本實用新型涉及一種同時實現(xiàn)沼氣和氨回收的污水處理裝置。

背景技術(shù)：

厭氧生物處理技術(shù)可以有效處理生活污水，將其中的有機物轉(zhuǎn)化為甲烷氣體，實現(xiàn)沼氣生物質(zhì)能的有效回收。但生活污水的厭氧處理可將污水中的有機氮轉(zhuǎn)化為氨氮，導(dǎo)致出水氨氮濃度居高不下，亟需后續(xù)脫氮處理。現(xiàn)有的脫氮技術(shù)基本上是將氨氮最終轉(zhuǎn)化為氮氣，盡管可實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，但也導(dǎo)致氮素營養(yǎng)物質(zhì)的浪費。

如果能將離子交換技術(shù)與厭氧生物處理相結(jié)合，污水中的氮經(jīng)過厭氧生物處理轉(zhuǎn)化為氨離子，適合后續(xù)裝置中沸石的陽離子交換與吸附作用的發(fā)揮與利用。采用該耦合技術(shù)，有望同時實現(xiàn)廢水處理、能源回收和營養(yǎng)物質(zhì)回收，可謂“一舉三得”。

天然沸石種類繁多，儲量豐富，其結(jié)構(gòu)特殊，由鋁硅酸鹽格架和格架中的孔道、空穴和陽離子以及水分子組成。格架中硅氧四面體內(nèi)的Si⁴⁺常被Al³⁺置換，出現(xiàn)過剩的負(fù)電荷，由堿土金屬離子補償。這些補償陽離子與晶格結(jié)合力很弱，具有很高的自由度，活躍在孔道中，使沸石具有優(yōu)良的離子交換性能。常見的天然沸石，如斜發(fā)沸石和絲光沸石均具有很高的陽離子交換容量。斜發(fā)沸石的理論交換容量為213mmol/100g，絲光沸石的理論交換容量為223mmol/100g。沸石吸附的可逆性為其在污水氨氮回收過程中提供了諸多便利。

在農(nóng)村及城市郊區(qū)的小規(guī)模污水分散處理過程中，通常需前置初 沉池，且氮去除負(fù)荷較低，經(jīng)處理后的出水氨氮濃度大于10mg/L。同時面臨著進(jìn)水流量變化大、受季節(jié)影響大，難以維持較高處理能力等問題。若處理后未達(dá)標(biāo)的出水排入水體，會顯著增加初級生產(chǎn)力引起富營養(yǎng)化，破壞生態(tài)環(huán)境。盡管當(dāng)前污水處理技術(shù)不斷發(fā)展，但排入生物圈的氮素及有機物質(zhì)仍然不斷增加，大多數(shù)局部出現(xiàn)的氮素或難降解有機物質(zhì)會加速擴散引起更大范圍的環(huán)境污染。

因此，有必要開發(fā)一種能夠在源頭處理生活污水，并能夠同時去除污水中有機物及氨氮，并能夠?qū)⒌鼗厥绽玫难b置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜、處理效率低、耗能大等問題，本實用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單、能耗小、氮回收率高、并能在污水源頭回收大量氮素的一種同時實現(xiàn)沼氣和氨回收的污水處理裝置。

