CN209507736U - 一种亚硝态氮制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及污水处理技术领域，公开了一种亚硝态氮制备装置，包括生物反应池，在其内有流动的污水和活性污泥，生物反应池内添加有流态化生物载体；通过设置推流搅拌装置，生物反应池使得生物反应池内的污水、活性污泥与流态化生物载体混合并后按第一方向进行循环流动；亚硝酸盐制备装置，设置在生物反应池内并靠近出液口的位置，其能够向生物反应池内提供空气从而为池内流态化生物载体提供少量氧气，通过短程硝化作用在水中产生NO₂ ^‑的积累，并通过生物载体上富集厌氧氨氧化菌最终生成氮气以去除水中总氮；分离结构设置在生物反应池内并位于出液口的前端。该亚硝态氮制备装置具有节能、节碳的优点。

Description

一种亚硝态氮制备装置

技术领域

本实用新型涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种亚硝态氮制备装置。

背景技术

近年来，我国污水处理能力得到快速提高，污水处理能力达1.88亿立方米/日。易于实施的城市污水处理厂脱氮除磷改造技术是当前迫切的需求，厌氧、缺氧流态化生物载体技术通过在厌氧区和缺氧区投加流态化生物载体对活性污泥活性系统优化，是强化生物脱氮除磷并提高污水处理厂的出水水质的一个有效方法。

厌氧、缺氧流态化生物载体(Fluidized biological carriers，FBC)工艺是传统移动床生物膜反应器(MBBR)工艺与活性污泥工艺在厌氧、缺氧段的有机结合。其借助了移动床生物膜工艺的特点，在生物生物反应池中投加可挂膜的悬浮填料，填料具有较高的比表面积，生物膜在填料内外表面都能大量生长。在缺氧或厌氧生物反应池中，通过机械搅拌及推流实现FBC工艺。该工艺在缺氧区实现厌氧氨氧化、短程反硝化及传统反硝化功能。在厌氧区实现了厌氧氨氧化，强化了厌氧水解酸化，同时，还具有强化传统反硝化功能。FBC工艺是一种节能、节碳工艺，同时可大大地削减污泥产量。

厌氧氨氧化可以使得污水处理厂达到净的产能，这就给污水处理厂下一步的发展指明了一条道路。正是因为厌氧氨氧化如此重要，所以世界上各国纷纷把这个作为研究的前沿，开发了好氧反氨化工艺(DEMON)，该工艺是利用旁路厌氧氨氧化产生厌氧氨氧化的颗粒污泥，在主流中通过加入这些颗粒污泥，采用水力旋流器等方法把它回收出来。

近年来，基于厌氧氨氧化反应的污水处理技术在污水处理领域广受关注，其主要应用形式为与短程硝化技术联用的自养脱氮工艺。主要包括两级式SHARON-ANAMMOX工艺和单级式的CANON工艺。新生物脱氮工艺(SHARON-ANAMMOX)是将短程硝化与厌氧氨氧化分置于两个单独的反应器内进行，在SHARON反应器内氨氧化菌(AOB)将进入水中，其中，约有一半的氨氮氧化为亚硝氮，使得氨氮与亚硝氮能以1:1的进水比例进入ANAMMOX反应器中。后来，研究人员发现上述两个过程能同时在一个反应器内完成，这就是CANON工艺。因此，必须有一个高效的反应器可以在其中达到一种平衡，可以产生大量的NO₂ ^-，而且不会对系统中的其它污染物的去除造成不好的影响，从而为稳定的厌氧氨氧化提供必要的反应底物。

但目前无论采用何种自养脱氮工艺，厌氧氨氧化菌总会遭受较明显的溶解氧抑制。因此，需要研发一种亚硝态氮制备装置，并应用在厌氧缺氧流态化生物载体技术中，可实现NO₂ ^-的积累并且最大程度地减少溶解氧的抑制作用，最大限度的实现自养脱氮。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种亚硝态氮制备装置，以至少解决如下技术问题之一，传统的生物脱氮包括硝化和反硝化2个过程，硝化是首先由氨氧化菌(AOB)将NH₄ ⁺氧化为NO₂ ^-(亚硝酸盐)的氨氧化过程；第二步是由亚硝酸盐氧化菌(NOB)将NO₂ ^-氧化为NO₃ ^-(硝酸盐)的亚硝态氮氧化过程；最后通过反硝化菌的作用将NO₃ ^-转化为N₂。NH₄ ⁺—NO₂ ^-—NO₃ ^-—NO₂ ^-—N₂为全程硝化反硝化。

