CN101863554A - 一种超高效厌氧氨氧化反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高效厌氧氨氧化反应器。它具有沉淀区、反应区和支架；沉淀区自上而下设有第一外圆筒、溢流堰、出水口、回流口、环形铁丝网和两级三相分离器，两级三相分离器包括第一集气管、第一渐缩管、第二集气管和第二渐缩管；溢流堰与出水口相通，回流口位于溢流堰与环形铁丝网之间，环形铁丝网内环与第一集气管外壁相连，环形铁丝网外环与第一外圆筒内壁相连；反应区包括第二外圆筒、铁粉载体、进水管和半球体；反应区与沉淀区经外圆筒渐扩管相连，反应区与支架直接相连，在反应区与沉淀区都设有排泥管。本发明有效防止了污泥流失；减小了气体扰动，促进了颗粒自然沉降；降低了基质毒性，保证了反应器运行性能的高效与稳定。
Description
技术领域
本发明涉及反应器，尤其涉及一种超高效厌氧氨氧化反应器。
背景技术
随着工业化进程的加快，含氮废水的排放量急剧增加，使地表水体面临严峻的富营养化问题，严重威胁着人类和生物的健康生存。目前，氮素治理主要依靠以传统硝化—反硝化工艺为代表的生物处理技术完成。但是该工艺负荷低，污泥产量大，处理成本高。
近些年来，一批以厌氧氨氧化为代表的新型工艺在生物脱氮处理中崭露头角。它们的主要特点是负荷高，运行成本低，因而成为最具开发价值的废水脱氮技术。目前，厌氧氨氧化工艺已在荷兰成功应用于废水脱氮工程(其负荷为传统脱氮工艺的10倍)。实验室研究证明，该工艺仍有巨大的处理潜能。
然而，随着研究的深入，厌氧氨氧化工艺也暴露了一些固有的缺陷。例如，在高负荷下，大量颗粒污泥发生上浮(密度降低)，导致污泥严重流失；反应基质具有毒性，可能对反应产生抑制；高负荷需在低进水浓度和高进水流量下实现，加上反应本身产生大量气体，要求颗粒需能抵抗较高的表面流速等。
鉴于该反应为厌氧反应，所采用的装置均为此前针对厌氧发酵而开发的厌氧反应器，如上流式颗粒污泥床(UASB)，厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)和厌氧内循环反应器(IC)等。这些反应器无法克服上述厌氧氨氧化工艺所固有的缺陷。为此，本发明试图通过以下改进：优化三相分离器，减小气体扰动；加设环形铁丝网，拦截上浮颗粒；投加铁粉，增加颗粒密度；回流过滤后的出水，降低基质毒性，以保证厌氧氨氧化工艺的高效与稳定。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种超高效厌氧氨氧化反应器。
超高效厌氧氨氧化反应器包括沉淀区、反应区、支架、第一外圆筒、溢流堰、出水口、回流口、环形铁丝网、两级三相分离器、第一集气管、第一渐缩管、第二集气管、第二渐缩管、第二外圆筒、铁粉载体、进水管、半球体、外圆筒渐扩管、排泥管；支架上从下到上依次设有第二外圆筒、外圆筒渐扩管和第一外圆筒，在第二外圆筒内为反应区，并设有铁粉载体，在第二外圆筒底部为半球体，在第二外圆筒下部设有进水管，在第二外圆筒底部中部和端部以及外圆筒渐扩管端部设有排泥管，第一外圆筒和外圆筒渐扩管内为沉淀区，沉淀区内自上而下设有溢流堰、出水口、回流口、环形铁丝网和两级三相分离器；两级三相分离器包括第一集气管、第一渐缩管、第二集气管和第二渐缩管；第一集气管上端与第一外圆筒顶部相连，第一集气管下端与第一渐缩管相连，第二集气管上部伸入第一集气管下部内，第二集气管下端与第二渐缩管相连，溢流堰与出水口相通，回流口位于溢流堰与环形铁丝网之间，环形铁丝网内环与第一集气管外壁相连，环形铁丝网外环与第一外圆筒内壁相连。
所述的环形铁丝网所用铁丝直径小于2mm，网格对角线长度为1～2mm。
所述的两级三相分离器中第一集气管与第二集气管直径之比为2～4∶1，第二集气管的上开口在第一集气管的下开口与溢流堰之间，第一渐缩管最大直径与第二渐缩管最大直径之比为2～4∶1，第二渐缩管最大直径与第二外圆筒直径比为1～1.5∶2。
