CN214115250U - 一种双层滤料反硝化脱氮反应器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种双层滤料反硝化脱氮反应器。包括反应池，具有侧壁以及敞开的顶部；双层滤料结构，填充在反应池的侧壁内，双层滤料结构包括第一滤料层和位于第一滤料层下方的第二滤料层，第一滤料层的第一滤料不同于第二滤料层的第二滤料，并且第一滤料和第二滤料的粒径不同，第一滤料的密度小于第二滤料的密度；承托层，填充在反应池的由侧壁包围的底部内并位于双层滤料结构的下方；布水系统和布气系统，连接反应池并且位于反应池的底部的下方；以及反冲洗系统，反冲洗系统的水反洗系统连通布水系统，反冲洗系统的气反洗系统连通布气系统。

Description

一种双层滤料反硝化脱氮反应器

技术领域

本实用新型涉及一种反硝化脱氮设备，更具体的，涉及一种双层滤料反硝化脱氮反应器，将污水经过二级处理出水进一步深度脱氮，以实现污水达标排放或回用低标准要求。

背景技术

废水中的氮主要是有机氮和无机氮两种存在形式，有机氮包括多肽、尿素、氨基酸、蛋白质等，无机氮主要是硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮等。行业中废水除氮主要通过生物法和物理化学法，而生物脱氮是目前应用最为广泛的，同时也是公认经济、高效、最有研究价值和发展的脱氮方法。废水生物脱氮工艺原理是硝化反应和反硝化反应，硝化反应是指在好氧硝化菌的作用下把氨氮转化成硝态氮，反硝化过程是在缺氧条件下反硝化菌将硝态氮和亚硝态氮转化成氮气，进而降低废水中的总氮指标。

含氮废水经过生化二级处理后，大部分的有机污染物及氨氮得到有的去除，但二级出水中仍残留一定量难降解的硝态氮和亚硝态氮，必须进一步的深度脱氮才能真正实现达标排放和回用低标准要求。生物脱氮的一个关键环节是反硝化过程，近年来，反硝化曝气生物滤池和反硝化深床滤池在污水处理工程中的应用越来越多，同时表现出了很好的发展前景和市场价值，但现有技术也存在较多的技术短板、脱氮效率低、运行不稳定等问题。由于脱氮理论的深入，在传统反硝化滤池的基础上，创新升级，向着简洁、高效经济的方向发展，将是现在深度脱氮技术发展的趋势。

实用新型内容

针对国家对水污染治理的高标准要求，本实用新型的目的在于提供一种双层滤料深度脱氮反应器，将污水经过二级处理出水进一步深度脱氮，以实现污水达标排放或回用低标准要求。

根据本实用新型的一个实施例，一种双层滤料反硝化脱氮反应器包括：反应池，具有侧壁以及敞开的顶部；双层滤料结构，填充在反应池的侧壁内，双层滤料结构包括第一滤料层和位于第一滤料层下方的第二滤料层，第一滤料层的第一滤料不同于第二滤料层的第二滤料，并且第一滤料和第二滤料的粒径不同，第一滤料的密度小于第二滤料的密度；承托层，填充在反应池的由侧壁包围的底部内并位于双层滤料结构的下方；布水系统和布气系统，连接反应池并且位于反应池的底部的下方；以及反冲洗系统，反冲洗系统的水反洗系统连通布水系统，反冲洗系统的气反洗系统连通布气系统。

