CN107879487B - 一种生物脱氮一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种生物脱氮一体化装置。一体化装置包括锥形底部、外筒、内筒、内腔（上）、内腔（下）、顶盖；内腔（上）从上至下依次由侧壁开孔的中空圆筒、中空平台和圆锥台面构成，中空圆筒上端密闭、下端嵌于中空平台内，中空平台四周布置法兰接口螺孔，圆锥台面的上端和下端内径分别为中空圆筒的1.5~2倍和2~4倍；内腔（下）从下至下依次由内腔法兰、侧壁开孔的上圆柱面、中空的倒圆锥台面、下圆柱面构成，内腔法兰与所述中空平台的尺寸相同，上圆柱面的内径与中空圆筒相同，倒圆锥台面的上端直径与上圆柱面相同、下端直径与下圆柱面相同，下圆柱面的内径为上圆柱面的3~6倍。本发明具备结构紧凑、流态优化、上下分区、分层内循环的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物脱氮一体化装置，属于污废水处理领域。
背景技术
高浓度有机氮废水主要来源于农药、医药、制革、染料、橡胶、石油等行业，而且排放量呈逐年增大的趋势。有机氮工业废水大多具有难降解、有毒、低碳氮比、成分复杂、高色度等特点。由于该污水中含有大量有机氮化物及结构复杂的难降解有机物，其断键破坏需要较大能量；而且有机氮化物分解生成氨氮产物，导致氨氮浓度升高，形成后续处理难题。尽管传统物化及生化方法被开发用于处理高浓度有机氮工业废水，但是也存在降解不彻底、处理效果低、处理成本高、能耗大等问题。一般而言，生活污水氨氮浓度也在30~50mg/L左右，而且氨氮和总氮等指标的排放限值日趋严格。如何经济高效处理生活污水使其氨氮和总氮指标达到排放要求，也是当前脱氮技术面临的主要挑战之一。
传统的脱氮工艺是利用氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)将氨氮依次氧化成亚硝态氮和硝态氮；在反硝化阶段，反硝化细菌以有机物作为电子供体，将硝态氮还原为氮气去除。然而，这种传统的硝化/反硝化生物脱氮工艺的流程长、曝气量大、需要外加碳源、污泥产量也较高，其与除磷工艺在污泥停留时间和碳源的供给上存在着很难调和的矛盾，氮和磷的去除难以兼顾，很难同时达到排放标准。
因此许多新型脱氮工艺应运而生，在这些新型生物脱氮工艺中，基于亚硝化的全程自养脱氮工艺(Completely Autotrophic Nitrogen-removal Over Nitrite, CANON)被认为是目前最为简捷的脱氮工艺。在这一新型脱氮工艺中，AOB与厌氧氨氧化菌(Anammox菌)在同一个反应器中共存，由于AOB是好氧菌，以氧气作为电子受体，将部分NH4+-N氧化为NO2--N；Anammox菌属于厌氧菌，以亚硝酸化产生的NO2--N作为电子受体，与未参与亚硝化的NH4+-N反应，生成N2而释出。相比于传统脱氮工艺，可以节省63%的氧和将近100%的外加碳源，是一种非常节能、经济的脱氮工艺，具有广阔的应用前景。
但新型脱氮工艺目前主要采用UASB反应器或SBR反应器，反应器内分区不明显，颗粒污泥浓度难以维持，污泥颗粒化效果不好，水中溶解氧的含量很难控制，不利于AOB与Anammox菌同时高效作用，且能耗较大，过程难以控制，脱氮效果不好。本发明针对上述问题开发了一种生物脱氮一体化装置，其污泥回流***可以维持装置内较高的污泥浓度，污泥颗粒化程度高、一体化程度高、运行操作简便，具有结构简单紧凑、占地面积小、环境友好、经济高效、脱氮效果好等优点。
发明内容
本发明要解决的问题就在于：针对现有技术工艺流程长、曝气量大、需要外加碳源、污泥产量较高、颗粒污泥浓度难以维持、过程难控制等问题，本发明提供一种生物脱氮一体化装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种生物脱氮一体化装置，它包括锥形底部、外筒、内筒、内腔（上）、内腔（下）、顶盖；所述生物脱氮一体化装置的外部结构从上至下依次为顶盖、内筒、外筒、锥形底部；所述内筒外径小于外筒的内径；所述内筒的内部上下分层；所述内腔（上）和内腔（下）为中心对称结构，且分别位于内筒的上层和下层；所述内腔（上）从上至下依次由侧壁开孔的中空圆筒、中空平台和圆锥台面构成；所述中空圆筒上端密闭，下端嵌于中空平台内；所述中空平台四周布置法兰接口螺孔；所述圆锥台面的上端和下端内径分别为中空圆筒的1.5~2倍和2~4倍；所述内腔（下）从下至下依次由内腔法兰、侧壁开孔的上圆柱面、中空的倒圆锥台面、下圆柱面构成；所述内腔法兰与所述中空平台的尺寸相同；所述上圆柱面的内径与中空圆筒相同；所述倒圆锥台面的上端直径与上圆柱面相同，下端直径与下圆柱面相同；所述下圆柱面的内径为上圆柱面的3~6倍；所述下圆柱面的外侧面均布固定支架；所述固定支架的外端嵌于支座内。