本實用新型所述的一種同時實現(xiàn)沼氣和氨回收的污水處理裝置，包括反應(yīng)器本體，其特征在于：所述的反應(yīng)器本體的內(nèi)腔通過豎直折流板分為順次連通的上流式厭氧污泥床單元與折流板離子交換單元，所述的上流式厭氧污泥床單元通過出水口與所述的折流板離子交換單元最前端的隔室連通，所述的上流式厭氧污泥床單元自下而上為用于填充厭氧顆粒污泥的反應(yīng)區(qū)、配有三相分離器的三相分離區(qū)、沉淀區(qū)和帶出氣口的集氣室，所述的反應(yīng)區(qū)底部設(shè)有進(jìn)水口和排泥口；所述的集氣室圍在三相分離器的外圍，所述的三相分離器設(shè)置在沉淀區(qū)的底部；所述的折流板離子交換單元由多塊豎直放置的分隔折流板分隔成水平方向排列的多個獨立隔室，所述的每個獨立隔室內(nèi)通過分區(qū) 折流板形成降流區(qū)在前、升流區(qū)在后交替串聯(lián)的格局，其中所述的分隔折流板下端與反應(yīng)器本體底部固接，上端與反應(yīng)器本體的折流板離子交換單元頂部之間留有空隙；所述的分區(qū)折流板的兩端分別與折流板離子交換單元的頂部、底部之間留有間隙；所述的升流區(qū)內(nèi)填充有沸石離子交換劑，底部設(shè)有穿孔板；折流板離子交換單元的最末端的隔室側(cè)壁上部設(shè)有總排放口。

進(jìn)一步，所述的反應(yīng)器本體為封閉式；反應(yīng)器本體頂部設(shè)有可拆卸罩蓋；所述的三相分離器底部設(shè)有氣封；所述的沉淀區(qū)外圍設(shè)有溢流堰，溢流堰底部設(shè)有出水口；所述的出水口順流至所述的折流板離子交換單元最前端隔室的降流區(qū)。

進(jìn)一步，所述的折流板離子交換單元由三塊分隔折流板從左至右依次分隔成第一隔室、第二隔室、第三隔室及第四隔室；所述的第一隔室、第二隔室、第三隔室及第四隔室分別通過相應(yīng)的豎直設(shè)置的分區(qū)折流板分割成降流區(qū)在前、升流區(qū)在后的結(jié)構(gòu)，折流板離子交換單元第一隔室前部為降流區(qū)，第四隔室后部為升流區(qū)。

進(jìn)一步，所述的反應(yīng)器本體為呈長方體狀，所述的上流式厭氧污泥床單元與折流板離子交換單元體積比為1:1.8～2.2；所述的上流式厭氧污泥床單元長、寬、高之比為1.2～1.4:1:4～5；所述的折流板離子交換單元中長、寬、高之比為2.6～2.8:1:4～5；所述的折流板離子交換單元中從左至右四個獨立隔室的體積比為1.5～1.8:1.2～1.4:1～1.3:1。

進(jìn)一步，所述的折流板離子交換單元中與反應(yīng)器本體底部連接的分隔折流板高度、總排放口距反應(yīng)器本體底部高度與裝置高度之比均 為0.7～0.8:1；所述的獨立隔室中分區(qū)折流板距反應(yīng)器本體底部與頂部的高度與反應(yīng)器本體高度之比為1:8～9；所述的穿孔板為方形，并且所述的穿孔板上分布的圓孔孔徑為0.5～0.8mm。

進(jìn)一步，所述的顆粒狀沸石為絲光沸石、斜發(fā)沸石的一種或兩種；所述的沸石粒徑為1.0～3.2mm；所述的獨立隔室中升流區(qū)填充的沸石體積占升流區(qū)體積的70％～80％。