反硝化作用包括多步反应(NO₃ ^-—NO₂ ^-—NO—N₂O—N₂)，现在此文中将NO₃ ^-—NO₂ ^-的过程定义为I段短程反硝化，将NO₂ ^-—NO—N₂O—N₂的过程定义为II段短程反硝化。可见NO₂ ^-是硝化和反硝化过程的中间产物。

将NH₄ ⁺氧化过程控制在亚硝化阶段，然后通过II段短程反硝化作用完成脱氮，即NH₄ ⁺—NO₂ ^-—N₂，这就是短程硝化化。可节约25％左右的供氧量，节省40％左右的反硝化所需碳源。

厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonium-oxidizing bacteria)是一类细菌，属于浮霉菌门，包括(Candidatus Brocadia)、(Candidatus Kuenenia)和(CandidatusScalindua)(“Anammoxoglobus)属。它们可以在缺氧环境中，将铵离子(NH₄ ⁺)用亚硝酸根(NO₂ ^-)氧化为氮气。它们对全球氮循环具有重要意义，也是污水处理中重要的细菌。将NH₄ ⁺氧化过程控制在亚硝化阶段，厌氧氨氧化菌在厌氧状态下以NH₄ ⁺为电子受体，NO₂ ^-为最终电子受体，将NH₄ ⁺和亚硝酸氮转变为氮气。厌氧氨氧化属于化能自养过程，与传统的脱氮工艺相比，厌氧氨氧化不但不需要外加碳源，还能够节约50％碱消耗量、62.5％供氧量，且短程硝化的产泥量约为传统脱氮工艺少，可实现污泥减量化。

厌氧、缺氧区要发生厌氧氨氧化、短程硝化反硝化的必要条件就是要有一定的NO₂ ^-积累，而NO₂ ^-积累主要有两种方式：1、短程硝化，2、I段短程反硝化。

1.短程硝化，通过控制反应时间和维持低溶解氧浓度，实现稳定的部分短程硝化，使NH₄ ⁺在厌氧、缺氧区可以大量生成NO₂ ^-，基本不产生NO₃ ^-，为后续厌氧氨氧化反应提供了底物。

2.I段短程反硝化也可以将NO₃ ^-还原成NO₂ ^-，而这一过程在碳源短缺和溶解氧越低的情况下，越容易实现。

3.同时厌氧、缺氧区溶解氧过高会导致碳源的浪费。

本申请在常温下即可实现系统内NO₂ ^-的积累，为主流工艺中的厌氧氨氧化和II短程反硝化提供了必要条件。

同时，本申请还旨在解决无法实现NO₂ ^-的积累，不能减少溶解氧的抑制作用，从而导致自养脱氮效率低的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，根据本实用新型提供一种亚硝态氮制备装置，包括：生物反应池，在生物反应池内有流动的污水和活性污泥，在生物反应池的池壁上分别构造有供污水流入的进液口和供处理后水流出的出液口，其中，在流动的污水和活性污泥中添加有流态化生物载体；推流搅拌结构，设置在生物反应池内并能使得生物反应池内的污水、活性污泥与流态化生物载体混合成为一体并后按照第一方向进行循环流动；亚硝酸盐制备装置，设置在生物反应池内并靠近出液口的位置，其中，亚硝酸盐制备装置能够向生物反应池内提供空气从而为池内微生物提供少量氧气，通过微生物短程硝化作用使水中产生NO₂ ^-的积累，并通过生物载体上富集厌氧氨氧化菌最终生成氮气达到去除水中总氮的目的；以及分离结构，设置在生物反应池内并位于出液口的前端，用于分离流态化生物载体和处理后的水。

其中，所述推流搅拌结构包括均设置在所述生物反应池的长池壁上并能促使污水与流态化生物载体发生反应的第一搅拌器和第二搅拌器。

其中，所述第一搅拌器和所述第二搅拌器分别位于所述生物反应池的长池壁上，其中，所述第一搅拌器与所述第二搅拌器在纵向上相互错开。

其中，所述推流搅拌结构还包括设置在所述生物反应池内并能推动流态化生物载体朝所述第一方向进行循环流动的流体推进器。

其中，所述亚硝酸盐制备装置包括依次连通并能形成循环回路的送气分配主管、第一送气分配立管、供气穿孔管以及第二送气分配立管，在所述供气穿孔管的下半部分还分别构造有第一排气孔和第二排气孔；所述亚硝酸盐制备装置还包括能向所述循环回路中通入空气的气源，所述气源通过输气管路与所述送气分配主管连通。

其中，在所述出液口的部位并位于所述送气分配主管上分别呈并排式设有氧化还原电位分析仪、硝酸盐分析仪、亚硝酸盐分析仪以及氨氮分析仪。

其中，在所述送气分配主管、第一送气分配立管、供气穿孔管以及第二送气分配立管上均安装有手动调节阀，其中，在所述第一送气分配立管和所述第二送气分配立管上还均安装有电动阀。

