一种旋转生物脱氮反应器的制作方法

本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种旋转生物脱氮反应器。

背景技术：

随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，工业废水和生活污水中的含氮化合物的排放量急剧增加，引起了各界的关注。生物脱氮是去除污水中含氮化合物的有效方法，指在微生物的联合作用下，污水中的有机氮及氨氮经过氨化反应、硝化反应、反硝化反应，最后转化为氮气的过程，具有经济、有效、易操作、无二次污染等特点。常见的生物脱氮工艺有三段生物脱氮工艺，缺氧/好氧(a/o)生物脱氮工艺和序批式活性污泥法(sbr)生物脱氮工艺等。

氨化反应是指含氮有机物在氨化功能菌的代谢下，经分解转化为nh4⁺的过程。含氮有机物在有分子氧和无氧的条件下都能被相应的微生物所分解，释放出氨。

硝化反应由好氧自养型微生物完成，在有氧状态下，利用无机氮为氮源将nh4⁺化成no2^-，然后再氧化成no3^-的过程。硝化过程可以分成两个阶段。第一阶段是由亚硝化菌将氨氮转化为亚硝酸盐(no2^-)，第二阶段由硝化菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐(no3^-)。

反硝化反应是在缺氧状态下，反硝化菌将亚硝酸盐氮、硝酸盐氮还原成气态氮(n2)的过程。反硝化菌为异养型微生物，多属于兼性细菌，在缺氧状态时，利用硝酸盐中的氧作为电子受体，以污水中可被微生物利用的有机物作为电子供体，提供能量并被氧化稳定。

生物转盘是一种可实现生物脱氮的生物膜法污水处理技术，具有系统设计灵活、安装便捷、操作简单、系统可靠、操作和运行费用低等优点，不需要曝气，也无需污泥回流，节约能源，同时在较短的接触时间就可得到较高的净化效果。

然而，传统的生物转盘工艺同样存在较多问题。因为无通风设备，转盘的供氧依靠盘面的生物膜接触大气，由此导致废水中挥发性物质会产生污染。采用从氧化槽的底部进水可以减少挥发性有机物的散失，优于从氧化槽表面进水，但仍无法解决挥发性有机物的污染。

普通生物转盘由于盘片材料比表面积小、挂膜性能差、挂膜生物量低，导致其存在有机负荷低、占地面积大、对高质量浓度废水的处理效果差以及氮去除率低等缺点，甚至在处理生活污水时发生溶解氧不足而发臭的现象。因此，如何提高生物转盘盘面的获氧量是一个亟待解决的重要技术问题。

公开号为cn105540843b的专利说明书公开了一种一体化自养型脱氮反应器，包括反应器本体、底座和装在底座上的支架，反应器本体、支架都安装在底座上，反应器本体包括上部的生物转盘和下部的厌氧氨氧化单元，其中生物转盘包括水槽、转盘盘片、转动中心轴和曝气装置，转盘盘片的外缘周围设有空气罩。该生物转盘使高含氮废水与氧气充分接触实现短程硝化。通过调节曝气量控制转盘转速，具有良好的抗冲击负荷能力。

公开号为cn107265759a的专利说明书公开了一种一体化的污水处理设备，生物转盘的盘面为沿中轴旋转设置的螺旋曲面，加大了盘面与污水、空气的接触面积，提高了获氧量。转盘表面形成外层好氧、内层厌氧的生物膜。生物转盘下方设有反硝化菌的填料。该一体化的污水处理设备占地面积小，耗电量低，无需风机曝气。

上述专利技术公开的生物转盘均需要与其他设备或工艺等结合才能实现生物脱氮效果，即无法独立实现生物脱氮功能。

技术实现要素：

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种旋转生物脱氮反应器，克服了现有普通生物转盘启动慢、生物膜易脱落、处理效率低、能耗偏高等缺点，提高了反应器内的氧化性能，独立实现了a/o生物脱氮的工艺，在低能耗下获得较高的脱氮效率。

一种旋转生物脱氮反应器，包括由中心转轴带动的反应器本体，所述的反应器本体下部浸入水槽中，所述的反应器本体内沿径向设有隔板，将内腔分隔成若干个隔室，所述的隔室沿轴向设有通风空隙，将隔室划分为外部区和内部区，所述的外部区和内部区填充填料，每个隔室靠近中心转轴处设有出水管。

