分段供氧自循環脫氮反應器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種分段供氧自循環脫氮反應器。反應器本體設有布水區、反應區、分離區和循環區，布水區設排泥管和進水管；反應區由三個模塊構成分段供氧聯合反應系統，模塊I下部設進氣管，進氣管上端設曝氣頭，模塊I上部安裝填料，模塊II和III的結構與模塊I相同，依次串聯于模塊I上面；分離區設一塊縱隔板，分成沉淀室和釋氣室，沉淀室和釋氣室一下面設集氣室，沉淀室上部設溢流堰、出水槽和出水管，釋氣室上部設浮渣排放管；循環區設回流液吸管、連結管、調節閥和回流液進管。本發明分段供氧，可滿足生物反應需氧，強化短程硝化作用；反應液自循環，避免亞硝酸鹽積累所致的生物毒性，并克服基質比例調控難題，提高反應器容積脫氮效能。
【專利說明】分段供氧自循環脫氮反應器【技術領域】
[0001]本發明涉及生物脫氮反應器，尤其涉及一種分段供氧自循環脫氮反應器。
【背景技術】
[0002]經過“十一五”期間的控污減排，化學需氧量得到有效控制，氨氮污染上升為主要環境問題。根據環保部發布的環境狀況公報，2011年全國廢水氨氮排放量為260.4萬噸，氨氮已成為七大水系的主要污染指標。有機污染物被去除后，低碳氮比成了未達標廢水的主要水質特點。由于未達標廢水的C/N比往往不能滿足傳統脫氮技術所需值，此類廢水的生物處理面臨嚴峻挑戰。因此，低碳氮比廢水的生物處理，已經成為環境污染控制領域的重大課題。
[0003]短程硝化-厭氧氨氧化工藝是一種自養型生物脫氮工藝，該工藝所涉及的亞硝酸細菌和厭氧氨氧化菌均為自養型微生物，不需要添加有機碳源。這一新工藝的出現為低碳氮比廢水的生物處理帶來了曙光，因此倍受環境工程界的青睞。但是，在傳統設計中，短程硝化工藝和厭氧氨氧化工藝通常被分置于兩個裝置中進行，易造成亞硝酸鹽積累，抑制氨氧化作用，限制工藝的效能；此外，由于厭氧氨氧化工藝所需氨氮和亞硝氮的比例為1:1.32，這樣的基質比例在實際工程中很難調控。若能將兩工藝置于同一個裝置中進行，使亞硝酸鹽邊生產邊利用，則可擺脫上述困境。
[0004]本發明融短程硝化與厭氧氨氧化于一體，可減少占地面積；功能菌的空間分布相對固定，有利于微生態優化；分段供氧，可滿足生物反應對氧的需要，強化短程硝化作用；反應液自循環，硝化與脫氮交替進行，可避免亞硝酸鹽積累所致的生物毒性，也可克服基質比例調控難題，提高容積脫氮效能。
【發明內容】
[0005]本發明目的是克服現有技術的不足，提供一種分段供氧自循環脫氮反應器。
[0006]分段供氧自循環脫氮反應器本體設有布水區、反應區、分離區和循環區；具體結構包括排泥管、水流混合分布室、回流液輸入口、進水管、進氣管、曝氣頭、填料支架、多孔填料、回流管、導流器、調節閥、回流液輸出口、集氣室斜板、集氣室、集氣室頂板、集氣室排氣口、沉淀室底板兼上導流板、釋氣室、沉淀室、浮渣排放管、出水管、出水槽、溢流堰、縱隔板；
布水區位于反應器本體下部，分為布水漸擴段和布水圓筒段，布水區設有水流混合室，水流混合室底部設有排泥管，布水流混合室中部設有回流液輸入口，水流混合室上部設有進水管；
反應區位于反應器本體中部，由模塊1、模塊II和模塊III依次垂直串聯構成分段供氧聯合反應系統，模塊I下部、模塊II下部I和模塊III下部分別設有曝氣頭并與進氣管相連，模塊I上部、模塊II上部I和模塊III上部分別設有裝填料支架，在裝填料支架內裝填有多孔填料；分離區位于反應器本體上部，由分離小圓筒段、分離漸擴段、分離大圓筒段組成，