其中，所述送气分配主管通过支撑柱架设在上方，其中，在所述支撑柱上从下至上依次安装有第三搅拌器。

其中，所述亚硝态氮制备装置还包括设置在所述生物反应池内并分别沿所述生物反应池的长度方向呈间隔式设置的左侧弧形导流墙和右侧弧形导流墙；在所述左侧弧形导流墙和所述右侧弧形导流墙之间还安装有横向导流墙，所述横向导流墙与所述生物反应池的底壁呈垂直式设置，所述横向导流墙与所述生物反应池的长池壁呈平行式设置。

其中，所述左侧弧形导流墙的下部、所述生物反应池靠近所述进液口的前侧长池壁以及所述横向导流墙靠近所述左侧导流墙的端部共同形成第一区域；所述右侧导流墙、所述生物反应池远离所述进液口的前侧长池壁以及所述横向导流墙靠近所述右侧导流墙的端部共同形成第三区域；在所述第一区域和所述第三区域之间构造有第二区域；所述左侧导流墙、所述生物反应池靠近所述进液口的后侧长池壁以及所述横向导流墙靠近所述左侧导流墙的端部共同形成第六区域；所述右侧导流墙的上部、所述生物反应池靠近所述出液口的后侧长池壁以及所述横向导流墙靠近所述出液口的端部共同形成第四区域；在所述第六区域和所述第四区域之间构造有第五区域。

(三)有益效果

本实用新型提供的亚硝态氮制备装置，与现有技术相比，具有如下优点：

污水从进液口流入到生物反应池内，与生物反应池内的流态化生物载体进行混合并发生反应，其中，流态化生物载体的体积填充比为生物反应池的体积的10％～45％。

通过推流搅拌结构的搅拌和推流作用，便会使得流态化生物载体按照第一方向进行循环流动，同时，会使得流态化生物载体流入到亚硝酸盐制备装置的附近区域。通过使得流态化生物载体与亚硝酸盐制备装置提供的空气发生反应，从而生成氮气和水。

通过调节分离结构的水流过网流速，控制网前流态化生物载体的局部填充密度，实现亚硝酸盐制备装置前的一种局部流态化生物载体的堆积现象，便于在此制备亚硝态氮和及时利用亚硝态氮。进一步地，实现自养脱氮的目的。

附图说明

图1为本申请的实施例的亚硝态氮制备装置的整体结构示意图；

图2为图1中的亚硝酸盐制备装置；

图3为图2中的供气穿孔管的截面结构示意图；

图4为本申请的实施例的亚硝态氮制备装置的区域布局结构示意图；

图5为本申请的该亚硝态氮制备装置进行自养脱氮的流程示意图。

图中，1：生物反应池；1a：长池壁；11：进液口；12：出液口；2：流态化生物载体；3：推流搅拌结构；31：第一搅拌器；32：第二搅拌器；33：流体推进器；4：亚硝酸盐制备装置；41：送气分配主管；42：第一送气分配立管；43：供气穿孔管；431：第一排气孔；432：第二排气孔；44：第二送气分配立管；45：气源；46：输气管路；5：分离结构；6：氧化还原电位分析仪；7：硝酸盐分析仪；8：亚硝酸盐分析仪；9：氨氮分析仪；10：手动调节阀；20：电动阀；30：支撑柱；40：第三搅拌器；50：左侧弧形导流墙；60：右侧弧形导流墙；70：横向导流墙；100：第一区域；200：第二区域；300：第三区域；400：第四区域；500：第五区域；600：第六区域。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1：

如图1至图3所示，图中示意性地显示了该亚硝态氮制备装置包括生物反应池1、流态化生物载体2、推流搅拌结构3、亚硝酸盐制备装置4以及分离结构5。

在本申请的实施例中，在该生物反应池1内装有流动的污水和活性污泥，在该生物反应池1的池壁上分别构造有供污水流入的进液口11和供处理后的水流出的出液口12，其中，在该生物反应池1内的污水中添加有流态化生物载体2。需要说明的是，该进液口11和出液口12均设置在生物反应池1的长池壁1a上。更具体地，该进液口11和出液口12可分别设置在呈相对式设置的长池壁1a上。

推流搅拌结构3设置在该生物反应池1内并能使得生物反应池1内的污水和活性污泥与该流态化生物载体2发生反应并结合为一体后按照第一方向进行循环流动。需要说明的是，所谓的“第一方向”是指逆时针方向。容易理解，该“第一方向”也可为顺时针方向。然而，该流态化生物载体2的流动方向完全地取决于推流搅拌结构3提供的动力方向，若该推流搅拌结构3提供给促使该流态化生物载体2向前或向后的流动动力，则该流态化生物载体2便会进行相应的逆时针或顺时针流动。

