一體化生物脫氮反應器的製作方法

2023-05-29 01:49:46 1

專利名稱：一體化生物脫氮反應器的製作方法
技術領域：
本發明是一種處理含氮有機廢水的一體化反應器，同時去除有機物、氮等多種汙染物。適用於工業廢水、城市汙水等一切有機廢水的處理。
背景技術：
廢水脫氮方法包括物化和生物方法，一般對於處理含氮有機廢水，生物方法更為經濟。作為傳統的生物脫氮方法-A/O法，脫氮反應一般需要經過兩個生物反應過程硝化反應(好氧過程)和反硝化反應(缺氧過程)，硝化反應和反硝化反應必須分別在一個獨立的操作單元中完成。該工藝涉及三個分離的操作單元，兩個回流系統(混合液回流和汙泥回流)，對於大中型汙水處理廠來說，該工藝用於廢水脫氮有著非常重要的實際意義。但是對於小規模的工業廢水和城市汙水來說，該工藝過於龐大、複雜，佔地面積大，尤其是在現代化大都市，開發一種佔地省、能耗低的低成本脫氮工藝和反應器成為必然趨勢。目前，一些新型脫氮技術如厭氧氨氧化、好氧反硝化等出現，這些技術可以大量節約有機碳源、節省能耗，但是這些技術還不成熟，微生物作用機理及控制條件還不完全清楚，推廣應用還存在困難。
國外已經出現並開始應用了一體化脫氮反應器，如法國Lesouef的BIOSTYR(專利號US5795481)、德國Theo.Sthler的Biotank(專利號US006039873A)、斯洛維尼亞M． 和新加坡P.C.Chui的一體化脫氮反應器。BIOSTYR反應器為上流式反應器，其下部為流化床，上部為固定床，採用的填料為密度和大小不一的懸浮式球狀填料，解決了濾池易堵塞、經常反衝洗的問題，同時，根據原水情況和處理深度，可以增加和減少已經掛好膜的填料用量。斯洛維尼亞M． 和新加坡P.C.Chui將具有水解酸化功能的厭氧顆粒汙泥床和具有硝化反硝化功能的生物濾池組合成為一體化水解脫氮反應器，用於處理製藥廢水和高氨氮有機廢水。但是，以上各種反應器存在投資成本和運行穩定性等方面的問題，在推廣應用上存在較大的限制。德國Theo. Sthler的Biotank採用懸浮式生長系統和附著式生長系統兩種混合系統，接近水錶為好氧區，反應器底部為缺氧區，廢水由反應器一端進入，另一端出水，通過改變曝氣量和曝氣裝置位置來改變好氧區和缺氧區。該反應器填料上附著生物量受到限制，同時好氧區和缺氧區微生物不斷混合，影響各菌群充分發揮作用，而且產生的剩餘汙泥仍然需要固液分離裝置
發明內容
本發明是在借鑑國內外一體式脫氮反應器和同步反硝化-硝化反應器的基礎上開發出來的(見附圖1)。本發明將硝化單元和反硝化單元功能整合在同一個反應器中，反應器上部為好氧段、下部為缺氧段，其特點是好氧段採用附著式生物生長系統，有利於使生長速度慢的自養菌-硝化菌富集，並成為優勢菌，填料可以是軟性填料、半軟性填料或各種懸浮式生物載體等，由於大部分有機物在缺氧段被去除，因此好氧段反衝洗頻度可以大幅度減少；缺氧段採用懸浮式生物生長系統，主要利用反硝化顆粒汙泥以有機物作為電子供體進行反硝化，體系內汙泥濃度高，剩餘汙泥在缺氧段不需要經過固液分離操作就能進行外排，減小了二沉池體積，同時省去了汙泥回流系統；好氧生物膜系統和缺氧汙泥床系統將硝化菌群和反硝化菌群隔離在反應器的不同高度，保證各菌群能更有效地發揮作用；廢水由反應器底部進入，提供給反硝化所需要的碳源，同時反硝化產生的鹼度可以中和反應器上部好氧段因硝化產生的酸度，保證硝化所需要的pH條件；反應器出水部分回流，將好氧段產生的硝酸鹽提供給反應器下部缺氧段作為電子受體，確保總氮去除；具有以上特徵的一體反應器就是權利要求第一項。
