專利名稱：一體化生物脫氮反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種處理含氮有機(jī)廢水的一體化反應(yīng)器，同時(shí)去除有機(jī)物、氮等多種污染物。適用于工業(yè)廢水、城市污水等一切有機(jī)廢水的處理。
背景技術(shù)：
廢水脫氮方法包括物化和生物方法，一般對(duì)于處理含氮有機(jī)廢水，生物方法更為經(jīng)濟(jì)。作為傳統(tǒng)的生物脫氮方法-A/O法，脫氮反應(yīng)一般需要經(jīng)過兩個(gè)生物反應(yīng)過程硝化反應(yīng)(好氧過程)和反硝化反應(yīng)(缺氧過程)，硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)必須分別在一個(gè)獨(dú)立的操作單元中完成。該工藝涉及三個(gè)分離的操作單元，兩個(gè)回流系統(tǒng)(混合液回流和污泥回流)，對(duì)于大中型污水處理廠來說，該工藝用于廢水脫氮有著非常重要的實(shí)際意義。但是對(duì)于小規(guī)模的工業(yè)廢水和城市污水來說，該工藝過于龐大、復(fù)雜，占地面積大，尤其是在現(xiàn)代化大都市，開發(fā)一種占地省、能耗低的低成本脫氮工藝和反應(yīng)器成為必然趨勢(shì)。目前，一些新型脫氮技術(shù)如厭氧氨氧化、好氧反硝化等出現(xiàn)，這些技術(shù)可以大量節(jié)約有機(jī)碳源、節(jié)省能耗，但是這些技術(shù)還不成熟，微生物作用機(jī)理及控制條件還不完全清楚，推廣應(yīng)用還存在困難。
國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)并開始應(yīng)用了一體化脫氮反應(yīng)器，如法國(guó)Lesouef的BIOSTYR(專利號(hào)US5795481)、德國(guó)Theo.Sthler的Biotank(專利號(hào)US006039873A)、斯洛文尼亞M． 和新加坡P.C.Chui的一體化脫氮反應(yīng)器。BIOSTYR反應(yīng)器為上流式反應(yīng)器，其下部為流化床，上部為固定床，采用的填料為密度和大小不一的懸浮式球狀填料，解決了濾池易堵塞、經(jīng)常反沖洗的問題，同時(shí)，根據(jù)原水情況和處理深度，可以增加和減少已經(jīng)掛好膜的填料用量。斯洛文尼亞M． 和新加坡P.C.Chui將具有水解酸化功能的厭氧顆粒污泥床和具有硝化反硝化功能的生物濾池組合成為一體化水解脫氮反應(yīng)器，用于處理制藥廢水和高氨氮有機(jī)廢水。但是，以上各種反應(yīng)器存在投資成本和運(yùn)行穩(wěn)定性等方面的問題，在推廣應(yīng)用上存在較大的限制。德國(guó)Theo. Sthler的Biotank采用懸浮式生長(zhǎng)系統(tǒng)和附著式生長(zhǎng)系統(tǒng)兩種混合系統(tǒng)，接近水表為好氧區(qū)，反應(yīng)器底部為缺氧區(qū)，廢水由反應(yīng)器一端進(jìn)入，另一端出水，通過改變曝氣量和曝氣裝置位置來改變好氧區(qū)和缺氧區(qū)。該反應(yīng)器填料上附著生物量受到限制，同時(shí)好氧區(qū)和缺氧區(qū)微生物不斷混合，影響各菌群充分發(fā)揮作用，而且產(chǎn)生的剩余污泥仍然需要固液分離裝置