根据本实用新型的一个实施例，第一滤料层的第一滤料和第二滤料层的第二滤料直接接触，第一滤料为无烟煤或陶粒，第二滤料为石英砂。

根据本实用新型的一个实施例，承托层承托双层滤料结构，承托层包括鹅卵石，鹅卵石沿自下而上的方向从大到小分层填装。

根据本实用新型的一个实施例，布水系统包括布水区、以及位于布水区和承托层之间的滤板上的第一滤头。

根据本实用新型的一个实施例，布气系统包括位于反应池的底部的穿孔管以及滤板上的第二滤头。

根据本实用新型的一个实施例，还包括自控系统，自控系统包括碳源精确投加控制系统、提升控制系统及控制反冲洗系统的反洗控制系统。

根据本实用新型的一个实施例，双层滤料结构的高度为双层滤料反硝化脱氮反应器的高度的60％-80％。

根据本实用新型的一个实施例，反冲洗系统的气反洗系统包括气反洗进气口，气反洗进气口连接穿孔管，气反洗进气口的直径与穿孔管的直径相同。

根据本实用新型的一个实施例，还包括与布水系统连接的进水口，以使双层滤料反硝化脱氮反应器的进水方向为从下至上，进水方向与双层滤料反硝化脱氮反应器的氮气排出的方向相同。

根据本实用新型的一个实施例，反冲洗系统的水反洗系统与进水口在同一位置处连接布水系统，并且水反洗系统的进水方向与进水口的进水方向相同，废水和氮气在反应池的顶部排出。

本实用新型的效果至少在于，降低投资成本、减少能耗成本、增强抗冲击能力、延长运行周期。

附图说明

图1是本实用新型的双层滤料结构的反硝化深度脱氮反应器实施例一的结构示意图；

图2是本实用新型的双层滤料结构的反硝化深度脱氮反应器实施例二的结构示意图；

图3是本实用新型的双层滤料结构的反硝化深度脱氮反应器实施例一的双层滤料反应器与单一滤料的脱氮效果对比示意图；

图4是本实用新型的双层滤料结构的反硝化深度脱氮反应器实施例二的双层滤料反应器与单一滤料的脱氮效果对比示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图图1至图4对本实用新型进行说明。

关于现有的反硝化曝气生物滤池：

主要结构包括：滤池池体、滤料层、承托层、布水布气系统、反冲洗系统、出水系统、管道和自控系统组成。反硝化曝气生物滤池一般采用上向流进水，①滤料采用单一结构的陶粒滤料，有效粒径根据不同的水质和出水要求选用不同粒径的陶粒滤料，规格一般选用粒径分别为2.5～4.0mm、3.0～5.0mm、4.0～6.0mm，滤料层高度：2.5～4m，滤料比重1.4～1.6。②承托层：圆形硬硅质天然鹅砾石，粒径范围4～16mm，三级级配，滤层厚度为300mm。③布水布气系统主要包括：滤池最下部的配水室和滤板上的滤头，池底穿孔管和滤板上的滤头。④反硝化曝气生物滤池采用气—水联合反冲洗。一般情况下运行24—48小时反冲洗一次，滤池的反冲洗周期根据出水总氮浓度、悬浮物浓度及滤料层的水力损失(水流在滤池内高速流动时，要克服流程摩擦阻力和局部摩擦阻力，以及水流内部水分子的互相挤压与撞击，由于这些原因而消耗的功率称为水力损失)综合而定。

反硝化曝气生物滤池滤料为单一的陶粒，陶粒滤料具有微生物附着性强、水流流态好、反冲洗容易等优点，但由于本滤池设计滤料层填充高度相对较高，且陶粒的市场价格较其他滤料相比高出30％～50％，存在投资成本高的问题。

关于现有技术的反硝化深床滤池：

反硝化深床滤池是将脱氮和过滤功能相结合的固定膜反应器，属于生物过滤技术。细菌和微生物以一层薄膜生长在固定填料介质上，当废水在滤料上流过时，利用滤料的拦截和滤料上生物膜的生物降解双重作用将污染物有效去除。

反硝化深床滤池的水流方向一般采用重力下向流，反冲洗进水由下向上流，滤池主要组成：①反硝化深床滤池一般选用石英砂为过滤介质，滤床高度约1.8m～3.5m，有效粒径2～4mm，均匀系数：1.4，比重：大于或等于2.6t/m3；②承托层由五种规格的鹅卵石交叉层分布，厚度为350～450mm；③气水分布系统：采用“T”气水分布块滤砖技术；④反冲洗系统：反冲洗流程及设备配置与反硝化曝气生物滤池类似。

