CN216106228U - 去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，属于污水处理领域，通过依次连通设置的厌氧微生物胞外酶水解单元、厌氧脱碳除氮填料层单元、二级脱氮单元、好氧硝化单元以及活性污泥分离单元，并将活性污泥分离单元与厌氧微生物胞外酶水解单元连通设置，使得好氧处理后的硝化液回流到厌氧处理部时，可以去除微生物代谢产物，强化了该工艺过程整体的有机物去除效果。

Description

去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器

技术领域

本实用新型属于污水处理领域，具体涉及一种去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器。

背景技术

污(废)水生物处理出水中，不可避免地残留相当数量的微生物代谢产物，该现象在高碳(有机物)高氮废水的生物处理过程中表现得尤为显著。出水中残余的微生物代谢产物使得此类污水难以达标排放。为了达标排放，经常需要增加活性炭吸附、芬顿氧化、电化学处理、臭氧处理等深度处理技术环节，或者增加膜处理作为保障环节，从而加大了此类污水达标排放的技术难度和经济成本。而且，这些微生物代谢产物在后续处理过程中还可能产生未知的消毒副产物，也可能造成膜处理设备的污染。因此，削减处理出水中微生物代谢产物是污水生物处理增效的瓶颈。

调控传统好氧活性污泥过程的污泥龄、水力停留时间、生物反应温度等参数，可以控制微生物代谢产物的生成，但是，这些过程参数的改变与硝化微生物的富集存在矛盾，因此，在实际污水生物处理中难以应用。尽管高级氧化技术[中国实用新型专利，电化学污水处理设备，公开号：CN210313653U]可以处理此类难生物降解的微生物代谢产物，由于催化剂流失、电极寿命低、选择性差、运行成本高等问题，难以实现规模化运行。

实用新型内容

为解决上述问题，提供一种去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，用于去除污水中的易降解有机物、氮污染物以及生化处理过程中新生成的微生物代谢产物，本实用新型采用了如下技术方案：

本实用新型提供了一种去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，其特征在于，包括：厌氧处理装置，具有厌氧壳体以及依次连通设置的厌氧微生物胞外酶水解单元、厌氧脱碳除氮填料层单元和二级脱氮单元；以及好氧处理装置，具有好氧壳体以及连通设置的好氧硝化单元和活性污泥分离单元，其中，好氧壳体与厌氧壳体连通设置，厌氧壳体内设置有厌氧隔板、下网格板以及上网格板，厌氧隔板垂直设置在上网格板的一端与下网格板的一端之间，该厌氧隔板的底端与厌氧壳体的底部连接，其顶端高于上网格板，厌氧隔板、下网格板以及厌氧壳体底部形成的空间用于放置水解污泥，作为厌氧微生物胞外酶水解单元使用，厌氧隔板、下网格板与上网格板形成的空间用于放置填料，作为厌氧脱碳除氮填料层单元使用，厌氧隔板与厌氧壳体形成的空间用于放置脱氮污泥，作为二级脱氮单元使用，好氧硝化单元与二级脱氮单元连通设置，活性污泥分离单元与厌氧微生物胞外酶水解单元连通设置。

本实用新型提供的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，还可以具有这样的特征，其中，厌氧处理装置还具有厌氧壳体，厌氧壳体内设置有厌氧隔板、下网格板以及上网格板，厌氧隔板垂直设置在上网格板的一端与下网格板的一端之间，该厌氧隔板的底端与厌氧壳体的底部连接，其顶端高于上网格板，厌氧隔板、下网格板以及厌氧壳体底部形成的空间用于放置水解污泥，作为厌氧微生物胞外酶水解单元使用，厌氧隔板、下网格板与上网格板形成的空间用于放置填料，作为厌氧脱碳除氮填料层单元使用，厌氧隔板与厌氧壳体形成的空间用于放置脱氮污泥，作为二级脱氮单元使用。

本实用新型提供的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，还可以具有这样的特征，其中，上网格板以及下网格板通过支座连接在厌氧壳体以及厌氧隔板之间，上网格板以及下网格板的网格大小均为1.0cm×1.0cm，上网格板以及下网格板采用的材料均为玻璃钢、聚氯乙烯或聚乙烯，支座为直角三角形，其锐角的角度为30-45°，支座的厚度为0.5-5cm，支座的材料为聚氯乙烯或聚乙烯。

本实用新型提供的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，还可以具有这样的特征，其中，厌氧微生物胞外酶水解单元层高为0.10-1.5m，其容积为厌氧壳体总容积的8-24％，厌氧脱碳除氮填料层单元的层高为0.3-2.8m，其容积为厌氧壳体总容积的70-90％。

