专利名称：一种处理高浓度含氮废水的方法及实现该方法的反应器的制作方法
技术领域：
本发明属于水处理技术领域，涉及一种处理高浓度含氮废水的新型反应器。
背景技术：
随着我国城市化进程的加快，人口的持续增长，工业发展持续加速，随之带来的废水排放量也呈现日益提高的趋势。含有高浓度氮元素的工业废水或者生活废水对环境造成的不利影响有1、水体富营养化，氮元素会引起藻类过度繁殖，恶化水质，破坏水体生态环境；2、增加给水处理的成本，水体中的过量氮会增加给水处理时氯的投加量；3、还原态氮排入水体会发生硝化作用，消耗水中的溶解氧，引起水质恶化；4、还原态氮对人及生物有毒害作用；5、农业灌溉用水总氮含量超过lmg/L时，作物吸收过量的氮，能够产生贫青倒伏现象。传统的活性污泥法废水处理系统，由于水力停留时间、泥龄等原因，导致硝化作用好反硝化作用很不完全，总氮(TN)的去除率仅在10% 30%之间。所以想要进行全程脱氮就必须对原有活性污泥工艺进行改造。传统的脱氮技术有以下几种。1.传统硝化反硝化工艺传统硝化反硝化工艺脱氮处理过程包括硝化和反硝化两个阶段。在将有机氮转化为氨氮的基础上，硝化阶段是将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐氮或硝酸盐氮的过程；反硝化阶段是利用外加碳源，将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原为氮气的过程。两个阶段相对独立，都有各自的反应段和沉淀段和污泥回流系统。传统硝化反硝化工艺能实现脱氮，但构筑物多，投资高管理复杂。同时反硝化利用的碳源均为外加碳源，产生的碱度不能充分利用，运行费用高。2. A/0 工艺也即是缺氧-好氧活性污泥法脱氮工艺，是在80年代初开创的工艺流程，其主要特点是将反硝化反应器放置在系统最前端，所以它又被称作前置反硝化生物脱氮系统。该工艺的特点是，原废水先进入缺氧池，再进入好氧池，并将好氧池的混合液与沉淀池的污泥同时回流到缺氧池。污泥和好氧池回流液的回流保证了缺氧池和好氧池有足够数量的微生物并使缺氧池得到好氧池中硝化产生的硝酸盐。原废水与混合液的直接进入，又为缺氧池反硝化提供了充足的碳源有机物，使反硝化反应能在缺氧池中得以进行。反硝化反应和的出水又可在好氧池中进行BOD5的进一步讲解和硝化作用，反硝化中生成的碱度可补偿硝化反应消耗的碱度的一半左右。该工艺流程简单，装至少，因此，基建费用和运行费用均较低， 但要求废水中有一定的C/N比。但由于处理出水来自硝化反应器，因此，处理水中含有一定浓度的硝酸盐，如果沉淀池运行不当，在沉淀池内还会发生反硝化现象，污泥上浮，处理水质恶化。因此，在高浓度的氨氮废水中，C/N的比例较低限制了该工艺的运行。3.短程硝化反硝化短程硝化反硝化又称亚硝化反硝化，把硝化反应过程控制在氨氧化产生NO2-的阶段，阻止NO2-进一步氧化，直接以NO2-作为菌体呼吸链氢受体进行反硝化。此过程减少了亚硝化盐氧化成硝酸盐，然后硝酸盐在还原成硝酸盐两个反应的发生，降低了需氧量、反硝化过程中有机碳的投入量，降低了能耗和运行费用。实现短程硝化与反硝化的关键是抑制硝化菌的活性而使NO2-得到积累。完全的短程硝化反硝化尚处于机理研究阶段，由于受控制条件所限，目前我国在应用上尚处于实验室研究及小试阶段，在工程上目前尚无报道。
发明内容
针对高浓度含氮废水处理处置困难的问题，本发明提供了一种新型的组合式折流板反应器，能实现较好的总氮和总有机物去除率，具有构造简单，管理方便，运行和建设成本较低的特点。本发明采用的解决方案是一种处理高浓度含氮废水的方法，将高浓度含氮废水依次通过缺氧段、厌氧段及好氧段，处理过程整体上呈现推流式。实现所述方法的反应器，由六个串联的段组成，分别为缺氧段-厌氧段-好氧段-缺氧段-厌氧段-好氧段。所述的厌氧段是密封的；所述的好氧段的底部设有曝气装置。所述缺氧段、厌氧段及好氧段的体积比例为2 5 3。所述的每一段至少包括一竖向分隔挡板，该分隔挡板的上端高度低于反应器所容纳废水的水面界线，该分隔挡板的底部与反应器底部连接使得废水只能从分隔挡板上部流过而无法从分隔挡板底部流过；在由竖向分隔挡板分隔构成的单元中再设置至少一竖向导流挡板，将该单元分隔成为两个更小的空间。所述导流挡板的上端高于反应器所容纳废水的水面界线使得废水无法从导流挡板上端通过，所述导流挡板的底端沿水流方向朝外呈35-55° (优选45° )弯曲并设置过水断面，使得废水能从导流挡板的底部通过，将一个单元分隔为水流由隔室下部向上流动的上流隔室和水流由隔室上部向下流动的下流隔室。所述导流挡板的弯曲部分的长度不超过总长度的20%。上流隔室与下流隔室以竖向导流挡板的底部所在的竖直断面划分，下流隔室与上流隔室的体积比为1 3。