一种自循环自养脱氮生物反应器的制作方法

本实用新型涉及一种污水生物脱氮反应器，属于污水脱氮生物处理领域，尤其涉及一种自循环自养脱氮生物反应器。

背景技术：

随我国经济发展和人们生活水平的提高，大量工业污染排放、生活污水排放、农用化肥流失、畜禽业养殖污水排放、水产养殖污水排放等引起水体氨氮污染日趋严重，引发水体严重的富营养化，导致水生生物大量死亡，造成生态破坏及巨大经济损失；其还可诱发婴儿高铁血红蛋白症，并可转化成严重致癌物质，直接威胁人类健康。研发高效经济的氨氮处理技术已成为环境保护领域重要课题。

现脱氮技术多采用传统的硝化-反硝化工艺，氨氮先后经硝化、反硝化作用转化为氮气从而降解去除，其典型工艺包括三段式脱氮工艺、前置缺氧-好氧生物脱氮工艺、后置缺氧-好氧生物脱氮工艺等。传统脱氮工艺需要大量曝气、补充碱度及大量有机碳源、流程过于复杂、运行成本高。短程硝化-厌氧氨氧化工艺为新型生物脱氮工艺，是一种最简捷的自养脱氮途径，具有无需有机碳源、节省碱度、适量曝气、低污泥产量等优点。

生物反应器是实现短程硝化-厌氧氨氧化工艺的核心设备，其构型直接影响短程硝化-厌氧氨氧化工艺的效能、运行稳定性等。现有短程硝化-厌氧氨氧化生物反应器包括分体式、一体式两种，一体式具有单体反应器内不同功能菌群协同共存，节省投资成本等特点而备受关注。但其存在厌氧氨氧化功能菌群易受曝气过程影响，致使整体脱氮能力提升受限；各功能菌群生态位强制重叠，存在对各自性能的制约，无法发挥各自最大潜能；需外加回流设备实现碱度回用平衡，增加处理成本及工艺能耗；沉降效果差导致生物体流失，生物量不高等不足。以上不足制约了一体式短程硝化-厌氧氨氧化生物反应器节能降耗、效能提升及工程应用推广。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有一体式短程硝化-厌氧氨氧化生物反应器的不足，提供了一种自循环自养脱氮生物反应器。本实用新型通过设置隔离板实现短程硝化、厌氧氨氧化功能菌群生态位物理分隔，使各自发挥其最大潜能；通过直接外排曝气余气避免曝气过程对厌氧氨氧化功能微生物的不利影响；通过填充填料、设置三相分离器减少生物流失、增强沉淀效果，从而提高污泥浓度；通过设置回流环腔，利用重力自降与气体提升作用形成污水内部自循环，实现碱度的自回流与平衡。试验证明，据此开发的自循环自养脱氮生物反应器具有良好的脱氮效能，且运行高效稳定。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

本实用新型所述的自循环自养脱氮生物反应器为圆柱体结构，可由钢板或有机玻璃制作，可为污水脱氮生物处理一体化装置，也可为拼装式模块单体与其他不同的处理工艺构成复合型处理设施。自循环自养脱氮生物反应器包括生物反应器主体、进水管、旋转布水器、微孔曝气盘、气体收集罩、气体外排管、厌氧排气管、好氧排泥管、厌氧排泥管、厌氧布水罩、三相分离器、回流筛孔板Ⅰ、回流筛孔板Ⅱ、环状回流环腔、出水槽、出水管。生物反应器主体从下至上依次设有微孔曝气盘、旋转布水器、气体收集罩、厌氧布水罩、气体外排管、三相分离器、厌氧排气管。生物反应器主体侧壁从下至上依次设有回流筛孔板Ⅰ、进水管、好氧排泥管、厌氧排泥管、回流筛孔板Ⅱ、出水槽、出水管。生物反应器主体外套有环状回流环腔。自循环自养脱氮生物反应器按功能分区可分为好氧反应区、厌氧反应区、沉淀分离区、回流区。