所述的外圆筒渐扩管与基准水平面的夹角α成50°～70°。所述的第二外圆筒高径比为6～10∶1。所述的铁粉载体为一次还原铁粉，铁粉载体粒径为40～200目，铁粉载体占反应区体积的0.5％～1％。所述的进水管在反应区内的开口垂直向下，进水管开口与半球体最低点距离大于1cm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)所置的环形铁丝网能够有效地拦截上浮颗粒，使反应器内持留足够的污泥，同时又不影响水流通过；2)两级三相分离器能最大限度地收集气体，减缓沉淀区内因大量气泡上浮而造成的扰动，同时形成内外环流，加速污泥沉降；3)所加铁粉一能作为载体增加颗粒密度，使污泥能抵抗较大的表面流速，二能为厌氧氨氧化颗粒污泥提供代谢所需的铁元素，提高污泥活性，三能增强反应器内的还原氛，形成严格的厌氧条件；4)进水管口垂直向下配合底部的球形体有利于进水均匀分布，同时不易堵塞；5)回流经环形铁丝网过滤后的液体，可以稀释基质浓度，降低基质毒性。
附图说明
附图是超高效厌氧氨氧化反应器结构示意图；图中：沉淀区1、反应区2、支架3、第一外圆筒4、溢流堰5、出水口6、回流口7、环形铁丝网8、两级三相分离器9、第一集气管10、第一渐缩管11、第二集气管12、第二渐缩管13、第二外圆筒14、铁粉载体15、进水管16、半球体17、外圆筒渐扩管18、排泥管19。
具体实施方式
附图所示，超高效厌氧氨氧化反应器包括沉淀区1、反应区2、支架3、第一外圆筒4、溢流堰5、出水口6、回流口7、环形铁丝网8、两级三相分离器9、第一集气管10、第一渐缩管11、第二集气管12、第二渐缩管13、第二外圆筒14、铁粉载体15、进水管16、半球体17、外圆筒渐扩管18、排泥管19；支架3上从下到上依次设有第二外圆筒14、外圆筒渐扩管18和第一外圆筒4，在第二外圆筒14内为反应区2，并设有铁粉载体15，在第二外圆筒14底部为半球体17，在第二外圆筒14下部设有进水管16，在第二外圆筒14底部中部和端部以及外圆筒渐扩管18端部设有排泥管19，第一外圆筒4和外圆筒渐扩管18内为沉淀区1，沉淀区1内自上而下设有溢流堰5、出水口6、回流口7、环形铁丝网8和两级三相分离器9；两级三相分离器9包括第一集气管10、第一渐缩管11、第二集气管12和第二渐缩管13；第一集气管10上端与第一外圆筒4顶部相连，第一集气管10下端与第一渐缩管11相连，第二集气管12上部伸入第一集气管10下部内，第二集气管12下端与第二渐缩管13相连，溢流堰5与出水口6相通，回流口7位于溢流堰5与环形铁丝网8之间，环形铁丝网8内环与第一集气管10外壁相连，环形铁丝网8外环与第一外圆筒4内壁相连。
环形铁丝网(8)的作用是拦截上浮的颗粒污泥，仅使水流通过。因此所采用环形铁丝网8所用铁丝直径小于2mm，网格对角线长度应小于颗粒污泥直径，网格对角线长度为1～2mm。
两级三相分离器9中第一集气管10与第二集气管12直径之比为2～4∶1，第二集气管12的上开口在第一集气管10的下开口与溢流堰5之间，这是为了让第一集气管10与第二集气管12之间的颗粒及液体能充分流动，并使上升的颗粒能顺利返回反应区。第一渐缩管11最大直径与第二渐缩管13最大直径之比为2～4∶1，第二渐缩管13最大直径与第二外圆筒14直径比为1～1.5∶2。
第二渐缩管主要收集大气泡，第一渐缩管主要收集小气泡。外圆筒渐扩管18与基准水平面的夹角α成50°～70°，使壁上的颗粒能下滑回到反应区。
第二外圆筒14高径比为6～10∶1。
铁粉载体15为一次还原铁粉，铁粉载体15粒径为40～200目，铁粉载体15占反应区2体积的0.5％～1％。进水管16在反应区2内的开口垂直向下，进水管16开口与半球体17最低点距离大于1cm，可以防止堵塞。
超高效厌氧氨氧化反应器可由有机玻璃或钢板构建。接种污泥从第一集气管10上开口加入反应器。废水与回流的部分出水混合后从反应室底部进水管16进入，在半球体17作用下均匀分布。同时，在大量水流作用下，颗粒与铁粉载体15呈膨胀状态，与进水充分接触反应，并产生大量气体，使颗粒进一步流化。所产生的气体被二级三相分离器9收集，泥水混合物再被环形铁丝网8过滤，颗粒返回反应区2，而污水则经过溢流堰5排出。
