、20分钟、和10分钟；先进行第一段第一硝化工序，再进行第一段第二反硝化工序，第一硝化工序与第二反硝化工序交替进行，直至最后一段第二反硝化工序结束；在进行每段第一硝化工序时，启动主反应区2中的曝气器，打开气体控制调节阀门7，进行曝气，使主反应区进入充氧阶段，进行硝化反应；在进行每段第二反硝化工序时，停止主反应区2中的曝气器的曝气操作，使主反应区快速进入缺氧阶段，进行反硝化反应。

在最后一段第二反硝化工序结束后，使主反应区2处于静态泥水分离状态，活性污泥逐渐沉到池底，上层水变清，1小时后，打开污泥泵9，完成剩余污泥的排放。

沉淀后的上清液通过设置在反应器末端的滗水器8经出水管11排出池外，40分钟后，达到设计最低水位或排水比时排水停止。检测所排出的废水中的含氮量为30mg/L，脱氮率为90％。

由于强化反硝化区1所进行的是缺氧的反硝化反应，对氧气的要求量很小，一般情况下是不需要对强化反硝化区1进行曝气供氧的，但是，当强化反硝化区1中氧气的含量过小，例如小于(0.1～0.5)mg/L时，则会不利于反硝化菌群的存活以及反硝化反应的进行。因此，为了防止强化反硝化区1中出现氧气含量过小的情况，在图1所示的实施例的基础上，如图2所示，可以在强化反硝化区1内部设置有至少一个曝气器5，各曝气器5均与进气管线6相连，且在与各曝气器5连接的进气管线6上设置有气体控制调节阀门7。

这样，当强化反硝化区1中出现氧气含量过小时，可以打开强化反硝化区1的曝气器5所对应的控制阀门7，通过强化反硝化区的曝气器5来增加当强化反硝化区1中的氧气含量。

在本实用新型的一种优选实施方式中，在上述图1所述实施例及图2所述实施例的基础上，该反应器还可以包括：水循环系统；下面以在图2所示的实施例的基础上增加水循环系统为例进行说明，如图3所示，该水循环系统12包括至少一个循环水入口，至少一个循环水出口，至少一台循环水泵；所述循环水入口位于主反应区2内部，所述循环水出口分别与脱氮反应器内所有曝气器5的进水口相连，且循环水出口的数目与曝气器5的数目相一致。

更优选的，该水循环系统12循环水入口设在主反应区的沉淀工序的污泥缓冲层，以达到最理想的循环及搅拌效果。

在主反应区2中，第一硝化工序会将含氮废水中的氮转化成硝酸盐及亚硝酸盐，水循环系统12可以将这些含硝酸盐及亚硝酸盐的废水回流到强化反硝化区1中，使从主反应区2中回流的硝酸盐及亚硝酸盐氮与进水有机物、强化反硝化区1中的微生物迅速混合、接触、进行反硝化反应，将硝酸盐进一步转化成氮气，这样就去除了废水中的氮元素，由于可以将刚进入强化反应区1中的溶解性有机物作为反硝化碳源，在节省了碳源的基础上，还消除了废水中的部分有机物。

水循环系统12的结构比较简单，主要由循环水泵及相应的管线等部件构成，发明人相信，通过对水循环系统12的描述及参考相应的附图，本领域技术人员完全可以理解水循环系统12的原理及结构，并能够制备出与本实用新型具有相同作用的水循环系统。

另外，循环水出口分别与脱氮反应器内所有曝气器5的进水口相连，这样循环的废水就可以通过曝气器5的进水口进入曝气器，再从曝气器5以较快的速度及多角度流入主反应区2及强化反硝化区1中，起到扰动水流的作用，也就是起到了搅拌的作用。

为了能够使得搅拌的效果更好，在本实用新型上述各实施例中的曝气器5可以选择碟式射流曝气器，这种形式的曝气器由内外两个呈碟形的空腔套合组成，两腔周面对应设有多组同心喷嘴，含氮废水通过水循环系统12的水出口进入曝气器的内腔，并由内腔经各喷嘴高速喷出，与外腔压力空气混合，再经外腔喷嘴二次喷射，完成空气(氧)在混合液中的传质和扩散，从而达到高效充氧及搅拌的作用。需要强调的是，在进行反硝化反应时，是不需要向反应器的废水中充氧的，只有在进行硝化反应时才需要向反应器的废水中充氧。

