CN101993172A - 除磷脱氮颗粒污泥生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污水生物除磷脱氮工艺过程应用的除磷脱氮颗粒污泥生物反应器。它包括设在生物反应池内的相互错位的多级隔板，隔板将生物反应池划分成缺氧区、厌氧区和好氧区；缺氧区、厌氧区、好氧区的过水断面上设有多块网板；生物反应池从污水流入端至流出端的排序依次为缺氧区、厌氧区及好氧区，好氧区后面连接二沉池。缺氧区和厌氧区各设两格，好氧区设五格。污水配水管与第一缺氧、厌氧、好氧区相接，二沉池的回流活性污泥经回流污泥管与第一缺氧区相接。它利用网板改变流动环境和凝聚条件，促成好氧或厌氧颗粒污泥在反应器中形成，进而实现除磷脱氮生化反应的大步提升；生物反应效能提升20％以上，促成污水氮磷污染物的达标排放。

Description

除磷脱氮颗粒污泥生物反应器

技术领域本发明属于污水生物处理技术领域，特别是涉及一种污水生物除磷脱氮工艺过程应用的除磷脱氮颗粒污泥生物反应器。

背景技术在污水生物处理的活性污泥法中，除磷脱氮是一项较为复杂的工艺技术，随着防治水体富营养化进程的加快，越来越多的给排水科技工作者将目光投向了除磷脱氮。近年有不少科研成果和专利技术问世，如由厌氧-好氧-缺氧构成的短程脱氮技术，A₂N硝化除磷技术等等。但这些技术仅着力于生物化学反应，对如何从整体上提升生物反应器的综合效能还未见报导。生物反应器是一个综合体系，除生物化学反应外，还包括物料分配，质量和能量的传递等重要环节。

传质，即质量的传递是活性污泥***的构成要件。在活性污泥***中存在着两种传质过程，一是氧气从空气向污水中传递，二是有机物从污水向微生物菌体的传递，如能使二者共同提高，生物进程便可大大加快。

在活性污泥***中，如条件适宜可形成好氧、厌氧等多种颗粒污泥，颗粒污泥是颗粒状的微生物聚集体，粒径在2～8mm之间，由多种微生物聚集形成，大量反硝化聚磷菌与硝化菌在颗粒污泥中的富集，使其具有强大的生物活性。试验表明，好氧颗粒污泥对氨氮和磷的去除率可达到97％以上。

在活性污泥法中，生物反应器内混合液的流动处于湍流状态，湍流运动能促进物质间的混合，提高扩散速率。较之以分子扩散，湍流传质将增大万倍之多。但湍流是一种散乱的流动状态，特别在曝气器后，水流旋滚翻腾，大大小小的涡旋充塞着水体，外观十分紊乱，人们常以“紊流”予以称谓。难以驾驭的紊流会使反应器效能低下。

因颗粒污泥的聚结增大有赖于湍流条件下生物体的碰撞聚集。好氧颗粒污泥的形成过程，除生化条件外，反应器的流体力学性能是其重要的因素。好氧颗粒污泥的形成能提高反应器的生物浓度，对提高其工作效能，确保生物过程高效稳定的运行具有重要意义。

发明内容针对当前活性污泥法除磷脱氮中存在的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、工作效率高的除磷脱氮颗粒污泥生物反应器。该反应器能加快生物反应速度，提高生物反应器效能，加速形成颗粒污泥。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下，一种除磷脱氮颗粒污泥生物反应器；在生物反应池内设有相互错位的多级隔板，隔板将生物反应池划分成缺氧区、厌氧区和好氧区；其特征在于：缺氧区、厌氧区、好氧区的过水断面上设有网板；生物反应池从污水流入端至流出端的排序依次为缺氧区、厌氧区及好氧区，好氧区后的出流管连接二沉池。