所述锥形底部由下端出口、锥体和法兰构成。
所述外筒由上法兰、圆柱面和下法兰构成；所述圆柱面外侧靠上位置设置出水管。
所述内筒由上法兰、圆柱面和底盘构成；所述圆柱面外侧四周均匀分布8根立管；所述立管在不同高度位置穿过并伸进圆柱面内部；所述圆柱面的下部对称设置两根出水立管；所述出水立管伸至内腔（下）的下圆柱面以里位置，并直角延伸至内腔（下）的中部；所述圆柱面的内壁四周均匀布置两层或多层支座。
所述内腔（上）通过连接杆固定于内腔（下）的上方；所述连接杆两端分别穿过中空平台和内腔法兰。
所述顶盖由法兰盖板、电机、传动轴、两个及以上的桨片构成；所述电机安装于顶盖的上方；所述传动轴从上至下依次穿过法兰盖板、内腔（上）和内腔（下）的中心，伸至内筒的底部；所述桨片固定在传动轴上，可以分别位于内筒的底部、下圆柱面的内部、内腔（下）的上部、内腔（上）的上方。
与现有技术相比本发明的优点就在于：本发明针对上述问题开发了一种生物脱氮一体化装置，其污泥回流***可以维持装置内较高的污泥浓度，污泥颗粒化程度高、一体化程度高、运行操作简便，具有结构简单紧凑、占地面积小、环境友好、经济高效、脱氮效果好等优点。
本生物脱氮一体化装置采用两点曝气，分别在内腔（上）、内腔（下）里面曝气，控制不同的溶解氧浓度，且本装置具有污泥回流***，可以维持高浓度的颗粒污泥，提高脱氮效果，本装置结构简单紧凑、占地面积小、成本低、维护方便。综上，本发明具备结构紧凑、流态优化、上下分区、分层内循环的特点，具备反应区高度集成、分区明显的特点，具有污泥浓度高、脱氮效率高、易于控制、能耗低、占地面积小、环境友好等优点。
附图说明
图1是一种生物脱氮一体化装置结构示意图。
图2是锥形底部的结构示意图。
图3是外筒的结构示意图。
图4是内筒的结构示意图。
图5是内腔（上）的结构示意图。
图6是内腔（下）的结构示意图。
图7是顶盖的结构示意图。
图8是一种生物脱氮一体化装置示意图。
图例说明
[1] 锥形底部
[1-1] 下端出口 [1-2] 锥体 [1-3]法兰
[2] 外筒
[2-1] 上法兰 [2-2] 出水管 [2-3] 下法兰
[2-4] 圆柱面
[3] 内筒
[3-1] 上法兰 [3-2] 圆柱面 [3-3] 底盘
[3-4] 立管 [3-5] 出水立管 [3-6] 支座
[4] 内腔（上）
[4-1] 中空圆筒 [4-2] 中空平台 [4-3]圆锥台面
[5]内腔（下）
[5-1] 内腔法兰 [5-2] 上圆柱面 [5-3] 倒圆锥台面
[5-4] 下圆柱面 [5-5] 固定支架
[6]顶盖
[6-1] 盖板 [6-2] 电机 [6-3] 传动轴
[6-4] 桨片
具体实施方式
如图1所示，制作一台小试规模的生物脱氮一体化装置，包括锥形底部、外筒、内筒、内腔（上）、内腔（下）、顶盖，其外部结构从上至下依次为顶盖、内筒、外筒、锥形底部。内筒外径160 mm，高334 mm，外筒内径220 mm，高320 mm；内筒的内部上下分层。如图2所示，锥形底部由下端出口（直径6mmm，长20 mm）、锥体（直径220 mm，高50 mm）和法兰（直径310 mm）构成。
如图3所示，外筒由上法兰（直径310 mm）、圆柱面（直径220 mm，高320 mm）和下法兰（直径310 mm）构成；圆柱面外侧距上法兰60 mm处设置出水管。如图4所示，内筒由上法兰（直径310 mm）、圆柱面（直径160 mm，高334 mm）和底盘（直径160 mm）构成；圆柱面外侧四周均匀分布8根立管（直径10 mm）；立管在不同高度位置穿过并伸进圆柱面内部；圆柱面的下部（距底盘16 mm）对称设置两根出水立管；出水立管伸至内腔（下）的下圆柱面以里位置，并直角延伸至内腔（下）的中部；圆柱面的内壁四周均匀布置两层支座（离底盘106 mm、130mm）。
