专利名称：硝化反硝化一体式污水脱氮生物膜反应器的制作方法
技术领域：
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种硝化反硝化一体式生物膜法脱氮反应器。
背景技术：
城市污水二级处理后脱氮率只有20-50％，且出水总氮含量高，对我国的环境污染带来了很大的压力，饮用水中过多的氮直接威胁着人类的身体健康。因此，工业废水和生活污水在排入受纳水体之前，一定要经过严格的脱氮处理，达到安全的排放标准。传统的脱氮工艺是通过硝化和反硝化两个独立的过程来实现的，分别由硝化菌和反硝化菌在不同的反应器中(空间上)，或者同一个反应器中制造间歇的好氧和厌氧环境(时间上)实现氮的去除。传统的脱氮工艺在大中型污水处理厂发挥着重要的作用，但是对于小规模的工业废水和城市污水来说，传统工艺投资费用高、占地面积大、运行管理难度高。近年来，随着人们对生物脱氮过程认识的深入，出现了一些新的生物脱氮理论，例如好氧反硝化、自养反硝化、异养硝化、同时硝化反硝化、短程硝化反硝化以及厌氧氨氧化等。由于好氧反硝化和自养反硝化引起的脱氮量微不足道，以至于无法应用于工程实践，同时异养硝化由于只有当COD/N＞10时才会明显存在，所以工程应用价值也不大。因此，目前研究的重点主要是同时硝化反硝化、短程硝化(亚硝酸型硝化)反硝化和厌氧氨氧化，由此也产生了一系列相应工艺，例如SND、SHARON、OLAND、CANON以及ANAMMOX等。这些技术可以节约碳源和能耗，但是还不够成熟，微生物作用机理及控制条件还不完全清楚，有待进一步研究。
近年来，国内外虽出现了一体化脱氮反应器的专利和应用。如杨敏等发明一种用于处理含氮有机废水的一体化上流式生物脱氮反应器，反应器上下部分别为好氧附着式生物生长系统和缺氧悬浮式生物生长系统。刘俊新等一种一体化立体循环污水生物除磷脱氮反应器及操作方法，反应器由隔板分成内外两部分，内部为混合液循环区，由隔板分成好氧区和缺氧区。国外的专利有，美国的LAMBERT RUSSELLE(US20010992616 20011116)在一个化粪池结构的反应器内使用流化床工艺。日本的TOKIDA SATOSHI(JP20020264812 20020910)采用微生物固定化技术的一体反应器，好氧区固定硝化细菌，厌氧区固定反硝化细菌。但是，这些反应器仍然存在占地面积大、能耗高、需要外加碳源和不便于管理操作等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种占地省、经济简便，同时可以去除有机物和氨氮的硝化反硝化一体式生物膜法脱氮反应器。
本发明提出的硝化反硝化一体式生物膜法脱氮反应器，该反应器呈柱体结构，自上而下由收水系统2、沉淀区14、缺氧区13和曝气反应区11串联组成一体式(其结构如图1所示)，曝气反应区11为一平放的柱体结构，嵌于反应器的下部，其中曝气反应区14由悬浮填料7、曝气管8、进气口9、进水口10和连通孔12组成，悬浮填料7充满曝气反应区14内，曝气管8位于曝气反应区14下部，进气口9和进水口10分别位于曝气反应区14底部，进气口9连接曝气管8，连通孔12位于曝气反应区14顶部；沉淀区14由集气管1、隔泥板5和排泥阀6组成，隔泥板5呈“人”字形结构，人字的顶部开孔，该孔连接集气管1一端，集气管1另一端穿过收水系统2连接外部集气装置，排泥阀6位于沉淀区14外部一侧，并位于隔泥板5下部；收水系统2由排水管3和溢流堰15组成，溢流堰15位于收水系统2下部，排水管3位于收水系统2一侧。
本发明中，隔泥板5为3-6组。
本发明中，曝气管8为1-8根。
本发明中，曝气反应区11的四周设有取样阀4，取样阀4为2-8个。
本发明中，沉淀区14的四周设有取样阀4，取样阀4为2-8个。
本发明中，排泥阀6为2-8个。