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在借鑒國(guó)內(nèi)外一體式脫氮反應(yīng)器和同步反硝化-硝化反應(yīng)器的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的(見附圖1)。本發(fā)明將硝化單元和反硝化單元功能整合在同一個(gè)反應(yīng)器中，反應(yīng)器上部為好氧段、下部為缺氧段，其特點(diǎn)是好氧段采用附著式生物生長(zhǎng)系統(tǒng)，有利于使生長(zhǎng)速度慢的自養(yǎng)菌-硝化菌富集，并成為優(yōu)勢(shì)菌，填料可以是軟性填料、半軟性填料或各種懸浮式生物載體等，由于大部分有機(jī)物在缺氧段被去除，因此好氧段反沖洗頻度可以大幅度減少；缺氧段采用懸浮式生物生長(zhǎng)系統(tǒng)，主要利用反硝化顆粒污泥以有機(jī)物作為電子供體進(jìn)行反硝化，體系內(nèi)污泥濃度高，剩余污泥在缺氧段不需要經(jīng)過固液分離操作就能進(jìn)行外排，減小了二沉池體積，同時(shí)省去了污泥回流系統(tǒng)；好氧生物膜系統(tǒng)和缺氧污泥床系統(tǒng)將硝化菌群和反硝化菌群隔離在反應(yīng)器的不同高度，保證各菌群能更有效地發(fā)揮作用；廢水由反應(yīng)器底部進(jìn)入，提供給反硝化所需要的碳源，同時(shí)反硝化產(chǎn)生的堿度可以中和反應(yīng)器上部好氧段因硝化產(chǎn)生的酸度，保證硝化所需要的pH條件；反應(yīng)器出水部分回流，將好氧段產(chǎn)生的硝酸鹽提供給反應(yīng)器下部缺氧段作為電子受體，確?？偟コ?；具有以上特征的一體反應(yīng)器就是權(quán)利要求第一項(xiàng)。
本反應(yīng)器的好氧段內(nèi)裝設(shè)填料，有利于生長(zhǎng)速度慢的自養(yǎng)菌-硝化菌依附于填料快速增長(zhǎng)，不至于被生長(zhǎng)速度快的異養(yǎng)菌所淘汰，同時(shí)提高其抗負(fù)荷沖擊能力；缺氧段采用顆粒污泥床，有利于生長(zhǎng)速度快的異養(yǎng)菌-反硝化菌形成顆粒污泥，確保缺氧段具有很高的污泥濃度和有機(jī)負(fù)荷，消減原水中絕大部分有機(jī)物，降低有機(jī)物對(duì)好氧段硝化功能的影響、提高硝化速度，而且還能有效地防止好氧段內(nèi)填料堵塞情況、降低了好氧段反沖洗次數(shù)，同時(shí)，由于好氧段和過渡區(qū)采用填料的方式，解決了因負(fù)荷波動(dòng)、水質(zhì)變化等缺氧段可能出現(xiàn)的污泥流失等問題。一般來說，反硝化菌為異養(yǎng)菌，增殖速度快，如果采用附著型生長(zhǎng)方式容易導(dǎo)致反硝化段的堵塞，不利于反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行。由于硝化和反硝化處于同一反應(yīng)器，因曝氣等作用硝化液局部回流到下部反硝化段，一定程度上提高了脫氮效率；好氧段位于反應(yīng)器上部，曝氣作用對(duì)下部缺氧環(huán)境中產(chǎn)生的還原性氣體進(jìn)行氧化，減少了缺氧環(huán)境中可能產(chǎn)生的NO溫室效應(yīng)氣體和H2S等難聞氣體，提高了感官上的質(zhì)量。整個(gè)反應(yīng)裝置非常緊湊，省去一些多余的管道、處理設(shè)施及操作程序，降低了能耗并簡(jiǎn)化了管理。
好氧段所采用的填料可以為軟性填料、半軟性填料、懸浮式填料等，規(guī)格不一，根據(jù)市場(chǎng)情況和實(shí)際水質(zhì)選擇合適的填料，有利于反應(yīng)器運(yùn)行過程中控制反沖洗的次數(shù)，甚至不需要反沖洗；上流式污泥床中污泥可以為絮狀污泥或顆粒污泥，高的污泥濃度可以保證缺氧段高生物量，提高反硝化反應(yīng)速率及負(fù)荷。