所述的中心转轴通过转速控制器与电机的输出轴固连，可根据进水的污染物浓度调整相应的转速，达到不同工况下污染物的最佳去除效率，从而节约能耗。

所述的反应器本体浸入水槽中污水的深度小于外部区的径向长度，使污水在反应器本体转动过程中可以依次经过外部区、通风空隙和内部区，进行完整充分的反应。

所述的外部区和内部区填充的填料为聚氨酯海绵生物填料。

聚氨酯海绵生物填料比表面积较大，为(3.8～4)×10⁵m²m^-3，密度较小，为16～17kgm^-3，具有多孔通透结构，结构形式为多边形，大孔、微孔、小孔互穿共布，有利微生物大量繁殖，挂膜量大，耗时短。聚氨酯海绵生物填料价格低廉、安装方便、使用寿命长、耐负荷冲击、不堵塞、亲水性好、生物活性高、生物膜易生易落、处理效果好，是高效的填料产品。

所述的隔室为6～10个。每个隔室可以等分，也可以不等分。隔室数量可以根据实际需求设置。

所述的反应器本体为圆盘，所述的隔室和内部区为扇形，所述的外部区和通风空隙为环形。圆盘形反应器本体为最常使用的一种方式，制造简单，轴向带动方便。

所述的隔室的扇形顶角为36°～60°。

所述的内部区与隔室的半径比不大于0.6。

外部区主要进行厌氧氨氧化反应和反硝化反应，内部区主要进行硝化反应。通过调整外部区和内部区的体积比例，合理安排各反应进行的过程，从而达到最佳的污染物去除效果。

所述的水槽的长度与反应器本体的直径比为(0.8～1.7)：1，水槽的宽度与反应器本体的宽度比为(1.5～3)：1，使反应器在节约材料成本的前提下获得较强的氧传质能力和较高的处理效率，在反应器本体转动时有足够的空间，增大微生物与氧气的接触概率。

所述的通风空隙沿径向的长度与反应器本体直径的比例为1.5％～5％，有利于o2和co2等气体的交换，以及反硝化反应产生的n2的释放。

优选地，所述的反应器本体为圆盘，直径2～3m，宽度0.2～0.4m。

优选地，所述的通风空隙沿径向的长度0.05～0.1m，为污染物去除和脱氮生物反应时o2，co2，n2等气体提供合适的交换场所。

优选地，所述的水槽两侧壁上分别设有进水口和出水口，方便污水进出。

优选地，所述的进水口通过蠕动泵与污水池连通，出水口连通蠕动泵排水。

优选地，所述的水槽长度2.4～3.4m，宽度0.4～0.6m，内含污水深度0.3～0.6m。

优选地，所述的反应器本体的外缘离所述的水槽的槽底垂直距离为0.1～0.4m，离槽壁轴向水平距离为0.1～0.2m，径向水平距离为0.1～0.5m。

旋转生物脱氮反应器可采用不锈钢材料构建反应器本体、隔板和中心转轴，工作流程如下：含氮污水通过进水口由污水池进入水槽，进而通过反应器本体的转动依次经过外部区、通风空隙和内部区进行生物脱氮和污染物净化处理，经处理后的废水从出水管流出进入水槽中，最后从水槽侧壁的出水口流出。

废水中的有机物、氨氮和亚硝氮等污染物与附着在填料上的生物膜进行反应，废水得到净化，同时填料上的生物膜不断生长，增厚，老化的生物膜随着反应器本体转动时产生的剪切力脱落，新的生物膜得以附着在填料上，生物膜由此得到循环更新，微生物活性较强。

外部区以厌氧微生物为主，主要进行厌氧氨氧化反应和反硝化反应，产生的n2通过通风空隙排出。同时，通风空隙为o2和co2等气体的交换提供良好条件。内部区以好氧微生物为主，主要进行硝化反应。

本发明与现有技术相比，主要优点包括：

(1)独立实现了a/o生物脱氮的工艺，在低能耗下获得较高的脱氮效率。

(2)氧传质能力强。填料比表面积大，反应器本体转动时，增大了微生物与氧气的接触概率；通风空隙为微生物提供充足的氧气。

(3)节能。中心转轴与转速控制计相连接，可根据进水的污染物浓度调整相应的转速和水力停留时间，达到不同工况下的最佳去除效率，从而节约能耗。

(4)容积负荷高，且可避免填料堵塞。选用的生物填料为聚氨酯海绵生物填料，其多孔通透结构大大提高了产品比表面积，网泡内孔结构形式为多边形，大孔、微孔、小孔互穿共布，膜覆盖率远大于比其他生物膜反应器，单位体积的生物量很高，确保了反应器的高负荷。

