CN209835753U

CN209835753U - 一种污水高效脱氮的生物膜反应器

Info

Publication number: CN209835753U
Application number: CN201822136852.XU
Authority: CN
Inventors: 李晓岩; 林琳; 李若泓; 李谱; 李炳; 郭学超; 孙文郡; 李颖瑜
Original assignee: Tsinghua Berkeley Shenzhen College Preparatory Office
Current assignee: Tsinghua Berkeley Shenzhen College Preparatory Office
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2028-12-19

Abstract

本实用新型属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水高效脱氮的生物膜反应器及方法。其包括：进水管1、缺氧反应区2、好氧反应区3、出水管4及回流管5；在缺氧反应区内有搅拌器6、限位悬浮载体7及分层装置8；在好氧反应区有列阵纤维载体9及曝气装置10。本实用新型提出了一种工艺简单、占地面积小的生物膜法污水生物脱氮过程及装置，解决了传统生物脱氮工艺(AAO)脱氮能力难以进一步提高、对碳源利用不充分、流程较长、占地面积较大以及出水难以稳定达标等问题。并且通过优化缺氧反应区及好氧反应区的填料形态及布置方式，达到充分利用碳源，减小停留时间及出水稳定达标的目的。

Description

一种污水高效脱氮的生物膜反应器

技术领域

本实用新型属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水高效脱氮的生物膜反应器及方法。

背景技术

随着中国城市化的迅猛发展，城市水污染问题日益严峻。目前传统的城市污水处理厂能有效去除COD等有机污染物，但二级出水中往往含有一定浓度的硝氮、磷等营养物质，难以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)标准一级A标准(《15MG-N/L),若直接排入河道及湖泊时，会造成水体富营养化的风险。

目前最广泛的污水脱氮处理技术是以缺氧-好氧为基础的活性污泥脱氮工艺，通过回流硝化液至缺氧反应区进行脱氮。但是该传统技术一直存在能耗高，脱氮效率不高、污泥膨胀等问题。近年来，生物膜反应器逐渐受到人们的关注，被认为是未来最有可能替代传统活性污泥法的潜在技术。不过，如何选择适宜的填料，保证填料在反应器的均匀分布，确保生物膜不易脱落，进一步降低能耗等仍然是生物膜反应器急需解决的关键问题。

例如，现有技术CN1843981A公开了一种集成的污水悬浮载体生物处理工艺，包括以下步骤：a、强化絮凝沉淀：将生活污水或工业废水及后阶段回流的混合液导入强化絮凝沉淀池，加入絮凝剂混合，反应后的沉淀物经沉淀区底部排出；b、一体化悬浮载体生物反应器的生物处理和固液分离：将悬浮载体生物反应池通过穿孔挡板或挡墙分隔成缺氧反应区、好氧反应区和固液分离区，各区均投有悬浮载体生物填料，这样制得一体化悬浮载体生物反应器；步骤a 得到的清液依次流入上述三个区域后，固液分离区下层导出沉淀污泥，从上层排出的清水即符合排放标准的水。该方案将混凝沉淀后的污水直接进入完全混合反应池，只是将传统AAO工艺中的活性污泥法更换为生物膜法，该方案无法有效解决生物脱氮过程的所需的碳源问题，同时该方案亦未对填料进行竖向分区，未能充分利用溶解氧及未发挥不同生物膜群落的最大功能。

另外，现有技术CN103359890A公开了一种中和沉淀处理后钢铁酸洗废水的净化方法，用于去除废水中的总氮，即硝酸根离子含量和总硬度即钙离子含量。所述方法，包括中和沉淀后的废水通过混合絮凝池、物化沉淀池、pH调节池、缺氧池、好氧池和生化沉淀池，30～50％缺氧池出水回流至混合絮凝池，其余缺氧池出水流入生化沉淀池。该方案旨在处理钢铁酸洗废水，该种类型废水与生活污水差距巨大，不能适应于处理生活污水。对生活污水来说，不需要进行pH调节，该方案中缺氧池出水需回流至混合絮凝池，对于生活污水处理过程亦无必要，此外，此方案主要针对钢铁酸洗废水中的总氮及硬度的去除，未涉及具体的COD去除方法及标准，而对于生活污水中来说，COD的去除是基本任务之一。

