CN113845221A - 一种处理有机氮废水的生物除碳脱氮的一体化反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种处理有机氮废水的生物除碳脱氮的一体化反应器，包括厌氧区、好氧区和缺氧区；所述厌氧区一侧设有进水管，所述厌氧区内设置有第一气升回流***；所述好氧区设有曝气装置，所述曝气装置上方填充生物悬浮填料，所述生物悬浮填料上部设置有第二气升回流***；所述缺氧区顶部设有沉淀区，沉淀区上部设置有出水管；所述厌氧区与好氧区、好氧区与缺氧区间均设有单向流通的单向过水廊道。本发明能够将厌氧消化同时反硝化，亚硝化与厌氧氨氧化在单一反应器内分区，实现厌氧消化同时反硝化、部分亚硝化与厌氧氨氧化反应装置的一体化，只需简单控制就能保证三者的生长环境不相互影响。

Description

一种处理有机氮废水的生物除碳脱氮的一体化反应器
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，特别是涉及一种处理有机氮废水的生物除碳脱氮的一体化反应器。
背景技术
有机氮废水的处理一直是废水处理过程中的难点。常规的生物处理工艺一般采用厌氧或好氧单元将有机物氧化，促使氨氮释放，然后再采用硝化反硝化工艺进行脱氮。在此联合工艺的运行过程中，氨氮的去除是整个工艺能耗和物耗的关键点，主要体现在硝化过程需要提供大量的曝气；反硝化过程则依赖额外的有机物添加。
部分亚硝化-厌氧氨氧化作为一种新型自养生物脱氮技术，是指在好氧的条件下好氧氨氧菌将一半的氨氮转化为亚硝酸盐，然后在厌氧的条件下利用厌氧氨氧化菌将剩余氨氮和亚硝酸盐转化为氮气的生化过程。与传统硝化反硝化工艺相比具有以下优点：(1)仅需将部分氨氮转化为亚硝酸盐，大约节省60％的供气量；(2)整个脱氮过程为自养脱氮，大幅降低了脱氮工艺对有机物的依赖，同时减少了约50％的剩余污泥的产量；(3)整个自养脱氮过程的脱氮效能高，是传统脱氮过程的数十倍，而成本是传统脱氮工艺的十分之一。
然而，部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺中的以好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌为主的功能微生物之间还存在着溶解氧、pH等环境因子需求的矛盾，如何缓解这些矛盾是实现部分亚硝化-厌氧氨氧化高效耦合脱氮的关键。同时，将其应用于有机氮废水的处理，还需避免高浓度有机物引起的异养微生物过度繁殖，与这些脱氮功能微生物争夺溶解氧、亚硝酸盐等底物的问题。
厌氧消化可以快速高效降解高浓度有机物并生成甲烷等生物能源，是实现废水资源化的有效途径，同时可以有效氨化有机氮释放氨氮，创造出适合部分亚硝化-厌氧氨氧化的低碳高氨的水质；另外，部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺在脱氮的同时会产生11％硝酸盐，导致在处理高氨氮废水时很难达标排放，厌氧消化同时反硝化被证明是可行的，利用原水中有机物将此部分硝酸盐氮通过反硝化强化脱氮，既可以提高总氮去除效率，又无需额外的碳源投加。
综上所述，需要研发新型的反应装置，创造出实现厌氧消化、反硝化、部分亚硝化和厌氧氨氧化微生物适宜的环境，实现有机氮废水的高效除碳脱氮处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种处理有机氮废水的生物除碳脱氮的一体化反应器，以解决上述现有技术存在的问题，将厌氧消化同时反硝化，亚硝化与厌氧氨氧化在单一反应器内分区，实现厌氧消化同时反硝化、部分亚硝化与厌氧氨氧化反应装置的一体化，只需简单控制就能保证三者的生长环境不相互影响。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种处理有机氮废水的生物除碳脱氮的一体化反应器，包括厌氧区、好氧区和缺氧区；所述厌氧区一侧设有进水管，所述厌氧区内设置有第一气升回流***；所述好氧区设有曝气装置，所述曝气装置上方填充生物悬浮填料，所述生物悬浮填料上部设置有第二气升回流***；所述缺氧区顶部设有沉淀区，沉淀区上部设置有出水管，所述缺氧区采用上升流方式培养厌氧安阳阿虎颗粒污泥将好氧区出水中的亚硝酸盐和剩余的氨氮转化为氮气，同时产生少量硝酸盐；所述厌氧区与好氧区、好氧区与缺氧区间均设有单向流通的单向过水廊道。