在分離小圓筒段和分離漸擴段設有集氣室，
集氣室上部設有斜板和頂板，頂板上設有集氣室排氣口兼反應區混合液上流口，集氣室下部與斜板端部相對應處設有集氣室導流器，
分離大圓筒段設有釋氣室和沉淀室，
釋氣室由分離大圓筒段內壁、縱隔板、沉淀室底板、集氣室斜板和頂板圍成，釋氣室上部設浮渣排放管，
集氣室斜板和沉淀室底板之間的狹縫構成上升混合液的回流通道；
沉淀室由分離漸擴段內壁、分離大圓筒段內壁、縱隔板和沉淀室底板圍成，沉淀室縱隔板上設溢流堰和出水槽，出水槽底部設出水管；
循環區位于反應器本體外部，由回流液輸出口、回流管、回流液輸入口和回流調節閥組成，回流液輸出口設在分離漸擴段下端外壁上，回流液輸入口設在布水漸擴段中部外壁上，回流調節閥設在回流管上。
[0007]所述的布水區、反應區和分離區的高度之比為1:2.5^3.5:1.(Tl.2。
[0008]所述的布水漸擴段外壁與水平面的夾角為45°飛5°，布水漸擴段與布水圓筒段高度之比為廣2:1，布水漸擴段上下橫截面積之比為2~4:1。
[0009]所述的模塊I下部、模塊II下部I和模塊III下部分別設有供氧室，模塊I上部、模塊II上部I和模塊III上部分別設有填料室，供氧室與填料室高度之比為1:1.5^2.5。
[0010]所述的分離漸擴段的上下橫截面積之比為2~4:1，集氣室、釋氣室和沉淀室的體積之比為I:1.5~2.5:2.5~3.5。`
[0011]所述的導流器是與水平面的夾角均為45°飛5°的兩塊斜板，導流器的斜板、斜板和頂板的投影面積之比為I 1.5:1 ;斜板和導流器之間的狹縫面積與分離小圓筒段的橫截面積與之比為5~10:1 ;分離小圓筒段的橫截面積與集氣室排氣口的橫截面積之比為36~64:1。
[0012]所述的沉淀室底板與水平面的夾角為45°飛5°，沉淀室底板下端部與分離漸擴段的內壁圍成沉淀室進水口，沉淀室進水口面積與沉淀室橫截面積之比為廣2:5。
[0013]所述的釋氣室與沉淀室的橫截面積之比為1:5~10 ;沉淀室底板與集氣室斜板平行，與水平面的夾角為50°飛0°，兩板之間的垂直間距與分離大圓筒段的高度之比為1:5~7，兩板之間的重合長度為與沉淀室底板的長度之比為1:2~3 ;沉淀室底板與集氣室斜板之間狹縫面積、釋氣室橫截面積、分離大圓筒段橫截面積之比為3~8:1:5~10。
[0014]與現有生物脫氮技術相比，本發明具有明顯的優勢:將短程硝化與厭氧氨氧化集于一體，可減少裝置占地面積；功能菌的空間分布相對固定，有利于微生態優化；分段供氧，可滿足生物反應需氧，強化短程硝化作用；反應液自循環，可使硝化與脫氮交替進行，避免亞硝酸鹽積累所致的生物毒性，并克服基質比例調控難題，提高反應器容積脫氮效能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是分段供氧自循環脫氮反應器結構示意圖。
【具體實施方式】[0016]如圖1所示分段供氧自循環脫氮反應器本體設有布水區A、反應區B、分離區C和循環區D ;具體結構包括排泥管1、水流混合分布室2、回流液輸入口 3、進水管4、進氣管5、曝氣頭6、填料支架7、多孔填料8、回流管9、導流器10、調節閥11、回流液輸出口 12、集氣室斜板13、集氣室14、集氣室頂板15、集氣室排氣口 16、沉淀室底板兼上導流板17、釋氣室18、沉淀室19、浮渣排放管20、出水管21、出水槽22、溢流堰23、縱隔板24 ；