由于生物反应池内缺氧区、厌氧区及好氧区各反应区的生物化学反应进程不同，优势菌种及其成长环境不同，因此对生物反应池的各反应区进行分格，缺氧区和厌氧区各设两个格，好氧区设五个格，即缺氧区包括第一缺氧区与第二缺氧区；厌氧区包括第一厌氧区与第二厌氧区；好氧区包括第一好氧区、第二好氧区、…与第五好氧区。

好氧区的分格数量根据处理规模和污水性质而定不局限于五格。

污水配水管与第一缺氧区、第一厌氧区及第一好氧区相接，向第一缺氧区、第一厌氧区及第一好氧区配注待处理的污水。进入各个反应区的污水比例按污水性质分配。

根据污水的性质，污水配水管还与第二、三、四好氧区相接，直接向第二、三、四好氧区配注待处理的污水。

缺氧区、厌氧区及好氧区各个反应区结构基本相同，但缺氧区与厌氧区不进行曝气，仅在好氧区进行曝气。缺氧区、厌氧区及好氧区的前端反应区过水断面设置的网板数量多于后端反应区过水断面设置的网板数量。以缺氧区为例：如，第一缺氧区的过水断面设有6～12块网板或更多，第二缺氧区的过水断面则设置3～6块网板或略多。

二沉池的回流活性污泥经回流污泥管与第一缺氧区相接，将回流活性污泥集中一次性进入第一缺氧区。

本发明在活性污泥法除磷脱氮工艺的基础上，在缺氧区，厌氧区和好氧区各自不同的过水断面上加设网板，从而接植入生物膜的种种效能，解决了反应池中主导菌种的培育问题，并为各种类型的颗粒污泥培育创造条件。应用本发明处理污水，是通过优化传质效果、物料平衡、将生物膜与活性污泥法结合起来，促成颗粒污泥加快形成，从而实现生物反应器效能的整体提升，达到除磷脱氮高效便捷的目的。

生物脱氮的主体菌种硝化菌是化能自营型细菌。其动力学参数μN和KN都很低，不到异养细菌的1/10，很难在活性污泥***中形成优势种群，影响脱氮效率的提高。但微生物都有附着于固体表面繁殖生长的趋势，网格的设置为世代周期较长的硝化菌创造了一个良好的培育条件，也为生物膜法与活性污泥法的结合提供了可能。

本发明从絮凝原理出发，利用网板改变流动环境和凝聚条件，促成好氧或厌氧颗粒污泥在反应器中形成，提高了反应器的生物量实现了除磷脱氮生化反应的大步提升。根据生物絮凝原理，本发明颗粒污泥培育区其过网流速控制在0.1～0.3m/s。

网板的作用在于：

第一，过流断面网板后的流场将发生接近于各向同性湍流的改变，网板调整并优化各相应区域的湍流流场，网板的设置将改变湍流的结构和能量分配格局。湍流的传质过程也将随网板的设置而得以调整和优化，使其有利于传质和生物絮体的凝聚，以提高反应器的各种效能，并进而形成颗粒污泥的生化反应***。

第二，稳定水流结构以提高能量的利用水平；

第三，为生物膜的生长提供载体，使生物膜法与活性污泥法有机的结合起来；

第四，营造流体动力学环境，以加快不同种类颗粒污泥的形成。

本发明的颗粒污泥形成机理为：

第一，网板的设置为生物膜的生长创造了良好载体，随着生物膜在网板上的生长膨大，网板的过水断面逐渐减小，过网流速和水流剪切力也逐渐增加，部分生物膜将会剥落进入水体。

第二，由于网板是依据生物絮凝原理设计的，自网板上剥落的生物膜在网后流场的湍流脉动和涡旋卷带下，就会成为生物絮凝的核心而不断增大，最后成长为颗粒污泥。

本发明已经用于实验三年多，本发明用于污水处理，与现阶段的活性污泥法除磷脱氮工艺比较，生物反应效能提升20％以上，促成污水氮磷污染物的达标排放。本发明显著节约投资和能耗。因为活性污泥的颗粒化不仅大大提高了反应池的生物量，减小反应器容积，还将提高二沉池的设计负荷和出水水质，有助于缺水地区的污水回用，经济效益明显。