该滤池在应用过程中存在缺陷：①进水为下向流，与氮气溢出方向相反，氮气溢出时产生气阻，运行3小时左右需启动反洗泵进行驱氮，增加能耗成本，同时增加并联滤池的负荷和滤速。②同体积下，石英砂滤料比表面积(是指多孔固体物质单位质量所具有的表面积)是陶粒的0.5倍，微生物附着性相较陶粒有一点差距，抗冲击能力弱；③石英砂粒径小，容易使运行周期变短，不易清洗，反冲洗水量大等缺点。

为解决上述现有技术存在的问题，实现降低投资成本、减少能耗成本、增强抗冲击能力、延长运行周期等的技术效果，本申请提供如下技术方案：

根据一个实施例，如图1至图2所示，双层滤料反硝化脱氮反应器10包括反应池102，具有侧壁1022以及敞开的顶部1024；双层滤料结构104，填充在所述反应池102的所述侧壁内，所述双层滤料结构包括第一滤料层和位于所述第一滤料层下方的第二滤料层，所述第一滤料层的第一滤料不同于所述第二滤料层的第二滤料，并且所述第一滤料和所述第二滤料的粒径不同，所述第一滤料的密度小于所述第二滤料的密度；承托层，填充在所述反应池的由所述侧壁包围的底部内并位于所述双层滤料结构的下方；布水系统和布气系统，连接所述反应池并且位于所述反应池的所述底部的下方；以及反冲洗系统，所述反冲洗系统的水反洗系统连通所述布水系统，所述反冲洗系统的气反洗系统连通所述布气系统。

根据本实用新型的一个实施例，如图1、图2所示，一种双层滤料反硝化脱氮反应器10包括反应池102，具有侧壁1022以及敞开的顶部1024；双层滤料结构104，填充在反应池102的侧壁1022内，双层滤料结构104包括第一滤料层1042和位于第一滤料层1042下方的第二滤料层1046，第一滤料层1042的第一滤料不同于第二滤料层1046的第二滤料，并且第一滤料和第二滤料的粒径不同，第一滤料的密度小于第二滤料的密度；承托层106，填充在反应池102的由侧壁1022包围的底部1026内并位于双层滤料结构104的下方；布水系统和布气系统，连接反应池102并且位于反应池102的底部1026的下方；以及反冲洗系统，反冲洗系统的水反洗系统1082连通布水系统，反冲洗系统的气反洗系统1084连通布气系统。

在一个实施例中，如图1、图2所示，第一滤料层1042的第一滤料和第二滤料层1046的第二滤料直接接触，第一滤料为无烟煤或陶粒，第二滤料为石英砂。

在一个实施例中，如图1、图2所示，承托层106承托双层滤料结构104，承托层106包括鹅卵石，鹅卵石沿自下而上的方向从大到小分层填装。

在一个实施例中，如图1、图2所示，布水系统包括布水区105、以及位于布水区105和承托层106之间的滤板101上的第一滤头1032。

在一个实施例中，如图1、图2所示，布气系统包括位于反应池的底部的穿孔管(未示出)以及滤板101上的第二滤头1034。

在一个实施例中，如图1、图2所示，还包括自控系统110，自控系统110包括碳源精确投加控制系统、提升控制系统及控制反冲洗系统的反洗控制系统。碳源投加控制系统主要是根据水质情况精准控制营养盐的投加量，减少药剂的浪费，碳源投加点设置在反应器的进料口；提升控制系统是污水经泵提升进入下一处理单元的动力源，按照设定的处理量实现自动高效提升功能。反冲洗控制系统是在反应器运行一段时间后，根据运行工况，自动识别反洗需求，完成自动气洗和水洗过程。

在一个实施例中，双层滤料结构104的高度为双层滤料反硝化脱氮反应器10的高度的60％-80％。

在一个实施例中，如图1、图2所示，反冲洗系统的气反洗系统1084包括气反洗进气口(未示出)，气反洗进气口(未示出)连接穿孔管(未示出)，气反洗进气口(未示出)的直径与穿孔管(未示出)的直径相同。