布水區A位于反應器本體下部，分為布水漸擴段Al和布水圓筒段A2，布水區A設有水流混合室2，水流混合室2底部設有排泥管I,布水流混合室2中部設有回流液輸入口 3，水流混合室2上部設有進水管4 ；
反應區B位于反應器本體中部，由模塊1、模塊II和模塊III依次垂直串聯構成分段供氧聯合反應系統，模塊I下部、模塊II下部I和模塊III下部分別設有曝氣頭6并與進氣管5相連，模塊I上部、模塊II上部I和模塊III上部分別設有裝填料支架7，在裝填料支架7內裝填有多孔填料8;
分離區C位于反應器本體上部，由分離小圓筒段Cl、分離漸擴段C2、分離大圓筒段C3組成，
在分離小圓筒段Cl和分離漸擴段C2設有集氣室14，
集氣室14上部設有斜板13和頂板15，頂板15上設有集氣室排氣口 16兼反應區混合液上流口，集氣室14下部與斜板13端部相對應處設有集氣室導流器10，
分離大圓筒段C3設有釋氣室18和沉淀室19，
釋氣室18由分離大圓筒段C3內壁、縱隔板24、沉淀室底板17、集氣室斜板13和頂板15圍成，釋氣室18上部設浮渣排放管20，
集氣室斜板13和沉淀室底板17之間的狹縫構成上升混合液的回流通道；
沉淀室19由分離漸擴段C2內壁、分離大圓筒段C3內壁、縱隔板24和沉淀室底板17圍成，沉淀室縱隔板24上設溢流堰23和出水槽22，出水槽22底部設出水管21 ；
循環區D位于反應器本體外部，由回流液輸出口 12、回流管9、回流液輸入口 3和回流調節閥11組成，回流液輸出口 12設在分離漸擴段C2下端外壁上，回流液輸入口 3設在布水漸擴段Al中部外壁上，回流調節閥設在回流管9上。
[0017]所述的布水區A、反應區B和分離區C的高度之比為1:2.5~3.5:1.0~1.2。
[0018]所述的布水漸擴段Al外壁與水平面的夾角為45°~55°，布水漸擴段Al與布水圓筒段A2高度之比為廣2:1，布水漸擴段Al上下橫截面積之比為2~4:1。
[0019]所述的模塊I下部、模塊II下部I和模塊III下部分別設有供氧室BI，模塊I上部、模塊II上部I和模塊III上部分別設有填料室B2，供氧室BI與填料室B2高度之比為1:1.5~2.5。
[0020]所述的分離漸擴段C2的上下橫截面積之比為2~4:1，集氣室14、釋氣室18和沉淀室19的體積之比為1:1.5~2.5:2.5~3.5。
[0021]所述的導流器10是與水平面的夾角均為45°飛5°的兩塊斜板，導流器10的斜板、斜板13和頂板15的投影面積之比為I 1.5:1 ;斜板13和導流器之間的狹縫面積與分離小圓筒段Cl的橫截面積與之比為5~10:1 ;分離小圓筒段Cl的橫截面積與集氣室排氣口 16的橫截面積之比為36~64:1。
[0022]所述的沉淀室底板17與水平面的夾角為45°~55°，沉淀室底板17下端部與分離漸擴段C2的內壁圍成沉淀室進水口，沉淀室進水口面積與沉淀室橫截面積之比為I~2:5。
[0023]所述的釋氣室18與沉淀室19的橫截面積之比為1:5~10 ;沉淀室底板17與集氣室斜板13平行，與水平面的夾角為50°飛0°，兩板之間的垂直間距與分離大圓筒段C3的高度之比為1:5~7，兩板之間的重合長度為與沉淀室底板17的長度之比為1:2~3 ;沉淀室底板17與集氣室斜板13之間狹縫面積、釋氣室18橫截面積、分離大圓筒段C3橫截面積之比為3~8:1:5~10。
