本实用新型涉及一种生物脱氮反应器，属于污水处理生物脱氮技术领域，具体是一种双循环短程硝化反硝化反应器(Double cycle shortcut nitrification-denitrification reactor，DC-SNDR反应器)。
技术背景
传统的生物脱氮工艺为一个完整生物脱氮过程，包括氨化作用，硝化作用和反硝化作用构成，是好氧硝化过程与缺氧反硝化相继或交替完成，由氨化菌的作用将有机氮氧化分解为NH4+-N；然后由自养型硝化细菌将NH4+-N氧化成NO2--N和NO3--N；接着NO2--N和NO3--N在反硝化细菌的作用下还原为N2或其它氮氧化物，最后N2释放到大气中，从而达到脱氮的目的。在全程硝化过程中，耗氧当量为2.86g O2/gNO3-N，为满足完全硝化反应所需的曝气，其过程大大增加了污水处理过程的整体能耗和运行费用。
国内外研究短程硝化反硝化工艺较多，其原理是利用氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌氮素转化的差异性，将氨氮氧化控制在NO2-N阶段，省去了传统生物脱氮中由亚硝酸盐氧化成硝酸盐，再还原成亚硝酸盐，短程硝化反硝化工艺耗氧当量为1.71gO2/g NO3-N，大幅度降低了污水处理过程的整体能耗和运行费用。但是工程化应用鲜有实例，形成一体化装备应用的更少，实用新型高效的短程硝化反硝化新型一体化反应器势在必行。
技术实现要素：
本实用新型针对生物脱氮技术领域，提供一种双循环短程硝化反硝化反应器，利用硝酸菌和亚硝酸菌在动力学特性上存在的固有差异，控制硝化反应只进行到NO2--N阶段，形成大量的NO2--N累积并着床在反应器的填料上，利于反应器双循环传质进行反硝化反应，适合碳氮比低的低、中、高浓度有机废水的生物脱氮处理。
为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
双循环短程硝化反硝化反应器，包括罐体、环形档水板、集气罩、曝气系统、第一生物绳填料层、第二生物绳填料层、第三生物绳填料层、气水分离器、上回流管、上回流喷头、下回流管、第一十字管、下回流喷头、排气管、集气管、锥形回泥板、斜板、出水堰、出水管、进水管、第二十字管、进水喷头、内导流板、中导流板和排泥管；
环形档水板同心安装在罐体内部上端，集气罩安装在罐体内部环形档水板的下方，曝气系统安装在罐体内部集气罩的下方；环形档水板与罐体之间的环形区域为沉淀区，集气罩顶至环形档水板内圆部分的水面为上反硝化区，硝化区位于集气罩与曝气系统之间，曝气系统下方为下反硝化区，下反硝化区下方至罐底的空间为布水混合区；
上反硝化区设有第一生物绳填料层，硝化区设有第二生物绳填料层，下反硝化区设有第三生物绳填料层；
气水分离器安装在罐体顶部，上回流管一端连接在气水分离器底部，上回流管另一端接至位于第一生物绳填料层上方的水平管上，水平管上安装有多组上回流喷头；下回流管上端连接在气水分离器底部，下回流管下端接至安装在布水混合区的第一十字管，第一十字管各个管臂上安装有多组下回流喷头；排气管一端连接在气水分离器顶部，排气管另一端连接至罐体内水面以下；集气管下端连接在集气罩的锥顶，集气管上端通过水平管连进气水分离器中；
锥形回泥板的小径端在上并环形挡水板下端固定连接，锥形回泥板的大径端在下，锥形回泥板的大径端与管壁之间为过水通道，多块斜板安装在沉淀区的锥形回泥板上方，多个出水堰安装在斜板上方，各个出水堰为槽形，各个出水堰沿罐体直径方向设置，出水管一端连接在出水堰上，另一端连接至罐体外；
