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高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器及方法

發布時間:2020-8-12 9:06:45  中國污水處理工程網

  申請日20200430

  公開(公告)日20200710

  IPC分類號C02F3/28; C02F1/38; C02F101/16

  摘要

  本發明揭示了一種高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器及方法,其自下而上包括進水布水區、生物反應區、三相分離區、旋流分離區四個部分,進水布水區設置進水回流管并與內部布水裝置相連,填料反應區裝填有高效顆粒污泥及專性球形填料,旋流分離區設置有導流管和回流管,三相分離區與旋流分離區配合實現混合液及污泥強化內循環,緩解了基質抑制作用,消除了顆粒污泥上浮流失問題,同時降低了運行能耗和設備成本,提出并運用“低基質高流量”的操作模式,大幅提升了反應器的容積效能。

  權利要求書

  1.一種高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器,其特征在于:其包括形成一封閉腔體結構的反應器本體(100)、沿所述反應器本體(100)從下到上依次設置的且相互連通的進水布水區(Ⅰ)、生物反應區(Ⅱ)、三相分離區(Ⅲ)和旋流分離區(Ⅳ),所述生物反應區(Ⅱ)內填充有若干內嵌有生物顆粒污泥(5)的生物填料(4),所述旋流分離區(Ⅳ)內設置有將其與所述三相分離區(Ⅲ)分隔的泥斗(13)、連通所述泥斗(13)最低點端向下延伸至所述進水布水區(Ⅰ)的回流管(14)、穿過所述泥斗(13)向下伸入所述三相分離區(Ⅲ)的導流管(15)、以及位于上部的集水槽(16),所述相分離區內設置有三相分離器(11),所述反應器本體(100)上設置有與所述進水布水區(Ⅰ)內部連通的進水口、與所述集水槽(16)連通的出水口。

  2.如權利要求1所述的高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器,其特征在于:所述三相分離區(Ⅲ)被所述三相分離器(11)分隔形成一清水區(10)和一氣室(12),所述清水區(10)位于生物反應區(Ⅱ)上方0.5~1.0m的空間。

  3.如權利要求2所述的高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器,其特征在于:所述三相分離器(11)包括環繞所述回流管(14)設置且將氣體導入所述氣室(12)內的導氣筒(c)、自所述導氣筒(c)底部圓周向下向外延伸的第一反射斜板(a)、沿所述反應器本體(100)內壁一圈的且位于所述第一反射斜板(a)下方的第二反射斜板(b)。

  4.如權利要求3所述的高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器,其特征在于:所述導流管(15)的頂端高于所述泥斗(13)表面且頂部斜向上彎折形成有一導流部使得水流沿所述反應器本體內壁旋轉向上流動;所述導流管(15)的底端低于所述導氣筒(c)的頂端至少50mm。

  5.如權利要求1所述的高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器,其特征在于:所述進水布水區(Ⅰ)、所述生物反應區(Ⅱ)、所述三相分離區(Ⅲ)和所述旋流分離區(Ⅳ)的高度之比為1:(5~9):(2~5):(2~3),并依次連通形成所述反應器本體(100)。

  6.如權利要求1所述的高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器,其特征在于:所述反應器本體(100)上設置有與所述進水布水區(Ⅰ)內部連通的排泥放空口(3)、在所述生物反應區(Ⅱ)上部位置和下部位置均設置有與所述生物反應區(Ⅱ)連通的排泥取樣口(8)、在所述生物反應區(Ⅱ)中部位置設置有與所述生物反應區(Ⅱ)連通的填料安裝入口、在頂部位置設置有與所述旋流分離區(Ⅳ)連通的排氣口(18)。

  7.如權利要求1所述的高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器,其特征在于:所述生物反應區(Ⅱ)內還設置有一用于支撐所述生物填料(4)的承托支架(6)、頂部設置有一穩定所述生物填料(4)位置的填料穩定柵(7),所述承托支架(6)位于所述進水布水區(Ⅰ)與所述生物反應區(Ⅱ)分界面,所述填料穩定柵(7)位于所述三相分離區(Ⅲ)與所述生物反應區(Ⅱ)的分界面,所述承托支架(6)和所述填料穩定柵(7)布置于所述反應器本體(100)的整個橫截面。

  8.如權利要求1所述的高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器,其特征在于:所述生物填料(4)為中空球形填料,密度為1g/cm3,比表面積大于或等于500m2/m3,孔隙率介于60%~85%,所述生物顆粒污泥(5)鑲嵌在所述生物填料(4)內部。

  9.如權利要求3所述的高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器,其特征在于:所述第一反射斜板(a)、所述第二反射斜板(b)的傾角范圍為55°~60°,所述第一反射斜板(a)與所述第二反射斜板(b)的水平投影區域有重疊部分,且重疊遮蓋間距為100~200mm。