更优选的，可以选择专利ZL201220686800.X所提供的一种碟式剪切射流曝气器，该碟式剪切射流曝气器水流剪切能力强，形成气泡小，成本低，且安装、维修、拆卸比较方便。

下面对图3所示的脱氮反应器的应用过程进行说明。

将含氮量为380mg/L的废水从进水口10注入至强化反硝化区1中并启动水循环系统12进行第一反硝化工序；在含氮废水注入至强化反硝化区1后，从导流墙3底部的导流孔4流至主反应区2中；进行第一硝化工序及第二反硝化工序，当水位到达预设的水位时停止进水。

需要说明的是，在强化反硝化区进行第一反硝化工序时，并不开启曝气器进行曝气。

含氮废水在主反应区2要经过4段第一硝化工序及4段第二反硝化工序，其中，所述4段第一硝化工序的时间从第一段到第四段分别是40分钟、35分钟、25分钟和20分钟；4段第二反硝化工序的时间从第一段到第四段分别是30分钟、25分钟、20分钟和10分钟；先进行第一段第一硝化工序，再进行第一段第二反硝化工序，第一硝化工序与第二反硝化工序交替进行，直至最后一段第二反硝化工序结束；在进行每段第一硝化工序时，启动主反应区2中的各曝气器5，打开气体控制调节阀门7，进行曝气，主反应区2通过各曝气器5完成水与气的混合与充氧后快速喷射释放出来，使主反应区2进入充氧阶段，进行硝化反应，使得废水中的氮转化成硝酸盐及亚硝酸盐；水循环系统12将这些含硝酸盐及亚硝酸盐的废水回流到强化反硝化区1中，与从进水口10注入的废水混合，起到稀释、均质的作用，同时，这些硝酸盐及亚硝酸盐在强化反硝化区1中转化成氮气排出，脱除废水中的氮元素。

在进行每段第二反硝化工序时，停止主反应区2中的各曝气器的曝气操作，使主反应区快速进入缺氧阶段，进行反硝化反应，但水循环系统12仍然继续运行。

在最后一段第二反硝化工序结束后，使主反应区2处于静态泥水分离状态，活性污泥逐渐沉到池底，上层水变清，1小时后，打开污泥泵9，完成剩余污泥的排放。

沉淀后的上清液通过设置在反应器末端的滗水器8经出水管11排出池外，40分钟后，达到设计最低水位或排水比时排水停止。检测所排出的废水中的含氮量为15mg/L，脱氮率为96％。

在实际应用时，可以同时设置多个反应器，组成一个反应器系统，各反应器相互独立，互不干扰，并可以根据废水的量来确定需要工作的反应器数量，当废水的量较多时，可以启动较多的反应器进行工作，当废水较少时，可以少开启反应器，这样既能保证对含氮废水的有效处理，同时又能最大限度的节约资源。

为了在这种多个反应器组成反应器系统的情况下，将含氮废水引入各反应器更加方便，在本实用新型的一种优选实施方式中，可以如图4或图5所示，图4或图5中反应器系统由两个反应器A和B组成，并在两个反应器外侧配置有配水渠13，所述配水渠13位于强化反硝化区1的外侧，与强化反硝化区1有公共壁，该公共壁与导流墙3相对，所述配水渠13的内底面高于反应器的内底面；在配水渠内、公共壁底部设置有配水渠出水口，所述配水渠出水口设置有出水口阀门14，所述出水口阀门14用于控制配水渠13中的含氮废水通过配水渠出水口注入强化反硝化区1，所述配水渠连接有进水管15，用于将含氮废水引入配水渠13。

优选的，出水口阀门14的高度要高于反应器中预设水位的高度。在应用配水渠13时，其应用方法可以如下：

在通过进水管15向配水渠13配水的过程中，打开反应器A的阀门，关闭反应器B的阀门，此时废水流入向反应器A中，当反应器A中的水位到达预设水位时，关闭反应器A的阀门，打开反应器B的阀门，此时废水流入向反应器B中，当反应器B中的水位到达预设水位时，关闭反应器B的阀门。在实际应用时，按照反应时间和运行周期确定一台反应器数量，反应器数量与进水时间的乘积正好为一个反应周期，当一个反应器完成进水，另一个反应器中正好经历完一个处理周期，已将处理完的水排出，此时正好打开该反应器的阀门，继续进水，这样就实现了不间断连续处理。

