CN115180720B - 一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气装置及方法，属于废水处理技术领域，其中自释气装置包括中空的装置主体，所述装置主体的内腔分为三个区域，自下而上依次包括水气混合区、生化反应区和沉淀回流区；自释气的方法主要包括：废水自下而上进入、脱氮生化反应以及泥水气三相分离及浮泥减压回流，通过三步完成含氨氮废水的处理作业。本发明结构紧凑，操作方便，便于推广使用；通过上升水流与气流的提升作用，利用文丘里压降效应，完成上浮颗粒污泥自回流释气，无需外源动力，节约成本；利用减压释气原理，避免对颗粒污泥结构的破坏，维持内部菌群结构和活性稳定，从而保证废水处理效果的稳定与可持续。

Description

一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气装置及方法

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气装置及方法。

背景技术

厌氧氨氧化是公认的高效低碳的污水生物脱氮先进技术，相较传统硝化-反硝化脱氮工艺，可大大节约碳源和曝气能耗。厌氧氨氧化菌利用氨氮和亚硝酸转化为氮气，从而完成污水脱氮过程，然而由于厌氧氨氧化菌生长缓慢，功能菌体的有效持留成为厌氧氨氧化技术应用的难题。厌氧氨氧化菌易团聚形成颗粒污泥，从而实现较好的泥水分离，然而厌氧氨氧化颗粒污泥内部易聚集氮气，阻塞内部孔道，引发密度降低，导致颗粒发生上浮，从而随出水流失。现有的工程措施往往采取格栅阻挡，却无法解决颗粒上浮的根本问题；采用人工打捞与机械破碎，费时费力，且容易破坏颗粒自身结构，影响功能微生物活性。

中国发明专利，专利号为201510831107.5，名称为一种缓解厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法，先用磷酸缓冲液冲洗厌氧氨氧化污泥，再将污泥置于含碳酸氢盐(或碳酸盐)、磷酸盐(或磷酸氢盐)和可溶性钙盐的混合液中，进行低匀速搅拌使钙的沉淀物附着于颗粒污泥上，再投入厌氧氨氧化反应器，逐步提高反应器进水中的碳酸氢盐(或碳酸盐)浓度和磷酸盐(或磷酸氢盐)浓度，同时从反应区顶部流加可溶性钙盐溶液。通过反应器的长期运行过程，使反应生产的钙盐沉淀附着于厌氧氨氧化颗粒污泥表面，以增加浮于反应区顶部污泥的密度，提高厌氧氨氧化颗粒污泥的沉降性能，缓解污泥上浮及随出水流失，从而提高反应器内的厌氧氨氧化生物量，最终提升反应器的厌氧氨氧化性能。但是该处理过程中旨在通过添加钙盐沉淀附着于颗粒表面，从而提升颗粒污泥密度，利于沉降，一定程度上会增加处理成本。

中国发明专利，专利号为201711353591.0，专利名称为一种控制高负荷反应器中厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法，属于废水处理领域。在高负荷运行状态的前0～20d即早期，每天向反应器进水中外源添加一定浓度的两种AHLs信号分子混合溶液，之后的时间不再添加AHLs信号分子；本发明能够同时控制高负荷厌氧氨氧化反应器中颗粒污泥上浮流失并提高颗粒污泥的活性，使高负荷反应器保持稳定且较高的脱氮效能。该发明旨在通过添加AHLs信号分子，实现控制污泥上浮并提高活性。

因此，如何开发一种一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气装置，处理过程中不添加任何化学物质，通过反应装置内构件的新设计，基于反应过程产生的自动力来缓解颗粒污泥上浮，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气装置，创新设计三相分离内构件，利用文丘里压降效应实现上浮颗粒污泥的回流与释气，并最终返回到颗粒污泥床层，以解决厌氧氨氧化颗粒污泥易上浮流失的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气装置，包括中空的装置主体，所述装置主体的内腔分为三个区域，自下而上依次包括水气混合区、生化反应区和沉淀回流区。