  10.一種高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮方法,其特征在于:其包括以下步驟:待處理廢水經由進水口和布水管輸入反應器,使廢水充滿水進水布水區(Ⅰ)后向上進入生物反應區(Ⅱ),廢水中的硝酸鹽在生物反應區(Ⅱ)內,經生物填料(4)上顆粒污泥中反硝化菌的反硝化作用生成氣體;廢水流經生物反應區(Ⅱ)后進入三相分離區(Ⅲ),廢水中從生物反應區(Ⅱ)攜帶出來的少量污泥以及反硝化產生的氣體在三相分離器(11)的分離作用下實現氣、固、液三相分離,氣體由導氣筒(c)導入氣室(12),污泥固體回落到生物反應區(Ⅱ)下部,液體通過旋流分離區(Ⅳ)的導流管(15)進入旋流分離區(Ⅳ),在旋流作用下進一步分離細小的顆粒污泥,細小的顆粒污泥沉入泥斗(13)底部并通過回流管(14)沉降至進水布水區(Ⅰ),水流進入集水槽(16),通過出水口排出反應器;收集在氣室(12)內的氣體逐漸增多,體積變大,氣室(12)內氣液分界面逐漸下降,直到降至導流管(15)下端等高時,氣體開始從導流管(15)逸出,形成氣提作用,形成氣液混合體從導流管(15)上升至旋流分離區(Ⅳ)完成氣、液、固三相分離;固體下沉至泥斗(13),氣體上升至頂部由排氣口排出反應器;由于氣提的抽吸作用,氣提提升至旋流分離區(Ⅳ)的液體以及沉淀至泥斗(13)的污泥會通過回流管(14)回流至進水布水區(Ⅰ),形成上清液自回流。

  說明書

  一種高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器及方法

  技術領域

  本發明屬污水處理技術領域,特別是涉及一種高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器及方法。

  背景技術

  隨著環境保護意識的逐步提高以及環保政策的日益嚴格,對于總氮的控制與削減顯得異常重要。在當前的脫氮技術中,生物脫氮技術仍然是最經濟有效的選擇。傳統的脫氮技術從生物的存在狀態來看可分為活性污泥法和和生物膜法兩種形式;钚晕勰喾ㄆ渖镆孕躞w形式存在,由于受到污泥混合液濃度的限制,單位容積內生物量相對較低,多用于低濃度的市政污水等低濃度污水。生物膜法由于其單位容積生物量高,污染物容積負荷較高,在高濃度的硝氮廢水處理方面具有獨特的優勢。生物膜法固定床的反硝化負荷可以達到1~3kgNO3-N·m-3·d-1,氮去除率90%以上,但容易堵塞引起溝流,所以無論是上流式還是下向流固定床,均需要反洗,增加了運行和管理的復雜性。流化床的反硝化負荷可以達到2~15kgNO3-N·m-3·d-1,但存在穩定流態化與載體再生問題。移動床集合流化床、固定床與活性污泥法的一些優點,但負荷較低,反應器出水通常需要脫膜處理與絮狀污泥沉降。

  高效、節能、經濟是當今廢水生物處理共同追求的目標。顆粒污泥技術一直是廢水處理的前沿領域,其主要特性在于污泥形態上的創新。與絮狀污泥相比,顆粒污泥具有更高的生物量、更豐富的生物相和更卓越的沉降性能。厭氧顆粒污泥的成功得益于厭氧污泥的顆;,因此,反硝化顆粒污泥成功實現將對反硝化單級工藝實現突破性創新。顆粒污泥反應器的抗基質負荷及水力沖擊的能力也大幅度增強,可大大減小占地面積,節省沉淀池及配套設施。其配套反應器如上流式污泥床,有利于小規模一體化裝置的開發和應用。而相比生物膜法,顆粒污泥本身也是一種特殊的生物膜,但其依靠生物自凝聚作用,無需額外人工載體,因此在技術經濟指標也更具競爭力。

  目前大量在缺氧條件下實現了反硝化微生物的顆;,并且具有顆粒污泥普遍具有的優點,為生物法處理高濃度硝酸鹽廢水創造了更多的可能,并開發了相應的反應工藝和設備。顆粒污泥是自我聚集的具有球狀結構的生物膜,生物膜的形態和強度與基質負荷及剪力有關,當生物膜的生長和脫落與表面基質濃度和剪力之間達到平衡時,便可形成光滑的生物膜。較高剪切力是顆粒污泥形成的關鍵因素之一,在較高的基質負荷下提高水流剪切力,絲狀菌易破碎并隨反應器出水排走,有利于形成密實、沉降性能較好的顆粒污泥。由于運行中為了獲得較好的硝化脫氮效果和污泥穩定的顆;潭,往往采用出水回流的方式提高反應器上升流速,減緩生物反應基質的抑制作用,另一方面,流速較高這不利于反應器內污泥的分離沉淀,會存在跑泥現象,由此造成的矛盾成為了顆粒污泥床脫氮反應器發展與應用的一個限制因素。

  因此,有必要提供一種新的高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器及方法來解決上述問題。

  發明內容

  本發明的主要目的之一在于提供一種高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器,通過氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器,強化反應液自循環,緩解了基質抑制作用;設計創新內構件,通過擠壓效應消除了顆粒污泥上浮流失問題;提出并運用“低基質高流量”的操作模式,大幅提升了反應器的容積效能。