(5)生物膜更新快，微生物活性高。生物填料随反应器本体一起转动，污水得到净化的同时填料上的生物膜不断生长，增厚，老化的生物膜随着转动时产生的剪切力脱落，新的生物膜得以附着在填料上，生物膜由此得到循环更新，微生物活性较强。

附图说明

图1为实施例1旋转生物脱氮反应器的结构示意图；

图2为实施例1旋转生物脱氮反应器的剖面结构示意图；

图中：1-反应器本体；2-通风空隙；3-出水管；4-隔板；5-水槽；6-中心转轴；7-进水口；8-出水口。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，本发明的实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

如图1、图2所示的旋转生物脱氮反应器，包括由中心转轴6带动的反应器本体1，反应器本体1为圆盘，直径2m，宽度0.2m，下部浸入水槽5中，水槽5长度2.4m，宽度0.6m，内含污水深度0.4m。水槽5两侧壁上分别设有进水口7和出水口8。进水口7通过蠕动泵与污水池连通，出水口8连通蠕动泵排水。

反应器本体1的外缘离水槽5的槽底垂直距离为0.1m，离槽壁轴向水平距离为0.2m，径向水平距离为0.5m。

反应器本体1内沿径向设有隔板4，将内腔分隔成8个相同的扇形隔室，扇形顶角均为45°。

隔室沿轴向进行镂空，形成环形通风空隙2，环形通风空隙2沿径向的长度为0.05m。

通风空隙2将隔室划分为环形的外部区和扇形的内部区，扇形的内部区与扇形的隔室的半径比为0.5。

外部区和内部区填充聚氨酯海绵生物填料。聚氨酯海绵生物填料比表面积为4×10⁵m²m^-3，密度为16kgm^-3，具有多孔通透结构，结构形式为多边形，大孔、微孔、小孔互穿共布。

每个扇形隔室靠近中心转轴6处设有出水管3，进入每个扇形隔室的污水经净化后从出水管3流出，进入水槽5。

中心转轴6通过转速控制器与电机的输出轴固连(图中未显示)，可根据进水的污染物浓度调整相应的转速，达到不同工况下污染物的最佳去除效率，从而节约能耗。

旋转生物脱氮反应器可采用不锈钢材料构建反应器本体1、隔板4和中心转轴6，工作流程如下：含氮污水通过进水口7由污水池进入水槽5，进而通过反应器本体1的转动依次经过外部区、通风空隙2和内部区进行生物脱氮和污染物净化处理，经处理后的废水从出水管3流出进入水槽5中，最后从水槽侧壁的出水口6流出。

废水中的有机物、氨氮和亚硝氮等污染物与附着在填料上的生物膜进行反应，废水得到净化，同时填料上的生物膜不断生长，增厚，老化的生物膜随着反应器本体1转动时产生的剪切力脱落，新的生物膜得以附着在填料上，生物膜由此得到循环更新，微生物活性较强。

外部区以厌氧微生物为主，主要进行厌氧氨氧化反应和反硝化反应，产生的n2通过通风空隙排出。同时，通风空隙2为o2和co2等气体的交换提供良好条件。内部区以好氧微生物为主，主要进行硝化反应。

应用例

实施例1的旋转生物脱氮反应器应用于实验室规模的模拟废水处理。模拟废水的cod浓度200mg/l，nh4⁺-n浓度35mg/l，总氮(tn)浓度35mg/l，组成包括：乙酸钠(0.15g/l)，葡萄糖(0.05g/l)，nh4cl(0.12g/l)，nahco3(1.44g/l)，kh2po4(0.14g/l)k2hpo4(3.5g/l)。旋转生物脱氮反应器运行时，转速18rph，水力停留时间(hrt)4.8h，流量450l/d。运行稳定后，经处理后的出水cod浓度30mg/l，nh4⁺-n浓度5mg/l，tn浓度12mg/l，cod去除、硝化以及脱氮效率分别为85％、85％、65％，去除率为1.6kg-codm^-3d^-1、0.3kg-nh4⁺-nm^-3d^-1，0.12kg-nm^-3d^-1。说明本发明的旋转生物脱氮反应器具有良好的脱氮和污水处理效果。

此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。