專利名稱：硝化反硝化一體式污水脫氮生物膜反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硝化反硝化一體式生物膜法脫氮反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
城市污水二級(jí)處理后脫氮率只有20-50％，且出水總氮含量高，對(duì)我國的環(huán)境污染帶來了很大的壓力，飲用水中過多的氮直接威脅著人類的身體健康。因此，工業(yè)廢水和生活污水在排入受納水體之前，一定要經(jīng)過嚴(yán)格的脫氮處理，達(dá)到安全的排放標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的脫氮工藝是通過硝化和反硝化兩個(gè)獨(dú)立的過程來實(shí)現(xiàn)的，分別由硝化菌和反硝化菌在不同的反應(yīng)器中(空間上)，或者同一個(gè)反應(yīng)器中制造間歇的好氧和厭氧環(huán)境(時(shí)間上)實(shí)現(xiàn)氮的去除。傳統(tǒng)的脫氮工藝在大中型污水處理廠發(fā)揮著重要的作用，但是對(duì)于小規(guī)模的工業(yè)廢水和城市污水來說，傳統(tǒng)工藝投資費(fèi)用高、占地面積大、運(yùn)行管理難度高。近年來，隨著人們對(duì)生物脫氮過程認(rèn)識(shí)的深入，出現(xiàn)了一些新的生物脫氮理論，例如好氧反硝化、自養(yǎng)反硝化、異養(yǎng)硝化、同時(shí)硝化反硝化、短程硝化反硝化以及厭氧氨氧化等。由于好氧反硝化和自養(yǎng)反硝化引起的脫氮量微不足道，以至于無法應(yīng)用于工程實(shí)踐，同時(shí)異養(yǎng)硝化由于只有當(dāng)COD/N＞10時(shí)才會(huì)明顯存在，所以工程應(yīng)用價(jià)值也不大。因此，目前研究的重點(diǎn)主要是同時(shí)硝化反硝化、短程硝化(亞硝酸型硝化)反硝化和厭氧氨氧化，由此也產(chǎn)生了一系列相應(yīng)工藝，例如SND、SHARON、OLAND、CANON以及ANAMMOX等。這些技術(shù)可以節(jié)約碳源和能耗，但是還不夠成熟，微生物作用機(jī)理及控制條件還不完全清楚，有待進(jìn)一步研究。
近年來，國內(nèi)外雖出現(xiàn)了一體化脫氮反應(yīng)器的專利和應(yīng)用。如楊敏等發(fā)明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系統(tǒng)和缺氧懸浮式生物生長系統(tǒng)。劉俊新等一種一體化立體循環(huán)污水生物除磷脫氮反應(yīng)器及操作方法，反應(yīng)器由隔板分成內(nèi)外兩部分，內(nèi)部為混合液循環(huán)區(qū)，由隔板分成好氧區(qū)和缺氧區(qū)。國外的專利有，美國的LAMBERT RUSSELLE(US20010992616 20011116)在一個(gè)化糞池結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器內(nèi)使用流化床工藝。日本的TOKIDA SATOSHI(JP20020264812 20020910)采用微生物固定化技術(shù)的一體反應(yīng)器，好氧區(qū)固定硝化細(xì)菌，厭氧區(qū)固定反硝化細(xì)菌。但是，這些反應(yīng)器仍然存在占地面積大、能耗高、需要外加碳源和不便于管理操作等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種占地省、經(jīng)濟(jì)簡便，同時(shí)可以去除有機(jī)物和氨氮的硝化反硝化一體式生物膜法脫氮反應(yīng)器。
本發(fā)明提出的硝化反硝化一體式生物膜法脫氮反應(yīng)器，該反應(yīng)器呈柱體結(jié)構(gòu)，自上而下由收水系統(tǒng)2、沉淀區(qū)14、缺氧區(qū)13和曝氣反應(yīng)區(qū)11串聯(lián)組成一體式(其結(jié)構(gòu)如圖1所示)，曝氣反應(yīng)區(qū)11為一平放的柱體結(jié)構(gòu)，嵌于反應(yīng)器的下部，其中曝氣反應(yīng)區(qū)14由懸浮填料7、曝氣管8、進(jìn)氣口9、進(jìn)水口10和連通孔12組成，懸浮填料7充滿曝氣反應(yīng)區(qū)14內(nèi)，曝氣管8位于曝氣反應(yīng)區(qū)14下部，進(jìn)氣口9和進(jìn)水口10分別位于曝氣反應(yīng)區(qū)14底部，進(jìn)氣口9連接曝氣管8，連通孔12位于曝氣反應(yīng)區(qū)14頂部；沉淀區(qū)14由集氣管1、隔泥板5和排泥閥6組成，隔泥板5呈“人”字形結(jié)構(gòu)，人字的頂部開孔，該孔連接集氣管1一端，集氣管1另一端穿過收水系統(tǒng)2連接外部集氣裝置，排泥閥6位于沉淀區(qū)14外部一側(cè)，并位于隔泥板5下部；收水系統(tǒng)2由排水管3和溢流堰15組成，溢流堰15位于收水系統(tǒng)2下部，排水管3位于收水系統(tǒng)2一側(cè)。