发明内容

鉴于现有技术存在问题，本实用新型为涉及污水处理领域的一种高效生物脱氮的处理方法及装置，利用生物膜法强化脱氮，实现出水稳定达标(《城镇污水处理厂污染物排放标准》 GB18918-2002中的一级A标准)。

本实用新型提出了一种工艺简单、占地面积小的生物膜法污水生物脱氮过程及装置，解决了传统生物脱氮工艺(AAO)脱氮能力难以进一步提高、对碳源利用不充分、流程较长、占地面积较大以及出水难以稳定达标等问题。并且通过优化缺氧反应区及好氧反应区的填料形态及布置方式，达到充分利用碳源，减小停留时间及出水稳定达标的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型首先提供了一种污水高效脱氮的生物膜反应器，其包括：进水管1、缺氧反应区2、好氧反应区3、出水管4，依次连接，以及回流管5，污水在缺氧反应区处理后进入好氧反应区，在好氧反应区后端连接回流管，使反应液回流至缺氧反应区；在缺氧反应区内有搅拌器6、限位悬浮载体7及分层装置8；在好氧反应区有列阵纤维载体9及曝气装置10。

作为本实用新型的一种优选技术方案，缺氧反应区采用悬浮填料填充，并用带孔的隔板分隔成多层，以将填料限制在一定区域内。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述填料为K-3填料，比表面积>800m²/m³,投配率可达60％以上。

作为本实用新型的一种优选技术方案，好氧反应区列阵纤维载体采用柔性纤维填料，主要材质为醛化纤维，装填密度可达50m/m³。

作为本实用新型的一种优选技术方案，好氧反应区列阵纤维载体上下两端分别固定在反应器的顶部和底部，使其与水流形成错流式的阵列结构，从而使水流与生物膜行成一种推流式反应方式，提高处理效果。

作为本实用新型的一种优选技术方案，好氧反应区底部设置有曝气装置，采用阶梯曝气。

本实用新型的另一目的在于提供一种高效生物脱氮的处理方法，采用前述生物膜反应器用于污水处理，装置包括相连接的缺氧反应区及好氧反应区，并分别填充不同类型的填料，在好氧反应区后端连接回流管，使硝化液回流至缺氧反应区，达到高效生物脱氮的目的，同时减少污泥产量。

具体的处理方法一种高效生物脱氮的处理方法，采用前述生物膜反应器用于污水处理，包括：(1)污水从进水管进入缺氧反应区，缺氧反应区采用悬浮填料填充，并用带孔的隔板分隔成多层，以将填料限制在一定区域内，实现不同区域内形成不同生物群落控制的生物膜，并采用机械搅拌的方式，保证填料在该区域内分布均匀；

(2)污水在缺氧反应区处理后进入好氧反应区，好氧反应区采用柔性纤维填料，主要材质为醛化纤维，装填密度可达50m/m³；将其上下两端分别固定在反应器的顶部和底部，使其与水流形成错流式的阵列结构，从而使水流与生物膜行成一种推流式反应方式。

作为本实用新型的一种优选技术方案，该步骤(1)过程填料为K-3填料，比表面积>800m²/m³,投配率可达60％以上，过程污泥浓度可达到>3000mg/L,水力停留时间约1-2h。

作为本实用新型的一种优选技术方案，步骤(2)好氧反应区采用柔性纤维填料，主要材质为醛化纤维，装填密度可达50m/m³。将其上下两端分别固定在反应器的顶部和底部，使其与水流形成错流式的阵列结构，从而使水流与生物膜行成一种推流式反应方式，提高处理效果。

作为本实用新型的一种优选技术方案，步骤(2)好氧反应区采用阶梯曝气(优选将好氧区分为三个不同的曝气强度区域，曝气强度依次递减，维持第一区域内溶解氧浓度为2-2.5mg/L，第二区域内溶解氧浓度为1.5-2mg/L，第三区域内溶解为1.0-1.5mg/L)，即沿水流方向逐渐减少曝气量，可以充分利用溶解氧，从而减少处理过程中的能耗，该过程污泥浓度可达到>4000mg/L,水力停留时间约3-4h。

作为本实用新型的一种优选技术方案，在好氧反应区后端连接回流管，使反应液回流至缺氧反应区，通过调控出水回流比，优选调控硝化液回流比100-400％，根据进水氨氮浓度及出水标准，使出水总氮稳定达标，达到高效脱氮的目的。由于采用高效生物膜法，经处理的出水不需要二沉池，可直接排入自然水体，减少了占地面积。