如图5、图6所示，内腔（上）和内腔（下）为中心对称结构，且分别位于内筒的上层和下层；内腔（上）从上至下依次由侧壁开孔的中空圆筒（直径48 mm，高30 mm）、中空平台（直径80 mm）和圆锥台面（上直径80 mm，下直径100 mm，高24 mm）构成；中空圆筒上端密闭，下端嵌于中空平台内；中空平台四周布置法兰接口螺孔；内腔（下）从上至下依次由内腔法兰（直径80 mm）、侧壁开孔的上圆柱面（直径48 mm，高30 mm）、中空的倒圆锥台面（上直径80mm，下直径128 mm，高30 mm）、下圆柱面（直径128 mm，高80 mm）构成；下圆柱面的外侧面均布固定支架（长15 mm）；固定支架的外端嵌于支座(长10 mm)内。内腔（上）通过连接杆固定于内腔（下）的上方；所述连接杆两端分别穿过中空平台和内腔法兰。
如图7所示，顶盖由法兰盖板（直径310 mm）、电机、传动轴、两个桨片构成；电机安装于顶盖的上方；传动轴从上至下依次穿过法兰盖板、内腔（上）和内腔（下）的中心，伸至内筒的底部；桨片固定在传动轴上，可以分别位于内筒的底部、下圆柱面的内部。
该装置由有机玻璃制作，用碳酸氢铵配制模拟废水，控制进水氨氮与总氮浓度为100 mg/L，控制水力停留时间为6小时，内腔（上）内部的溶解氧控制在0.2 mg/L左右，内腔（下）内部的溶解氧控制为0.05mg/L左右。采用活性污泥、消化污泥和Anammox污泥按1:2:3配制的混合污泥接种，维持运行温度为35℃，连续运行2个月后出水总氮去除率达78%以上。
Claims (4)
1.一种生物脱氮一体化装置，其特征在于由锥形底部(1)、外筒(2)、内筒(3)、内腔上(4)、内腔下(5)、顶盖(6)构成；所述生物脱氮一体化装置的外部结构从上至下依次为顶盖(6)、内筒(3)、外筒(2)、锥形底部(1)；所述锥形底部(1)由下端出口(1-1)、锥体(1-2)和法兰(1-3)构成；所述外筒(2)由上法兰(2-1)、圆柱面(2-4)和下法兰(2-3)构成；所述圆柱面(2-4)外侧靠上位置设置出水管(2-2)；所述内筒(3)外径小于外筒(2)的内径；所述内筒(3)的内部上下分层；所述内腔上(4)和内腔下(5)为中心对称结构，且分别位于内筒(3)的上层和下层所述内腔上(4)从上至下依次由侧壁开孔的中空圆筒(4-1)、中空平台(4-2)和圆锥台面(4-3)构成；所述中空圆筒(4-1)上端密闭，下端嵌于中空平台(4-2)内；所述中空平台(4-2)四周布置法兰接口螺孔所述圆锥台面(4-3)的上端和下端内径分别为中空圆筒(4-1)的1.5～2倍和2～4倍；所述内腔下(5)从上至下依次由内腔法兰(5-1)、侧壁开孔的上圆柱面(5-2)、中空的倒圆锥台面(5-3)、下圆柱面(5-4)构成；所述内腔法兰(5-1)与所述中空平台(4-2)的尺寸相同；所述上圆柱面(5-2)的内径与中空圆筒(4-1)相同；所述倒圆锥台面(5-3)的上端直径与上圆柱面(5-2)相同，下端直径与下圆柱面(5-4)相同；所述下圆柱面(5-4)的内径为上圆柱面的3～6倍；所述下圆柱面(5-4)的外侧面均布固定支架(5-5)；所述固定支架(5-5)的外端嵌于支座(3-6)内。
2.根据权利要求1所述的生物脱氮一体化装置，其特征在于：所述内筒(3)由上法兰(3-1)、圆柱面(3-2)和底盘(3-3)构成；所述圆柱面(3-2)外侧四周均匀分布8根立管(3-4)；所述立管(3-4)在不同高度位置穿过并伸进圆柱面(3-2)内部；所述圆柱面(3-2)的下部对称设置两根出水立管(3-5)；所述出水立管(3-5)伸至内腔下(5)的下圆柱面(5-4)以里位置，并直角延伸至内腔下(5)的中部；所述圆柱面(3-2)的内壁四周均匀布置两层或多层支座(3-6)。
3.根据权利要求1所述的生物脱氮一体化装置，其特征在于：所述内腔上(4)通过连接杆固定于内腔下的上方所述连接杆两端分别穿过中空平台(4-2)和内腔法兰(5-1)。
4.根据权利要求1所述的生物脱氮一体化装置，其特征在于：所述顶盖(6)由法兰盖板(6-1)、电机(6-2)、传动轴(6-3)、两个及以上的桨片(6-4)构成；所述电机(6-2)安装于顶盖(6)的上方；所述传动轴(6-3)从上至下依次穿过法兰盖板(6-1)、内腔上(4)和内腔下(5)的中心，伸至内筒(3)的底部；所述桨片(6-4)固定在传动轴(6-3)上，分别位于内筒(3)的底部、下圆柱面(5-4)的内部、内腔下(5)的上部、内腔上(4)的上方。
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