进一步的，所述水气混合区和生化反应区相连通且直径一致，所述沉淀回流区位于顶部且与生化反应区通过锥形段连通，沉淀回流区的直径大于所述生化反应区的直径；所述生化反应区的高径比为6～10:1。

进一步的，位于底部的所述水气混合区包括主排泥管和进水管，所述主排泥管连接在所述装置主体的底面上，所述主排泥管上安装有排泥阀，所述进水管连接在所述装置主体的侧壁底部，所述进水管的进水端贯穿所述装置主体的侧壁后与含氨氮废水存储器连通，所述装置主体的内腔底面上设置有曝气装置；所述曝气装置包括布气管和曝气头，多个所述曝气头连接在所述布气管上，所述布气管的进气端贯穿所述装置主体的侧壁后与供气装置连通。

进一步的，所述生化反应区Ⅱ包括反应室、厌氧氨氧化颗粒污泥床和取样口，所述装置主体的中间内腔为反应室，所述反应室的主体中央装填有所述厌氧氨氧化颗粒污泥床，装置主体的侧壁安装有取样口，所述反应室的两端分别与水气混合区和沉淀回流区连通。

进一步的，所述沉淀回流区包括侧排泥管、沉淀室和回流管，所述装置主体的顶部内腔为沉淀室，所述沉淀室的底部侧壁安装有侧排泥管，沉淀室的中间侧壁安装有所述回流管，所述沉淀室的中央安装有变径释气管；所述变径释气管的上部连通气室，所述气室的顶部安装有排气管和抽气管，所述变径释气管的中部连接有吸泥管，所述吸泥管位于所述沉淀室的液面下方，所述沉淀室的侧壁上部设置有溢流堰，与所述溢流堰对应的装置主体的侧壁上设置有排水管；所述排气管、抽气管上分别安装有排气阀和抽气阀。

进一步的，所述变径释气管设计为漏斗状，从下到上依次包括斜侧挡板、入口段、收缩段、喉部段和扩散段，所述扩散段与所述气室连通，所述吸泥管连接在所述喉部段上，所述斜侧挡板呈喇叭状布置，且所述入口段与下方的反应室面对面排布。

进一步的，所述变径释气管的入口段与喉部段的直径比为3～5:1。

进一步的，所述斜侧挡板的倾角α为120°～130°，收缩段的夹角β为15°～20°，扩散段的夹角γ为10°～15°。

一种一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气方法，利用如上所述的一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气装置进行废水处理，具体包括以下步骤：

步骤一、废水自下而上进入：含氨氮废水从进水管进入水气混合区，在曝气装置曝气的作用下水气混合并上升；

步骤二、脱氮生化反应：含氨氮废水通过曝气上升到生化反应区，并进入反应室中心填充的厌氧氨氧化颗粒污泥床处，发生短程硝化和厌氧氨氧化生化反应，完成污水生物脱氮作业；

步骤三、沉淀回流：生化反应产生的氮气、曝气、水流、颗粒污泥一同进入顶部的沉淀回流区Ⅲ内，其中水流进入沉淀室，经重力沉降固液分离后，溢流通过溢流堰、排水管排出；部分颗粒污泥碰撞斜侧挡板后经重力沉降返回至反应室内，部分颗粒污泥上浮至沉淀室的液面；上升气流被变径释气管收集，汇聚进入喉部段，产生的负压将浮于液面上方的颗粒污泥经吸泥管倒吸入喉部段中，然后随气流进入扩散段，气体通过排气管排出，经过喉部段减压释气后的颗粒污泥靠重力沉降返回至反应室内，再次参与生化反应。

进一步的，在装置启动初期及颗粒污泥活性失稳时，通过抽气管连通的真空泵工作辅助强化上浮颗粒污泥的回流释气。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明结构紧凑，操作方便，便于推广使用；通过上升水流与气流的提升作用，利用文丘里压降效应，完成上浮颗粒污泥自回流释气，无需外源动力，节约成本；利用减压释气原理，避免对颗粒污泥结构的破坏，维持内部菌群结构和活性稳定，从而保证废水处理效果的稳定与可持续，不会导致反应***因生物量流失而造成崩溃。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气装置示意图；