可选的，所述厌氧区内设置有至少一个所述第一气升回流***，第一气升回流***具体数量不做限制，可以设置一个，也可以均匀设置多个，能够根据需要具体设置，所述第一气升回流***包括设置于所述厌氧区内的第一集气罩，所述第一集气罩连通有第一导气管，所述第一导气管末端连接有第一集水池；所述第一集水池通过第一回流下降管与所述厌氧区底部连通。厌氧区可以通过厌氧消化快速实现高浓度有机氮的降解，降低有机物浓度，将氮素形式转化为氨氮，同时可利用原水中的有机物将第二气升回流***的回流液中携带的硝酸盐反硝化，强化脱氮。
可选的，所述好氧区内设置有至少一个所述第二气升回流***，第二气升回流***的数量可以为一个也可以为多个，具体不做限制，当设置有多个第二气升回流***时，其均匀分布于好氧区内，所述第二气升回流***包括分布于所述好氧区内的第二集气罩，所述第二集气罩连接有第二导气管，所述第二导气管末端连接有导流管，所述导流管与所述第二导气管连接端位于第一集水池或第二集水池内；所述导流管远离所述第二导气管的一端位于所述缺氧区顶部的沉淀池内；所述第二集水池连接有第二回流下降管，所述第二回流下降管末端与所述好氧区连通。
可选的，所述好氧区内设置有用于截留亚硝化微生物的悬浮填料，所述悬浮填料能够将厌氧区出水中的氨氮部分或者全部转化为亚硝酸。
可选的，所述第一气升回流***和第二气升回流***能够分别控制回流流量，所述第一气升回流***能够提升厌氧区上升流速，所述第二气升回流***能够提升厌氧区与缺氧区的上升流速。回流液中的亚硝酸盐和硝酸盐利用有机物进行反硝化，大幅降低厌氧区出水有机物浓度和提升反应器脱氮效能；同时平衡厌氧区、好氧区和缺氧区的pH波动，稀释进水氨氮浓度，避免游离氨的毒性抑制。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明将厌氧消化同时反硝化，亚硝化与厌氧氨氧化在单一反应器内分区，实现厌氧消化同时反硝化、部分亚硝化与厌氧氨氧化反应装置的一体化，只需简单控制就能保证三者的生长环境不相互影响。前置厌氧区可以快速降低有机氮废水的碳氮比，降解有机物并且释放氨氮，同时，将亚硝化区的曝气尾气用于气升，实现一体化反应器内的循环回流，有利于厌氧区、好氧区与缺氧区pH的酸碱互补；还能在无需额外能量消耗的情况下，提高厌氧区与缺氧区的上升流速，增加泥水混合条件，促使污泥颗粒化；还能将厌氧氨氧化产生的硝酸盐回流至厌氧区，可充分利用原水中的有机物进行反硝化强化脱氮。实验研究证明，按本发明设计运行的反应器控制条件少且简便易行，能够避免有机物对自养脱氮***的冲击，有利于高效稳定地实现自养生物脱氮，且适应高浓度的进水条件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明处理有机氮废水的生物除碳脱氮的一体化反应器结构示意图；
其中，100、处理有机氮废水的生物除碳脱氮的一体化反应器，1、进水管，2、厌氧区，3、好氧区，4、缺氧区，5、出水管6、导流管，7、导气管，8、第一集水池，9、第二集水池，101、第一集气罩，102、第二集气罩，111、第一回流下降管，112、第二回流下降管，12、曝气装置，13、单向廊道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种处理有机氮废水的生物除碳脱氮的一体化反应器，以解决上述现有技术存在的问题，将厌氧消化同时反硝化，亚硝化与厌氧氨氧化在单一反应器内分区，实现厌氧消化同时反硝化、部分亚硝化与厌氧氨氧化反应装置的一体化，只需简单控制就能保证三者的生长环境不相互影响。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考附图1所示，本发明提供一种处理有机氮废水的生物除碳脱氮的一体化反应器100，反应器总共包括有五个区域，分别为厌氧区2、好氧区3、缺氧区4、第一集水池8和第二集水池9，其中厌氧区2、好氧区3、缺氧区4分别通过单向廊道13连通，单向廊道13顾名思义只能让废水延箭头方向单向流动，厌氧区2一侧连接有进水管1，厌氧区2内设置有至少1个第一集气罩101，该第一集气罩101的另一端与第一集水池8相连通，好氧区3底部设置有曝气装置12，曝气装置12与外部风机连通，好氧区3