附图说明图1是本发明的结构及流程示意图，

图2是反应池的结构示意图，

图3是网板在各流道设置的立体示意图。

图中：1-缺氧区，101-第一缺氧区，102-第二缺氧区，2-厌氧区，201-第一厌氧区，202-第二厌氧区，3-好氧区，301-第一好氧区，302-第二好氧区，303-第三好氧区，304-第四好氧区，305-第五好氧区，4-二沉池，5-网板，501-前端网板，502-后端网板，6-污水配水管，7-回流污泥管，8-生物反应池，9-隔板，10-出流管。

具体实施方式如图1至图3所示：一种除磷脱氮颗粒污泥生物反应器；包括设在生物反应池8内的相互错位的多级隔板9，隔板9将生物反应池8划分成缺氧区1、厌氧区2和好氧区3；缺氧区1、厌氧区2、好氧区3的过水断面上设有数块网板5；生物反应池8从污水流入端至流出端的排序依次为缺氧区1、厌氧区2及好氧区3，好氧区3后面经出流管10连接二沉池4。

为了适应生物反应器各反应池的生物化学反应进程，适应优势菌种及其成长环境，缺氧区1、厌氧区2与好氧区3内设有隔板9，隔板9将生物反应池8的进行分格；缺氧区1分为第一缺氧区101与第二缺氧区102；厌氧区2分为第一厌氧区201与第二厌氧区202；好氧区3分为第一好氧区301、第二好氧区302、第三好氧区303、第四好氧区304与第五好氧区305。

污水配水管6与第一缺氧区101、第一厌氧区201及第一好氧区301相接，向第一缺氧区、第一厌氧区及第一好氧区配注待处理的污水。进入各个反应区的污水比例按污水性质分配。

根据污水的性质，污水配水管6还与第二好氧区302、第三好氧区303和第四好氧区相接304，直接向第二、三、四好氧区配注待处理的污水。

缺氧区1、厌氧区2及好氧区3各个反应区结构基本相同；参见图2：缺氧区1、厌氧区2及好氧区3的各区前端反应区过水断面设置的网板5数量多于各区后端反应区过水断面设置的网板5数量。换言之，前端反应区过水断面设置的网板5分布相对密集，即前端反应区网板5的间距密集；后端反应区过水断面设置的网板5分布相对稀疏，即后端反应区网板5的间距较前端反应区网板的5间距稀疏。

本实施例的第一缺氧区101的过水断面或者说第一缺氧流道101设有六块网板5，第二缺氧区102的过水断面或者说第二缺氧流道101设置三块网板5；

本实施例的第一厌氧区201的过水断面2设有六块网板5，第二厌氧区202的过水断面设置三块网板5；

本实施例的第一好氧区301的过水断面3设有六块网板5，第二好氧区302、第三好氧区303、第四好氧区305与第五好氧区305的过水断面分别设置三块网板5。

在生物反应池8中依据被处理污水的规模及性质，各反应区设置的网板5其数量是可调节的，并不限于实施例所列举的数量。待处理的污水从污水配水管6进入第一缺氧流道101经过该流道设置的网板5后流入第二缺氧流道102，再通过第二缺氧流道102及其该流道102内设置的网板5流入第一厌氧区201，这部分经缺氧区2处理的污水又与从污水配水管6进入第一厌氧区201的未曾处理的污水汇流，通过第一厌氧区201过水断面设置的网板5流入第二厌氧区202，…以此类推；在最末流道即第五好氧区305完成处理的污水通过与二沉池4相接的出流管10进入二沉池4。