本反應器的好氧段內裝設填料，有利於生長速度慢的自養菌-硝化菌依附於填料快速增長，不至於被生長速度快的異養菌所淘汰，同時提高其抗負荷衝擊能力；缺氧段採用顆粒汙泥床，有利於生長速度快的異養菌-反硝化菌形成顆粒汙泥，確保缺氧段具有很高的汙泥濃度和有機負荷，消減原水中絕大部分有機物，降低有機物對好氧段硝化功能的影響、提高硝化速度，而且還能有效地防止好氧段內填料堵塞情況、降低了好氧段反衝洗次數，同時，由於好氧段和過渡區採用填料的方式，解決了因負荷波動、水質變化等缺氧段可能出現的汙泥流失等問題。一般來說，反硝化菌為異養菌，增殖速度快，如果採用附著型生長方式容易導致反硝化段的堵塞，不利於反應器的穩定運行。由於硝化和反硝化處於同一反應器，因曝氣等作用硝化液局部回流到下部反硝化段，一定程度上提高了脫氮效率；好氧段位於反應器上部，曝氣作用對下部缺氧環境中產生的還原性氣體進行氧化，減少了缺氧環境中可能產生的NO溫室效應氣體和H2S等難聞氣體，提高了感官上的質量。整個反應裝置非常緊湊，省去一些多餘的管道、處理設施及操作程序，降低了能耗並簡化了管理。
好氧段所採用的填料可以為軟性填料、半軟性填料、懸浮式填料等，規格不一，根據市場情況和實際水質選擇合適的填料，有利於反應器運行過程中控制反衝洗的次數，甚至不需要反衝洗；上流式汙泥床中汙泥可以為絮狀汙泥或顆粒汙泥，高的汙泥濃度可以保證缺氧段高生物量，提高反硝化反應速率及負荷。
權利要求第二項規定，反應器由上下兩部分組成，兩者容積比可以根據有機物和氨氮負荷加以調整；中間為過渡區，高度為20～80cm，其中裝設填料；曝氣裝置安裝在過渡區填料之上。曝氣裝置下部設置一段填料作為過渡區，目的是阻擋曝氣產生的局部回流的水流中夾帶的氣泡，為反硝化反應營造更好的缺氧環境；曝氣裝置可以採用微孔曝氣器、穿孔曝氣裝置等，其目的是為好氧微生物提供充足的氧氣，並保證硝化段液體混合均勻。
權利要求第三項規定，通過改變回流位置，使汙泥床的底部一段對顆粒懸浮物及難降解有機廢水具有水解酸化功能。通過改變反應器出水回流位置，使反應器出水從汙泥床中間某一位置進入，可以採用多點進水，使含硝態氮的水不進入到汙泥床下部，保證該部分汙泥床的厭氧環境，從而對原水中難降解有機物先進行水解酸化，為反硝化提供電子供體。
根據原水水質和處理深度，通過改變工藝操作參數，靈活調節好氧和缺氧容積比。由於水體中溶解氧含量和氧化還原電位呈一定的線形關係，因此，在好氧段可以採用DO儀控制。在缺氧段可以採用ORP進行控制。通過簡單的pH、DO和ORP在線監測儀，可以對反應器的運行狀況實施有效的在線監控。例如，當硝化出水pH低於6.8時，硝化反應將會急劇下降，通過投加鹼及時地調節原水pH，控制硝化反應最佳pH7.5～8.2，保證硝化反應順利快速進行。對於處理不同的有機廢水和處理要求，通過改變曝氣裝置位置、曝氣量、汙泥床高度和DO、ORP儀的在線控制，保證合適的好氧和缺氧容積比，以達到預期的處理目的。