  本發明通過如下技術方案實現上述目的:一種高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器,其包括形成一封閉腔體結構的反應器本體、沿所述反應器本體從下到上依次設置的且相互連通的進水布水區、生物反應區、三相分離區和旋流分離區,所述生物反應區內填充有若干內嵌有生物顆粒污泥的生物填料,所述旋流分離區內設置有將其與所述三相分離區分隔的泥斗、連通所述泥斗最低點端向下延伸至所述進水布水區的回流管、穿過所述泥斗向下伸入所述三相分離區的導流管、以及位于上部的集水槽,所述相分離區內設置有三相分離器,所述反應器本體上設置有與所述進水布水區內部連通的進水口、與所述集水槽連通的出水口。

  進一步的,所述三相分離區被所述三相分離器分隔形成一清水區和一氣室,所述清水區位于生物反應區上方0.5~1.0m的空間。

  進一步的,所述三相分離器包括環繞所述回流管設置且將氣體導入所述氣室內的導氣筒、自所述導氣筒底部圓周向下向外延伸的第一反射斜板、沿所述反應器本體內壁一圈的且位于所述第一反射斜板下方的第二反射斜板。

  進一步的,所述導流管的頂端高于所述泥斗表面且頂部斜向上彎折形成有一導流部使得水流沿所述反應器本體內壁旋轉向上流動;所述導流管的底端低于所述導氣筒的頂端至少50mm。

  進一步的,所述進水布水區、所述生物反應區、所述三相分離區和所述旋流分離區的高度之比為1:(5~9):(2~5):(2~3),并依次連通形成所述反應器本體。

  進一步的,所述反應器本體上設置有與所述進水布水區內部連通的排泥放空口、在所述生物反應區上部位置和下部位置均設置有與所述生物反應區連通的排泥取樣口、在所述生物反應區中部位置設置有與所述生物反應區連通的填料安裝入口、在頂部位置設置有與所述旋流分離區連通的排氣口。

  進一步的,所述生物反應區內還設置有一用于支撐所述生物填料的承托支架、頂部設置有一穩定所述生物填料位置的填料穩定柵,所述承托支架位于所述進水布水區與所述生物反應區分界面,所述填料穩定柵位于所述三相分離區與所述生物反應區的分界面,所述承托支架和所述填料穩定柵布置于所述反應器本體的整個橫截面。

  進一步的,所述生物填料為中空球形填料,密度為1g/cm3,比表面積大于或等于500m2/m3,孔隙率介于60%~85%,所述生物顆粒污泥鑲嵌在所述生物填料內部。

  進一步的,所述第一反射斜板、所述第二反射斜板的傾角范圍為55°~60°,所述第一反射斜板與所述第二反射斜板的水平投影區域有重疊部分,且重疊遮蓋間距為100~200mm,所述導氣筒直徑300~500mm。

  本發明的另一目的在于提供一種高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮方法,其包括以下步驟:待處理廢水經由進水口和布水管輸入反應器,使廢水充滿水進水布水區后向上進入生物反應區,廢水中的硝酸鹽在生物反應區內,經生物填料上顆粒污泥中反硝化菌的反硝化作用生成氣體;廢水流經生物反應區后進入三相分離區,廢水中從生物反應區攜帶出來的少量污泥以及反硝化產生的氣體在三相分離器的分離作用下實現氣、固、液三相分離,氣體由導氣筒導入氣室,污泥固體回落到生物反應區下部,液體通過旋流分離區的導流管進入旋流分離區,在旋流作用下進一步分離細小的顆粒污泥,細小的顆粒污泥沉入泥斗底部并通過回流管沉降至進水布水區,水流進入集水槽,通過出水口排出反應器;收集在氣室內的氣體逐漸增多,體積變大,氣室內氣液分界面逐漸下降,直到降至導流管下端等高時,氣體開始從導流管逸出,形成氣提作用,形成氣液混合體從導流管上升至旋流分離區完成氣、液、固三相分離;固體下沉至泥斗,氣體上升至頂部由排氣口排出反應器;由于氣提的抽吸作用,氣提提升至旋流分離區的液體以及沉淀至泥斗的污泥會通過回流管回流至進水布水區,形成上清液自回流。

  與現有技術相比,本發明一種高效經濟氣升式自循環顆粒污泥床脫氮反應器及方法的有益效果在于:將反硝化脫氮污泥顆;⑴c生物填料相結合,提高了反硝化顆粒污泥的穩定性,填料系統豐富了生物鏈的種類,大大提高了單位容積內的生物量,提高了反硝化的容積效能,進而能夠節省反應器建造投資;通過反硝化產生的氣體氣提廢水強化了反應液自回流循環,緩解了基質抑制,同時節省了現有技術的循環回流所需能耗;設計創新旋流分離構件,強化泥水分離能力,消除了顆粒污泥上浮流失的問題,提高了系統的穩定性;通過回流反應液,稀釋了進水基質的濃度,提高了反應器內部上升流量,較高的表面流速更利于改善顆粒污泥的性質,大幅提升了反應器的抗沖性能。(發明人厲巍;吳啟威)

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