当然，进水管15的进水速率可以根据反应器的处理周期来调整，以保证上述连续处理方案的实现。

需要说明的是，反应器A和B可以由上述各实施例所描述的反应器组成，图4或图5中虽然示出了上述实施例所描述的水循环系统12，并在强化反硝化区中增加了上述实施例所描述的曝气器5，即反应器A和B可以由上述各实施例组合而成，但这应当被理解为是一种优选的实施方式，当水循环系统12或强化反硝化区中增加了曝气器5不存在时，也是合理的。

进一步需要说明的是，在此实施例中，曝气器5可以选择碟式射流曝气器，更优选的是选择专利ZL201220686800.X所提供的一种碟式剪切射流曝气器。

对于配水渠13的构造没有特殊要求，参照本领域的相关技术即可，出水口阀门14可以采用本领域通用的阀门类型，发明人相信，通过对配水渠13的描述及参考相应的附图，本领域技术人员可以复制出相应的配水渠13。因此，本实用新型在此不作具体说明。

需要说明的是，图1至图5虽然示出了各反应器中曝气器的具体数量，但并不表示各图所对应的技术方案就具有相应数量的曝气器，只能表示各技术方案中具有曝气器，曝气器的数量不能成为对本实用新型技术方案的限定。

下面对图4所示的脱氮反应器的应用过程进行说明。

含氮量为420mg/L的废水通过进水管15进入配水渠13，通过步序程序自动开启进水闸门14进入A脱氮反应器或B脱氮反应器的强化反硝化区1，并开启水循环系统12，在强化反硝化区1内进行同步水力循环搅拌，但不供氧。强化反硝化区1进水与回流的硝化液快速混合、稀释、吸附反应、快速反硝化后污水经导流墙3底部的导流孔4均匀进入反应器的主反应区2，达到设计水位后完成进水工作。

含氮废水除在主反应区2要经过6段第一硝化工序及6段第二反硝化工序，其中，所述6段第一硝化工序的时间从第一段到第六段分别是40分钟、35分钟、30分钟、25分钟、20分钟和20分钟；6段第二反硝化工序的时间从第一段到第六段分别是30分钟、25分钟、20分钟、15分钟、10分钟和10分钟；，其余均与实施例2相同。

在最后一段第二反硝化工序结束后，使主反应区2处于静态泥水分离状态，活性污泥逐渐沉到池底，上层水变清，1小时后，打开污泥泵9，完成剩余污泥的排放。

沉淀后的上清液通过设置在反应器末端的滗水器8经出水管11排出池外，40分钟后，达到设计最低水位或排水比时排水停止。检测所排出的废水中的含氮量为4.5mg/L，脱氮率为99％。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的反应器结构简单、操作简便、维修量小、运行效率高，脱氮效果好。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种脱氮反应器，其特征在于，包括：强化反硝化区及主反应区，所述强化反硝化区及主反应区通过导流墙隔开，所述导流墙底部设置有至少一个导流孔；所述强化反硝化区与主反应区的容积比为1：(8～10)；

所述主反应区内部设置有至少一个曝气器，且主反应区内部的各曝气器与进气管线相连，在与各曝气器连接的进气管线上设置有气体控制调节阀门；

所述主反应区的尾部设置有滗水器及污泥泵，其中，所述主反应区的尾部是指与导流墙相对的反应器壁的附近区域。

2.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述强化反硝化区内部设置有至少一个曝气器，各曝气器均与进气管线相连，且在与各曝气器连接的进气管线上设置有气体控制调节阀门。

3.如权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，还包括：水循环系统，所述水循环系统包括至少一个循环水入口，至少一个循环水出口，至少一台循环水泵，所述循环水入口位于主反应区内部，所述循环水出口分别与脱氮反应器内所有曝气器的进水口相连，且循环水出口的数目与曝气器的数目相一致。

4.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述曝气器为碟式射流曝气器。

5.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，还包括配水渠，所述配水渠位于强化反硝化区的外侧，与强化反硝化区有公共壁，该公共壁与导流墙相对，所述配水渠的内底面高于反应器的内底面；在配水渠内、公共壁底部设置有配水渠出水口，所述配水渠出水口设置有出水口阀门，所述出水口阀门用于控制配水渠中的含氮废水通过配水渠出水口注入强化反硝化区，所述配水渠连接有进水管，用于将含氮废水引入配水渠。