亚硝酸盐制备装置4设置在该生物反应池1内并靠近该出液口12的位置，其中，该亚硝酸盐制备装置4能够向该生物反应池1内提供空气，利用空气中的氧气和水中氨氮在氨氧化菌的作用下，产生亚硝酸盐，而后亚硝酸盐和水中的氨氮，在生物载体上富集的厌氧氨氧化菌的作用下产生氮气，从而达到去除水中总氮的目的流态化生物载体。

需要说明的是，该亚硝酸盐制备装置4可以结合上述生物反应池1的池型，亦可单独放入各种其它池型中以产生亚硝态氮，为短程反硝化和厌氧氨氧化提供亚硝态氮(NO₂ ^--N)，以达到节约碳源和减少曝气量的目的。

分离结构5设置在该生物反应池1内并位于该出液口12的前端，用于分离流态化生物载体2和处理后的出水。具体地，污水从进液口11流入到生物反应池1内，与生物反应池1内的流态化生物载体2进行混合并发生反应，其中，流态化生物载体2的体积填充比为生物反应池1的体积的10％～45％。

通过推流搅拌结构3的搅拌和推流作用，便会使得污水和流态化生物载体2按照第一方向进行循环流动，同时，会使得污水、活性污泥和流态化生物载体2混合流入到亚硝酸盐制备装置4的附近区域。利用气源提供的空气中的氧气和水中氨氮在氨氧化菌的作用下，产生亚硝酸盐。而后亚硝酸盐和水中的氨氮，在流态化生物载体2上富集的厌氧氨氧化菌的作用下产生氮气，从而达到去除水中总氮的目的。

通过调节分离结构5的水流过网流速，控制网前流态化生物载体2的局部填充密度，实现亚硝酸盐制备装置4前的一种局部流态化生物载体2的堆积现象，便于在此制备亚硝态氮和及时利用亚硝态氮。进一步地，实现自养脱氮的目的。

在一个优选的实施例中，该分离结构5可为分离拦网。

由此可见，本申请通过池型的布置、流态的控制、亚硝酸盐制备装置4的配置，监控系统的实时反馈，调整气源气量的联合作用，产生了系统内氧气的忽高忽低的效果。从而使系统内部能发生NO₂ ^-—N(亚硝态氮)的积累，克服了厌氧氨氧化菌活性受溶解氧抑制的情况，给予厌氧氨氧化菌增殖富集的良好环境。同时，也大大地抑制了系统内亚硝酸盐氧化菌的活性。最终实现了厌氧氨氧化技术与短程硝化技术联合的自养脱氮工艺，大大地减少了运行费用。厌氧氨氧化反应无需碳源，供氧节能可节约60％。短程硝化反硝化较传统硝化反硝化脱氮工艺节约曝气能耗25％，节约碳源40％。同时，可将系统的回流比从传统的300～500％降低到100％～200％，节省了大量电能消耗。此外，本系统能实现低碳污水的较高总氮去除率，可满足全国重点区域及重点流域对污水处理提出的更高要求。

在一个具体的实施例中，该推流搅拌结构3包括均设置在该生物反应池1的长池壁1a上并能促使污水与流态化生物载体2发生反应的第一搅拌器31和第二搅拌器32。需要说明的是，该第一搅拌器31和第二搅拌器32的增设，能够为流态化生物载体2提供按照第一方向进行流动的动力。

本亚硝态氮制备装置4可以单独作为厌氧池或缺氧池使用，亦可根据实际需求串联使用，达到多级处理的效果。比如厌氧—1段缺氧—2段缺氧—好氧；1段缺氧—2段缺氧—厌氧—好氧；厌氧—1段缺氧—1段好氧—2段缺氧—2段好氧等。

本亚硝态氮制备装置4可以替代各种污水处理工艺中的厌氧池和缺氧池，从而实现在主流工艺中的自养脱氮。

在一个优选的实施例中，该第一搅拌器31和该第二搅拌器32分别位于该生物反应池1的长池壁1a上，其中，该第一搅拌器31与该第二搅拌器32在纵向上相互错开。这样，可以使得流态化生物载体2与污水结合反应的更充分，避免上部或下部存在流态化生物载体2与污水结合反应不充分的情况。

此外，该第一搅拌器31和第二搅拌器32的搅拌角度还可以根据实际的需要进行灵活地调整。

如图1和图2所示，该推流搅拌结构3还包括设置在该生物反应池1内并能推动流态化生物载体2朝该第一方向进行循环流动的流体推进器33。需要说明的是，该流体推进器33主要起到推流的作用，使得流态化生物载体2能够按照第一方向进行流动。