所述自循环自养脱氮生物反应器中生物反应器主体高径比为5～10。好氧反应区与厌氧反应区直径相同，高度比为(1.5～2)：1。

所述自循环自养脱氮生物反应器中回流筛孔板Ⅰ水平夹角为45°，回流筛孔板Ⅱ水平夹角为30°～60°，气体收集罩水平夹角为45°～60°，厌氧布水罩顶端斜面的水平夹角为45°～60°。

所述自循环自养脱氮生物反应器中三相分离器高径比为1～2。

所述自循环自养脱氮生物反应器中气体收集罩与气体外排管密封接合，厌氧布水罩与气体外排管密封接合；反应器主体、气体收集罩、气体外排管、厌氧布水罩之间形成布水环腔；厌氧布水罩水平圆环板、介于气体收集罩和厌氧布水罩之间的气体外排管均开有透水圆孔，圆孔直径0.5～5cm；气体外排管内径为2～10cm。

所述自循环自养脱氮生物反应器中环状回流环腔厚度为2～5cm。

所述自循环自养脱氮生物反应器中好氧反应区内填充有半软性纤维填料或流化床填料，内部接种短程硝化絮体污泥；厌氧反应区内接种厌氧氨氧化颗粒污泥。

本实用新型的有益效果如下：

1)污泥持留效果好，污泥浓度高。好氧反应区填充半软性纤维填料或流化床填料，可有效附着短程硝化微生物，有效减少污泥流失；三相分离器设置可有效阻留、实现良好气固分离，使生物反应器保持较高的污泥浓度。

2)避免曝气过程对反应器脱氮性能不利影响。气体收集罩、气体外排管、厌氧布水罩组件的设计可使好氧反应区出水均匀分布至厌氧反应区，而曝气余气则避开厌氧反应区而直接外排，可完全消除其对后续厌氧氨氧化功能菌群的氧毒作用，从而维持反应器高效稳定运行。

3)提高反应器整体脱氮性能。利用气体收集罩、气体外排管组件实现了短程硝化、厌氧氨氧化功能菌群生态位的物理分隔，避免了不同功能菌群之间的制约，使各自发挥其最大潜能，可大幅提高反应器脱氮性能。

4)节约运行成本。回流环腔的设计充分利用厌氧出水的重力自降与曝气过程气体提升形成污水自循环，使厌氧氨氧化过程产生碱度自回流至好氧反应区供给短程硝化反应，无需外加碱性物质及回流设备即可实现碱度的自回用平衡，可降低投资及运行成本。

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

以下结合附图，详细说明本实用新型的优点和特征。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为自循环自养脱氮生物反应器示意图

其中，1、生物反应器主体；2、好氧反应区；3、厌氧反应区；4、沉淀分离区；5、进水管；6、旋转布水器；7、微孔曝气盘；8、回流筛孔板Ⅰ；9、回流区；10、好氧排泥管；11、厌氧排泥管；12、气体收集罩；13、气体外排管；14、厌氧布水罩；15、出水槽；16、出水管；17、回流筛孔板Ⅱ；18、厌氧排气管；19、环状回流环腔；20、三相分离器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本实用新型的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

以下结合附图对本实用新型的实施例做详细描述。

如图所示，自循环自养脱氮生物反应器为圆柱体结构，可由钢板或有机玻璃制作，可为污水脱氮生物处理一体化装置，也可为拼装式模块单体与其他不同的处理工艺构成复合型处理设施。自循环自养脱氮生物反应器包括生物反应器主体1、进水管5、旋转布水器6、微孔曝气盘7、气体收集罩12、气体外排管13、厌氧排气管18、好氧排泥管10、厌氧排泥管11、厌氧布水罩14、三相分离器20、回流筛孔板Ⅰ8、回流筛孔板Ⅱ17、环状回流环腔19、出水槽15、出水管16。生物反应器主体1从下至上依次设有微孔曝气盘7、旋转布水器6、气体收集罩12、厌氧布水罩14、气体外排管13、三相分离器20、厌氧排气管18。生物反应器主体1侧壁从下至上依次设有回流筛孔板Ⅰ8、进水管5、好氧排泥管10、厌氧排泥管11、回流筛孔板Ⅱ17、出水槽15、出水管16。生物反应器主体1外套有环状回流环腔19。自循环自养脱氮生物反应器按功能分区可分为好氧反应区2、厌氧反应区3、沉淀分离区4、回流区9。

