本实用新型涉及一种同时实现沼气和氨回收的污水处理装置。
背景技术：
厌氧生物处理技术可以有效处理生活污水，将其中的有机物转化为甲烷气体，实现沼气生物质能的有效回收。但生活污水的厌氧处理可将污水中的有机氮转化为氨氮，导致出水氨氮浓度居高不下，亟需后续脱氮处理。现有的脱氮技术基本上是将氨氮最终转化为氮气，尽管可实现达标排放，但也导致氮素营养物质的浪费。
如果能将离子交换技术与厌氧生物处理相结合，污水中的氮经过厌氧生物处理转化为氨离子，适合后续装置中沸石的阳离子交换与吸附作用的发挥与利用。采用该耦合技术，有望同时实现废水处理、能源回收和营养物质回收，可谓“一举三得”。
天然沸石种类繁多，储量丰富，其结构特殊，由铝硅酸盐格架和格架中的孔道、空穴和阳离子以及水分子组成。格架中硅氧四面体内的Si4+常被Al3+置换，出现过剩的负电荷，由碱土金属离子补偿。这些补偿阳离子与晶格结合力很弱，具有很高的自由度，活跃在孔道中，使沸石具有优良的离子交换性能。常见的天然沸石，如斜发沸石和丝光沸石均具有很高的阳离子交换容量。斜发沸石的理论交换容量为213mmol/100g，丝光沸石的理论交换容量为223mmol/100g。沸石吸附的可逆性为其在污水氨氮回收过程中提供了诸多便利。
在农村及城市郊区的小规模污水分散处理过程中，通常需前置初 沉池，且氮去除负荷较低，经处理后的出水氨氮浓度大于10mg/L。同时面临着进水流量变化大、受季节影响大，难以维持较高处理能力等问题。若处理后未达标的出水排入水体，会显著增加初级生产力引起富营养化，破坏生态环境。尽管当前污水处理技术不断发展，但排入生物圈的氮素及有机物质仍然不断增加，大多数局部出现的氮素或难降解有机物质会加速扩散引起更大范围的环境污染。
因此，有必要开发一种能够在源头处理生活污水，并能够同时去除污水中有机物及氨氮，并能够将氮素回收利用的装置。
技术实现要素：
为了克服现有工艺结构复杂、处理效率低、耗能大等问题，本实用新型提供一种结构简单、能耗小、氮回收率高、并能在污水源头回收大量氮素的一种同时实现沼气和氨回收的污水处理装置。
本实用新型所述的一种同时实现沼气和氨回收的污水处理装置，包括反应器本体，其特征在于：所述的反应器本体的内腔通过竖直折流板分为顺次连通的上流式厌氧污泥床单元与折流板离子交换单元，所述的上流式厌氧污泥床单元通过出水口与所述的折流板离子交换单元最前端的隔室连通，所述的上流式厌氧污泥床单元自下而上为用于填充厌氧颗粒污泥的反应区、配有三相分离器的三相分离区、沉淀区和带出气口的集气室，所述的反应区底部设有进水口和排泥口；所述的集气室围在三相分离器的外围，所述的三相分离器设置在沉淀区的底部；所述的折流板离子交换单元由多块竖直放置的分隔折流板分隔成水平方向排列的多个独立隔室，所述的每个独立隔室内通过分区 折流板形成降流区在前、升流区在后交替串联的格局，其中所述的分隔折流板下端与反应器本体底部固接，上端与反应器本体的折流板离子交换单元顶部之间留有空隙；所述的分区折流板的两端分别与折流板离子交换单元的顶部、底部之间留有间隙；所述的升流区内填充有沸石离子交换剂，底部设有穿孔板；折流板离子交换单元的最末端的隔室侧壁上部设有总排放口。
进一步，所述的反应器本体为封闭式；反应器本体顶部设有可拆卸罩盖；所述的三相分离器底部设有气封；所述的沉淀区外围设有溢流堰，溢流堰底部设有出水口；所述的出水口顺流至所述的折流板离子交换单元最前端隔室的降流区。
进一步，所述的折流板离子交换单元由三块分隔折流板从左至右依次分隔成第一隔室、第二隔室、第三隔室及第四隔室；所述的第一隔室、第二隔室、第三隔室及第四隔室分别通过相应的竖直设置的分区折流板分割成降流区在前、升流区在后的结构，折流板离子交换单元第一隔室前部为降流区，第四隔室后部为升流区。