附图标记说明：Ⅰ、水气混合区；Ⅱ、生化反应区；Ⅲ、沉淀回流区；

1、主排泥管；2、排泥阀；3、布气管；4、曝气头；5、进水管；6、反应室；7、厌氧氨氧化颗粒污泥床；8、取样口；9、侧排泥管；10、沉淀室；11、回流管；12、变径释气管；13、排气管；14、排气阀；15、抽气管；16、抽气阀；17、气室；18、吸泥管；19、溢流堰；20、排水管；

12-1斜侧挡板；12-2、入口段；12-3、收缩段；12-4、喉部段；12-5、扩散段。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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。

如图1所示，一种一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气装置，包括中空的装置主体，所述装置主体的内腔分为三个区域，自下而上依次包括水气混合区Ⅰ、生化反应区Ⅱ和沉淀回流区Ⅲ。

具体的，所述水气混合区Ⅰ和生化反应区Ⅱ相连通且直径一致，所述沉淀回流区Ⅲ位于顶部且与生化反应区Ⅱ通过锥形段连通，沉淀回流区Ⅲ的直径大于所述生化反应区Ⅱ的直径；所述生化反应区Ⅱ的高径比为6～10:1。

位于底部的所述水气混合区Ⅰ包括主排泥管1和进水管5，所述主排泥管1连接在所述装置主体的底面上，所述主排泥管1上安装有排泥阀2，通过控制排泥阀2的开闭，可以实现定期排泥作业；所述进水管5连接在所述装置主体的侧壁底部，所述进水管5的进水端贯穿所述装置主体的侧壁后与含氨氮废水存储器连通，所述装置主体的内腔底面上设置有曝气装置；所述曝气装置包括布气管3和曝气头4，多个所述曝气头4均匀分布并连接在所述布气管3上，曝气方向竖直向上，所述布气管3的进气端贯穿所述装置主体的侧壁后与供气装置连通；工作时，含氨氮废水从进水管5流入，在曝气头4产生的上升气流带动下，混合进入上部的生化反应区Ⅱ中。

所述生化反应区Ⅱ包括反应室6、厌氧氨氧化颗粒污泥床7和取样口8，所述装置主体的中间内腔为反应室6，所述反应室6的主体中央装填有所述厌氧氨氧化颗粒污泥床7，装置主体的侧壁安装有取样口8，所述反应室6的两端分别与水气混合区Ⅰ和沉淀回流区Ⅲ连通。工作时，水气混合区Ⅰ中的含氨氮废水与空气混合进入厌氧氨氧化颗粒污泥床7发生脱氮反应，反应过后的水流、气体与颗粒污泥共同进入沉淀回流区Ⅲ。

所述沉淀回流区Ⅲ包括侧排泥管9、沉淀室10和回流管11，所述装置主体的顶部内腔为沉淀室10，所述沉淀室10的底部侧壁安装有侧排泥管9，沉淀室10的中间侧壁安装有所述回流管11，所述沉淀室10的中央安装有变径释气管12；所述变径释气管12的上部连通气室17，所述气室17的顶部安装有排气管13和抽气管15，所述变径释气管12的中部连接有吸泥管18，所述吸泥管18位于所述沉淀室10的液面下方，所述沉淀室10的侧壁上部设置有溢流堰19，与所述溢流堰19对应的装置主体的侧壁上设置有排水管20，处理后的废水经过溢流堰19流出，并经由排水管20排出；具体的，所述排气管13、抽气管15上分别安装有排气阀14和抽气阀16，通过排气阀14和抽气阀16控制管道的开闭。