本实用新型提供的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，还可以具有这样的特征，其中，厌氧微生物胞外酶水解单元还具有污水进料管以及循环进料管，水解污泥的总固体浓度为10-30g/L，污水进料管以及循环进料管的控制面积均为0.3-1.2m²，污水进料管用于排入待处理的污水，循环进料管用于排入经活性污泥分离单元处理后的污水，待处理的污水与经活性污泥分离单元处理后的污水的比例为1:25-1:2，厌氧微生物胞外酶水解单元采用半连续式进水，进水的时间为反应器总运行时间的1/10-1/2，待处理的污水经活性污泥分离单元处理后出水的时间间隔为反应器总运行时间的1/20000-1/1000。

本实用新型提供的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，还可以具有这样的特征，其中，填料的比表面积为300-700m²/m³，层高为0.5-3.5m，填料的材料为聚乙烯或聚氯乙烯。

本实用新型提供的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，还可以具有这样的特征，其中，填料上附着有生物膜，该生物膜厚度为0.3-2mm，生物膜的外层为反硝化、短程反硝化以及产酸功能的微生物，内层为产甲烷功能的微生物。

本实用新型提供的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，还可以具有这样的特征，其中，二级脱氮单元包括淹没式出水管以及厌氧排空管，脱氮污泥总固体浓度为0.5-6g/L，淹没式出水管的淹没深度为0.5-1.2m，用于连通好氧硝化单元，淹没式出水管与厌氧壳体的顶部的距离为0.2-0.6m。

本实用新型提供的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，还可以具有这样的特征，其中，好氧壳体具有好氧隔板以及与循环进料管连通的第一连通口，好氧隔板的一侧为好氧硝化单元，另一侧为活性污泥分离单元，好氧隔板上具有第二连通口，该第二连通口用于连通好氧硝化单元以及活性污泥分离单元。

本实用新型提供的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，还可以具有这样的特征，其中，好氧硝化单元具有硝化污泥、挥发性固体、进水管、好氧排空管、曝气器以及挡泥板，硝化污泥的总固体浓度为0.5-3g/L或15-25g/L，该污泥龄为20-25天，挥发性固体的浓度与硝化污泥的总固体浓度的比值为0.3-0.55，进水管位于好氧壳体的上方，与二级脱氮单元的淹没式出水管相连通，进水管与第一连通口以及第二连通口位于同一水平面上，曝气器为射流曝气器或盘式曝气器，挡泥板的高度高于第二连通口10-30cm，挡泥板与好氧壳体的底面形成的二面角角度为70-90°，挡泥板与好氧壳体的底面的距离为15-35cm，挡泥板长度0-12.6m。

本实用新型提供的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，还可以具有这样的特征，其中，活性污泥分离单元为沉淀池或外置式超滤膜，沉淀池为平流式沉淀池或竖流式沉淀池。

实用新型作用与效果

根据本实用新型的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，通过依次连通设置的厌氧微生物胞外酶水解单元、厌氧脱碳除氮填料层单元、二级脱氮单元、好氧硝化单元以及活性污泥分离单元，并将活性污泥分离单元与厌氧微生物胞外酶水解单元连通设置，使得好氧处理后的硝化液回流到厌氧处理装置时，可以去除微生物代谢产物，强化了该工艺过程整体的有机物去除效果。通过将好氧处理后的硝化液再次回流到厌氧处理装置，既可实现脱碳除氮，也可稀释进水中高浓度有机物，缓解冲击负荷；因此，厌氧反应器无需内循环，可节省内循环泵的能耗，相比同类工艺可节约能耗1/3以上。同时，好氧处理后硝化液中的无机碳量低于厌氧反应器内无机碳，有利于控制厌氧反应器的结垢问题，可降低结垢速率4倍。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中厌氧处理装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一中好氧处理装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例一中基于溶解性有机物高分辨质谱分子信息分析图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例来说明本实用新型的具体实施方式。

<实施例一>

本实施例提供一种去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器100，用于去除污水中的易降解有机物、氮污染物以及生化处理过程中新生成的微生物代谢产物。

