半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應器及其反應工藝和系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于水處理領域，具體涉及一種新型的半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應器以及基于該反應器的反應工藝和反應系統。
技術背景
[0002]隨著社會經濟的發展、城鎮化進程的推進和人民生活水平的提高，大量的含氮污染物進入自然水體中，從而導致水體中的氨氮含量過高。目前，氨氮已成為水體污染的重要污染物之一，過量的氨氮會引起水體的富營養化，從而嚴重影響了工業生產與居民的日常生活。因此，為了防治和控制水體的富營養化，必須采用有效手段對廢水中的含氮污染物進行處理。對于高氨氮的有機廢水，傳統的去除方法有氨吹脫、生物硝化反硝化、化學沉淀法等，這些方法雖然能夠除去水體中的大部分氨氮，但是卻存在能耗大、處理費用高、容易給環境造成二次污染等諸多缺點。
[0003]為了降低能耗、節約處理成本，自上世紀90年代起逐漸興起了一種新型高效生物脫氮工藝-半硝化-厭氧氨氧化(Anammox)脫氮工藝。厭氧氨氧化脫氮是利用亞硝酸鹽作為電子受體氧化氨氮，利用無機碳作為碳源，從而實現自養生物脫氮的目的。由于這一脫氮工藝無需進行堿度補償和投加有機碳源，因此與傳統脫氮工藝相比，有效節約了大量能源和運行成本。現有技術中，中國專利文獻CN103693738A公開了一種復合式半硝化-厭氧氨氧化自養脫氮反應器，該反應器由上下兩段堆疊而成。其中上段采用固定床反應器，在該區段設置有生物膜組件，形成生物膜好氧區，在生物膜好氧區設有環形微孔曝氣管，沿反應器的內壁均勻進行曝氣，在生物膜好氧區的中軸位置還設置有導氣管；下段則采用流化床反應器，在所述流化床反應器中設置有攪拌器，游離態的顆粒污泥通過攪拌槳的機械攪拌作用實現流態化效果；在固定床反應器和流化床反應器之間的中部過渡區設置有三相分離器，三相分離器由集氣罩和導流板組成，其中集氣罩通過夾板固定于反應器內壁。該復合式半硝化-厭氧氨氧化反應器在運行過程中，廢水先由反應器底端進入并通過集氣罩和導流板之間的縫隙進入生物膜好氧區內導流管外的區域，在生物膜好氧區完成半硝化過程，完成半硝化的廢水再由導流管的內部回流至流化床反應器，在流化床反應器內進行厭氧氨氧化反應，從而實現廢水的半硝化-厭氧氨氧化處理，該反應器由于采用了固定床下置流化床的型式，和單獨使用固定床反應器相比，有效提高了傳質效率和污泥濃度，提高了氨氮的去除效率。
[0004]雖然上述現有技術中的復合式半硝化-厭氧氨氧化反應器能夠有效實現氨氮的高效脫除并降低工藝的能耗和成本，但其仍舊存在問題在于:上述復合式半硝化-厭氧氨氧化反應器由于采用了一體化設計，將半硝化和厭氧氨氧化工藝集中在一個反應器中進行。在運行過程中，在生物膜好氧區完成半硝化過程的廢水再由導流管的內部回流至流化床反應器，從而使得廢水在反應器內形成了內循環。然而，廢水由導流管向下流動的過程中會攜帶一部分氧氣和氨氧化菌，從而使得位于下部的流化床反應器并不只是單一進行厭氧氨氧化反應，這種設置方式雖然在一定程度上提高了下部反應區域中厭氧氨氧化污泥的的抗沖擊負荷能力，但同時也降低了厭氧氨氧化反應的效率，從而限制了其氨氮去除能力。
【發明內容】
[0005]本發明解決的是現有技術中的一體化半硝化-厭氧氨氧化反應器存在的半硝化反應區的菌群和溶解氧容易進入厭氧氨氧化反應區，從而導致厭氧氨氧化反應區的反應效率受到影響，從而限制其氨氮去除能力的技術問題。進而提供了一種能夠顯著提高厭氧氨氧化反應區反應效率、提高氨氮去除效果的半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應器。此外，本發明還提供了基于該半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應器的半亞硝化-厭氧氨氧化反應工藝以及一種廢水氨氮脫除系統。
[0006]本發明解決上述技術問題采用的技術方案為:
[0007]一種半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應器，包括:
[0008]圓筒形的反應器筒體，在所述反應器筒體的底部設置有廢水進口，頂部設置有排水口和排氣口；
[0009]其特征在于，在所述反應器筒體的內部由下到上依次設置有:
[0010]半硝化區，在所述半硝化區內設置有含氧氣體曝氣口，所述含氧氣體曝氣口靠近所述廢水進口設置；在所述半硝化區內設置有BF填料；
[0011]過渡區，在所述過渡區設置有三相分離器；
[0012]厭氧氨氧化區，在所述厭氧氨氧化區內設置有無紡布填料，在所述厭氧氨氧化區內且位于所述厭氧氨氧化區的底端設置有二氧化碳曝氣器；
[0013]其中，所述半硝化區、過渡區和所述厭氧氨氧化區的高度之比為(1-1.3):1:(1.3-1.6)。
[0014]所述半硝化區、過渡區和所述厭氧氨氧化區的高度之比為1.2:1:1.5。