需要说明的是，上述第一搅拌器31、第二搅拌器32以及流体推进器33的结构和工作原理是本领域技术人员所熟知的，为节约篇幅起见，此处不做详述。

此外，在该生物反应池1的开口的上边沿安装有检修台，该检修台与该生物反应池1的长池壁1a呈垂直式设置。此外，上述流体推进器33安装在该检修台上。

如图2和图3所示，在本申请的一个比较优选的实施例中，该亚硝酸盐制备装置4包括依次连通并能形成循环回路的送气分配主管41、第一送气分配立管42、供气穿孔管43以及第二送气分配立管44，在该供气穿孔管43的下半部分还分别构造有第一排气孔431和第二排气孔432。在该循环回路内主要流通的是空气，空气经送气分配主管41分别传递给位于其两端的第一送气分配立管42和第二送气分配立管44，然后汇集到该供气穿孔管43内，最后，空气经该第一排气孔431和第二排气孔432而排入到生物反应池1的内部。

由于该供气穿孔管43是处在污水中，污水中往往会存在较多的杂质，为避免污水中的污泥将排气孔堵塞，造成无法顺利地排出空气的情况，因而，可将排气孔的个数设置为2个，即，分别为该第一排气孔431和第二排气孔432。

此外，为确保空气的顺利排出，该第一排气孔431的中心线与第二排气孔432的中心线之间构造有第一夹角θ，该第一夹角θ的大小优选的为90度。

该亚硝酸盐制备装置4还包括能向该循环回路中通入空气的气源45，该气源45通过输气管路46与该送气分配主管41连通。具体地，该气源45主要起到向上述循环回路中通入空气的作用。

该气源45可以是利用生物反应池1进行曝气的鼓风机，也可以为单独使用的空压机。

如图1和图2所示，在本申请的一个优选的实施例中，在该出液口12的部位并位于该送气分配主管41上分别呈并排式设有氧化还原电位分析仪6、硝酸盐分析仪7、亚硝酸盐分析仪8以及氨氮分析仪9。其中，该氧化还原电位分析仪6、硝酸盐分析仪7、亚硝酸盐分析仪8以及氨氮分析仪9能够及时地反馈生物反应池1内水中的ORP(氧化还原电位)、硝态氮以及亚硝态氮的浓度，同时，还能够及时地调节气源45的频率，从而达到改变总供气量的目的。

如图2所示，在一个优选的实施例中，在该送气分配主管41、第一送气分配立管42、供气穿孔管43以及第二送气分配立管44上均安装有手动调节阀10，其中，在该第一送气分配立管42和该第二送气分配立管44上还均安装有电动阀20。需要说明的是，通过调节该电动阀20，便可以达到使该供气穿孔管43进行均匀曝气的目的。

如图2所示，在另一个优选的实施例中，该送气分配主管41通过支撑柱30架设在上方，其中，在该支撑柱30上从下至上依次安装有第三搅拌器40。具体地，在该第三搅拌器40的搅拌作用下，可以提高一定的分离滤网的网前搅拌强度，当水流通过流态化生物载体2时，可产生较为明显的湍流流态，提高水与流态化生物载体2上的生物膜的接触效率。

同时，流态化生物载体2在搅拌的作用下，对于气源45曝气出来的气泡能够进行多层次、反复地切割，从而提高了氧的转移率。

通过氧化还原电位分析仪6、硝酸盐分析仪7、亚硝酸盐分析仪8以及氨氮分析仪9能够及时地反馈生物反应池1内水中的ORP(氧化还原电位)、硝态氮、亚硝态氮以及氨氮的浓度，同时，及时地调节气源45的电机频率，便可以达到改变总供气量的目的。

此外，通过调节各送气分配立管上的电动阀20，便可以达到使供气穿孔管43进行均匀曝气的目的。通过设置手动调节阀10(带伸缩节)，便于整个系统的维修。

本申请的亚硝酸盐制备装置4可在生物反应池1的局部实现微氧的条件。

如图2所示，为进一步优化上述技术方案中的亚硝态氮制备装置4，在上述技术方案的基础上，该亚硝态氮制备装置4还包括设置在该生物反应池1内并分别沿该生物反应池1的长度方向呈间隔式设置的左侧弧形导流墙50和右侧弧形导流墙60。

在该左侧弧形导流墙50和该右侧弧形导流墙60之间还安装有横向导流墙70，该横向导流墙70与该生物反应池1的底壁呈垂直式设置，该横向导流墙70与该生物反应池1的长池壁1a呈平行式设置。