进水管一端与水源连接，进水管另一端与安装在布水混合区的第二十字管连接，第二十字管的各个管臂上安装有多组进水喷头；
内导流板和中导流板均为与罐体同圆心的圆弧型，内导流板和中导流板将布水混合区从罐体中心向外依次划分内旋混区、中旋混区和外旋混区；
排泥管安装在罐体底部。
进一步的，还包括硝化区溶解氧探头、下反硝化区溶解氧探头、上反硝化区溶解氧探头、下调节阀、上调节阀和泄压调节阀；
下反硝化区溶解氧探头设置在下反硝化区；硝化区溶解氧探头设置在硝化区；上反硝化区溶解氧探头设置在上反硝化区；上回流管上安装有上调节阀，排气管上安装有泄压调节阀，下回流管上安装有下调节阀。
进一步的，还包括控制系统，所述曝气系统、硝化区溶解氧探头、下反硝化区溶解氧探头、上反硝化区溶解氧探头、下调节阀、上调节阀和泄压调节阀均与控制系统连接实现自动控制工作。
进一步的，所述上回流喷头的射流方向、下回流喷头的射流方向、进水喷头的射流方向均相同且均沿罐体横截面的割线方向；所述集气管上端水平管的射流方向沿气水分离器横截面的割线方向。
进一步的，第一十字管的各个管臂处于内旋混区、中旋混区和外旋混区的部分分别设置下回流喷头；第二十字管的各个管臂处于内旋混区、中旋混区和外旋混区的部分分别设置外循环进水喷头。
进一步的，所述曝气系统为膜片曝气器或旋混曝气器或曝气管的任一种；气水分离器底部为小径端在下的锥形。
进一步的，所述内导流板和中导流板的数量均≥2片，每片所述内导流板和中导流板的弧长均≤1/4圆周，各个内导流板均匀分布在圆周上，各个中导流板也均匀分布在圆周上，内导流板和中导流板交错布置；第一十字管与第二十字管交叉布置，内导流板置于罐底，中导流板通过支撑脚固定在罐底。
进一步的，所述生物绳填料层由上下两层支架固定，每层支架由生物绳填料直支架、生物绳填料同心圆支架构成蜘蛛网状结构，生物绳填料固定于生物绳填料同心圆支架上。
所述的双循环短程硝化反硝化反应器的工作方法，
(1)运行时，反应器接种好氧污泥，厌氧系统的出水由进水管直接进入罐体底部；
(2)启动曝气系统，使气、液、固混合物在集气罩内、外形成密度差被集气管提升到罐顶的气水分离器，一部分混合物通过下回流管回流到罐体底部的布水混合区，并从下回流喷头射出，并形成旋转混合，上升经过下反硝化区、硝化区，再次被集气管提升到罐顶的气水分离器，形成下循环；另一部分气、液、固混合物通过上回流管回流到上反硝化区从上回流喷头射出，并形成旋转混合，下沉经过上反硝化区，沿集气罩与罐体之间的回流缝进入集气罩下的硝化区，再次被集气管提升到罐顶的气水分离器，形成上循环；出水经过沉淀区的斜板后上升溢流进入出水堰，再由出水管排出进入下一处理单元。
曝气系统根据硝化区溶解氧探头反馈数据间歇工作或连续工作，硝化区溶解氧控制0.8-1.5mg/L，下回流管上的下调节阀根据下反硝化区溶解氧探头反馈数据调节回流大小，下反硝化区溶解氧控制0.2-0.5mg/L，上回流管上的上调节阀根据上反硝化区溶解氧探头反馈数据调节回流大小，上反硝化区溶解氧控制0.2-0.8mg/L，泄压调节阀控制压力0.01-0.03MPa。
本实用新型双循环短程硝化反硝化反应器具有以下优点：
(1)双循环功能，实现快速混合，传质效果优越，抗负荷冲击能力强，反硝化速率高。
(2)减少25％左右的需氧量，降低能耗。
(3)减少40％左右的有机碳源，节省运行成本.