中间为反应区，反应区填充生物悬浮填料，好氧区3顶部设置有第二集气罩102，第二集气罩102分别与第一集水池8和第二集水池9相连通，第一集气罩101和第二集气罩102结构相同；第一集水池8设置有第一回流下降管111，该第一回流下降管111与厌氧区2连通，第二集水池9设置有第二回流下降管112，该第二回流下降管112与好氧区3连通，第一集水池8和第二集水池9均设置有导气管7和导流管6，导气管7的一端分别与对应的第一集气罩101或第二集气罩102连通，另一端深入到导流管6内，与导流管6连通，导流管6一端与两个集水池连通，另一端与缺氧区4的沉淀区连通，缺氧区4顶部设有沉淀区，沉淀区上部设置有出水管5。
实施例一
本实施例结构包括厌氧区2、好氧区3、缺氧区4和气升回流装置，厌氧区2设有进水管1、厌氧区2和好氧区3均配备集气罩通向顶部第一集水池8、并设有回流下降管；好氧区3设有曝气装置12，好氧区3的反应区填充生物悬浮填料，好氧区3上部由集气罩收集曝气尾气；缺氧区4顶部设有沉淀区，沉淀区上部设置有出水管5；厌氧区2与好氧区3、好氧区3与缺氧区4间均设有单向流通的过水廊道13。
使用时，首先通过泵将高有机氮废水从进水管1泵入一体化反应器装置厌氧区2，在厌氧条件下通过厌氧甲烷化降解有机氮并释放高浓度氨氮，同时第一气升回流***，此处指第一集气罩对厌氧区2气体(甲烷)进行收集，产生回流将厌氧区2部分出水回流至第一集水池8，然后通过第一回流下降管111流至厌氧区2底部，另一部分厌氧出水从顶部溢出，通过单向廊道13进入好氧区3；通过风机将空气从曝气装置12输入好氧区3，好氧区3中的亚硝化菌在有氧的条件下将氨氮部分转化为亚硝氮。然后，含有部分氨氮和亚硝氮的废水通过单向廊道13进入缺氧区4，在厌氧氨氧化菌的作用下将氨氮和亚硝酸盐主要转化为氮气和少量硝酸盐；第二气升回流***基于气升回流原理，利用好氧区3曝气尾气将厌氧区出水回流至第一集水池8或者第二集水池9，第一集水池8的水进入厌氧区进行反硝化，第二集水池9的水进到好氧区3最终实现废水中氮素的自养去除。同时回流液不仅可缓解厌氧区2、好氧区3和缺氧区4生化反应产生的酸碱，维持各区的pH稳定；还可以提升厌氧区2和缺氧区4的上升流速，使污泥处于悬浮状态，有利于颗粒化。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种处理有机氮废水的生物除碳脱氮的一体化反应器，其特征在于：包括厌氧区、好氧区和缺氧区；所述厌氧区一侧设有进水管，所述厌氧区内设置有第一气升回流***；所述好氧区设有曝气装置，所述曝气装置上方填充生物悬浮填料，所述生物悬浮填料上部设置有第二气升回流***；所述缺氧区顶部设有沉淀区，沉淀区上部设置有出水管；所述厌氧区与好氧区、好氧区与缺氧区间均设有单向流通的单向过水廊道。
2.根据权利要求1所述的处理有机氮废水的生物除碳脱氮的一体化反应器，其特征在于：所述厌氧区内设置有至少一个所述第一气升回流***，所述第一气升回流***包括设置于所述厌氧区内的第一集气罩，所述第一集气罩连通有第一导气管，所述第一导气管末端连接有第一集水池；所述第一集水池通过第一回流下降管与所述厌氧区底部连通。
3.根据权利要求2所述的处理有机氮废水的生物除碳脱氮的一体化反应器，其特征在于：所述好氧区内设置有至少一个所述第二气升回流***，所述第二气升回流***包括分布于所述好氧区内的第二集气罩，所述第二集气罩连接有第二导气管，所述第二导气管末端连接有导流管，所述导流管与所述第二导气管连接端位于第一集水池或第二集水池内；所述导流管远离所述第二导气管的一端位于所述缺氧区顶部的沉淀池内；所述第二集水池连接有第二回流下降管，所述第二回流下降管末端与所述好氧区连通。
4.根据权利要求1所述的处理有机氮废水的生物除碳脱氮的一体化反应器，其特征在于：所述好氧区内设置有用于截留亚硝化微生物的悬浮填料，所述悬浮填料能够将厌氧区出水中的氨氮部分或者全部转化为亚硝酸。
5.根据权利要求3所述的处理有机氮废水的生物除碳脱氮的一体化反应器，其特征在于：所述第一气升回流***和第二气升回流***能够分别控制回流流量，所述第一气升回流***能够提升厌氧区上升流速，所述第二气升回流***能够提升厌氧区与缺氧区的上升流速。
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