具体地，

污水通过第一搅拌器31的搅拌推流作用，再经过该流体推进器33的推流，然后再经第二搅拌器32的搅拌推流作用，流过左侧弧形导流墙50，最后实现一个内循环后进入到亚硝酸盐制备装置4的附近区域。处理后的水经分离装置5实现将流态化生物载体2和水的分离，分离出的处理后的水和活性污泥经出液口12流入到下一处理单元。

其中，通过生物反应池1内的第一搅拌器31、第二搅拌器32以及第三搅拌器33在各个方位上的不同角度的搅拌，便可以使得生物反应池1内的流态化生物载体2实现垂直方向上的均匀流态化，并且和分离结构5形成一定的水平流速，达到对网前足够强度的擦洗作用，避免污泥积聚在该分离结构5上一段时间后，造成分离结构5被封堵的情况。

如图4所示，在一个优选的实施例中，该左侧弧形导流墙50的下部、该生物反应池1靠近该进液口11的前侧长池壁1a以及该横向导流墙70靠近该左侧导流墙50的端部共同形成第一区域100。

该右侧导流墙60、该生物反应池1远离该进液口11的前侧长池壁1a以及该横向导流墙70靠近该右侧导流墙60的端部共同形成第三区域300。

在该第一区域100和该第三区域300之间构造有第二区域200。

该左侧导流墙50、该生物反应池1靠近该进液口11的后侧长池壁1a以及该横向导流墙70靠近该左侧导流墙50的端部共同形成第六区域600。

该右侧导流墙60的上部、该生物反应池1靠近该出液口12的后侧长池壁1a以及该横向导流墙70靠近该出液口12的端部共同形成第四区域400。

在该第六区域600和该第四区域400之间构造有第五区域500。

第一区域100：首先，进污水、生物反应池1内的循环流和内/外回流在第一区域100内混合。由于从进液口11进来的污水中可能携带有一定的溶解氧，从内/外回流口(图中未示出)进入到生物反应池1内的内/外回流中可能有溶解氧或由于跌落被充氧，因此，在第一区域100的溶解氧的含量就会较高，范围在0.3～0.8mg/L之间。同时由于内外回流中携带了NO₃ ^-，本区域的氧化还原电位也较高，范围在-200～-100mV之间。此区域中的污水快速混合，在流态化生物载体2上的生物膜和污泥中的微生物的共同作用下，首先发生内源呼吸、碳氧化、短程硝化作用，水中的溶解氧和氧化还原电位会显著下降。同时，在缺氧的环境下，反硝化菌的活性会得到一定的激活。

第二区域200：本区域内溶解氧在0.1～0.4mg/L之间，本区域的氧化还原电位范围在-300～-200mV之间。此区域中的污水在流态化生物载体2上的生物膜和污泥中的微生物的共同作用下，发生Ⅰ段短程反硝化和全程反硝化作用，水中的溶解氧和氧化还原电位会继续迅速下降。在此过程中水中挥发性脂肪酸(VFA)会得到充分的利用。

第三区域300：经过第二区域200的各种生化反应，第三区域300的溶解氧会下降至0.1以下，氧化还原电位范围降至-300mV以下。此时，碳氧化作用得到明显抑制，通过水解酸化反应使难降解有机物可转化为易降解有机物，并作为碳源被系统中的聚磷菌和反硝化细菌利用，因此，区域内Ⅰ段短程反硝化、全程反硝化反应速率提高，NO₃ ^-浓度大幅下降。

第四区域400：本区域设置有本实用新型的核心设备亚硝酸盐制备装置4，该亚硝酸盐制备装置4通过上述在线仪表实现精确曝气，将第四区域400中的溶解氧提升到0.3～0.8mg/L之间，氧化还原电位控制在-250～-150mV之间。在这种微氧的环境下，亚硝酸盐氧化菌(NOB)处于被抑制的状态，活性污泥中的氨氧化菌(AOB)得到激活，水中发生明显的短程硝化反应，NH₄ ⁺-N被氧化为NO₂ ^--N。

第五区域500：本区域溶解氧在到0.1～0.4mg/L之间，氧化还原电位控制在-300～-150mV之间。流态化生物载体2上富集的厌氧氨氧化菌利用NO₂ ^--N和水中NH₄ ⁺-N，以NH₄ ⁺-N为电子供体，将NO₂ ^--N作为电子受体，发生厌氧氨氧化反应并产生N₂，此反应无需碳源参与。由于厌氧氨氧化反应无需分子氧参与，因此，无需曝气，可节省供氧能耗。

活性污泥中的反硝化菌和流态化生物载体2上富集的反硝化菌利用NO₂ ^--N和水中的碳源发生Ⅱ段短程反硝化，实现短程硝化反硝化反应，可节约40％的碳源。最终本系统可以实现厌氧氨氧化技术与短程硝化技术联合的自养脱氮工艺。