实施例：超高效厌氧氨氧化反应器由有机玻璃组成，反应区直径10cm，高度1m，体积8L；沉淀区直径20cm，高度34.7cm，外圆筒渐扩管与基准水平面的夹角α为60°，沉淀区总体积8L。环形铁丝网铁丝直径0.5mm，网格直径1mm，第一集气管直径3cm，第二集气管直径1.5cm，第一渐缩管最大直径15cm，第二渐缩管最大直径6cm，还原铁粉粒径100目，投加量为反应区体积的1％。以模拟废水进水，废水组成：氨氮200mg/L，亚硝氮240mg/L，其余为无机营养成份。反应器运行温度35℃，水力停留时间短至0.24h，回流比1∶5，反应区内SS大于28g/L。反应器出水氨氮浓度30～40mg/L，出水亚硝氮浓度10～20mg/L，反应器的容积氮去除速率为35～40kg N/m3d(以8L有效体积计)。
Claims (7)
1.一种超高效厌氧氨氧化反应器，其特征在于包括沉淀区(1)、反应区(2)、支架(3)、第一外圆筒(4)、溢流堰(5)、出水口(6)、回流口(7)、环形铁丝网(8)、两级三相分离器(9)、第一集气管(10)、第一渐缩管(11)、第二集气管(12)、第二渐缩管(13)、第二外圆筒(14)、铁粉载体(15)、进水管(16)、半球体(17)、外圆筒渐扩管(18)、排泥管(19)；支架(3)上从下到上依次设有第二外圆筒(14)、外圆筒渐扩管(18)和第一外圆筒(4)，在第二外圆筒(14)内为反应区(2)，并设有铁粉载体(15)，在第二外圆筒(14)底部为半球体(17)，在第二外圆筒(14)下部设有进水管(16)，在第二外圆筒(14)底部中部和端部以及外圆筒渐扩管(18)端部设有排泥管(19)，第一外圆筒(4)和外圆筒渐扩管(18)内为沉淀区(1)，沉淀区(1)内自上而下设有溢流堰(5)、出水口(6)、回流口(7)、环形铁丝网(8)和两级三相分离器(9)；两级三相分离器(9)包括第一集气管(10)、第一渐缩管(11)、第二集气管(12)和第二渐缩管(13)；第一集气管(10)上端与第一外圆筒(4顶部相连，第一集气管(10)下端与第一渐缩管(11)相连，第二集气管(12)上部伸入第一集气管(10)下部内，第二集气管(12)下端与第二渐缩管(13)相连，溢流堰(5)与出水口(6)相通，回流口(7)位于溢流堰(5)与环形铁丝网(8)之间，环形铁丝网(8)内环与第一集气管(10)外壁相连，环形铁丝网(8)外环与第一外圆筒(4)内壁相连。
2.根据权利要求1所述的一种超高效厌氧氨氧化反应器，其特征在于：所述的环形铁丝网(8)所用铁丝直径小于2mm，网格对角线长度为1～2mm。
3.根据权利要求1所述的一种超高效厌氧氨氧化反应器，其特征在于：所述的两级三相分离器(9)中第一集气管(10)与第二集气管(12)直径之比为2～4∶1，第二集气管(12)的上开口在第一集气管(10)的下开口与溢流堰(5)之间，第一渐缩管(11)最大直径与第二渐缩管(13)最大直径之比为2～4∶1，第二渐缩管(13)最大直径与第二外圆筒(14)直径比为1～1.5∶2。
4.根据权利要求1所述的一种超高效厌氧氨氧化反应器，其特征在于：所述的外圆筒渐扩管(18)与基准水平面的夹角α成50°～70°。
5.根据权利要求1所述的一种超高效厌氧氨氧化反应器，其特征在于：所述的第二外圆筒(14)高径比为6～10∶1。
6.根据权利要求1所述的一种超高效厌氧氨氧化反应器，其特征在于：所述的铁粉载体(15)为一次还原铁粉，铁粉载体(15)粒径为40～200目，铁粉载体(15)占反应区(2)体积的0.5％～1％。
7.根据权利要求1所述的一种超高效厌氧氨氧化反应器，其特征在于：所述的进水管(16)在反应区(2)内的开口垂直向下，进水管(16)开口与半球体(17)最低点距离大于1cm。
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