进一步，所述的反应器本体为呈长方体状，所述的上流式厌氧污泥床单元与折流板离子交换单元体积比为1:1.8～2.2；所述的上流式厌氧污泥床单元长、宽、高之比为1.2～1.4:1:4～5；所述的折流板离子交换单元中长、宽、高之比为2.6～2.8:1:4～5；所述的折流板离子交换单元中从左至右四个独立隔室的体积比为1.5～1.8:1.2～1.4:1～1.3:1。
进一步，所述的折流板离子交换单元中与反应器本体底部连接的分隔折流板高度、总排放口距反应器本体底部高度与装置高度之比均 为0.7～0.8:1；所述的独立隔室中分区折流板距反应器本体底部与顶部的高度与反应器本体高度之比为1:8～9；所述的穿孔板为方形，并且所述的穿孔板上分布的圆孔孔径为0.5～0.8mm。
进一步，所述的颗粒状沸石为丝光沸石、斜发沸石的一种或两种；所述的沸石粒径为1.0～3.2mm；所述的独立隔室中升流区填充的沸石体积占升流区体积的70％～80％。
进一步，所述的反应区左侧底部设有进水管，中间底部设有排泥口。
一种同时实现沼气和氨回收的污水处理装置，它可由有机玻璃或钢板制作。其工作过程如下：生活污水经初沉池处理之后自流至上流式厌氧污泥床单元，厌氧颗粒污泥与污水充分混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，将其转化为沼气，沼气以微气泡的形式不断释放并合并，最终形成较大的气泡，在上流式厌氧污泥床单元上部由沼气搅动形成的悬浊污泥层与水共同进入三相分离器，沼气经由三相分离器底部气封后向四周扩散，透过水层进入集气室，由集气室收集后通过出气口排出；固液混合物被裹挟进入沉淀区，污水中的污泥经过不断粘附，在重力作用下重新回到反应区。经过消化处理后的污水中有机氮氨化为NH4+，处理后的污水经沉淀区溢流堰溢出，随后自流至折流板离子交换单元。经上流式氧污泥床单元处理后的出水在折流板的作用下首先通过第一隔室中的降流区，随后透过穿孔板进入填充沸石的升流区，污水中的NH4+经过沸石离子交换作用与吸附作用得到去除，污水在折流板离子交换单元中反复循环，其中的NH4+ 持续降低，处理后的水经过折流板离子交换单元右侧上部的总排放口排出。待升流区内沸石的离子交换达到饱和，将沸石取出，利用其吸附的可逆性将其中的氮素回收利用。
本实用新型的有益效果是：1)将厌氧生物处理与沸石离子交换结合，实现氮素营养物的去除与回收，成本低且节约能耗。一方面能将生活污水中的有机物质转化为沼气生物能源，另一方面能够通过沸石回收氮元素，并将其用于农业施肥或微藻培养。2)上流式厌氧处理可以适应多种环境条件，适应性强；厌氧预处理可以避免沸石阻塞，持续有效的增加氨化有机氮的的能力。沸石造价低廉，具有稳定可靠的阳离子交换能力及吸附能力。3)封闭式装置可以防止氧气进入离子交换单元后导致沸石置换的NH4+被氧化为NO2-或NO3-，从而降低工艺有效性。
附图说明
图1是本实用新型的结构图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本实用新型
参照附图：
实施例1本实用新型所述的同时实现沼气和氨回收的污水处理装置，包括反应器本体，所述的反应器本体的内腔通过竖直折流板分为顺次连通的上流式厌氧污泥床单元1与折流板离子交换单元2，所述的上流式厌氧污泥床单元1通过出水口与所述的折流板离子交换单元2最前端的隔室连通，所述的上流式厌氧污泥床单元1自下而上 为用于填充厌氧颗粒污泥的反应区11、配有三相分离器12的三相分离区、沉淀区13和带出气口141的集气室14，所述的反应区11底部设有进水口111和排泥口112；所述的集气室14围在三相分离区的外围，所述的三相分离器12设置在沉淀区13的底部；所述的折流板离子交换单元2由三块竖直放置的分隔折流板25分隔成水平方向排列的四个独立隔室，所述的每个独立隔室内通过分区折流板26形成降流区27在前、升流区28在后交替串联的格局，其中所述的分隔折流板25下端与反应器本体底部固接，上端与反应器本体的折流板离子交换单元2顶部留有空隙；所述的分区折流板26的两端分别与折流板离子交换单元2的顶部、底部之间留有间隙；所述的升流区28内填充有沸石离子交换剂，底部设有穿孔板261；折流板离子交换单元2的最末端的隔室侧壁上部设有总排放口29。