本实施例的脱碳除氮反应器100包括厌氧处理装置10以及好氧处理装置20。

图1是本实用新型实施例中厌氧处理装置的结构示意图。

如图1所示，厌氧处理装置10具有厌氧壳体11、依次连通设置的厌氧微生物胞外酶水解单元12、厌氧脱碳除氮填料层单元13以及二级脱氮单元14。

厌氧壳体11内设置有厌氧隔板111、下网格板112、上网格板113、支座114以及沼气导管115。厌氧隔板111垂直设置在上网格板113的一端与下网格板332的一端之间，该厌氧隔板111的底端与厌氧壳体11的底部连接，其顶端高于上网格板113。下网格板112以及上网格板113通过支座114连接在厌氧壳体11以及厌氧隔板111之间。厌氧隔板111、下网格板112以及厌氧壳体11底部形成的空间用于放置水解污泥，作为厌氧微生物胞外酶水解单元12使用。厌氧隔板111、下网格板112与上网格板113形成的空间用于放置填料，作为厌氧脱碳除氮填料层单元13使用，厌氧隔板111与厌氧壳体11形成的空间用于放置脱氮污泥，作为二级脱氮单元14使用。沼气导管115位于厌氧壳体11的上方，用于收集厌氧脱碳除氮填料层单元13产生的沼气。其中，下网格板112以及上网格板113的大小为1.0cm×1.0cm，采用的材料为玻璃钢。支座114为直角三角形，其锐角角度为30°，支座114的厚度为1.3cm，采用的材料为高密度聚乙烯。

厌氧微生物胞外酶水解单元12位于厌氧壳体11底部，厌氧微生物胞外酶水解单元12的层高为0.8m，容积为厌氧处理装置10总容积的24％。该厌氧微生物胞外酶水解单元12具有污水进料管121以及循环进料管122。污水进料管121以及循环进料管122的控制面积均为1.2m2。厌氧微生物胞外酶水解单元12中的水解污泥总固体(TS)浓度为29g/L。污水进料管121用于排入待处理的污水，循环进料管122用于排入经活性污泥分离单元处理后的污水，待处理的污水与经活性污泥分离单元处理后的污水的比例为1:6。

厌氧脱碳除氮填料层单元13位于厌氧微生物胞外酶水解单元12的上方，厌氧脱碳除氮填料层单元13的层高为0.3-2.8m，下网格板112与上网格板113之间的距离为1.4m，其容积为厌氧处理装置10总容积的70％。该厌氧脱碳除氮填料层单元13中的填料采用聚乙烯填料，其比表面积为300m²/m³，该填料上附着有生物膜，生物膜厚度为1-1.5mm。该生物膜的外层可以为反硝化、短程反硝化以及产酸功能的微生物，内层为产甲烷功能的微生物。

二级脱氮单元14包括淹没式出水管141以及厌氧排空管142，该二级脱氮单元14中的脱氮污泥总固体浓度为1.4g/L。淹没式出水管141连通好氧壳体21中的好氧硝化单元22，淹没式出水管141的淹没深度为1.2m，出水淹没自流进入好氧壳体21中。淹没式出水管141与厌氧壳体11的顶部的距离为0.3m。厌氧排空管142位于厌氧壳体11的底部，与二级脱氮单元14连通，用于检查检修。

图2是本实用新型实施例中好氧处理装置的结构示意图。

如图2所示，好氧处理装置20具有好氧壳体21、相互连通设置的好氧硝化单元22以及活性污泥分离单元23。

好氧壳体21与厌氧壳体11连通设置，好氧壳体21具有好氧隔板211以及第一连通口212。第一连通口212与循环进料管122连通。好氧隔板211的一侧为好氧硝化单元22，另一侧为活性污泥分离单元23。好氧隔板211上具有第二连通口213，该第二连通口213位于好氧隔板211的上方，用于连通好氧硝化单元22以及活性污泥分离单元23。

好氧硝化单元22与二级脱氮单元14连通设置，该好氧硝化单元22用于放置硝化污泥以及挥发性固体，其具有进水管221、好氧排空管222、曝气器223以及挡泥板224。硝化污泥总固体浓度为1.4g/L，挥发性固体浓度与硝化污泥总固体浓度的比值为0.55，硝化污泥龄为25天。进水管221位于好氧壳体21的上方，与二级脱氮单元14的淹没式出水管141相连通。好氧排空管222位于好氧壳体21的下方，用于检查检修或排放污泥。进水管221与第一连通口212以及第二连通口213位于同一水平面上。曝气器223的类型为射流曝气器。挡泥板224高度相比于第二连通口213的高度高出10cm，挡泥板224与好氧壳体21底部形成的二面角角度为70°，挡泥板224与好氧壳体21底部的距离为35cm，挡泥板224的长度为3m。