進(jìn)一步，所述的反應(yīng)區(qū)左側(cè)底部設(shè)有進(jìn)水管，中間底部設(shè)有排泥口。

一種同時實現(xiàn)沼氣和氨回收的污水處理裝置，它可由有機玻璃或鋼板制作。其工作過程如下：生活污水經(jīng)初沉池處理之后自流至上流式厭氧污泥床單元，厭氧顆粒污泥與污水充分混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機物，將其轉(zhuǎn)化為沼氣，沼氣以微氣泡的形式不斷釋放并合并，最終形成較大的氣泡，在上流式厭氧污泥床單元上部由沼氣攪動形成的懸濁污泥層與水共同進(jìn)入三相分離器，沼氣經(jīng)由三相分離器底部氣封后向四周擴散，透過水層進(jìn)入集氣室，由集氣室收集后通過出氣口排出；固液混合物被裹挾進(jìn)入沉淀區(qū)，污水中的污泥經(jīng)過不斷粘附，在重力作用下重新回到反應(yīng)區(qū)。經(jīng)過消化處理后的污水中有機氮氨化為NH₄⁺，處理后的污水經(jīng)沉淀區(qū)溢流堰溢出，隨后自流至折流板離子交換單元。經(jīng)上流式氧污泥床單元處理后的出水在折流板的作用下首先通過第一隔室中的降流區(qū)，隨后透過穿孔板進(jìn)入填充沸石的升流區(qū)，污水中的NH₄⁺經(jīng)過沸石離子交換作用與吸附作用得到去除，污水在折流板離子交換單元中反復(fù)循環(huán)，其中的NH₄⁺ 持續(xù)降低，處理后的水經(jīng)過折流板離子交換單元右側(cè)上部的總排放口排出。待升流區(qū)內(nèi)沸石的離子交換達(dá)到飽和，將沸石取出，利用其吸附的可逆性將其中的氮素回收利用。

本實用新型的有益效果是：1)將厭氧生物處理與沸石離子交換結(jié)合，實現(xiàn)氮素營養(yǎng)物的去除與回收，成本低且節(jié)約能耗。一方面能將生活污水中的有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為沼氣生物能源，另一方面能夠通過沸石回收氮元素，并將其用于農(nóng)業(yè)施肥或微藻培養(yǎng)。2)上流式厭氧處理可以適應(yīng)多種環(huán)境條件，適應(yīng)性強；厭氧預(yù)處理可以避免沸石阻塞，持續(xù)有效的增加氨化有機氮的的能力。沸石造價低廉，具有穩(wěn)定可靠的陽離子交換能力及吸附能力。3)封閉式裝置可以防止氧氣進(jìn)入離子交換單元后導(dǎo)致沸石置換的NH₄⁺被氧化為NO₂^-或NO₃^-，從而降低工藝有效性。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實用新型

參照附圖：

實施例1本實用新型所述的同時實現(xiàn)沼氣和氨回收的污水處理裝置，包括反應(yīng)器本體，所述的反應(yīng)器本體的內(nèi)腔通過豎直折流板分為順次連通的上流式厭氧污泥床單元1與折流板離子交換單元2，所述的上流式厭氧污泥床單元1通過出水口與所述的折流板離子交換單元2最前端的隔室連通，所述的上流式厭氧污泥床單元1自下而上 為用于填充厭氧顆粒污泥的反應(yīng)區(qū)11、配有三相分離器12的三相分離區(qū)、沉淀區(qū)13和帶出氣口141的集氣室14，所述的反應(yīng)區(qū)11底部設(shè)有進(jìn)水口111和排泥口112；所述的集氣室14圍在三相分離區(qū)的外圍，所述的三相分離器12設(shè)置在沉淀區(qū)13的底部；所述的折流板離子交換單元2由三塊豎直放置的分隔折流板25分隔成水平方向排列的四個獨立隔室，所述的每個獨立隔室內(nèi)通過分區(qū)折流板26形成降流區(qū)27在前、升流區(qū)28在后交替串聯(lián)的格局，其中所述的分隔折流板25下端與反應(yīng)器本體底部固接，上端與反應(yīng)器本體的折流板離子交換單元2頂部留有空隙；所述的分區(qū)折流板26的兩端分別與折流板離子交換單元2的頂部、底部之間留有間隙；所述的升流區(qū)28內(nèi)填充有沸石離子交換劑，底部設(shè)有穿孔板261；折流板離子交換單元2的最末端的隔室側(cè)壁上部設(shè)有總排放口29。

進(jìn)一步，所述的反應(yīng)器本體為封閉式；反應(yīng)器本體頂部設(shè)有可拆卸罩蓋；所述的三相分離器12底部設(shè)有氣封121；所述的沉淀區(qū)13外圍設(shè)有溢流堰131，溢流堰131底部設(shè)有出水口132；所述的出水口132順流至所述的折流板離子交換單元2最前端隔室的降流區(qū)27。