该实用新型主要应用在水处理技术领域，涉及一种污水高效脱氮的生物膜反应器及方法。

本实用新型的主要优点包括：

(1)填料分布均匀，曝气能耗低；(2)脱氮稳定高效，后期维护简单；(3)泥水分离容易，不需要二沉池；(4)处理设备模块化，易运输组装；(5)处理设备占地少，投资成本低；(6)处理水量范围广，大中小均可。

本实用新型相对于现有技术具有如下突出的有益效果，包括：

1.本实用新型出水水质高，可实现污水总氮的去除率达到80％,出水总氮浓度低于10 mg/L，满足一级A的污水排放标准。

2.在缺氧反应区通过填料分层，采用限位悬浮载体技术，提高处理效果及碳源利用率。

3.在好氧反应区采用列阵纤维载体技术，实现推流式处理方式提高处理效果，并实施阶梯曝气提高溶解氧利用率，减少处理能耗。

4.本装置可单独使用，亦可与其他工艺组合使用，并经过简单组装可形成一体化设备，实现污水的高效全流程处理。操作简单，占地面积小，基建、运行及维护成本低。

附图说明

图1，本实用新型提供的污水高效脱氮的生物膜反应器剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式做进一步说明，但本实用新型不局限于此：

实施例1一种污水高效脱氮的生物膜反应器

如图1所示，一种污水高效脱氮的生物膜反应器，其包括：进水管1、缺氧反应区2、好氧反应区3、出水管4，依次连接，以及回流管5，污水在缺氧反应区处理后进入好氧反应区，在好氧反应区后端连接回流管，使反应液回流至缺氧反应区；在缺氧反应区内有搅拌器6、限位悬浮载体7及分层装置8；在好氧反应区有列阵纤维载体9及曝气装置10。

其中，缺氧反应区采用悬浮填料填充，并用带孔的隔板分隔成多层，以将填料限制在一定区域内。

其中，好氧反应区列阵纤维载体上下两端分别固定在反应器的顶部和底部，使其与水流形成错流式的阵列结构，从而使水流与生物膜行成一种推流式反应方式。

实施例2一种污水高效脱氮的生物膜反应器

在实施例1的基础上，缺氧反应区采用悬浮填料填充，并用带孔的隔板分隔成多层(3-5 层)，缺氧反应区所述填料为K-3填料，比表面积>800m²/m³,投配率可达60％以上。

好氧反应区列阵纤维载体采用柔性纤维填料主要材质为醛化纤维，装填密度可达50m/m³。

好氧反应区底部设置有曝气装置，采用阶梯曝气，将好氧区分为三个不同的曝气强度区域。

实施例3

一种高效生物脱氮的处理方法，采用前述实施例2生物膜反应器用于生活污水处理，包括：

(1)污水从进水管进入缺氧反应区，缺氧反应区采用悬浮填料填充，并用带孔的隔板分隔成5层，以将填料限制在一定区域内，实现不同区域内形成不同生物群落控制的生物膜，并采用机械搅拌的方式，保证填料在该区域内分布均匀；

其中，步骤(1)过程污泥浓度可达到>3000mg/L,水力停留时间约2h。

步骤(2)好氧反应区采用阶梯曝气(将好氧区分为三个不同的曝气强度区域，曝气强度依次递减，维持第一区域内溶解氧浓度为2.5mg/L，第二区域内溶解氧浓度为2mg/L，第三区域内溶解为1.5mg/L)，该过程污泥浓度可达到>4000mg/L,水力停留时间约4h。

在好氧反应区后端连接回流管，使反应液回流至缺氧反应区，通过调控出水回流比，调控硝化液回流比400％。

实施例4

(1)污水从进水管进入缺氧反应区，缺氧反应区采用悬浮填料填充，并用带孔的隔板分隔成3层，以将填料限制在一定区域内，实现不同区域内形成不同生物群落控制的生物膜，并采用机械搅拌的方式，保证填料在该区域内分布均匀；

其中，步骤(1)过程污泥浓度可达到>3000mg/L,水力停留时间约1h。

步骤(2)好氧反应区采用阶梯曝气(将好氧区分为三个不同的曝气强度区域，曝气强度依次递减，维持第一区域内溶解氧浓度为2mg/L，第二区域内溶解氧浓度为1.5mg/L，第三区域内溶解为1.0mg/L)，该过程污泥浓度可达到>4000mg/L,水力停留时间约3h。

