基于自養(yǎng)反硝化的一體化新型脫氮反應(yīng)裝置及工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于自養(yǎng)反硝化的一體化新型脫氮反應(yīng)裝置及工藝方法，屬于水污染 控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 氮污染物是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因之一，氮污染控制是目前我國(guó)乃至世界 范圍內(nèi)亟需解決的一個(gè)水環(huán)境問(wèn)題。
[0003] 生活污水、受污染的地表水等污染水體中的氮污染物以氨氮、硝酸鹽為主，常規(guī)生 物脫氮處理方法的基本原理是：氨氮在氨氧化菌（AOB)的作用下被氧化為亞硝酸鹽，進(jìn)而 在亞硝酸鹽氧化菌（NOB)的作用下被氧化為硝酸鹽；硝酸鹽在反硝化菌的作用下被還原為 氮?dú)馀懦鏊w，從而徹底脫氮。通常，在水處理工藝中利用異養(yǎng)反硝化作用，即需要以有機(jī) 物為電子供體，給微生物生長(zhǎng)提供碳源和能源。然而，對(duì)于碳氮比（C0D/N)較低的污水、廢 水和受污染自然水體，則需要通過(guò)額外投加有機(jī)物（如投加乙酸鈉、甲醇等，或配比一定量 含有較高濃度有機(jī)污染物的污水）促進(jìn)異養(yǎng)反硝化過(guò)程，由于污水處理過(guò)程受到多種復(fù)雜 因素的綜合影響，有機(jī)碳源的投加量不易控制，容易導(dǎo)致出水中存在有機(jī)物殘留等問(wèn)題，此 外，運(yùn)行成本也會(huì)因此增加。
[0004] 與異養(yǎng)反硝化菌有所不同，自養(yǎng)反硝化菌能夠以氫、硫等無(wú)機(jī)物為電子供體，并以 無(wú)機(jī)碳（〇)2或[~|(：03-)為碳源，完成硝酸鹽到氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化?；谧责B(yǎng)反硝化過(guò)程的脫氮工 藝，無(wú)需投加有機(jī)碳源且污泥產(chǎn)生量較少，具有良好的應(yīng)用前景，然而，目前卻較少得以開(kāi) 發(fā)和應(yīng)用。其關(guān)鍵問(wèn)題之一是自養(yǎng)反硝化菌的電子供體來(lái)源，若投加氫氣、硫化物等，控制 不當(dāng)則會(huì)引入新的問(wèn)題（如氫氣易燃易爆、硫化物引入污染等）。利用微電解載體自身產(chǎn)生 的電子傳遞，為自養(yǎng)反硝化菌提供電子供體，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脫氮的水處理工藝鮮有報(bào)道。此外， 在實(shí)際污染水體中必然還會(huì)存在一定濃度的有機(jī)物，從工藝原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)、控制要素等多 重角度出發(fā)，開(kāi)發(fā)同時(shí)去除氨氮、硝酸鹽和有機(jī)物的一體化反應(yīng)裝置及工藝方法，具有良好 應(yīng)用前景和重要實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于開(kāi)發(fā)一種控制效果好、占地面積小 的基于自養(yǎng)反硝化的一體化新型脫氮反應(yīng)裝置及工藝方法，利用有機(jī)生物膜載體上富集的 好氧微生物完成有機(jī)物氧化、氨氧化和亞硝酸鹽氧化過(guò)程，利用微電解載體上富集的自養(yǎng) 反硝化微生物進(jìn)一步將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，從而在無(wú)需投加有機(jī)物或氫氣等外源物質(zhì)的條 件下，實(shí)現(xiàn)污染水體中氨氮、硝酸鹽和有機(jī)物的同時(shí)、有效去除。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] 基于自養(yǎng)反硝化的一體化新型脫氮反應(yīng)工藝方法，包括以下步驟；
[0008] 污水由進(jìn)水系統(tǒng)先后進(jìn)入好氧反應(yīng)區(qū)、中間沉淀區(qū)和自養(yǎng)反硝化區(qū)，首先實(shí)現(xiàn)有 機(jī)物、氨氮和亞硝酸鹽的氧化過(guò)程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)好氧污泥的沉淀、回流過(guò)程和硝酸鹽還原生成 氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化過(guò)程，最終由出水系統(tǒng)排出。
[0009] 好氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)以懸浮形式填充有機(jī)生物膜載體，通過(guò)活性污泥接種并培養(yǎng)掛膜， 在有機(jī)生物膜載體上富集具有有機(jī)物氧化、氨氧化和亞硝酸鹽氧化功能的異養(yǎng)好氧微生 物、氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌等微生物，利用微生物作用將進(jìn)水中的有機(jī)物分解為二氧 化碳，并將氨氮氧化為硝酸鹽。
[0010] 中間沉淀區(qū)設(shè)置導(dǎo)流檔板和回流縫，利用導(dǎo)流擋板降低水流流速使好氧反應(yīng)區(qū) 生成并流出的過(guò)剩污泥沉淀和排出，利用回流縫由沉淀區(qū)向好氧反應(yīng)區(qū)回流污泥。