在實驗室內，採用該一體反應器處理北京市某小區生活汙水，該生活汙水經過0.3mm篩後，直接進入反應器。反應器從啟動到運行共五個多月，有機物去除、脫氮效果明顯，而且反應速度快，水力停留時間短。反應器DO和ORP分布見附圖2，DO和ORP在過渡區急劇變化，結果說明一體反應器能夠確保好氧和缺氧所需要的反應環境。
所處理的生活汙水水質為CODcr 200～800mg/L；SS 120～350mg/L；TP4.1～5.1mg/L；TN 30～100mg/L；NH3-N 20～90mg/L，鹼度200～400mg/L，pH7.5～8.5。
處理後的水質見下表

當反應器水力停留時間HRT為3.4h、原水CODcr小於250mg/L時，出水氨態氮小於1mg/L、COD為50mg/L左右；氨氮去除負荷和無機氮去除負荷分別為0.37kg/m3.d和0.26kg/m3.d；碳源充足時，反應器脫氮率取決於系統的回流比。


附圖1隻是本專利簡單示意圖，其實現形式根據實際情況調整。原水進入反應器前，需要經過一級處理如採用初沉池、混凝或水解酸化處理。附圖2為本專利反應器正常運行時，溶解氧和氧化還原電位沿反應器高度分布圖，說明採用簡單的在線溶氧儀和在線氧化還原電位計可以對該反應器進行有效地監控。
具體實施例方式
本專利為一體反應器，其實現形式可以是單純升流一體反應器和升流及推流相結合的一體反應器，也可以根據現場條件將好氧段和缺氧段垂直安裝或水平安裝。其工藝運行控制方式採用在線溶解氧儀和氧化還原電位儀聯合控制，同時定期檢測一些常規指標如NO3--N、NH4+-N、TN、CODcr、pH等；溶氧儀主要控制反應器好氧段生物膜系統，氧化還原電位儀主要控制反應器缺氧段汙泥床系統。根據當地、當時的條件，反應器本身材質可以為不鏽鋼和混凝土，尤其對於施工困難的地方，可以將反應器加工為鋼製一體反應器，節省施工費、施工場地等，同時，便於現有住宅小區加設汙水處理設施。
權利要求
1.一種用於處理含氮有機廢水的一體化上流式反應器，其特徵是反應器由上下兩部分組成，下部為懸浮式生物生長系統，其主要功能為反硝化和有機物去除；上部為附著式生物生長系統，其主要功能是好氧硝化和剩餘有機物去除；廢水從反應器底部進入，從反應器上部排出，部分出水回流到反應器下部。
2.反應器上下兩部分的容積比可以改變，中間為過渡區，高度為20～80cm，其中裝設填料；曝氣裝置安裝在過渡區填料之上。
3.通過改變回流位置，使反應器下部汙泥床底部的一段空間對顆粒懸浮物及難降解有機廢水具有水解酸化功能。
全文摘要
一種用於處理含氮有機廢水的一體化上流式生物脫氮反應器，反應器上下部分別為好氧附著式生物生長系統和缺氧懸浮式生物生長系統，下部主要用於反硝化、水解酸化以及有機物的去除，上部主要用於好氧硝化和剩餘有機物去除。好氧、缺氧和厭氧微生物共同棲息於同一反應器中，分別發揮各自的作用；反應器汙泥濃度高，處理負荷高，產生的剩餘汙泥量少，而且大部分剩餘汙泥無須經過固液分離裝置而直接由反應器下部排出，有效地減小了二沉池體積。本一體化反應器具有投資少、能耗低、運行穩定、佔地省、操作簡單、同時去除多種汙染物質的強大功能，適合於小規模城市汙水和工業廢水處理。
文檔編號C02F3/02GK1506322SQ0215522
公開日2004年6月23日 申請日期2002年12月10日 優先權日2002年12月10日
發明者楊敏, 吳成強, 王月紅, 楊 敏 申請人:中國科學院生態環境研究中心