在一个实施例中，本申请通过双层滤料结构，很好的解决了微生物附着性弱、水力负荷低或高导致堵塞或反应时间不够等问题。根据反应原理和反应器的结构特点，本申请在实验过程中表现出较好的脱氮功能及SS去除效果。本申请设计科学合理，克服了传统生物脱氮技术占地面积大(传统生物脱氮技术主要是以活性污泥生化处理为主，工艺一般采用AA/O、A/O、氧化沟等，以上工艺根据废水水质和工艺特点，所需反应池容积远大于反硝化深度脱氮反应器)、需要大量外加碳源的缺点。

在一个实施例中，由于反应池102的具有敞开的顶部1024，主要用于收纳污水，在反应器内完成反硝化反应及水力学流动过程。

在一个实施例中，由于第一滤料层1042的第一滤料和第二滤料层1046的第二滤料直接接触，第一滤料为无烟煤或陶粒，第二滤料为石英砂。滤料是反硝化反应过程的关键环节，本实用新型内的滤料采用无烟煤、陶粒或石英砂组合双层滤料结构，污水中含有硝态氮在双层滤料结构中与反硝化菌进行充分的反硝化反应，将硝态氮最终转化成氮气，进而实现深度脱氮的目标。

在一个实施例中，双层滤料结构根据水质和出水要求的不同，选用无烟煤、陶粒、石英砂两两组合的方式，例如第一滤料为无烟煤或陶粒，第二滤料为石英砂。无烟煤选用相对密度约1.4-1.6g/cm3，粒径范围1～2mm；陶粒相对密度1.4-1.6g/cm3，粒径范围2～5mm；石英砂相对密度2.6g/cm3，粒径范围2～4mm。

在一个实施例中，双层滤料结构104工作原理是利用两层密度不同的滤料而工作。

在一个实施例中，提供的反硝化反应器组合滤料中，无烟煤、陶粒、石英砂两两组合，两种滤料的体积比根据水质和出水要求通过污泥浓度、空床水力停留时间、上升流速测算。

在一个实施例中，承托层104选用圆形硬硅质天然鹅卵石，并按圆形硬硅质天然鹅卵石的级配自下而上从大到小分层填装，粒径在7～40mm。

在一个实施例中，布水区105在反应池102最下部。

在一个实施例中，反硝化脱氮反应器采用气—水联合反冲洗。反冲洗周期及反洗方式需根据总氮、SS去除效率以及水力损失等因素决定。

根据一个实施例，自控系统包括碳源精确投加控制系统、提升控制系统及反洗控制系统，所有自动控制阀门、流量计、液位计及在线仪表显示系统。自动控制阀门在碳源精准投加控制系统、提升控制系统、反洗控制系统进料出料口；流量计设置在碳源精准投加控制系统、提升控制系统及反洗控制系统的出料口处，主要测量碳源出料量、提升系统出料量及反洗系统的气水出料量；液位计设置在反应器内，是时间的反应器内液位变化。

根据一个实施例，气反洗进气口的直径与穿孔管的直接相同并通过穿孔管进行配气，保证了反洗配气的均匀性。

根据一个实施例，反冲洗系统的水反洗系统1082与进水口140在同一位置处连接布水系统，并且进水口连接布水系统的布水区，并且水反洗系统的进水方向与进水口140的进水方向相同，废水和氮气在反应池的顶部排出。在一个实施例中，进水口140的进水方向与反应器氮气排出的方向相同，减少气阻。同时水反洗进水口(未示出)与进水口140的进水方向同为由下往上流，反洗废水排放为滤池上部排出。

在一个实施例中，双层滤料反硝化深度脱氮反应器还包括出水渠120与反洗排水渠130。

在一个实施例中，本申请提供的是一种反硝化深度脱氮反应器。

实施例1：一种应用于煤制烯烃生产污水二级出水双层反硝化深度脱氮反应器。

参照图1，反应器10进水方式采用上向流，即由下向上进水或由下往上流，同时，减少气阻。同时反冲洗进水口(未示出)与进水口140的进水方向同为由下往上流，同为由下向上流，出水渠120及反洗排水渠130设置在反应器10上部。