进一步，所述的反应器本体为封闭式；反应器本体顶部设有可拆卸罩盖；所述的三相分离器12底部设有气封121；所述的沉淀区13外围设有溢流堰131，溢流堰131底部设有出水口132；所述的出水口132顺流至所述的折流板离子交换单元2最前端隔室的降流区27。
进一步，所述的折流板离子交换单元2由三块分隔折流板25从左至右依次分隔成第一隔室21、第二隔室22、第三隔室23及第四隔室24；所述的第一隔室21、第二隔室22、第三隔室23及第四隔室24分别通过相应的竖直设置的分区折流板26分割成降流区27在前、升流区28在后的结构，折流板离子交换单元2第一隔室21前部为降流区27，第四隔室24后部为升流区28，保证从上流式厌氧污泥床单 元1流出的液体在折流板离子交换单元2内流路为蛇形路径。
进一步，所述的反应器本体为呈长方体状，所述的上流式厌氧污泥床单元1与折流板离子交换单元2体积比为1:1.8～2.2；所述的上流式厌氧污泥床单元1长、宽、高之比为1.2～1.4:1:4～5；所述的折流板离子交换单元2中长、宽、高之比为2.6～2.8:1:4～5；所述的折流板离子交换单元2中从左至右四个独立隔室的体积比为1.5～1.8:1.2～1.4:1～1.3:1。
进一步，所述的折流板离子交换单元2中与反应器本体底部连接的分隔折流板25高度、总排放口29距反应器本体底部高度与装置高度之比均为0.7～0.8:1；所述的独立隔室中分区折流板27距反应器本体底部与顶部的高度与反应器本体高度之比为1:8～9；所述的穿孔板261为方形，并且所述的穿孔板261上分布的圆孔孔径为0.5～0.8mm。
进一步，所述的颗粒状沸石为丝光沸石、斜发沸石的一种或两种；所述的沸石粒径为1.0～3.2mm；所述的独立隔室中升流区填充的沸石体积占升流区体积的70％～80％。
进一步，所述的反应区左侧底部设有进水管，中间底部设有排泥口。
一种同时实现沼气和氨回收的污水处理装置，它可由有机玻璃或钢板制作。其工作过程如下：生活污水经初沉池处理之后自流至上流式厌氧污泥床单元1，厌氧颗粒污泥与污水充分混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，将其转化为沼气，沼气以微气泡的形式不断释放并合并，最终形成较大的气泡，在上流式厌氧污泥床单元1 上部由沼气搅动形成的悬浊污泥层与水共同进入三相分离器12，沼气经由三相分离器12底部气封121后向四周扩散，透过水层进入集气室14，由集气室14收集后通过出气口141排出；固液混合物被裹挟进入沉淀区13，污水中的污泥经过不断粘附，在重力作用下重新回到反应区11。经过消化处理后的污水中有机氮氨化为NH4+，处理后的污水经沉淀区13溢流堰131溢出，随后自流至折流板离子交换单元2。经上流式氧污泥床单元1处理后的出水在折流板的作用下首先通过第一隔室21中的降流区27，随后透过穿孔板261进入填充沸石的升流区，污水中的NH4+经过沸石离子交换作用与吸附作用得到去除，污水在折流板离子交换单元2中反复循环，其中的NH4+持续降低，处理后的水经过折流板离子交换单元2右侧上部的总排放口29排出。待升流区28内沸石的离子交换达到饱和，将沸石取出，利用其吸附的可逆性将其中的氮素回收利用。
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。