(4)反应器一体化结构，节省占地面积；
(5)对比全程硝化反硝化过程，污泥产量少；
(6)减少碱的投加量。
附图说明
图1：双循环短程硝化反硝化反应器结构示意图。
图2：填料层结构示意图。
图3：布水混合区结构示意图。
图中：1、罐体，2、进水管，3、出水管，4、排泥管，5、下反硝化区，6、硝化区，7、上反硝化区，8、沉淀区，9、布水混合区，10、曝气系统，11、集气罩，12、气水分离器，13、下回流管，14、上回流管，15、排气管，16、出水堰，17、斜板，18、回泥板，19、挡水板，20、生物绳填料直支架，21、生物绳填料同心圆支架，22、生物绳填料，23、下回流喷头，24、上回流喷头，25、进水喷头，26、集气管，27、硝化区溶解氧探头，28、下反硝化区溶解氧探头，29、上反硝化区溶解氧探头，30、下调节阀，31、上调节阀，32、泄压调节阀，33、控制系统，34、内旋混区，35、中旋混区，36、外旋混区，37、内导流板，38、中导流板。
具体实施方式
下面结合实例、附图对本实用新型座进一步说明，本实用新型的实施不限于下列实施例。
实施例1
双循环短程硝化反硝化反应器，包括罐体1、环形档水板19、集气罩11、曝气系统10、第一生物绳填料层、第二生物绳填料层、第三生物绳填料层、气水分离器12、上回流管14、上回流喷头24、下回流管13、第一十字管、下回流喷头23、排气管15、集气管26、锥形回泥板18、斜板17、出水堰16、出水管3、进水管2、第二十字管、进水喷头25、内导流板37、中导流板38和排泥管4；
环形档水板19同心安装在罐体1内部上端，集气罩11安装在罐体内部环形档水板19的下方，曝气系统10安装在罐体内部集气罩11的下方；环形档水板19与罐体1之间的环形区域为沉淀区8，集气罩11顶至环形档水板19内圆部分的水面为上反硝化区7，硝化区6位于集气罩11与曝气系统10之间，曝气系统10下方为下反硝化区5，下反硝化区5下方至罐底的空间为布水混合区9；
上反硝化区7设有第一生物绳填料层，硝化区6设有第二生物绳填料层，下反硝化区5设有第三生物绳填料层；
气水分离器12安装在罐体1顶部，上回流管14一端连接在气水分离器12底部，上回流管14另一端接至位于第一生物绳填料层上方的水平管上，水平管上安装有多组上回流喷头24；下回流管13上端连接在气水分离器2底部，下回流管13下端接至安装在布水混合区9的第一十字管，第一十字管各个管臂上安装有多组下回流喷头23；排气管15一端连接在气水分离器12顶部，排气管15另一端连接至罐体1内水面以下；集气管26下端连接在集气罩11的锥顶，集气管26上端通过水平管连进气水分离器2中；
锥形回泥板18的小径端在上并环形挡水板41下端固定连接，锥形回泥板18的大径端在下，锥形回泥板18的大径端与管壁1之间为过水通道，多块斜板17安装在沉淀区8的锥形回泥板18上方，多个出水堰16安装在斜板17上方，各个出水堰16为槽形，各个出水堰16沿罐体直径方向设置，出水管3一端连接在出水堰16上，另一端连接至罐体1外；
进水管2一端与水源连接，进水管2另一端与安装在布水混合区9的第二十字管连接，第二十字管的各个管臂上安装有多组进水喷头25；
内导流板37和中导流板38均为与罐体同圆心的圆弧型，内导流板37和中导流板38将布水混合区6从罐体1中心向外依次划分内旋混区34、中旋混区35和外旋混区36；
排泥管4安装在罐体底部。
进一步的，还包括硝化区溶解氧探头27、下反硝化区溶解氧探头28、上反硝化区溶解氧探头29、下调节阀30、上调节阀31和泄压调节阀32；
下反硝化区溶解氧探头28设置在下反硝化区5；硝化区溶解氧探头27设置在硝化区6；上反硝化区溶解氧探头29设置在上反硝化区7；上回流管14上安装有上调节阀31，排气管15上安装有泄压调节阀32，下回流管13上安装有下调节阀30。
进一步的，还包括控制系统33，所述曝气系统10、硝化区溶解氧探头27、下反硝化区溶解氧探头28、上反硝化区溶解氧探头29、下调节阀30、上调节阀31和泄压调节阀32均与控制系统33连接实现自动控制工作。
进一步的，所述上回流喷头24的射流方向、下回流喷头23的射流方向、进水喷头25的射流方向均相同且均沿罐体1横截面的割线方向；所述集气管14上端水平管的射流方向沿气水分离器2横截面的割线方向。
