一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化斜板生物反应器的制作方法

本实用新型涉及一种污水生物自养脱氮反应器，属于污水脱氮生物处理领域，尤其涉及一种一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化斜板强化生物反应器。

背景技术：

环境保护部2017年地表水环境质量状况指出，氨氮已成我国地表水中主要污染指标之一。近年来，生活生产过程中所排放的氨氮浓度已远超出受纳水体的自净能力，已成为我国水环境保护面临的一大难题。氨氮污染不仅会引起水体富营养化等一系列环境问题，同时也是威胁人类健康的一大隐患。

传统脱氮技术处理氨氮废水时，存在运行成本较高，污泥处置困难等问题。部分亚硝化-厌氧氨氧化(PN-ANAMMOX)工艺为一种新型的全自养脱氮技术，可解决传统脱氮存在问题，该工艺运行过程中无需投加有机碳源，污泥产量低，节省25％的曝气量，可极大降低处理成本等。生物反应器是实现部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺的核心，部分亚硝化-厌氧氨氧化生物反应器主要有分体式与一体式两种，一体式具有节省投资成本、可实现碱度内部平衡等特点而备受关注。但其存在曝气过程影响ANAMMOX功能菌活性致使反应器整体脱氮能力提升较慢，且好氧区、厌氧区无法自主分配等不足。

技术实现要素：

本实用新型针对目前部分亚硝化-厌氧氨氧化生物反应器存在功能区间分配、曝气对厌氧氨氧化功能菌群活性影响等问题，提出了一种可克服现有装置不足的新型部分亚硝化-厌氧氨氧化斜板强化生物反应器，可实现功能区之间的自主调配、完全避免曝气影响、大幅提高泥水分离效果、提升反应器整体脱氮效能。

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：

本实用新型所述的一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化斜板强化生物反应器结构为长方体，可由钢板或有机玻璃制作，可为污水脱氮处理一体化装置，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。一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化生物反应器包括生物反应器主体、隔室双侧布水器、进水管、微孔曝气管、好氧区排泥管、过渡区与厌氧区排泥管、分离区排泥管、回流管、好氧区与过渡区排气管、厌氧区排气管、分离区排气管、出水槽、出水管。生物反应器主体从左至右为好氧区、过渡区、厌氧区、导流区、分离区。

所述的好氧区内置有半软性纤维束填料、隔室双侧布水器。好氧区通过挡板与其右侧的过渡区分隔，但通过挡板与组合斜板Ⅰ之间的缝隙相通；通过组合斜板Ⅰ与厌氧区分隔。好氧区最左侧底部从左至右分别设有隔室双侧布水器、微孔曝气管。隔室双侧布水器与进水管相连通。好氧区顶板上设有好氧区与过渡区排气管，好氧区与挡板底部结合处布有好氧区排泥管。

所述的过渡区内置有流化床填料K1。过渡区左侧通过挡板与好氧区分隔，但通过挡板与组合斜板Ⅰ之间的缝隙相通；通过组合斜板Ⅰ与厌氧区分隔，但通过组合斜板Ⅰ与组合斜板Ⅱ之间缝隙相通。

所述的厌氧区位于过渡区与分离区之间，通过组合斜板Ⅰ与过渡区分隔，但通过组合斜板Ⅰ与组合斜板Ⅱ底部之间缝隙相通；通过组合斜板Ⅱ分别与导流区、分离区分隔，但通过组合斜板Ⅱ与顶板之间的缝隙与导流区相通；厌氧区顶板上布有厌氧区排气管，厌氧区组合斜板Ⅰ与组合斜板Ⅱ底部之间缝隙处设有过渡区与厌氧区排泥管。

所述的导流区位于厌氧区的右上侧，通过组合斜板Ⅱ与厌氧区分隔，但通过组合斜板Ⅱ与顶板之间的缝隙与厌氧区相通；通过斜板与分离区分隔，但通过斜板与组合斜板Ⅱ之间缝隙与分离区相通。

所述的分离区位于生物反应器主体的最右侧，通过组合斜板Ⅱ、斜板分别与厌氧区、导流区分隔，但通过斜板与组合斜板Ⅱ之间缝隙与导流区相通；分离区顶板上设有分离区排气管，外侧设有出水槽、出水管、回流管，分离区通过出水槽狭缝与出水槽连通；分离区与组合斜板Ⅱ底部结合处布有分离区排泥管。

其中，所述生物反应器主体长(L)、宽(W)、高(H)比值为(4～6):1:(2～3)，好氧区、过渡区、厌氧区、分离区体积比为3:1:2:1。

其中，所述隔室双侧布水器长度与生物反应器主体宽度相等，双侧板与反应器主体面形成封闭隔室，双侧板均开有圆孔阵，圆孔直径(D)为(0.05～0.015)L，双侧板的宽度为0.03L。