活性污泥分离单元23为平流式沉淀池，其通过第一连通口212经循环进料管122与厌氧微生物胞外酶水解单元12连通，通过第二连通口213与好氧硝化单元22连通。

本实施例的脱碳除氮反应器100通过好氧处理装置与厌氧处理装置的联动调控系统，即控制器(图中未示出)，使得待处理污(废)水以及沉淀池的出水(经活性污泥分离单元23处理后的污水)，两者比例为1:6。并且厌氧微生物胞外酶水解单元12进水采用半连续式，进水时间为总运行时间的1/5，待进水后，经一定时间间隔后，进活性污泥分离单元出水，该时间间隔是总运行时间的1/1000。

本实施例的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器100，开始工作后，污水经污水进料管121进入厌氧微生物胞外酶水解单元12后上流，进入厌氧脱碳除氮填料层13，在此过程中产生的沼气经由沼气导管115收集。随后，污水溢流进入反硝化保安单元14，经淹没式出水管141进入好氧硝化单元22。在好氧硝化单元22中经射流曝气器处理形成的曝气池混合液经挡泥板224初步分离后，进入活性污泥分离单元23后一部分出水回流至厌氧微生物胞外酶水解单元12。

本实施例可将新鲜渗滤液化学需氧量(COD)从63000mg/L降低至370mg/L，总氮(TN)从2000mg/L降低至267mg/L。

图3是本实用新型实施例中基于溶解性有机物分子信息分析图，其中图3(A)为各单元进出水中微生物代谢产物的分布规律，图3(B)为微生物代谢产物在好氧处理装置与厌氧处理装置中的转化规律。

如图3所示，分子信息是基于高分辨质谱一级质谱的数据分析结果，可以识别污水中的微生物代谢产物，基于溶解性有机物高分辨质谱分子信息分析，证明厌氧微生物胞外酶水解单元去除50％的微生物代谢产物。

<实施例二>

本实施例与实施例一的其他结构相同，本实施例与实施例一的区别在于：好氧硝化单元22中的曝气器223采用盘式曝气器，挡泥板224的长度0m。活性污泥分离单元23采用外置式超滤膜。

本实施例的脱碳除氮反应器通过好氧处理装置与厌氧处理装置的联动调控系统，即控制器(图中未示出)，使得待处理污(废)水以及沉淀池的出水(经活性污泥分离单元23处理后的污水)，两者比例为1:15。并且厌氧微生物胞外酶水解单元12进水采用半连续式，进水时间为总运行时间的1/10，待进水后，经一定时间间隔后，进活性污泥分离单元出水，其中该时间间隔是总运行时间的1/5000。

本实施例可将餐厨垃圾挤压水化学需氧量(COD)从170000mg/L降低至470mg/L，总氮(TN)从2300mg/L降低至125mg/L。基于溶解性有机物高分辨质谱分子信息分析，可以证明厌氧微生物胞外酶水解单元去除60％的微生物代谢产物。

实施例作用与效果

根据本实施例的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，通过依次连通设置的厌氧微生物胞外酶水解单元、厌氧脱碳除氮填料层单元、二级脱氮单元、好氧硝化单元以及活性污泥分离单元，并将活性污泥分离单元与厌氧微生物胞外酶水解单元连通设置，使得好氧处理后的硝化液回流到厌氧处理装置时，可以去除微生物代谢产物，强化了该工艺过程整体的有机物去除效果，通过厌氧微生物胞外酶水解单元可以去除50％以上的微生物代谢产物。通过将好氧处理后的硝化液再次回流到厌氧处理装置，既可实现脱碳除氮，也可稀释进水中高浓度有机物，缓解冲击负荷；因此，厌氧反应器无需内循环，可节省内循环泵的能耗，相比同类工艺可节约能耗1/3以上。同时，好氧处理后硝化液中的无机碳量低于厌氧反应器内无机碳，有利于控制厌氧反应器的结垢问题，可降低结垢速率4倍。

上述实施例仅用于举例说明本实用新型的具体实施方式，而本实用新型不限于上述实施例的描述范围。

Claims (10)

1.一种去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，用于去除污水中的易降解有机物、氮污染物以及生化处理过程中新生成的微生物代谢产物，其特征在于，包括：