本发明的工作过程如下生活污水或工业废水经过预处理后由进水管10进入曝气反应区11。悬浮填料7上的生物膜在曝气管6提供氧气的条件下，以进水中的有机物作为营养物质，一方面生物膜不断地更新，另一方面污水得到了净化。经过初步净化的污水借由连通孔12进入缺氧区13，在缺氧区13进行进一步的脱氮反应。剩余污泥在隔泥板5上沉淀，并在其表面逐渐覆盖形成一层生物膜，可以深度净化废水，降低出水中的SS。沉淀区14的剩余污泥可经排泥阀6定期排出，出水经过溢流堰15由排水管3排出。
本发明的优点如下(1)本发明主反应区是下部的曝气反应区，曝气反应区采用好氧悬浮填料生物膜系统，这有利于生长缓慢的硝化菌的生长繁殖，保证不会在和异养菌的竞争中被淘汰。连续的曝气使填料生物膜的更新速度很快，提高系统抗冲击负荷的能力。
(2)进气口的位置处于反应器下部略微偏上的位置，这样使悬浮填料处于动态的流动中，而且流态均匀，没有死角，动力消耗低。
(3)曝气管上大小合适的孔洞，既有足够的动力填料的悬浮状态，又确保氧的传质，使生物膜表面的异养生物代谢旺盛，降解有机物的能力增加，去除水中大部分的有机物，生成的小分子碳水化合物有利于反硝化细菌的生长，为后续的脱氮反映提供必要条件。
(4)在曝气反应区和沉淀区交界处的缺氧区域进一步强化了反硝化的效果，另外，经隔泥板沉淀的污泥定期可以排出，具有一定的除磷功能。
(5)隔泥板一方面可以起到沉降污泥，改善出水水质的效果，另一方面，隔泥板上附着的生物膜也会起到净化水质的作用。
本发明结合国内外的研究现状，考虑我国污水处理的实际需求，开发了硝化反硝化一体式污水脱氮生物膜反应器，实现有机污染物和氮的同时去除。下部的悬浮填料生物膜系统可以同时完成硝化和反硝化的功能。曝气管位置使填料的流态均匀，动力消耗较低。处于中间的缺氧或厌氧功能区，以污水中的有机物为碳源进一步执行反硝化功能。本发明混合状态很好，不需要外加碳源和碱度，节省资源。折流板的沉淀效果很好，弥补了生物膜工艺出水SS含量高的不足。本发明占地面积小，便于操作管理，节省能耗，同时可以达到去除有机物和脱氮的功能，与实现人类社会可持续发展的观念相契合。
图1为本发明的结构图示。
图中标号1集气管，2收水系统，3排水管，4取样阀，5隔泥板，6排泥阀，7悬浮填料，8曝气管，9进气口，10进水口，11曝气反应区，12连通孔，13，14，沉淀区，15溢流堰。
具体实施例方式
下面结合附图通过实施例进一步描述本发明。
实施例1反应器整体上呈长方体，有两部分构成。下部是一个平放着的圆柱体，为曝气反应区11，曝气反应区11内附着在悬浮填料7，悬浮填料7上的生物膜系统有利于世代时间长的硝化菌群的繁殖，曝气反应区11底部中间偏上的位置设有3根曝气管8，圆柱体上部的弧形板的一半区域开有圆形的连通孔12，以利于反应器内部气流推动悬浮填料呈流动状态，防止气体短流，可以有效地降解有机物，并将氨态氮氧化为硝态氮，内部缺氧和厌氧的微环境使生物膜可以执行部分的反硝化功能。曝气反应区11的底部设有进气口9和进水口10，进气口9连接曝气管8。曝气反应区11的上部以圆柱体的弧形面隔开，向上延伸为一个准长方形，为沉淀区14，内置有3组隔泥板5和1根集气管1，每组隔泥板5均呈“人”字形，其“人”字形的顶部开孔，位于最上部的一组隔泥板5的开孔部位连接集气管1的一端，集气管1向上穿过收水系统2，向外部延伸。沉淀区14的四周分布有4个排泥阀6，且排泥阀6位于隔泥板5下部，通过排泥阀6定期排除污泥。位于反应器的最上面为收水系统2，收水系统2内设有溢流堰15，收水系统2的一侧设有排水管3，经通过外部的净化后的污水通过溢流堰15排出，由排水管3排出反应器外。沉淀区14和曝气反应区11外侧均设置有取样阀4。取样阀4的数量为4个。处于中间圆柱形容器和矩形容器的结合处形成缺氧区，以污水中的有机物为碳源进一步执行反硝化功能，污泥可以定期排出。由于整个反应器的混合状态较佳，经过好氧生物膜降解后生成的低碳有机物可以作为上面缺氧区的电子供体，而且硝化带来的酸度也可以很快被中和，利于硝化反应的进行。好氧生物膜和缺氧区在不同的空间分布有利于不同菌群发挥最好的作用，另外，生物膜系统特殊的为环境使硝化反硝化成为可能。隔泥板的沉淀效果很好，弥补了生物膜工艺出水SS含量高的不足。整个反应器占地面积小，便于操作管理，能够达到去除有机物和脱氮的功能。