第六区域600：经过第五区域500的各种生化反应，第三区域300的溶解氧降至0.1mg/L以下，氧化还原电位范围降至-300mV以下。通过水解酸化反应使难降解有机物可转化为易降解有机物，并作为碳源被系统中的聚磷菌、反硝化细菌利用，释放磷并去除总氮。同时厌氧氨氧化和Ⅱ段短程反硝化反应继续发生，进一步去除系统总氮。进一步地，达到给污水进行净化的作用。

如图5所示，根据本申请的第二方面，还提供一种使用亚硝态氮制备装置进行自养脱氮的方法，包括：步骤一，进水、生物反应池1内的循环流和内外回流在第一区域100内进行混合。

步骤二，第二区域200内的污水在流态化生物载体2上的生物膜和活性污泥中的微生物的共同作用下发生第一段短程反消化、全程反硝化作用，水中的溶解氧和氧化还原电位会继续迅速下降。

步骤三，经过第二区域200的生化反应，第三区域300内的溶解氧降低到溶解氧预设值以下，氧化还原电位范围降至预设电位以下，此时，碳氧化作用得到明显抑制，通过水解酸化反应使难降解有机物转化为易降解有机物，并作为碳源被生物反应池1中的聚磷菌、反硝化细菌利用。

步骤四，在第四区域400内，亚硝酸盐制备装置4通过在线仪表实现精确曝气，将第四区域中的溶解氧进行提升，并对氧化还原电位进行控制；在这种微氧的环境下，亚硝酸盐氧化菌处于被抑制的状态，活性污泥中氨氧化菌得到激活，水中发生明显的短程硝化反应，NH4⁺-N被氧化为NO₂ ^-—N。

步骤五，在第五区域500内，流态化生物载体2上富集的厌氧氨氧化菌利用NO₂ ^-—N和水中NH₄ ⁺-N，以NH₄ ⁺-N为电子供体，将NO₂ ^-—N作为电子受体，发生厌氧氨氧化反应并产生N₂，活性污泥中的反硝化菌和流态化生物载体2上富集的反硝化菌利用NO₂ ^-—N和水中的碳源发生第二段短程反硝化，以实现短程硝化反硝化反应；

步骤六，在第六区域600内，经过第五区域500的生化反应，第三区域300内的溶解氧降至溶解氧预设值以下，氧化还原电位范围降至预设电位以下。通过水解酸化反应使难降解有机物转化为易降解有机物，并作为碳源被生物反应池中的聚磷菌、反硝化细菌利用，释放磷并去除总氮。

在本申请的一个比较优选的实施例中，所述方法还包括通过亚硝酸盐制备装置4向生物反应池1内提供空气，从而为生物反应池1内的微生物提供少量氧气，通过微生物短程硝化作用在水中产生NO₂ ^-的积累，并通过流态化生物载体2上富集的厌氧氨氧化菌生成氮气，以去除水中的总氮。

在本申请的另一个优选的实施例中，第一区域的溶解氧范围在0.3～0.8mg/L之间，氧化还原电位范围在-200～-50mV之间；第二区域的溶解氧范围在0.1～0.4mg/L之间，氧化还原电位范围在-300～-150mV之间；第三区域的溶解氧范围在溶解氧预设值为0.1mg/L以下，氧化还原电位范围在预设电位为-300mV以下；第四区域的溶解氧范围在0.3～0.8mg/L之间，氧化还原电位范围在-200～-50mV之间；第五区域的溶解氧范围在0.1～0.4mg/L之间，氧化还原电位范围在-300～-150mV；第六区域的溶解氧范围在溶解氧预设值为0.1mg/L以下，氧化还原电位范围在预设电位为-300mV以下。

本亚硝态氮制备装置4可以单独作为厌氧池或缺氧池使用，亦可根据实际需求串联使用，达到多级处理的效果。比如厌氧—1段缺氧—2段缺氧—好氧；1段缺氧—2段缺氧—厌氧—好氧；厌氧—1段缺氧—1段好氧—2段缺氧—2段好氧等。

综上所述，污水从进液口11流入到生物反应池1内，与生物反应池1内的流态化生物载体2进行混合并发生反应，其中，流态化生物载体2的体积填充比为生物反应池1的体积的10％～45％。

通过推流搅拌结构3的搅拌和推流作用，便会使得流态化生物载体2按照第一方向进行循环流动，同时，会使得流态化生物载体2流入到亚硝酸盐制备装置4的附近区域。利用气源提供的空气中的氧气和水中氨氮在氨氧化菌的作用下，产生亚硝酸盐。而后亚硝酸盐和水中的氨氮，在生物载体上富集的厌氧氨氧化菌的作用下产生氮气，从而达到去除水中总氮的目的。流态化生物载体