其中，所述微孔曝气管长度为好氧区长度1/2，一端紧邻隔室双侧布水器，沿生物反应器长度方向布置，位于反应器主体高度面一侧。

其中，所述挡板位于反应器主体1/2L处并垂直设置，挡板高度为(1/2～2/3)H。

其中，所述组合斜板Ⅰ由纵向斜板和横向斜板组成，纵向斜板与横向斜板之间夹角为150°；纵向斜板与反应器顶板接合，水平夹角为60°；横向斜板水平夹角为30°。

其中，所述组合斜板Ⅱ由纵向斜板和横向斜板组成，纵向斜板与横向斜板夹角为150°；纵向斜板与反应器主体底部接合，水平夹角为60°，横向斜板水平夹角为30°；组合斜板Ⅱ与组合斜板Ⅰ之间缝隙宽度为2～10cm，组合斜板Ⅱ中横向斜板上边缘高度低于出水管高度3～15cm。

其中，所述斜板与反应器主体顶板接合，水平夹角为60°；斜板与组合斜板Ⅱ之间缝隙宽度为2～10cm。

其中，所述出水槽狭缝高度低于出水管高度6～15cm，回流管与出水槽狭缝等高。

其中，所述好氧区与过渡区排气管、厌氧区排气管、分离区排气管均位于反应器主体顶板宽度的1/2处，分别位于各功能区长度的1/2处，排气管的内径均为2～10cm。

其中，所述的好氧区置有好氧反硝化絮体污泥，好氧区中半软性纤维束填料体积占好氧区体积的25％～45％；厌氧区置有厌氧氨氧化颗粒污泥，过渡区填充满流化填料K1，污泥种类由反应过程自动调配。

反应器构型设计对部分亚硝化与厌氧氨氧化功能区间合理配置、反应死区降低、反应器内流态优化、脱氮效能提高等均至关重要。本实用新型利用挡板、组合斜板将生物反应器分为好氧区、过渡区、厌氧区、导流区、沉淀区，过渡区可实现半程硝化与厌氧氨氧化功能区的自主配置，并完全避免曝气过程对厌氧氨氧化功能菌活性的不利影响；通过组合斜板优化反应器的整体流态，大幅降低反应器功能死区，提高反应器有效反应体积，减少占地面积；通过斜板设置延长反应历程、反应时间；实现反应器各功能区全混流，反应器整体平推流，大幅提高脱氮去除效率；设计沉淀区斜板可增大沉淀区面积，放缓污水水平流速，更利于污泥沉淀，提高泥水分离效果；通过好氧区填充填料，可维持反应器内较高的亚硝化功能微生物量，显著提升脱氮容积负荷，提高反应器抗冲击负荷能力。

本实用新型的有益效果如下：

1)抗冲击负荷能力强，占地面积小。好氧区、过渡区均置有填料，可维持较高的功能微生物量；厌氧区置有厌氧氨氧化颗粒污泥，厌氧氨氧化功能微生物浓度高。反应器可达较高的容积负荷，从而占地面积小，且高浓度功能微生物可大幅提高反应器抗冲击负荷能力。

2)避免曝气对反应器性能影响。过渡区的设置可在好氧区与厌氧区之间形成缓冲空间，氧气在过渡区可被微生物有效利用，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)实现功能区的自主调配。过渡区可在反应器实际运行中自主调整其所行使的功能，可在好氧半程硝化、厌氧氨氧化进行合理切换，可自调整好氧区、厌氧区之间配比，对运行参数的变动进行快速有效的响应，自主调节合理分配。

4)提高反应器整体效能。挡板、组合斜板合理设置，可优化反应器的流态，降低反应器功能死区，延长反应历程，增加反应时间，且反应器各功能区实现全混，而反应器整体实现平推流，大幅提高反应器脱氮性能；增大分离区表面积，从而降低污水表面流速，可提高泥水分离效果。

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为一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化斜板强化生物反应器结构示意图；

图2为一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化斜板强化生物反应器俯视图；

其中，1、生物反应器主体；2、好氧区；3、过渡区；4、厌氧区；5、导流区；6、分离区；7、进水管；8、隔室双侧布水器；9、微孔曝气管；10、好氧区排泥管；11、过渡区与厌氧区排泥管；12、分离区排泥管；13、回流管；14、好氧区与过渡区排气管；15、厌氧区排气管；16、分离区排气管；17、出水槽；18、出水管；19、挡板；20、组合斜板Ⅰ；21、组合斜板Ⅱ；22、斜板；201、组合斜板Ⅰ纵向斜板；202、组合斜板Ⅰ横向斜板；211、组合斜板Ⅱ纵向斜板；212、组合斜板Ⅱ横向斜板。

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1、2所示，一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化斜板强化生物反应器结构为长方体，可由钢板或有机玻璃制作，可为污水脱氮处理一体化装置，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。包括生物反应器主体1、隔室双侧布水器8、进水管7、微孔曝气管9、好氧区排泥管10、过渡区与厌氧区排泥管11、分离区排泥管12、回流管13、好氧区与过渡区排气管14、厌氧区排气管15、分离区排气管16、出水槽17、出水管18。生物反应器主体从左至右为好氧区2、过渡区3、厌氧区4、导流区5、分离区6。