所述变径释气管12设计为漏斗状，从下到上依次包括斜侧挡板12-1、入口段12-2、收缩段12-3、喉部段12-4和扩散段12-5，所述扩散段12-5与所述气室17连通，所述吸泥管18连接在所述喉部段12-4上，所述斜侧挡板12-1呈喇叭状布置，且所述入口段12-2与下方的反应室6面对面排布。具体的，该变径释气管12的结构为文丘里管结构，当气体或液体在变径释气管12(文丘里管)里面流动，在管道的最窄处，动态压力(速度头)达到最大值，静态压力(静息压力)达到最小值，气体(液体)的速度因为通流横截面面积减小而上升。整个涌流都要在同一时间内经历管道缩小过程，因而压力也在同一时间减小，进而产生压力差，这个压力差用于测量或者给流体提供一个外在吸力，从而实现浮于液面上方的颗粒污泥的吸入沉降作业。

具体的，所述变径释气管12的入口段12-2与喉部段12-4的直径比为3～5:1。所述斜侧挡板12-1的倾角α为120°～130°，收缩段12-3的夹角β为15°～20°，扩散段12-5的夹角γ为10°～15°。

一种一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气方法，利用如上所述的一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气装置进行废水处理，具体包括以下步骤：

步骤一、废水自下而上进入：含氨氮废水从底部的进水管5进入水气混合区Ⅰ，在曝气装置曝气的作用下水气混合并上升；

步骤二、脱氮生化反应：含氨氮废水(300～1000mg-N/L)通过曝气上升到生化反应区Ⅱ，并进入反应室6中心填充的厌氧氨氧化颗粒污泥床7处，发生短程硝化和厌氧氨氧化生化反应，完成污水生物脱氮作业；具体的，污泥浓度为5～10g/L，填充比为30～50％；

步骤三、沉淀回流：生化反应产生的氮气、曝气、水流、颗粒污泥一同进入顶部的沉淀回流区Ⅲ内，其中水流进入沉淀室10，经重力沉降固液分离后，溢流通过溢流堰19、排水管20排出；部分颗粒污泥碰撞斜侧挡板12-1后经重力沉降返回至反应室6内，部分颗粒污泥上浮至沉淀室10的液面；上升气流被变径释气管12收集，汇聚进入喉部段12-4，产生的负压将浮于液面上方的颗粒污泥经吸泥管18倒吸入喉部段12-4中，然后随气流进入扩散段12-5，气体通过排气管13排出，经过喉部段12-4减压释气后的颗粒污泥靠重力沉降返回至反应室6内，再次参与生化反应。其中，变径释气管12的入口段12-2的上升流速为0.5～2.0m/s。

此外，在装置启动初期及颗粒污泥活性失稳时，通过抽气管15连通的真空泵工作辅助强化上浮颗粒污泥的回流释气。

除了自动化控制实现回流释气，还可进行人工参与强化，当吸泥管堵塞或污泥活性降低时，可以通过人工打捞收集上浮厌氧氨氧化颗粒污泥，再采用真空泵实现异位减压释气，再放回至装置本体的内腔中。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气装置，其特征在于：包括中空的装置主体，所述装置主体的内腔分为三个区域，自下而上依次包括水气混合区(Ⅰ)、生化反应区(Ⅱ)和沉淀回流区(Ⅲ)；

所述水气混合区(Ⅰ)和生化反应区(Ⅱ)相连通且直径一致，所述沉淀回流区(Ⅲ)位于顶部且与生化反应区(Ⅱ)通过锥形段连通，沉淀回流区(Ⅲ)的直径大于所述生化反应区(Ⅱ)的直径；所述生化反应区(Ⅱ)的高径比为6～10:1；

所述沉淀回流区(Ⅲ)包括侧排泥管(9)、沉淀室(10)和回流管(11)，所述装置主体的顶部内腔为沉淀室(10)，所述沉淀室(10)的底部侧壁安装有侧排泥管(9)，沉淀室(10)的中间侧壁安装有所述回流管(11)，所述沉淀室(10)的中央安装有变径释气管(12)；所述变径释气管(12)的上部连通气室(17)，所述气室(17)的顶部安装有排气管(13)和抽气管(15)，所述变径释气管(12)的中部连接有吸泥管(18)，所述吸泥管(18)位于所述沉淀室(10)的液面下方，所述沉淀室(10)的侧壁上部设置有溢流堰(19)，与所述溢流堰(19)对应的装置主体的侧壁上设置有排水管(20)；所述排气管(13)、抽气管(15)上分别安装有排气阀(14)和抽气阀(16)；