使用所述反应器处理高浓度含氮废水的方法，使废水进入第一个缺氧段后依次折流通过后面的五个段，与反应器中六个段所培养的具有不同功能的微生物发生反应，得到处理，第二个好氧段的出水部分回流至第一个缺氧段进行反硝化脱氮。进一步包括1)将高浓度含氮废水和从第二个好氧段回流过来的回流液进入第一个缺氧段，在缺氧微生物的作用下发生反硝化反应，混合回流液中的硝态氮被还原为氮气，而废水中的有机物为反硝化反应提供碳源，同时部分有机氮分解为氨氮；2)从第一个缺氧段出来的废水进入到第一个厌氧段后，在厌氧微生物的作用下， 大部分有机物被降解，大分子物质被分解为小分子物质，进而分解为甲烷等气体排出反应器，同时大部分有机氮分解为氨氮；3)废水经过第一个厌氧段处理后进入第一个好氧段之后，在好氧污泥的作用下， 剩余有机物被微生物进一步降解，水中的氨氮在硝化细菌的作用下先转化为亚硝态氮，再进一步转变为硝态氮；4)废水经过第一个好氧段处理之后，水中的有机物含量已经较少，硝态氮浓度却很高，进入第二个缺氧段后，投加一定量碳源，在反硝化细菌的作用下，硝态氮被还原为氮气排出反应器；5)废水进入第二个厌氧段之后，有机物被厌氧微生物分解；6)从第二个厌氧段处理之后的废水在第二个好氧段进行更进一步的降解，残余的有机物和氨氮得到去除，最后再将第二个好氧段的出水一部分回流至第一个缺氧段，另一部分通过出水口排出反应器；回流比为进水流量的100-200%。本发明的组合式折流板反应器处理过程整体上呈现推流式，每个单元内部为混流式，运行时，污水在折流板的作用下逐级通过各个反应室内的污泥床层，并通过水流和产气的搅拌作用，使进水中的污染物与微生物进行充分接触而得以降解去除。各个反应室的微生物相是随流程逐级递变的，其规律与污染物的降解过程一致，确保相应的微生物具有最佳的反应活性，从而使系统拥有更优的出水水质，运行也更加稳定，对冲击负荷和环境变化如PH和温度变化，以及进水中的有毒物质具有更好的缓冲适应能力，为微生物在各个单元内的生长提供了有利的环境条件，对高浓度含氮废水具有较理想的去除效果。
图1是本发明实施例组合式折流板反应器的俯视图。其中，Θ表示水流方向为垂直纸面向外； 表示水流方向为垂直纸面向内。图2是图1所示组合式折流板反应器的A-A剖面图。图3是图1所示组合式折流板反应器的B-B剖面图。
具体实施例方式请参阅图1-3，所示实施例反应器为长方体，在长方体内设置若干竖向分隔挡板 22(图1中简称“隔板”)，分隔挡板22将长方体分割为若干小单元，分隔挡板22上端高度低于废水水面，分隔挡板的底部与长方体底部连接。废水只能从分隔挡板22上部流过，无法从分隔挡板底部流过。在每个小长方体单元中再设置竖向导流挡板21 (图1中简称“挡板”)，将这些小长方体分隔成为两个更小的长方体。竖向导流挡板21的上端要高于水面使得废水无法从导流挡板21上端通过，竖向导流挡板21的底部211沿水流方向朝外呈45°弯曲并设置过水断面，使得废水能从竖向导流挡板21的底部通过，这样将一个单元分隔为上流隔室和下流隔室。上流隔室内水流由底部向上流动，下流隔室内水流由上部向下流动。上流隔室与下流隔室以竖向导流挡板21的底部211所在的竖直断面划分，下流隔室与上流隔室的较佳体积比约为1 3。将这些隔室分别设置成为缺氧段，不设置曝气装置，也不需要密封；厌氧段，不设置曝气装置而且还要加以密封；好氧段，内设置底部曝气装置。整个反应器由六个串联的段组成，分别为缺氧段-厌氧段-好氧段-缺氧段-厌氧段-好氧段，缺氧段厌氧段好氧段较为合适的体积比例为2 5 3。废水进入反应器的第一个缺氧段后，依次折流通过这六个反应段，与隔室中的微生物接触混合后，废水得到净化，由最后一个好氧段排出，同时
6部分出水回流至第一个缺氧段进行反硝化脱氮。图中，1、2单元和10、11单元为缺氧段，没有进行密封但也没有安装曝气装置；3、 4、5、6、12、13、14、15单元分别是厌氧段，上面加盖23进行了密封；7、8、9、16、17、18单元是好氧段，没有加盖，在这些隔室的底部安装了曝气装置20。该实施例反应器总体积为61. 2升，采用有机玻璃粘合而成。每个单元内部液面高度为30cm，宽度为8cm (内部尺寸)，长150cm (内部尺寸)，每个单元大小相同，上升段与下降段的几何比例为3 1 ；每个好氧段的底部均设有曝气装置。本实验通过对进水、出水 COD、TN的测定考察反应器的去除效果。试验进水为含有较高浓度有机氮的工业废水与生活废水的混合废水。进水COD平均值为1350mg/L，总氮为420mg/L，反应器水力停留时间为 24小时，回流比为100%。经过2个月的稳定运行后，出水COD平均为60mg/L，有机物的去除率达到96%，总氮去除率达到85%，出水水质稳定，这表明该组合式折流板对高浓度含氮废水具有良好的处理效果。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种处理高浓度含氮废水的方法，其特征在于将高浓度含氮废水依次通过缺氧段、厌氧段及好氧段，处理过程整体上呈现推流式。