本發(fā)明中，隔泥板5為3-6組。
本發(fā)明中，曝氣管8為1-8根。
本發(fā)明中，曝氣反應(yīng)區(qū)11的四周設(shè)有取樣閥4，取樣閥4為2-8個(gè)。
本發(fā)明中，沉淀區(qū)14的四周設(shè)有取樣閥4，取樣閥4為2-8個(gè)。
本發(fā)明中，排泥閥6為2-8個(gè)。
本發(fā)明的工作過程如下生活污水或工業(yè)廢水經(jīng)過預(yù)處理后由進(jìn)水管10進(jìn)入曝氣反應(yīng)區(qū)11。懸浮填料7上的生物膜在曝氣管6提供氧氣的條件下，以進(jìn)水中的有機(jī)物作為營養(yǎng)物質(zhì)，一方面生物膜不斷地更新，另一方面污水得到了凈化。經(jīng)過初步凈化的污水借由連通孔12進(jìn)入缺氧區(qū)13，在缺氧區(qū)13進(jìn)行進(jìn)一步的脫氮反應(yīng)。剩余污泥在隔泥板5上沉淀，并在其表面逐漸覆蓋形成一層生物膜，可以深度凈化廢水，降低出水中的SS。沉淀區(qū)14的剩余污泥可經(jīng)排泥閥6定期排出，出水經(jīng)過溢流堰15由排水管3排出。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下(1)本發(fā)明主反應(yīng)區(qū)是下部的曝氣反應(yīng)區(qū)，曝氣反應(yīng)區(qū)采用好氧懸浮填料生物膜系統(tǒng)，這有利于生長緩慢的硝化菌的生長繁殖，保證不會(huì)在和異養(yǎng)菌的競(jìng)爭中被淘汰。連續(xù)的曝氣使填料生物膜的更新速度很快，提高系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷的能力。
(2)進(jìn)氣口的位置處于反應(yīng)器下部略微偏上的位置，這樣使懸浮填料處于動(dòng)態(tài)的流動(dòng)中，而且流態(tài)均勻，沒有死角，動(dòng)力消耗低。
(3)曝氣管上大小合適的孔洞，既有足夠的動(dòng)力填料的懸浮狀態(tài)，又確保氧的傳質(zhì)，使生物膜表面的異養(yǎng)生物代謝旺盛，降解有機(jī)物的能力增加，去除水中大部分的有機(jī)物，生成的小分子碳水化合物有利于反硝化細(xì)菌的生長，為后續(xù)的脫氮反映提供必要條件。
(4)在曝氣反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)交界處的缺氧區(qū)域進(jìn)一步強(qiáng)化了反硝化的效果，另外，經(jīng)隔泥板沉淀的污泥定期可以排出，具有一定的除磷功能。
(5)隔泥板一方面可以起到沉降污泥，改善出水水質(zhì)的效果，另一方面，隔泥板上附著的生物膜也會(huì)起到凈化水質(zhì)的作用。
本發(fā)明結(jié)合國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，考慮我國污水處理的實(shí)際需求，開發(fā)了硝化反硝化一體式污水脫氮生物膜反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物和氮的同時(shí)去除。下部的懸浮填料生物膜系統(tǒng)可以同時(shí)完成硝化和反硝化的功能。曝氣管位置使填料的流態(tài)均勻，動(dòng)力消耗較低。處于中間的缺氧或厭氧功能區(qū)，以污水中的有機(jī)物為碳源進(jìn)一步執(zhí)行反硝化功能。本發(fā)明混合狀態(tài)很好，不需要外加碳源和堿度，節(jié)省資源。折流板的沉淀效果很好，彌補(bǔ)了生物膜工藝出水SS含量高的不足。本發(fā)明占地面積小，便于操作管理，節(jié)省能耗，同時(shí)可以達(dá)到去除有機(jī)物和脫氮的功能，與實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的觀念相契合。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖示。