所述变径释气管(12)设计为漏斗状，从下到上依次包括斜侧挡板(12-1)、入口段(12-2)、收缩段(12-3)、喉部段(12-4)和扩散段(12-5)，所述扩散段(12-5)与所述气室(17)连通，所述吸泥管(18)连接在所述喉部段(12-4)上，所述斜侧挡板(12-1)呈喇叭状布置，且所述入口段(12-2)与下方的反应室(6)面对面排布。

2.根据权利要求1所述的一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气装置，其特征在于：位于底部的所述水气混合区(Ⅰ)包括主排泥管(1)和进水管(5)，所述主排泥管(1)连接在所述装置主体的底面上，所述主排泥管(1)上安装有排泥阀(2)，所述进水管(5)连接在所述装置主体的侧壁底部，所述进水管(5)的进水端贯穿所述装置主体的侧壁后与含氨氮废水存储器连通，所述装置主体的内腔底面上设置有曝气装置；所述曝气装置包括布气管(3)和曝气头(4)，多个所述曝气头(4)连接在所述布气管(3)上，所述布气管(3)的进气端贯穿所述装置主体的侧壁后与供气装置连通。

3.根据权利要求1所述的一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气装置，其特征在于：所述生化反应区(Ⅱ)包括反应室(6)、厌氧氨氧化颗粒污泥床(7)和取样口(8)，所述装置主体的中间内腔为反应室(6)，所述反应室(6)的主体中央装填有所述厌氧氨氧化颗粒污泥床(7)，装置主体的侧壁安装有取样口(8)，所述反应室(6)的两端分别与水气混合区(Ⅰ)和沉淀回流区(Ⅲ)连通。

4.根据权利要求1所述的一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气装置，其特征在于：所述变径释气管(12)的入口段(12-2)与喉部段(12-4)的直径比为3～5:1。

5.根据权利要求1所述的一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气装置，其特征在于：所述斜侧挡板(12-1)的倾角α为120°～130°，收缩段(12-3)的夹角β为15°～20°，扩散段(12-5)的夹角γ为10°～15°。

6.一种一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气方法，其特征在于：利用权利要求1-5任意一项所述的一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气装置进行废水处理，具体包括以下步骤：

步骤一、废水自下而上进入：含氨氮废水从进水管(5)进入水气混合区(Ⅰ)，在曝气装置曝气的作用下水气混合并上升；

步骤二、脱氮生化反应：含氨氮废水通过曝气上升到生化反应区(Ⅱ)，并进入反应室(6)中心填充的厌氧氨氧化颗粒污泥床(7)处，发生短程硝化和厌氧氨氧化生化反应，完成污水生物脱氮作业；

步骤三、沉淀回流：生化反应产生的氮气、曝气、水流、颗粒污泥一同进入顶部的沉淀回流区(Ⅲ)内，其中水流进入沉淀室(10)，经重力沉降固液分离后，溢流通过溢流堰(19)、排水管(20)排出；部分颗粒污泥碰撞斜侧挡板(12-1)后经重力沉降返回至反应室(6)内，部分颗粒污泥上浮至沉淀室(10)的液面；上升气流被变径释气管(12)收集，汇聚进入喉部段(12-4)，产生的负压将浮于液面上方的颗粒污泥经吸泥管(18)倒吸入喉部段(12-4)中，然后随气流进入扩散段(12-5)，气体通过排气管(13)排出，经过喉部段(12-4)减压释气后的颗粒污泥靠重力沉降返回至反应室(6)内，再次参与生化反应。

7.根据权利要求6所述的一体式厌氧氨氧化颗粒污泥自释气方法，其特征在于：在装置启动初期及颗粒污泥活性失稳时，通过抽气管(15)连通的真空泵工作辅助强化上浮颗粒污泥的回流释气。