厌氧处理装置，具有厌氧壳体以及依次连通设置的厌氧微生物胞外酶水解单元、厌氧脱碳除氮填料层单元和二级脱氮单元；以及

好氧处理装置，具有好氧壳体以及连通设置的好氧硝化单元和活性污泥分离单元，

其中，所述好氧壳体与所述厌氧壳体连通设置，

所述厌氧壳体内设置有厌氧隔板、下网格板以及上网格板，

所述厌氧隔板垂直设置在所述上网格板的一端与所述下网格板的一端之间，该厌氧隔板的底端与所述厌氧壳体的底部连接，其顶端高于所述上网格板，

所述厌氧隔板、所述下网格板以及所述厌氧壳体底部形成的空间用于放置水解污泥，作为所述厌氧微生物胞外酶水解单元使用，

所述厌氧隔板、所述下网格板与所述上网格板形成的空间用于放置填料，作为所述厌氧脱碳除氮填料层单元使用，

所述厌氧隔板与所述厌氧壳体形成的空间用于放置脱氮污泥，作为所述二级脱氮单元使用，

所述好氧硝化单元与所述二级脱氮单元连通设置，

所述活性污泥分离单元与所述厌氧微生物胞外酶水解单元连通设置。

2.根据权利要求1所述的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，其特征在于：

其中，所述上网格板以及所述下网格板通过支座连接在所述厌氧壳体以及所述厌氧隔板之间，

所述上网格板以及所述下网格板的网格大小均为1.0cm×1.0cm，

所述上网格板以及所述下网格板采用的材料均为玻璃钢、聚氯乙烯或聚乙烯，

所述支座为直角三角形，其锐角的角度为30-45°，

所述支座的厚度为0.5-5cm，

所述支座的材料为聚氯乙烯或聚乙烯。

3.根据权利要求1所述的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，其特征在于：

其中，所述厌氧微生物胞外酶水解单元层高为0.10-1.5m，其容积为所述厌氧壳体总容积的8-24％，

所述厌氧脱碳除氮填料层单元的层高为0.3-2.8m，其容积为所述厌氧壳体总容积的70-90％。

4.根据权利要求1所述的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，其特征在于：

其中，所述厌氧微生物胞外酶水解单元还具有污水进料管以及循环进料管，

所述水解污泥的总固体浓度为10-30g/L，

所述污水进料管以及所述循环进料管的控制面积均为0.3-1.2m²，

所述污水进料管用于排入待处理的所述污水，

所述循环进料管用于排入经活性污泥分离单元处理后的所述污水，

所述待处理的污水与所述经活性污泥分离单元处理后的污水的比例为1:25-1:2，

所述厌氧微生物胞外酶水解单元采用半连续式进水，

所述进水的时间为所述反应器总运行时间的1/10-1/2，

所述待处理的污水经所述活性污泥分离单元处理后出水的时间间隔为所述反应器总运行时间的1/20000-1/1000。

5.根据权利要求1所述的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，其特征在于：

其中，所述填料的比表面积为300-700m²/m³，层高为0.5-3.5m，

所述填料的材料为聚乙烯或聚氯乙烯。

6.根据权利要求5所述的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，其特征在于：

其中，所述填料上附着有生物膜，该生物膜厚度为0.3-2mm，

所述生物膜的外层为反硝化、短程反硝化以及产酸功能的微生物，内层为产甲烷功能的微生物。

7.根据权利要求1所述的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，其特征在于：

其中，所述二级脱氮单元包括淹没式出水管以及厌氧排空管，

所述脱氮污泥总固体浓度为0.5-6g/L，

所述淹没式出水管的淹没深度为0.5-1.2m，用于连通所述好氧硝化单元，

所述淹没式出水管与所述厌氧壳体的顶部的距离为0.2-0.6m。

8.根据权利要求4所述的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，其特征在于：

其中，所述好氧壳体具有好氧隔板以及与所述循环进料管连通的第一连通口，

所述好氧隔板的一侧为所述好氧硝化单元，另一侧为所述活性污泥分离单元，

所述好氧隔板上具有第二连通口，该第二连通口用于连通所述好氧硝化单元以及所述活性污泥分离单元。

9.根据权利要求8所述的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，其特征在于：

其中，所述好氧硝化单元具有硝化污泥、挥发性固体、进水管、好氧排空管、曝气器以及挡泥板，

所述硝化污泥的总固体浓度为0.5-3g/L或15-25g/L，该污泥龄为20-25天，

所述挥发性固体的浓度与所述硝化污泥的总固体浓度的比值为0.3-0.55，

所述进水管位于所述好氧壳体的上方，与所述二级脱氮单元的淹没式出水管相连通，

所述进水管与所述第一连通口以及所述第二连通口位于同一水平面上，

所述曝气器为射流曝气器或盘式曝气器，

所述挡泥板的高度高于所述第二连通口10-30cm，

所述挡泥板与所述好氧壳体的底面形成的二面角角度为70-90°，

所述挡泥板与所述好氧壳体的底面的距离为15-35cm，

所述挡泥板长度0-12.6m。

10.根据权利要求1所述的去除污水中微生物代谢产物的脱碳除氮反应器，其特征在于：

其中，所述活性污泥分离单元为沉淀池或外置式超滤膜，

所述沉淀池为平流式沉淀池或竖流式沉淀池。

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