参见图1：经二沉池4沉淀浓缩后回流活性污泥经回流污泥管7与第一缺氧区101相接，将回流活性污泥集中一次性进入第一缺氧区。

网板5材质不限，只要对微生物没有毒害作用即可。一般可由塑料板切割拉制而成。网孔方形、菱形、多边型均可，形状不限。

网板5按网孔尺寸大小分为两种，前端网板501和末端网板502；前端网板501网孔为30mm×30mm；后端网板502网孔为50mm×50mm。

为便于生物膜生长促使颗粒污泥形成，前端网板501在各反应区的起始流道设置，后端网板502在各反应区的后续流道中设置；参见图2：第一缺氧区101、第一厌氧区201和第一好氧区301的过水断面设置前端网板501；第二缺氧区102、第二厌氧区202、第二好氧区302、第三好氧区303、第四好氧区304及第五好氧区305的过水断面设置后端网板502。

Claims (10)

1.一种除磷脱氮颗粒污泥生物反应器；包括设在生物反应池内的相互错位的多级隔板，隔板将生物反应池划分成缺氧区、厌氧区和好氧区；其特征在于：所述缺氧区(1)、所述厌氧区(2)、所述好氧区(3)的过水断面上设有数块网板(5)；所述生物反应池(8)从污水流入端至流出端的排序依次为所述缺氧区(1)、所述厌氧区(2)及所述好氧区(3)，所述好氧区(3)后面经出流管(10)连接二沉池(4)。

2.如权利要求1所述的一种除磷脱氮颗粒污泥生物反应器，其特征在于：所述缺氧区(1)、所述厌氧区(2)与所述好氧区(3)内设有隔板(9)，所述隔板(9)将所述缺氧区(1)分为第一缺氧区(101)与第二缺氧区(102)；所述隔板(9)将厌氧区(2)分为第一厌氧区(201)与第二厌氧区(202)；所述隔板(9)将所述好氧区(3)分为第一好氧区(301)、第二好氧区(302)、第三好氧区(303)、第四好氧区(304)与第五好氧区(305)。

3.如权利要求2所述的一种除磷脱氮颗粒污泥生物反应器，其特征在于：污水配水管(6)与所述第一缺氧区(101)、所述第一厌氧区(201)及所述第一好氧区(301)相接。

4.如权利要求3所述的一种除磷脱氮颗粒污泥生物反应器，其特征在于：所述污水配水管(6)与所述第二好氧区(302)、所述第三好氧区(303)和所述第四好氧区相接(304)。

5.如权利要求2所述的一种除磷脱氮颗粒污泥生物反应器，其特征在于：所述缺氧区(1)、所述厌氧区(2)及所述好氧区(3)各区前端反应区过水断面设置的所述网板(5)数量多于各区后端反应区过水断面设置的所述网板(5)数量。

6.如权利要求2所述的一种除磷脱氮颗粒污泥生物反应器，其特征在于：所述网板(5)包括前端网板(501)和末端网板(502)；所述前端网板(501)网孔为30mm×30mm；所述后端网板(502)网孔为50mm×50mm。

7.如权利要求6所述的一种除磷脱氮颗粒污泥生物反应器，其特征在于：所述第一缺氧区(101)、所述第一厌氧区(201)和所述第一好氧区(301)的过水断面设置所述前端网板(501)；所述第二缺氧区(102)、所述第二厌氧区(202)、所述第二好氧区(302)、所述第三好氧区(303)、所述第四好氧区(304)及所述第五好氧区(305)的过水断面设置所述后端网板(502)。

8.如权利要求7所述的一种除磷脱氮颗粒污泥生物反应器，其特征在于：所述第一缺氧区(101)、所述第一厌氧区(201)和所述第一好氧区(301)的过水断面设置的所述前端网板(501)分别是六块；所述第二缺氧区(102)、第二厌氧区(202)、所述第二好氧区(302)、所述第三好氧区(303)、所述第四好氧区(304)及所述第五好氧区(305)的过水断面设置的所述后端网板(502)分别是三块。

9.如权利要求2至8任意一项所述的一种除磷脱氮颗粒污泥生物反应器，其特征在于：所述二沉池(4)经回流污泥管(7)与所述第一缺氧区(101)相接。

10.如权利要求9所述的一种除磷脱氮颗粒污泥生物反应器，其特征在于：所述网板(5)是设有方形/菱形/多边形网孔的塑料板。

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