圖中標(biāo)號(hào)1集氣管，2收水系統(tǒng)，3排水管，4取樣閥，5隔泥板，6排泥閥，7懸浮填料，8曝氣管，9進(jìn)氣口，10進(jìn)水口，11曝氣反應(yīng)區(qū)，12連通孔，13，14，沉淀區(qū)，15溢流堰。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖通過實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
實(shí)施例1反應(yīng)器整體上呈長方體，有兩部分構(gòu)成。下部是一個(gè)平放著的圓柱體，為曝氣反應(yīng)區(qū)11，曝氣反應(yīng)區(qū)11內(nèi)附著在懸浮填料7，懸浮填料7上的生物膜系統(tǒng)有利于世代時(shí)間長的硝化菌群的繁殖，曝氣反應(yīng)區(qū)11底部中間偏上的位置設(shè)有3根曝氣管8，圓柱體上部的弧形板的一半?yún)^(qū)域開有圓形的連通孔12，以利于反應(yīng)器內(nèi)部氣流推動(dòng)懸浮填料呈流動(dòng)狀態(tài)，防止氣體短流，可以有效地降解有機(jī)物，并將氨態(tài)氮氧化為硝態(tài)氮，內(nèi)部缺氧和厭氧的微環(huán)境使生物膜可以執(zhí)行部分的反硝化功能。曝氣反應(yīng)區(qū)11的底部設(shè)有進(jìn)氣口9和進(jìn)水口10，進(jìn)氣口9連接曝氣管8。曝氣反應(yīng)區(qū)11的上部以圓柱體的弧形面隔開，向上延伸為一個(gè)準(zhǔn)長方形，為沉淀區(qū)14，內(nèi)置有3組隔泥板5和1根集氣管1，每組隔泥板5均呈“人”字形，其“人”字形的頂部開孔，位于最上部的一組隔泥板5的開孔部位連接集氣管1的一端，集氣管1向上穿過收水系統(tǒng)2，向外部延伸。沉淀區(qū)14的四周分布有4個(gè)排泥閥6，且排泥閥6位于隔泥板5下部，通過排泥閥6定期排除污泥。位于反應(yīng)器的最上面為收水系統(tǒng)2，收水系統(tǒng)2內(nèi)設(shè)有溢流堰15，收水系統(tǒng)2的一側(cè)設(shè)有排水管3，經(jīng)通過外部的凈化后的污水通過溢流堰15排出，由排水管3排出反應(yīng)器外。沉淀區(qū)14和曝氣反應(yīng)區(qū)11外側(cè)均設(shè)置有取樣閥4。取樣閥4的數(shù)量為4個(gè)。處于中間圓柱形容器和矩形容器的結(jié)合處形成缺氧區(qū)，以污水中的有機(jī)物為碳源進(jìn)一步執(zhí)行反硝化功能，污泥可以定期排出。由于整個(gè)反應(yīng)器的混合狀態(tài)較佳，經(jīng)過好氧生物膜降解后生成的低碳有機(jī)物可以作為上面缺氧區(qū)的電子供體，而且硝化帶來的酸度也可以很快被中和，利于硝化反應(yīng)的進(jìn)行。好氧生物膜和缺氧區(qū)在不同的空間分布有利于不同菌群發(fā)揮最好的作用，另外，生物膜系統(tǒng)特殊的為環(huán)境使硝化反硝化成為可能。隔泥板的沉淀效果很好，彌補(bǔ)了生物膜工藝出水SS含量高的不足。整個(gè)反應(yīng)器占地面積小，便于操作管理，能夠達(dá)到去除有機(jī)物和脫氮的功能。
將上述所得的裝置用于處理某地生活污水，該生活污水經(jīng)初沉后直接進(jìn)入反應(yīng)器。所處理生活污水的水質(zhì)情況為CODcr100-300mg/L，BOD560-200mg/L，SS 110-320mg/L，TN30-100mg/L，TP4.2-6.1mg/L，NH3-N 20-80mg/L，pH7.4-8.5，溫度11-28℃。當(dāng)反應(yīng)器水力停留時(shí)間為4-6h，曝氣反應(yīng)區(qū)溶解氧濃度為1.5-2.0mg/L，缺氧區(qū)溶解氧濃度為0.4-0.7mg/L。CODcr的去除率為80-90％，BOD5的去除率為90-95％，總氮去除率達(dá)到85-90％，出水氨氮小于1mg/L，CODcr小于50mg/L，反應(yīng)器去除有機(jī)物和脫氮效果明顯，而且反應(yīng)器抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，出水水質(zhì)達(dá)到《城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)。