[0024]分段供氧自循環脫氮反應器可用PVC板或鋼板制作，其工作過程如下:含氨氮廢水由經布水區A的進水管4進入反應器，空氣則同時經由1、I1、III三個模塊下方的進氣管5 (以模塊II為例)進入反應器，經曝氣頭6切割后以微氣泡形式從其表面溢出，與附近區域泥水混合液迅速混合，并帶動其沿反應區B上升。空氣與泥水混合液的快速上升會在水流混合分布室2形成負壓，吸入回流液進管3內的回流液。
[0025]反應區B內多孔填料8上的長有生物膜，與上升泥水混合液接觸過程中，可攝取液相主體中的溶解氧和氨氮，在亞硝化細菌作用下，部分氨氮氧化成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽和未被氧化的氨氮通過傳質進入填料內部，繼續在厭氧氨氧化菌的作用下，轉化成氮氣，氮氣通過填料內部的縫隙向外逸出。亞硝鹽邊產生邊轉化，可避免硝化過強造成亞硝酸鹽積累所引發的生物毒性。此外，隨液相主體循環的絮狀污泥也會參與短程硝化和厭氧氨氧化過程。
[0026]泥水混合液和大部分尾氣經集氣室排氣口 16進入釋氣室18，發生氣體和泥水混合液的分離。尾氣經由液面逃逸至外部環境，泥水混合液則經上導流板17和集氣室斜板13之間的導流通道進入沉淀室19底部。大部分泥水混合液返回反應區，小部分泥水混合液進入沉淀室19進行泥水分離。上清液經由溢流堰23匯入出水槽22，通過出水管21排出，沉淀污泥直接返回反應區。部分泥水混合液通過回流液輸出口 12、回流管9、回流液輸入口 3回到布水區A，間接返回反應區。
[0027]本發明中高效生物脫氮的關鍵在于供氣的強化與混合液的自循環。分段供氧保障了氨氧化所需的氧氣，氣升驅動的混合液自循環保障了殘留氨的再次氧化并協調了厭氧氨氧化所需的氨氮與亞硝氮之間的比`例。
【權利要求】
1.一種分段供氧自循環脫氮反應器，其特征在于:反應器本體設有布水區(A)、反應區(B)、分離區(C)和循環區(D);具體結構包括排泥管(I)、水流混合分布室(2)、回流液輸入口(3)、進水管(4)、進氣管(5)、曝氣頭(6)、填料支架(7)、多孔填料(8)、回流管(9)、導流器(10)、調節閥(11)、回流液輸出口(12)、集氣室斜板(13)、集氣室(14)、集氣室頂板(15)、集氣室排氣口(16)、沉淀室底板兼上導流板(17)、釋氣室(18)、沉淀室(19)、浮渣排放管(20)、出水管(21)、出水槽(22)、溢流堰(23)、縱隔板(24)； 布水區(A)位于反應器本體下部，分為布水漸擴段(Al)和布水圓筒段(A2)，布水區(A)設有水流混合室(2 ),水流混合室(2 )底部設有排泥管(I),布水流混合室(2 )中部設有回流液輸入口( 3 ),水流混合室(2 )上部設有進水管(4 ); 反應區(B)位于反應器本體中部，由模塊1、模塊II和模塊III依次垂直串聯構成分段供氧聯合反應系統，模塊I下部、模塊II下部I和模塊III下部分別設有曝氣頭(6)并與進氣管(5)相連，模塊I上部、模塊II上部I和模塊III上部分別設有裝填料支架(7)，在裝填料支架(7)內裝填有多孔填料(8)； 分離區(C)位于反應器本體上部，由分離小圓筒段(Cl)、分離漸擴段(C2)、分離大圓筒段(C3)組成， 在分離小圓筒段(Cl) 和分離漸擴段(C2)設有集氣室(14)， 集氣室(14)上部設有斜板(13)和頂板(15)，頂板(15)上設有集氣室排氣口( 16)兼反應區混合液上流口，集氣室(14)下部與斜板(13)端部相對應處設有集氣室導流器(10)， 