權(quán)利要求第二項(xiàng)規(guī)定，反應(yīng)器由上下兩部分組成，兩者容積比可以根據(jù)有機(jī)物和氨氮負(fù)荷加以調(diào)整；中間為過渡區(qū)，高度為20～80cm，其中裝設(shè)填料；曝氣裝置安裝在過渡區(qū)填料之上。曝氣裝置下部設(shè)置一段填料作為過渡區(qū)，目的是阻擋曝氣產(chǎn)生的局部回流的水流中夾帶的氣泡，為反硝化反應(yīng)營(yíng)造更好的缺氧環(huán)境；曝氣裝置可以采用微孔曝氣器、穿孔曝氣裝置等，其目的是為好氧微生物提供充足的氧氣，并保證硝化段液體混合均勻。
權(quán)利要求第三項(xiàng)規(guī)定，通過改變回流位置，使污泥床的底部一段對(duì)顆粒懸浮物及難降解有機(jī)廢水具有水解酸化功能。通過改變反應(yīng)器出水回流位置，使反應(yīng)器出水從污泥床中間某一位置進(jìn)入，可以采用多點(diǎn)進(jìn)水，使含硝態(tài)氮的水不進(jìn)入到污泥床下部，保證該部分污泥床的厭氧環(huán)境，從而對(duì)原水中難降解有機(jī)物先進(jìn)行水解酸化，為反硝化提供電子供體。
根據(jù)原水水質(zhì)和處理深度，通過改變工藝操作參數(shù)，靈活調(diào)節(jié)好氧和缺氧容積比。由于水體中溶解氧含量和氧化還原電位呈一定的線形關(guān)系，因此，在好氧段可以采用DO儀控制。在缺氧段可以采用ORP進(jìn)行控制。通過簡(jiǎn)單的pH、DO和ORP在線監(jiān)測(cè)儀，可以對(duì)反應(yīng)器的運(yùn)行狀況實(shí)施有效的在線監(jiān)控。例如，當(dāng)硝化出水pH低于6.8時(shí)，硝化反應(yīng)將會(huì)急劇下降，通過投加堿及時(shí)地調(diào)節(jié)原水pH，控制硝化反應(yīng)最佳pH7.5～8.2，保證硝化反應(yīng)順利快速進(jìn)行。對(duì)于處理不同的有機(jī)廢水和處理要求，通過改變曝氣裝置位置、曝氣量、污泥床高度和DO、ORP儀的在線控制，保證合適的好氧和缺氧容積比，以達(dá)到預(yù)期的處理目的。
在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，采用該一體反應(yīng)器處理北京市某小區(qū)生活污水，該生活污水經(jīng)過0.3mm篩后，直接進(jìn)入反應(yīng)器。反應(yīng)器從啟動(dòng)到運(yùn)行共五個(gè)多月，有機(jī)物去除、脫氮效果明顯，而且反應(yīng)速度快，水力停留時(shí)間短。反應(yīng)器DO和ORP分布見附圖2，DO和ORP在過渡區(qū)急劇變化，結(jié)果說明一體反應(yīng)器能夠確保好氧和缺氧所需要的反應(yīng)環(huán)境。
所處理的生活污水水質(zhì)為CODcr 200～800mg/L；SS 120～350mg/L；TP4.1～5.1mg/L；TN 30～100mg/L；NH3-N 20～90mg/L，堿度200～400mg/L，pH7.5～8.5。
處理后的水質(zhì)見下表

當(dāng)反應(yīng)器水力停留時(shí)間HRT為3.4h、原水CODcr小于250mg/L時(shí)，出水氨態(tài)氮小于1mg/L、COD為50mg/L左右；氨氮去除負(fù)荷和無機(jī)氮去除負(fù)荷分別為0.37kg/m3.d和0.26kg/m3.d；碳源充足時(shí)，反應(yīng)器脫氮率取決于系統(tǒng)的回流比。