權(quán)利要求
1.一種硝化反硝化一體式生物膜法脫氮反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)器呈柱體結(jié)構(gòu)，自上而下由收水系統(tǒng)(2)、沉淀區(qū)(14)、缺氧區(qū)(13)和曝氣反應(yīng)區(qū)(11)串聯(lián)組成一體式，曝氣反應(yīng)區(qū)(11)為一平放的柱體結(jié)構(gòu)，嵌于反應(yīng)器的下部，其中曝氣反應(yīng)區(qū)(14)由懸浮填料(7)、曝氣管(8)、進(jìn)氣口(9)、進(jìn)水口(10)和連通孔(12)組成，懸浮填料(7)充滿曝氣反應(yīng)區(qū)(14)內(nèi)，曝氣管(8)位于曝氣反應(yīng)區(qū)(14)下部，進(jìn)氣口(9)和進(jìn)水口(10)分別位于曝氣反應(yīng)區(qū)(14)底部，進(jìn)氣口(9)連接曝氣管(8)，連通孔(12)位于曝氣反應(yīng)區(qū)(14)頂部；沉淀區(qū)(14)由集氣管(1)、隔泥板(5)和排泥閥(6)組成，隔泥板(5)呈＂人＂字形結(jié)構(gòu)，人字的頂部開孔，該孔連接集氣管(1)一端，集氣管(1)另一端穿過收水系統(tǒng)(2)連接外部集氣裝置，排泥閥(6)位于沉淀區(qū)(14)外部一側(cè)，并位于隔泥板(5)下部；收水系統(tǒng)(2)由排水管(3)和溢流堰(15)組成，溢流堰(15)位于收水系統(tǒng)(2)下部，排水管(3)位于收水系統(tǒng)(2)一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝化反硝化一體式生物膜法脫氮反應(yīng)器，其特征在于隔泥板(5)為3-6組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝化反硝化一體式生物膜法脫氮反應(yīng)器，其特征在于曝氣管(8)為1-8根。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝化反硝化一體式生物膜法脫氮反應(yīng)器，其特征在于曝氣反應(yīng)區(qū)(11)的四周設(shè)有取樣閥(4)，取樣閥(4)為2-8個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝化反硝化一體式生物膜法脫氮反應(yīng)器，其特征在于沉淀區(qū)(14)的四周設(shè)有取樣閥(4)，取樣閥(4)為2-8個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝化反硝化一體式生物膜法脫氮反應(yīng)器，其特征在于排泥閥(6)為2-8個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硝化反硝化一體式生物膜法脫氮反應(yīng)器，該反應(yīng)器呈柱體結(jié)構(gòu)，自上而下由收水系統(tǒng)、曝氣反應(yīng)區(qū)、缺氧區(qū)和沉淀區(qū)串聯(lián)組成一體，曝氣反應(yīng)區(qū)內(nèi)充滿懸浮填料，下部設(shè)有曝氣管，底部設(shè)有進(jìn)氣口和進(jìn)水口，進(jìn)氣口連接曝氣管，頂部設(shè)有連通孔；沉淀區(qū)內(nèi)設(shè)有呈 “人”字形結(jié)構(gòu)的隔泥板，人字頂部開孔，該孔連接集氣管一端，集氣管另一端穿過收水系統(tǒng)，排泥閥位于沉淀區(qū)外部一側(cè)，并位于隔泥板下部；收水系統(tǒng)下部設(shè)有溢流堰，一側(cè)設(shè)有排水管；曝氣反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)四周均設(shè)有取樣閥。本發(fā)明占地面積小，便于操作管理，節(jié)省能耗，同時(shí)可以達(dá)到去除有機(jī)物、氨氮等多種污染物質(zhì)，適用于工業(yè)廢水、生活污水等有機(jī)廢水。
文檔編號(hào)C02F3/30GK1962487SQ200610119290
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月7日
發(fā)明者王榮昌, 李俊英, 夏四清, 趙建夫 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)