分離大圓筒段(C3)設有釋氣室(18)和沉淀室(19)， 釋氣室(18)由分離大圓筒段(C3)內壁、縱隔板(24)、沉淀室底板(17)、集氣室斜板(13)和頂板(15)圍成，釋氣室(18)上部設浮渣排放管(20)， 集氣室斜板(13)和沉淀室底板(17)之間的狹縫構成上升混合液的回流通道； 沉淀室(19)由分離漸擴段(C2)內壁、分離大圓筒段(C3)內壁、縱隔板(24)和沉淀室底板(17 )圍成，沉淀室縱隔板(24)上設溢流堰(23 )和出水槽(22 )，出水槽(22 )底部設出水管(21)； 循環區(D)位于反應器本體外部，由回流液輸出口(12)、回流管(9)、回流液輸入口(3)和回流調節閥(11)組成，回流液輸出口(12)設在分離漸擴段(C2)下端外壁上，回流液輸入口(3)設在布水漸擴段(Al)中部外壁上，回流調節閥設在回流管(9)上。
2.根據權利I所述的一種分段供氧自循環脫氮反應器，其特征在于:所述的布水區(A)、反應區(B)和分離區(C)的高度之比為1:2.5^3.5:1.(Tl.2。
3.根據權利I所述的一種分段供氧自循環脫氮反應器，其特征在于:所述的布水漸擴段(Al)外壁與水平面的夾角為45°飛5°，布水漸擴段(Al)與布水圓筒段(A2)高度之比為f 2:1，布水漸擴段(Al)上下橫截面積之比為2~4:1。
4.根據權利I所述的一種分段供氧自循環脫氮反應器，其特征在于:所述的模塊I下部、模塊II下部I和模塊III下部分別設有供氧室(BI)，模塊I上部、模塊II上部I和模塊III上部分別設有填料室(B2)，供氧室(BI)與填料室(B2)高度之比為1:1.5^2.5。
5.根據權利I所述的一種分段供氧自循環脫氮反應器，其特征在于:所述的分離漸擴段(C2)的上下橫截面積之比為2~4:1，集氣室(14)、釋氣室(18)和沉淀室(19)的體積之比為 I:1.5~2.5:2.5~3.5。
6.根據權利I所述的一種分段供氧自循環脫氮反應器，其特征在于:所述的導流器(10)是與水平面的夾角均為45°-55°的兩塊斜板，導流器(10)的斜板、斜板(13)和頂板(15)的投影面積之比為1:1-1.5:1 ;斜板(13)和導流器之間的狹縫面積與分離小圓筒段(Cl)的橫截面積與之比為5~10:1 ;分離小圓筒段(Cl)的橫截面積與集氣室排氣口(16)的橫截面積之比為36~64:1。
7.根據權利I所述的一種分段供氧自循環脫氮反應器，其特征在于:所述的沉淀室底板(17)與水平面的夾角為45°-55°，沉淀室底板(17)下端部與分離漸擴段(C2)的內壁圍成沉淀室進水口，沉淀室進水口面積與沉淀室橫截面積之比為1-2:5。
8.根據權利I所述的一種分段供氧自循環脫氮反應器，其特征在于:所述的釋氣室(18)與沉淀室(19)的橫截面積之比為1:5~10 ;沉淀室底板(17)與集氣室斜板(13)平行，與水平面的夾角為50°-60°，兩板之間的垂直間距與分離大圓筒段(C3)的高度之比為1:5~7，兩板之間的重合長度為與沉淀室底板(17)的長度之比為1:2~3 ;沉淀室底板(17)與集氣室斜板(13)之間狹縫面積、釋氣室(18)橫截面積、分離大圓筒段(C3)橫截面積之比為3~8:1:5~10。
【文檔編號】C02F3/30GK103508561SQ201310453749
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】鄭平, 詹恩超, 張宗和, 厲巍, 張萌 申請人:浙江大學