附圖1只是本專利簡(jiǎn)單示意圖，其實(shí)現(xiàn)形式根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。原水進(jìn)入反應(yīng)器前，需要經(jīng)過一級(jí)處理如采用初沉池、混凝或水解酸化處理。附圖2為本專利反應(yīng)器正常運(yùn)行時(shí)，溶解氧和氧化還原電位沿反應(yīng)器高度分布圖，說明采用簡(jiǎn)單的在線溶氧儀和在線氧化還原電位計(jì)可以對(duì)該反應(yīng)器進(jìn)行有效地監(jiān)控。
具體實(shí)施例方式
本專利為一體反應(yīng)器，其實(shí)現(xiàn)形式可以是單純升流一體反應(yīng)器和升流及推流相結(jié)合的一體反應(yīng)器，也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件將好氧段和缺氧段垂直安裝或水平安裝。其工藝運(yùn)行控制方式采用在線溶解氧儀和氧化還原電位儀聯(lián)合控制，同時(shí)定期檢測(cè)一些常規(guī)指標(biāo)如NO3--N、NH4+-N、TN、CODcr、pH等；溶氧儀主要控制反應(yīng)器好氧段生物膜系統(tǒng)，氧化還原電位儀主要控制反應(yīng)器缺氧段污泥床系統(tǒng)。根據(jù)當(dāng)?shù)?、?dāng)時(shí)的條件，反應(yīng)器本身材質(zhì)可以為不銹鋼和混凝土，尤其對(duì)于施工困難的地方，可以將反應(yīng)器加工為鋼制一體反應(yīng)器，節(jié)省施工費(fèi)、施工場(chǎng)地等，同時(shí)，便于現(xiàn)有住宅小區(qū)加設(shè)污水處理設(shè)施。
權(quán)利要求
1.一種用于處理含氮有機(jī)廢水的一體化上流式反應(yīng)器，其特征是反應(yīng)器由上下兩部分組成，下部為懸浮式生物生長(zhǎng)系統(tǒng)，其主要功能為反硝化和有機(jī)物去除；上部為附著式生物生長(zhǎng)系統(tǒng)，其主要功能是好氧硝化和剩余有機(jī)物去除；廢水從反應(yīng)器底部進(jìn)入，從反應(yīng)器上部排出，部分出水回流到反應(yīng)器下部。
2.反應(yīng)器上下兩部分的容積比可以改變，中間為過渡區(qū)，高度為20～80cm，其中裝設(shè)填料；曝氣裝置安裝在過渡區(qū)填料之上。
3.通過改變回流位置，使反應(yīng)器下部污泥床底部的一段空間對(duì)顆粒懸浮物及難降解有機(jī)廢水具有水解酸化功能。
全文摘要
一種用于處理含氮有機(jī)廢水的一體化上流式生物脫氮反應(yīng)器，反應(yīng)器上下部分別為好氧附著式生物生長(zhǎng)系統(tǒng)和缺氧懸浮式生物生長(zhǎng)系統(tǒng)，下部主要用于反硝化、水解酸化以及有機(jī)物的去除，上部主要用于好氧硝化和剩余有機(jī)物去除。好氧、缺氧和厭氧微生物共同棲息于同一反應(yīng)器中，分別發(fā)揮各自的作用；反應(yīng)器污泥濃度高，處理負(fù)荷高，產(chǎn)生的剩余污泥量少，而且大部分剩余污泥無須經(jīng)過固液分離裝置而直接由反應(yīng)器下部排出，有效地減小了二沉池體積。本一體化反應(yīng)器具有投資少、能耗低、運(yùn)行穩(wěn)定、占地省、操作簡(jiǎn)單、同時(shí)去除多種污染物質(zhì)的強(qiáng)大功能，適合于小規(guī)模城市污水和工業(yè)廢水處理。
文檔編號(hào)C02F3/02GK1506322SQ0215522
公開日2004年6月23日 申請(qǐng)日期2002年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月10日
發(fā)明者楊敏, 吳成強(qiáng), 王月紅, 楊 敏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心