[0015]所述BF填料為沿所述半硝化區的中軸線螺旋纏繞設置的曲面填料；所述BF填料的直徑與所述反應器筒體的直徑之比為0.7-0.85 ;所述BF填料沿豎直方向上設置的高度與所述半硝化區的豎直高度之比為1:1 ;
[0016]所述無紡布填料包括多個無紡布組件，每個所述無紡布組件均沿豎直方向設置，每兩個相鄰的所述無紡布組件之間形成液體通道。
[0017]所述二氧化碳曝氣器為多孔管分布器，在所述多孔管分布器的上表面和下表面均設置有二氧化碳曝氣孔；其中，位于多孔管分布器上表面上的二氧化碳曝氣孔的出氣方向沿豎直方向設置，位于多孔管分布器下表面上的二氧化碳曝氣孔的出氣方向沿豎直方向向外側傾斜設置，所述傾斜的方向與豎直方向的夾角為45-55°，在所述二氧化碳曝氣器和所述無紡布填料之間設置有石灰石。
[0018]在所述反應器筒體內、靠近所述二氧化碳曝氣器設置有pH探頭，所述pH探頭位于所述二氧化碳曝氣器的下方，與所述二氧化碳曝氣器之間的間距為10cm。
[0019]在所述反應器筒體的殼體上設置有循環水夾層。
[0020]基于所述反應裝置的半亞硝化-厭氧氨氧化反應工藝，包括:
[0021]廢水由所述廢水進口進入所述反應器筒體，控制廢水進水中的氨氮濃度為270-960mg/L;并控制所述廢水在所述反應器筒體內沿豎直方向上的上流速度為220-1040cm/h，所述廢水在所述反應器筒體內的水力停留時間為18h_4h ;
[0022]通過所述含氧氣體曝氣口通入含氧氣體，所述含氧氣體的通入量以氧氣計與所述廢水的進水量之體積比為(5-20):1，廢水在所述半硝化區完成半硝化處理；
[0023]完成半硝化處理后的廢水經過渡區進入所述厭氧氨氧化區，通過所述二氧化碳曝氣器通入二氧化碳氣體，所述二氧化碳氣體的通入量與所述廢水的進水量之體積比為(3-5):1 ;廢水在所述厭氧氨氧化區完成厭氧氨氧化處理，完成厭氧氨氧化處理后出水由排水口排出。
[0024]一種廢水氨氮處理系統，包括所述的半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應器，與所述半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應器的排水口連通設置有排水管道
[0025]厭氧反硝化反應器，與所述厭氧反硝化反應器的進水口連通設置有進水管道，所述半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應器的排水管道與所述厭氧反硝化反應器的進水管道通過分流支管連通設置；所述厭氧反硝化反應器的出水口與所述半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應器的廢水進口連接設置。
[0026]在所述厭氧反硝化反應器的出水口與所述半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應器的廢水進口之間設置有PH調節池。
[0027]本發明所述的半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應器，優點在于:
[0028](I)本發明所述的半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應器，將半硝化區設置在反應器筒體的下部，將厭氧氨氧化區設置在半硝化區的上方，并在半硝化區和厭氧氨氧化區之間設置三相分離器，在運行過程中，通過對廢水的上流速度和含氧氣體的曝氣量進行控制，可以使得廢水在半硝化區內升流的過程中將大部分氧氣都消耗殆盡；并且由于本發明所述的反應裝置，在所述厭氧氨氧化區的底端設置有二氧化碳曝氣裝置，二氧化碳曝氣裝置通入的二氧化碳氣體一方面能夠調節廢水的PH值，使其適宜于后續的厭氧氨氧化反應，另一方面通過通入二氧化碳氣體，可以在厭氧氨氧化區的底部設置一個二氧化碳層，從而進一步將半硝化區內上流廢水中的氧阻隔在厭氧氨氧化區的下部，從而保證了厭氧氨氧化區的厭氧環境。此外，由于本發明采用了升流式反應器，半硝化區內脫落的污泥會在重力的作用下發生沉降，而不會隨水流進入厭氧氨氧化區，從而有效提高了厭氧氨氧化的反應效率。實驗證明，本發明所述半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應器處理的廢水中的氨氮脫除率高達95%以上。
[0029](2)本發明所述的半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應器，進一步限定所述BF填料為沿所述半硝化區的中軸線螺旋纏繞設置的曲面填料；所述BF填料的直徑與所述反應器筒體的直徑之比為0.85-0.9 ;本發明通過將所述BF填料設置為螺旋纏繞設置的曲面填料，使得廢水在所述半硝化區內的實際行程大幅度加大，提高了半硝化處理的效果；同時通過在所述二氧化碳曝氣器和所述無紡布填料之間設置石灰石，原因在于石灰石釋放出的鈣離子有助于修復受損及死亡