在好氧反应区后端连接回流管，使反应液回流至缺氧反应区，通过调控出水回流比，调控硝化液回流比200％。

对比实施例1

采用进水管1、缺氧反应区2、好氧反应区3、出水管4，以及连接的反应器，未有前述填料设置及位置布局。

污水经过进水管进入反应区域内，反应区域分为缺氧反应区及好氧反应区，若该区域内不含填料，则在不同反应区域内为完全混合式反应，无法实现推流式的高效处理效果，出水无法稳定达标。

同时，该方案不具备较高的抵抗冲击负荷的能力，且污泥在运行过程中容易产生各种问题，同时会产生大量的生物污泥，需要进行后续的污泥处理，增加运行成本。

对比实施例2

生活污水经过进水管进入反应区域内，反应区域分为缺氧反应区及好氧反应区，缺氧区域内含有悬浮填料，同时在好氧区域内含有纤维填料，但未对填料进行分区，污水在反应区域内完全混合。

该方案虽采用了填料，减少了污泥产量，但未对填料进行分区，在缺氧区内碳源利用率依然低于实施例3及4，由于是对于处理低碳氮比污水，处理效果无法稳定达标。同时在好氧区域内，亦未能实现推流式运行方式，处理效果不如实施例3及4。

实施例5效果测定

采用实施例1的装置和实施例3的处理方法：

首先，污水经过预处理(混凝+沉淀等)后通过进水管1进入高效生物脱氮装置，在缺氧反应区2内与回流的硝化液混合，在此过程中由于反硝化过程前置，因此可以充分利用进水中的碳源，硝化液通过回流完成硝化过程。在缺氧反应区内，通过悬浮式生物载体7，可提高生物量及反硝化效率，同时通过分层装置8实现竖向填料分层(限位悬浮载体技术)，并通过搅拌器6实现填料的悬浮，此技术可保证在不同反应区域内，由于不同的水流条件，不同的污染物质负荷等，形成不同功能的微生物主体群落生物膜，从而实现反硝化过程的高效稳定功能。

此后，从缺氧反应区2流出的水流进入好氧反应区3，在此区域内完成硝化过程。在好氧反应区内，通过固定式的纤维载体9(列阵纤维载体技术)实现推流式反应的生物膜法硝化过程，提高硝化效果。与传统生物膜法不同的是，本技术纤维载体采用固定的方式，从而使水流方式由完全混合式改变成推流式。并通过曝气装置10，采取阶梯曝气的方式，节省曝气量，充分利用溶解氧，实现硝化处理过程的高效低耗功能。

最后，硝化液通过回流管5，回流至缺氧反应区2进行反硝化，通过调控回流比，可以实现可实现污水总氮的去除率>80％。出水通过出水管4进行排放，出水总氮浓度低于10mg/L，满足一级A排放标准。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种污水高效脱氮的生物膜反应器，其特征在于，包括：进水管(1)、缺氧反应区(2)、好氧反应区(3)、出水管(4)，依次连接，以及回流管(5)，污水在缺氧反应区处理后进入好氧反应区，在好氧反应区后端连接回流管，使反应液回流至缺氧反应区；在缺氧反应区内有搅拌器(6)、限位悬浮载体(7)及分层装置(8)；在好氧反应区有列阵纤维载体(9)及曝气装置(10)。

2.根据权利要求1所述的一种污水高效脱氮的生物膜反应器，其特征在于，缺氧反应区采用悬浮填料填充，并用带孔的隔板分隔成多层，以将填料限制在一定区域内；所述填料为K-3填料，比表面积>800m²/m³,投配率可达60％以上。

3.根据权利要求1所述的一种污水高效脱氮的生物膜反应器，其特征在于，好氧反应区列阵纤维载体采用柔性纤维填料，主要材质为醛化纤维，装填密度可达50m/m³；好氧反应区列阵纤维载体上下两端分别固定在反应器的顶部和底部，使其与水流形成错流式的阵列结构，从而使水流与生物膜行成一种推流式反应方式，提高处理效果。

4.根据权利要求1所述的一种污水高效脱氮的生物膜反应器，其特征在于，好氧反应区底部设置有曝气装置，采用阶梯曝气，将好氧区分为三个不同的曝气强度区域。