2.实现权利要求1所述方法的反应器，其特征在于由六个串联的段组成，分别为缺氧段-厌氧段-好氧段-缺氧段-厌氧段-好氧段。
3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于所述的厌氧段是密封的；所述的好氧段的底部设有曝气装置。
4.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于所述缺氧段、厌氧段及好氧段的体积比例为2:5:3。
5.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于所述的每一段至少包括一竖向分隔挡板，该分隔挡板的上端高度低于反应器所容纳废水的水面界线，该分隔挡板的底部与反应器底部连接使得废水只能从分隔挡板上部流过而无法从分隔挡板底部流过；在由竖向分隔挡板分隔构成的单元中再设置至少一竖向导流挡板，将该单元分隔成为两个更小的空间。
6.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于所述导流挡板的上端高于反应器所容纳废水的水面界线使得废水无法从导流挡板上端通过，所述导流挡板的底端沿水流方向朝外呈35-55°弯曲并设置过水断面，使得废水能从导流挡板的底部通过，将一个单元分隔为水流由隔室下部向上流动的上流隔室和水流由隔室上部向下流动的下流隔室。
7.根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述导流挡板的弯曲部分的长度不超过总长度的20%。
8.根据权利要求6所述的反应器，其特征在于上流隔室与下流隔室以竖向导流挡板的底部所在的竖直断面划分，下流隔室与上流隔室的体积比为1 3。
9.使用权利要求2-8中任一所述反应器处理高浓度含氮废水的方法，其特征在于使废水进入第一个缺氧段后依次折流通过后面的五个段，与反应器中六个段所培养的具有不同功能的微生物发生反应，得到处理，第二个好氧段的出水部分回流至第一个缺氧段进行反硝化脱氮。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于包括a)将高浓度含氮废水和从第二个好氧段回流过来的回流液进入第一个缺氧段，在缺氧微生物的作用下发生反硝化反应，混合回流液中的硝态氮被还原为氮气，而废水中的有机物为反硝化反应提供碳源，同时部分有机氮分解为氨氮；b)从第一个缺氧段出来的废水进入到第一个厌氧段后，在厌氧微生物的作用下，大部分有机物被降解，大分子物质被分解为小分子物质，进而分解为甲烷等气体排出反应器，同时大部分有机氮分解为氨氮；c)废水经过第一个厌氧段处理后进入第一个好氧段之后，在好氧污泥的作用下，剩余有机物被微生物进一步降解，水中的氨氮在硝化细菌的作用下先转化为亚硝态氮，再进一步转变为硝态氮；d)废水经过第一个好氧段处理之后，水中的有机物含量已经较少，硝态氮浓度却很高， 进入第二个缺氧段后，投加一定量碳源，在反硝化细菌的作用下，硝态氮被还原为氮气排出反应器；e)废水进入第二个厌氧段之后，有机物被厌氧微生物分解；f)从第二个厌氧段处理之后的废水在第二个好氧段进行更进一步的降解，残余的有机物和氨氮得到去除，最后再将第二个好氧段的出水一部分回流至第一个缺氧段，另一部分通过出水口排出反应器；回流比为进水流量的100-200%。
全文摘要
本发明涉及一种处理高浓度含氮废水的方法，将高浓度含氮废水依次通过缺氧段、厌氧段及好氧段，处理过程整体上呈现推流式。实现所述方法的反应器，由六个串联的段组成，分别为缺氧段-厌氧段-好氧段-缺氧段-厌氧段-好氧段；所述的厌氧段是密封的；所述的好氧段的底部设有曝气装置；所述缺氧段、厌氧段及好氧段的体积比例为2∶5∶3。使用本发明可以获得更优的出水水质，运行也更加稳定，对冲击负荷和环境变化如pH和温度变化，以及进水中的有毒物质具有更好的缓冲适应能力，为微生物在各个单元内的生长提供了有利的环境条件，对高浓度含氮废水具有较理想的去除效果。
文档编号C02F9/14GK102424503SQ201110330368
公开日2012年4月25日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年10月26日
发明者周雪飞, 熊瑊, 袁志文 申请人:同济大学