进水的稳定性对于生化反应至关重要，随着运行时间的延长，滤料受到不同程度的污堵，因此通过压力泵均匀将污水泵入反应器内，保证水力上升流速及脱氮效果。

第一滤料层1042选用陶粒滤料、第二滤料层1046选用石英砂滤料。第一滤料层1042滤料填充高度：第二滤料层1046滤料填充高度＝2:1，双层滤料结构104组合填料填充高度为反硝化深度脱氮反应器高度的80％。

第一滤料层选用陶粒滤料，粒径在1～3mm之间，第二滤料层选用石英砂滤料，粒径在2～5mm之间。

承托层106采用5种级配的鹅卵石，其厚度为450mm。

水反洗系统1082，包括反应器最下部的布水区105和滤板上的滤头；水反洗强度控制在6L/m2.s。

气反洗系统1084，池底穿孔管和滤板上的滤头，气反洗强度控制在15L/m2.s。

气冲洗在3min，气水联合洗时间控制在5min，水冲洗时间是8min。

自控系统12包括碳源精确投加系统控制、提升系统控制及反洗系统控制，所有自动控制阀门、流量计、液位计及在线仪表显示系统。

本申请实施例中的双层滤料反应器与单一滤料的主要技术参数对比表如下：

本申请实施例中的双层滤料反应器与单一滤料的脱氮效果对比如图3：本申请实施例中应用于煤制烯烃废水处理，双层滤料反应器与单一滤料反应器进水总氮稳定在25～35mg/L，实验对比周期为30天，双层滤料反应器的脱氮效率在80％～95％之间，单一滤料反应器脱氮效率平均在40％左右。可见对于煤制烯烃废水，典型总氮难降解废水，双层滤料反应器脱氮效能较明显。

实施例2：一种应用在某化工园区污水处理双层反硝化深度脱氮反应器。

参照图2，反应器10进水方式采用上向流，即由下向上进水或由下往上流，同时，减少气阻。同时反冲洗进水口(未示出)与进水口140的进水方向同为由下往上流，同为由下向上流，出水渠120及反洗排水渠130设置在反应器10上部。

进水的稳定性对于生化反应至关重要，随着运行时间的延长，滤料受到不同程度的污堵，因此通过压力泵均匀将污水泵入反应器内，保证水力上升流速及脱氮效果。

第一滤料层1042选用陶粒滤料、第二滤料层1046选用石英砂滤料。第一滤料层1042滤料填充高度：第二滤料层1046滤料填充高度＝1:2，组合填料填充高度为反硝化深度脱氮反应器高度的60％。

第一滤料层无烟煤滤料，粒径在2～3mm之间，第二滤料层石英砂滤料，粒径在2～5mm之间。

承托层106采用5种级配的鹅卵石，其厚度为450mm。

水反洗系统1082，反应器最下部的布水区105和滤板上的滤头；水反洗强度控制在5.2L/m2.s。

气反洗系统1084，池底穿孔管和滤板上的滤头，气反洗强度控制在14.5L/m2.s。

自控系统110包括碳源精确投加系统控制、提升系统控制及反洗系统控制，所有自动控制阀门、流量计、液位计及在线仪表显示系统。

本申请实施例中的双层滤料反应器与单一滤料的主要技术参数对比表如下：

本申请实施例中的双层滤料反应器与单一滤料的脱氮效果对比如图4：本申请实施例中应用于某园区污水处理，双层滤料反应器与单一滤料反应器进水总氮稳定在20～30mg/L，实验对比周期为30天，双层滤料反应器的脱氮效率在65％～75％之间，产水总氮在5～7.5mg/L；单一滤料反应器脱氮效率平均在60％左右，产水总氮在8～12mg/L。从实验结果对比分析，双层滤料脱氮效能较明显，同时实现产水总氮低于国家排放标准。