[0011] 自養(yǎng)反硝化反應(yīng)區(qū)內(nèi)以固定床形式填充微電解載體，通過(guò)活性污泥接種并培養(yǎng)掛 膜，在微電解載體上富集自養(yǎng)反硝化菌，利用載體的微電解反應(yīng)產(chǎn)生電子傳遞，為自養(yǎng)反硝 化菌的反硝化過(guò)程提供電子，還原硝酸鹽至氮?dú)?，?shí)現(xiàn)水中氮污染物的徹底去除。
[0012] 好氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)的有機(jī)生物膜載體可由聚氯乙烯（PVC)、聚乙烯（PE)、聚丙烯（PP) 及其改性材料、聚氨酯（PU)等高分子有機(jī)材料制成多孔且易于掛膜的球狀、塊狀等多種形 狀。
[0013] 好氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置曝氣系統(tǒng)，為有機(jī)生物膜載體上富集的微生物提供充足的氧 氣。好氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置出水隔板，以截留有機(jī)生物膜載體。
[0014]自養(yǎng)反硝化區(qū)內(nèi)的微電解載體可由鐵粉和碳粉混合后，燒制并定型成球狀、塊狀 等形狀。自養(yǎng)反硝化區(qū)內(nèi)的微電解載體上，除自養(yǎng)反硝化菌外，還可富集異養(yǎng)反硝化菌、異 養(yǎng)好氧菌、氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌等其他種類(lèi)微生物，與自養(yǎng)反硝化菌協(xié)同作用實(shí)現(xiàn) 氮污染物和有機(jī)污染物的共同去除。
[0015]自養(yǎng)反硝化反應(yīng)區(qū)包含反應(yīng)段和出水段。自養(yǎng)反硝化反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)段內(nèi)設(shè)置限氧 系統(tǒng)，為微電解載體上富集的微生物提供限氧條件。限氧系統(tǒng)由溶解氧探頭監(jiān)測(cè)溶解氧濃 度，當(dāng)溶解氧濃度過(guò)高時(shí)，由自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)曝氣量，以保障自養(yǎng)反硝化反應(yīng)段的溶解氧 濃度在3mg/L以下。自養(yǎng)反硝化反應(yīng)區(qū)的出水段內(nèi)設(shè)置曝氣系統(tǒng)，進(jìn)一步去除殘留的氨氮 及有機(jī)物。
[0016] 基于自養(yǎng)反硝化的一體化新型脫氮反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)器主體、進(jìn)水系統(tǒng)、出水系 統(tǒng)、污泥排除系統(tǒng)、曝氣和限氧系統(tǒng)；
[0017] 反應(yīng)器主體為同心圓柱形，內(nèi)環(huán)為好氧反應(yīng)區(qū)，外環(huán)為中間沉淀區(qū)和自養(yǎng)反硝化 區(qū)，外環(huán)中間沉淀區(qū)和自養(yǎng)反硝化區(qū)的內(nèi)邊壁即為內(nèi)環(huán)好氧反應(yīng)區(qū)的外邊壁；
[0018] 好氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置多孔載體承托板，其上填充有機(jī)生物膜載體，好氧反應(yīng)區(qū)和中 間沉淀區(qū)之間頂部設(shè)置第一出水堰，底部設(shè)置回流縫；中間沉淀區(qū)和自養(yǎng)反硝化區(qū)之間設(shè) 置導(dǎo)流擋板，頂部設(shè)置第二出水堰；自養(yǎng)反硝化區(qū)內(nèi)設(shè)置多孔載體承托板，其上填充微電解 載體；
[0019] 進(jìn)水系統(tǒng)包括進(jìn)水泵、進(jìn)水管路、進(jìn)水閥門(mén)和布水系統(tǒng)；進(jìn)水泵、進(jìn)水閥門(mén)設(shè)置于 反應(yīng)器主體之外，并由進(jìn)水管路連接至布水系統(tǒng)；布水系統(tǒng)設(shè)置于反應(yīng)器主體內(nèi)的好氧反 應(yīng)區(qū)底部，位于好氧區(qū)曝氣頭之上、多孔載體承托板之下；
[0020] 出水系統(tǒng)包括最終出水堰和出水管路；最終出水堰設(shè)置于反應(yīng)器主體的自養(yǎng)反硝 化區(qū)出水段頂部，并與設(shè)置于反應(yīng)器主體之外的出水管路相連接；
[0021] 污泥排除系統(tǒng)包括污泥漏斗、排泥閥門(mén)和排泥管路；污泥漏斗設(shè)置于反應(yīng)器主體 的中間沉淀區(qū)底部，呈倒梯形，并通過(guò)排泥閥門(mén)與設(shè)置于反應(yīng)器主體之外的排泥管路相連 接；
[0022] 曝氣及限氧系統(tǒng)包括好氧反應(yīng)區(qū)曝氣系統(tǒng)、自養(yǎng)反硝化區(qū)反應(yīng)段限氧系統(tǒng)及自養(yǎng) 反硝化區(qū)出水段曝氣系統(tǒng)；好氧反應(yīng)區(qū)曝氣系統(tǒng)包括好氧區(qū)曝氣頭、好氧區(qū)曝氣管路、好氧 區(qū)曝氣閥門(mén)和好氧區(qū)空氣壓縮機(jī)；好氧區(qū)曝氣頭設(shè)置于好氧反應(yīng)區(qū)底部，位于布水系統(tǒng)之 下，通過(guò)好氧區(qū)曝氣管路和好氧區(qū)曝氣閥門(mén)與位于反應(yīng)器主體之外的好氧區(qū)空氣壓縮機(jī)相 連接；自養(yǎng)反硝化區(qū)反應(yīng)段限氧系統(tǒng)包括微曝氣頭、限氧段曝氣管路、可調(diào)節(jié)閥門(mén)、限氧段 空氣壓縮機(jī)、溶解氧監(jiān)測(cè)探頭和曝氣自動(dòng)控制裝置；
[0023] 微曝氣頭設(shè)置