将上述所得的装置用于处理某地生活污水，该生活污水经初沉后直接进入反应器。所处理生活污水的水质情况为CODcr100-300mg/L，BOD560-200mg/L，SS 110-320mg/L，TN30-100mg/L，TP4.2-6.1mg/L，NH3-N 20-80mg/L，pH7.4-8.5，温度11-28℃。当反应器水力停留时间为4-6h，曝气反应区溶解氧浓度为1.5-2.0mg/L，缺氧区溶解氧浓度为0.4-0.7mg/L。CODcr的去除率为80-90％，BOD5的去除率为90-95％，总氮去除率达到85-90％，出水氨氮小于1mg/L，CODcr小于50mg/L，反应器去除有机物和脱氮效果明显，而且反应器抗冲击负荷能力较强，出水水质达到《城市污水处理厂污染物排放标准》一级A标准(GB18918-2002)。
权利要求
1.一种硝化反硝化一体式生物膜法脱氮反应器，其特征在于反应器呈柱体结构，自上而下由收水系统(2)、沉淀区(14)、缺氧区(13)和曝气反应区(11)串联组成一体式，曝气反应区(11)为一平放的柱体结构，嵌于反应器的下部，其中曝气反应区(14)由悬浮填料(7)、曝气管(8)、进气口(9)、进水口(10)和连通孔(12)组成，悬浮填料(7)充满曝气反应区(14)内，曝气管(8)位于曝气反应区(14)下部，进气口(9)和进水口(10)分别位于曝气反应区(14)底部，进气口(9)连接曝气管(8)，连通孔(12)位于曝气反应区(14)顶部；沉淀区(14)由集气管(1)、隔泥板(5)和排泥阀(6)组成，隔泥板(5)呈＂人＂字形结构，人字的顶部开孔，该孔连接集气管(1)一端，集气管(1)另一端穿过收水系统(2)连接外部集气装置，排泥阀(6)位于沉淀区(14)外部一侧，并位于隔泥板(5)下部；收水系统(2)由排水管(3)和溢流堰(15)组成，溢流堰(15)位于收水系统(2)下部，排水管(3)位于收水系统(2)一侧。
2.根据权利要求1所述的硝化反硝化一体式生物膜法脱氮反应器，其特征在于隔泥板(5)为3-6组。
3.根据权利要求1所述的硝化反硝化一体式生物膜法脱氮反应器，其特征在于曝气管(8)为1-8根。
4.根据权利要求1所述的硝化反硝化一体式生物膜法脱氮反应器，其特征在于曝气反应区(11)的四周设有取样阀(4)，取样阀(4)为2-8个。
5.根据权利要求1所述的硝化反硝化一体式生物膜法脱氮反应器，其特征在于沉淀区(14)的四周设有取样阀(4)，取样阀(4)为2-8个。
6.根据权利要求1所述的硝化反硝化一体式生物膜法脱氮反应器，其特征在于排泥阀(6)为2-8个。
全文摘要
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种硝化反硝化一体式生物膜法脱氮反应器，该反应器呈柱体结构，自上而下由收水系统、曝气反应区、缺氧区和沉淀区串联组成一体，曝气反应区内充满悬浮填料，下部设有曝气管，底部设有进气口和进水口，进气口连接曝气管，顶部设有连通孔；沉淀区内设有呈 “人”字形结构的隔泥板，人字顶部开孔，该孔连接集气管一端，集气管另一端穿过收水系统，排泥阀位于沉淀区外部一侧，并位于隔泥板下部；收水系统下部设有溢流堰，一侧设有排水管；曝气反应区和沉淀区四周均设有取样阀。本发明占地面积小，便于操作管理，节省能耗，同时可以达到去除有机物、氨氮等多种污染物质，适用于工业废水、生活污水等有机废水。
文档编号C02F3/30GK1962487SQ200610119290
公开日2007年5月16日 申请日期2006年12月7日 优先权日2006年12月7日
发明者王荣昌, 李俊英, 夏四清, 赵建夫 申请人:同济大学