所述自循环自养脱氮生物反应器中生物反应器主体高径比为5～10。好氧反应区与厌氧反应区直径相同，高度比为(1.5～2)：1。所述自循环自养脱氮生物反应器中回流筛孔板Ⅰ水平夹角为45°，回流筛孔板Ⅱ水平夹角为30°～60°，气体收集罩水平夹角为45°～60°，厌氧布水罩顶端斜面的水平夹角为45°～60°。所述自循环自养脱氮生物反应器中三相分离器高径比为1～2。所述自循环自养脱氮生物反应器中气体收集罩与气体外排管密封接合，厌氧布水罩与气体外排管密封接合；反应器主体、气体收集罩、气体外排管、厌氧布水罩之间形成布水环腔；厌氧布水罩水平圆环板、介于气体收集罩和厌氧布水罩之间的气体外排管均开有透水圆孔，圆孔直径0.5～5cm；气体外排管内径为2～10cm。所述自循环自养脱氮生物反应器中环状回流环腔厚度为2～5cm。所述自循环自养脱氮生物反应器中好氧反应区内填充有半软性纤维填料或流化床填料，内部接种短程硝化絮体污泥；厌氧反应区内接种厌氧氨氧化颗粒污泥。～

本实用新型自循环自养脱氮生物反应器工作过程如下：含氨氮废水经进水管5，通过旋转布水器6均匀布水至自循环自养脱氮生物反应器主体1的好氧反应区2，与通过回流筛板Ⅰ8进入的自回流污水在微孔曝气盘7产生气泡的搅动作用下充分混合，混合后污水在曝气产生气泡的提升作用下流经好氧反应区2，与附着于填料及悬浮的短程硝化微生物充分接触过程中部分氨氮转化为亚硝酸盐；污水通过介于气体收集罩12和厌氧布水罩14之间的气体外排管14上的透水圆孔进入厌氧布水环腔，而曝气过程的剩余气体则通过气体收集罩12收集后经气体外排管14直接排出，过程中进入厌氧布水环腔中的小部分曝气剩余气体经厌氧布水罩14顶端斜面再次收集并导排后进入气体外排管14排出；进入厌氧布水环腔的污水经厌氧布水罩14上开有的透水圆孔均匀布水后进入接种厌氧氨氧化颗粒污泥的厌氧反应区3，在厌氧氨氧化颗粒污泥作用下，污水中剩余氨氮与好氧反应区2生成的亚硝酸盐发生厌氧氨氧化反应生成氮气并产生一定碱度，经过厌氧反应区3后的部分处理水经回流筛板Ⅱ17进入回流区9的环状回流环腔19中，在自身重力作用下下沉至反应器底部，含有厌氧氨氧化过程生成的碱度的回流水经回流筛板Ⅰ8进入好氧反应区2，与反应器进水混合并提供短程硝化过程所需碱度，从而实现碱度自平衡；厌氧反应区3中产生的上逸气泡携带厌氧氨氧化颗粒污泥上浮至沉淀分离区4，经三相分离器20的碰撞、阻留、导排等作用，气泡与厌氧氨氧化颗粒污泥分离，产生气体经三相分离器20收集后经厌氧排气管18排出，颗粒污泥沉淀至厌氧反应区3，处理后污水经反应器侧壁上狭缝进入出水槽15，经出水管16排出。

本实用新型通过隔离板实现短程硝化、厌氧氨氧化功能菌群生态位物理分隔，最大发挥各自潜能；通过曝气剩余气体单独外排避免曝气过程对厌氧氨氧化功能微生物的不利影响；通过填充填料、设置三相分离器提高污泥浓度；通过设置回流环腔形成污水自循环，实现碱度的自平衡。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也包括本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。