本申请的有益效果在于本申请所述的双层滤料结构，从滤料结构及组合分布方式上较单一滤料的孔隙率大，为微生物附着提供充足的接触空间，使得污水与反硝化滤料充分接触反应。同时双层滤料的粒径及材质不同，起到较强的水力剪切作用，增强脱氮效率，同时减缓滤料污堵。本申请双层滤料的反硝化反应器深度脱氮能力比一般单一滤料的快滤池可提高2-2.5倍。由于上层滤料较轻，冲洗后可自动分层。本申请双层滤料的反应器反硝化效率高，由于填充体积减小及填料组合方式优化，滤料投资费用较单一滤料减少10％～20％。本申请双层滤料的反应器反洗周期较单一滤料的滤池长，水耗、电耗等运行成本较单一滤料减少20％左右。

以上的实施例仅以陶粒、石英砂、无烟煤根据水质情况和出水要求，筛选双层滤料技术理念作为本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想(包括其他滤料组合)，在技术方案基础上所做的任何任何简单修改、变更以及等效变换，均属于本实用新型申请的专利范围，本申请未涉及的技术均可通过现有的技术加以实现。

Claims (10)

1.一种双层滤料反硝化脱氮反应器，其特征在于，包括：

反应池，具有侧壁以及敞开的顶部；双层滤料结构，填充在所述反应池的所述侧壁内，所述双层滤料结构包括第一滤料层和位于所述第一滤料层下方的第二滤料层，所述第一滤料层的第一滤料不同于所述第二滤料层的第二滤料，并且所述第一滤料和所述第二滤料的粒径不同，所述第一滤料的密度小于所述第二滤料的密度；

承托层，填充在所述反应池的由所述侧壁包围的底部内并位于所述双层滤料结构的下方；

布水系统和布气系统，连接所述反应池并且位于所述反应池的所述底部的下方；以及

反冲洗系统，所述反冲洗系统的水反洗系统连通所述布水系统，所述反冲洗系统的气反洗系统连通所述布气系统。

2.根据权利要求1所述的双层滤料反硝化脱氮反应器，其特征在于，所述第一滤料层的所述第一滤料和所述第二滤料层的所述第二滤料直接接触，所述第一滤料为无烟煤或陶粒，所述第二滤料为石英砂。

3.根据权利要求1所述的双层滤料反硝化脱氮反应器，其特征在于，所述承托层承托所述双层滤料结构，所述承托层包括鹅卵石，所述鹅卵石沿自下而上的方向从大到小分层填装。

4.根据权利要求1所述的双层滤料反硝化脱氮反应器，其特征在于，所述布水系统包括布水区、以及位于所述布水区和所述承托层之间的滤板上的第一滤头。

5.根据权利要求4所述的双层滤料反硝化脱氮反应器，其特征在于，所述布气系统包括位于所述反应池的所述底部的穿孔管以及所述滤板上的第二滤头。

6.根据权利要求1所述的双层滤料反硝化脱氮反应器，其特征在于，还包括自控系统，所述自控系统包括碳源精确投加控制系统、提升控制系统及控制所述反冲洗系统的反洗控制系统。

7.根据权利要求2所述的双层滤料反硝化脱氮反应器，其特征在于，双层滤料结构的高度为所述双层滤料反硝化脱氮反应器的高度的60％-80％。

8.根据权利要求5所述的双层滤料反硝化脱氮反应器，其特征在于，所述反冲洗系统的所述气反洗系统包括气反洗进气口，所述气反洗进气口连接所述穿孔管，所述气反洗进气口的直径与所述穿孔管的直径相同。

9.根据权利要求1所述的双层滤料反硝化脱氮反应器，其特征在于，还包括与所述布水系统连接的进水口，以使所述双层滤料反硝化脱氮反应器的进水方向为从下至上，所述进水方向与所述双层滤料反硝化脱氮反应器的氮气排出的方向相同。

10.根据权利要求9所述的双层滤料反硝化脱氮反应器，其特征在于，所述反冲洗系统的水反洗系统与所述进水口在同一位置处连接所述布水系统，并且所述水反洗系统的进水方向与所述进水口的进水方向相同，废水和所述氮气在所述反应池的所述顶部排出。

Images