進(jìn)一步，所述的折流板離子交換單元2由三塊分隔折流板25從左至右依次分隔成第一隔室21、第二隔室22、第三隔室23及第四隔室24；所述的第一隔室21、第二隔室22、第三隔室23及第四隔室24分別通過相應(yīng)的豎直設(shè)置的分區(qū)折流板26分割成降流區(qū)27在前、升流區(qū)28在后的結(jié)構(gòu)，折流板離子交換單元2第一隔室21前部為降流區(qū)27，第四隔室24后部為升流區(qū)28，保證從上流式厭氧污泥床單 元1流出的液體在折流板離子交換單元2內(nèi)流路為蛇形路徑。

進(jìn)一步，所述的反應(yīng)器本體為呈長方體狀，所述的上流式厭氧污泥床單元1與折流板離子交換單元2體積比為1:1.8～2.2；所述的上流式厭氧污泥床單元1長、寬、高之比為1.2～1.4:1:4～5；所述的折流板離子交換單元2中長、寬、高之比為2.6～2.8:1:4～5；所述的折流板離子交換單元2中從左至右四個獨立隔室的體積比為1.5～1.8:1.2～1.4:1～1.3:1。

進(jìn)一步，所述的折流板離子交換單元2中與反應(yīng)器本體底部連接的分隔折流板25高度、總排放口29距反應(yīng)器本體底部高度與裝置高度之比均為0.7～0.8:1；所述的獨立隔室中分區(qū)折流板27距反應(yīng)器本體底部與頂部的高度與反應(yīng)器本體高度之比為1:8～9；所述的穿孔板261為方形，并且所述的穿孔板261上分布的圓孔孔徑為0.5～0.8mm。

進(jìn)一步，所述的顆粒狀沸石為絲光沸石、斜發(fā)沸石的一種或兩種；所述的沸石粒徑為1.0～3.2mm；所述的獨立隔室中升流區(qū)填充的沸石體積占升流區(qū)體積的70％～80％。

進(jìn)一步，所述的反應(yīng)區(qū)左側(cè)底部設(shè)有進(jìn)水管，中間底部設(shè)有排泥口。

一種同時實現(xiàn)沼氣和氨回收的污水處理裝置，它可由有機玻璃或鋼板制作。其工作過程如下：生活污水經(jīng)初沉池處理之后自流至上流式厭氧污泥床單元1，厭氧顆粒污泥與污水充分混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機物，將其轉(zhuǎn)化為沼氣，沼氣以微氣泡的形式不斷釋放并合并，最終形成較大的氣泡，在上流式厭氧污泥床單元1 上部由沼氣攪動形成的懸濁污泥層與水共同進(jìn)入三相分離器12，沼氣經(jīng)由三相分離器12底部氣封121后向四周擴散，透過水層進(jìn)入集氣室14，由集氣室14收集后通過出氣口141排出；固液混合物被裹挾進(jìn)入沉淀區(qū)13，污水中的污泥經(jīng)過不斷粘附，在重力作用下重新回到反應(yīng)區(qū)11。經(jīng)過消化處理后的污水中有機氮氨化為NH₄⁺，處理后的污水經(jīng)沉淀區(qū)13溢流堰131溢出，隨后自流至折流板離子交換單元2。經(jīng)上流式氧污泥床單元1處理后的出水在折流板的作用下首先通過第一隔室21中的降流區(qū)27，隨后透過穿孔板261進(jìn)入填充沸石的升流區(qū)，污水中的NH₄⁺經(jīng)過沸石離子交換作用與吸附作用得到去除，污水在折流板離子交換單元2中反復(fù)循環(huán)，其中的NH₄⁺持續(xù)降低，處理后的水經(jīng)過折流板離子交換單元2右側(cè)上部的總排放口29排出。待升流區(qū)28內(nèi)沸石的離子交換達(dá)到飽和，將沸石取出，利用其吸附的可逆性將其中的氮素回收利用。

本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對實用新型構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新型的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。