通过调节分离结构5的水流过网流速，控制网前流态化生物载体2的局部填充密度，实现亚硝酸盐制备装置4前的一种局部流态化生物载体2的堆积现象，便于在此制备亚硝态氮和及时利用亚硝态氮。进一步地，实现自养脱氮的目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种亚硝态氮制备装置，其特征在于，包括：

生物反应池，在所述生物反应池内装有流动的污水和活性污泥，在所述生物反应池的池壁上分别构造有供污水流入的进液口和供处理后水流出的出液口，其中，在所述生物反应池内添加有流态化生物载体；

推流搅拌结构，设置在所述生物反应池内并能使得生物反应池内的污水和活性污泥与所述流态化生物载体发生反应并结合为一体后按照第一方向进行循环流动；

亚硝酸盐制备装置，设置在所述生物反应池内并靠近所述出液口的位置，其中，所述亚硝酸盐制备装置能够向所述生物反应池内提供空气，从而为池内微生物提供少量氧气，通过微生物短程硝化作用使水中产生NO₂ ^-的积累，并通过流态化生物载体上富集厌氧氨氧化菌最终生成氮气以去除水中的总氮；以及

分离结构，设置在所述生物反应池内并位于所述出液口的前端，用于分离流态化生物载体和处理后的出水。

2.根据权利要求1所述的亚硝态氮制备装置，其特征在于，所述推流搅拌结构包括均设置在所述生物反应池的长池壁上并能促使污水与流态化生物载体发生反应的第一搅拌器和第二搅拌器。

3.根据权利要求2所述的亚硝态氮制备装置，其特征在于，所述第一搅拌器和所述第二搅拌器分别位于所述生物反应池的长池壁上，其中，所述第一搅拌器与所述第二搅拌器在纵向上相互错开。

4.根据权利要求2所述的亚硝态氮制备装置，其特征在于，所述推流搅拌结构还包括设置在所述生物反应池内并能推动流态化生物载体朝所述第一方向进行循环流动的流体推进器。

5.根据权利要求1所述的亚硝态氮制备装置，其特征在于，所述亚硝酸盐制备装置包括依次连通并能形成循环回路的送气分配主管、第一送气分配立管、供气穿孔管以及第二送气分配立管，在所述供气穿孔管的下半部分还分别构造有第一排气孔和第二排气孔；

所述亚硝酸盐制备装置还包括能向所述循环回路中通入空气的气源，所述气源通过输气管路与所述送气分配主管连通。

6.根据权利要求5所述的亚硝态氮制备装置，其特征在于，在所述出液口的部位并位于所述送气分配主管上分别呈并排式设有氧化还原电位分析仪、硝酸盐分析仪、亚硝酸盐分析仪以及氨氮分析仪。

7.根据权利要求5所述的亚硝态氮制备装置，其特征在于，在所述送气分配主管、第一送气分配立管、供气穿孔管以及第二送气分配立管上均安装有手动调节阀，其中，在所述第一送气分配立管和所述第二送气分配立管上还均安装有电动阀。

8.根据权利要求5所述的亚硝态氮制备装置，其特征在于，所述送气分配主管通过支撑柱架设在上方，其中，在所述支撑柱上从下至上依次安装有第三搅拌器。

9.根据权利要求1所述的亚硝态氮制备装置，其特征在于，所述亚硝态氮制备装置还包括设置在所述生物反应池内并分别沿所述生物反应池的长度方向呈间隔式设置的左侧弧形导流墙和右侧弧形导流墙；

在所述左侧弧形导流墙和所述右侧弧形导流墙之间还安装有横向导流墙，所述横向导流墙与所述生物反应池的底壁呈垂直式设置，所述横向导流墙与所述生物反应池的长池壁呈平行式设置。

10.根据权利要求9所述的亚硝态氮制备装置，其特征在于，所述左侧弧形导流墙的下部、所述生物反应池靠近所述进液口的前侧长池壁以及所述横向导流墙靠近所述左侧导流墙的端部共同形成第一区域；

所述右侧导流墙、所述生物反应池远离所述进液口的前侧长池壁以及所述横向导流墙靠近所述右侧导流墙的端部共同形成第三区域；

在所述第一区域和所述第三区域之间构造有第二区域；

所述左侧导流墙、所述生物反应池靠近所述进液口的后侧长池壁以及所述横向导流墙靠近所述左侧导流墙的端部共同形成第六区域；

所述右侧导流墙的上部、所述生物反应池靠近所述出液口的后侧长池壁以及所述横向导流墙靠近所述出液口的端部共同形成第四区域；

在所述第六区域和所述第四区域之间构造有第五区域。