进一步的，第一十字管的各个管臂处于内旋混区34、中旋混区35和外旋混区36的部分分别设置下回流喷头12；第二十字管的各个管臂处于内旋混区34、中旋混区35和外旋混区36的部分分别设置外循环进水喷头29。
进一步的，所述曝气系统5为膜片曝气器或旋混曝气器或曝气管的任一种；气水分离器2底部为小径端在下的锥形。
进一步的，所述内导流板37和中导流板38的数量均≥2片，每片所述内导流板37和中导流板38的弧长均≤1/4圆周，各个内导流板37均匀分布在圆周上，各个中导流板38也均匀分布在圆周上，内导流板37和中导流板38交错布置；第一十字管与第二十字管交叉布置，内导流板37置于罐底，中导流板38通过支撑脚固定在罐底。
进一步的，所述生物绳填料层由上下两层支架固定，每层支架由生物绳填料直支架20、生物绳填料同心圆支架21构成蜘蛛网状结构，生物绳填料20固定于生物绳填料同心圆支架22上。
所述的双循环短程硝化反硝化反应器的工作方法，
(1)运行时，反应器接种好氧污泥，厌氧系统的出水由进水管直接进入罐体1底部；
(2)启动曝气系统10，使气、液、固混合物在集气罩11内、外形成密度差被集气管26提升到罐顶的气水分离器12，一部分混合物通过下回流管13回流到罐体1底部的布水混合区9，并从下回流喷头23射出，并形成旋转混合，上升经过下反硝化区5、硝化区6，再次被集气管26提升到罐顶的气水分离器12，形成下循环；另一部分气、液、固混合物通过上回流管14回流到上反硝化区7从上回流喷头24射出，并形成旋转混合，下沉经过上反硝化区7，沿集气罩11与罐体1之间的回流缝进入集气罩11下的硝化区6，再次被集气管26提升到罐顶的气水分离器12，形成上循环；出水经过沉淀区8的斜板17后上升溢流进入出水堰16，再由出水管3排出进入下一处理单元。
所述的双循环短程硝化反硝化反应器的工作方法，曝气系统10根据硝化区溶解氧探头27反馈数据间歇工作或连续工作，硝化区6溶解氧控制0.8-1.5mg/L，下回流管13上的下调节阀30根据下反硝化区溶解氧探头28反馈数据调节回流大小，下反硝化区5溶解氧控制0.2-0.5mg/L，上回流管14上的上调节阀31根据上反硝化区溶解氧探头29反馈数据调节回流大小，上反硝化区7溶解氧控制0.2-0.8mg/L，泄压调节阀32控制压力0.01-0.03MPa。
实施例2
上反硝化区7占罐体1高度的1/4-1/3，硝化区6占罐体1高度的1/3-1/2，下反硝化区5占罐体1高度的1/4-1/3，上回流喷头24数量≥3组，排气管15另一端连接至罐体内水面以下5-30厘米，生物绳填料的间距20-40厘米。
斜板17一侧固定在罐壁上，斜板17另一侧固定在环形挡水板41，斜板17平面与圆柱罐体的纵截面不重合。
锥形回泥板18的大径端与管壁1之间为间距15-45厘米的过水通道。
各个出水堰16以罐体轴线为圆心，辐射状均匀分布，一端固定在罐壁上，另一侧固定在环形挡水板41，各个出水堰16通过管道连接。
出水堰16位于罐顶下方5-20厘米处。
罐体1高径比1:1-4:1；硝化区8为曝气系统5上部至罐顶，占罐体1高度的1/2-2/3；反硝化区8为曝气系统5下部至罐底，占罐体1高度的1/3-1/2。
罐体1和气水分离器2都为柱状。
进水管26沿罐体1的罐壁切向进入罐体1至30-50厘米
上回流喷头13数量≥3组并均匀布置。
集气罩4为30°-65°的大径端在下小径端在上的锥形，集气罩4的大径端边缘距离罐体1筒壁20-50厘米。
第一十字管与第二十字管交叉45°布置，第一十字管的管壁与第二十字管的管壁均匀间隔安装，内导流板37置于罐底，高度30-150厘米，中导流板38与罐底间隙30-100厘米，高度30-150厘米。
第二十字管位于第一十字管上方，第二十字管距离罐底50-150厘米，第一十字管距离罐底30-80厘米。
内导流板37和中导流板38交错布置；意味着，内导流板37的圆弧中点与圆心的连线同中导流板38的圆弧中点与圆心的连线不重合；最优的内导流板37的圆弧中点与圆心的连线同中导流板38的圆弧中点与圆心的连线间隔均匀。
锥形回泥板18的小径端的直径与环形挡水板41直径相同。