所述的好氧区2内置有半软性纤维束填料、隔室双侧布水器8。好氧区2通过挡板19与其右侧的过渡区3分隔，并通过挡板19与组合斜板Ⅰ20之间的缝隙相通；通过组合斜板Ⅰ20与厌氧区4分隔。好氧区2最左侧底部从左至右分别设有隔室双侧布水器8、微孔曝气管9，隔室双侧布水器8与进水管7相连通。好氧区2顶板上设有好氧区与过渡区排气管14，好氧区2与挡板19底部结合处设有好氧区排泥管10。

所述的过渡区3内置有流化床填料K1。过渡区3左侧通过挡板19与好氧区2分隔，但通过挡板19与组合斜板Ⅰ20之间的缝隙相通，通过组合斜板Ⅰ20与厌氧区4分隔，但通过组合斜板Ⅰ19与组合斜板Ⅱ21之间缝隙相通。

所述的厌氧区4位于过渡区3与分离区6之间，通过组合斜板Ⅰ20与过渡区3分隔，但通过组合斜板Ⅰ20与组合斜板Ⅱ21底部之间缝隙与过渡区3相通；通过组合斜板Ⅱ21分别与导流区5、分离区6分隔，但通过组合斜板Ⅱ21与顶板之间的缝隙与导流区5相通；厌氧区4顶板上设有厌氧区排气管15，厌氧区4组合斜板Ⅰ20与组合斜板Ⅱ21底部之间缝隙处设有过渡区与厌氧区排泥管11。

所述的导流区5位于厌氧区4的右上侧，通过组合斜板Ⅱ21与厌氧区4分隔，但通过组合斜板Ⅱ21与顶板之间的缝隙与厌氧区4相通；通过斜板22与分离区6分隔，但通过斜板22与组合斜板Ⅱ21之间缝隙与分离区6相通。

所述的分离区6位于生物反应器主体1的最右侧，通过组合斜板Ⅱ21、斜板22分别与厌氧区4、导流区5分隔，但通过斜板22与组合斜板Ⅱ21之间缝隙与导流区5相通；分离区顶板上设有分离区排气管16，外侧设有出水槽17、出水管18、回流管13，分离区6通过狭缝与出水槽17连通；分离区6与组合斜板Ⅱ21底部结合处设有分离区排泥管12。

其中，所述生物反应器主体1长(L)、宽(W)、高(H)比值为(4～6):1:(2～3)，好氧区2、过渡区3、厌氧区4、分离区6体积比为3:1:2:1。所述隔室双侧布水器8长度与生物反应器主体1宽度相等，双侧板与反应器主体面形成封闭隔室，双侧板均开有圆孔阵，圆孔直径(D)为(0.05～0.015)L，双侧板的宽度均为0.03L。所述微孔曝气管9长度为好氧区2长度1/2，一端紧邻隔室双侧布水器8，沿生物反应器主体1长度方向布置，位于反应器主体1高度面一侧。所述挡板19位于反应器主体1/2L处并垂直设置，挡板19高度为(1/2～2/3)H。所述组合斜板Ⅰ20由纵向斜板201和横向斜板202组成，纵向斜板201与横向斜板202之间夹角为150°；纵向斜板201与反应器顶板接合，水平夹角为60°；横向斜板202水平夹角为30°。所述组合斜板Ⅱ21由纵向斜板211和横向斜板212组成，纵向斜板211与横向斜板212夹角为150°；纵向斜板211与反应器主体底部结合，水平夹角为60°，横向斜板212水平夹角为30°；组合斜板Ⅱ21与组合斜板Ⅰ20之间缝隙宽度为2～10cm，组合斜板Ⅱ21中横向斜板212上边缘高度低于出水管18高度3～15cm。所述斜板22与反应器主体1顶板接合，水平夹角60°；斜板22与组合斜板Ⅱ21之间缝隙宽度为2～10cm。所述出水槽17狭缝高度低于出水管18高度6～15cm。所述好氧区与过渡区排气管14、厌氧区排气管15、分离区排气管16均位于反应器主体顶板宽度1/2处，分别位于各功能区长度1/2处，排气管内径均为2～10cm。所述的好氧区2内置好氧反硝化絮体污泥，内置半软性纤维束填料体积占好氧区1体积的25％～45％；厌氧区4内置厌氧氨氧化颗粒污泥，过渡区3填充满流化填料K1，污泥种类由反应过程自动配置。

本实用新型一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化斜板强化生物反应器工作过程如下：含氨氮废水经进水管7进入隔室双侧布水器8，在隔室双侧布水器8中与回流管13的回流出水充分混匀后，经分布于隔室双侧布水器8中双侧板上的圆孔阵，从横、纵两方向均匀布水后进入好氧区2，在位于反应器主体1高度面一侧的微孔曝气管释放出空气的搅动与曝气作用下使污水在好氧区实现全混并进行一定程度充氧，污水在好氧区2进行部分亚硝化反应，部分氨氮转化为亚硝酸钠盐，污水流经好氧区后半段，因无微孔曝气管曝气，污水中氧气含量逐渐降低；污水继续经挡板19与组合斜板Ⅰ20之间缝隙进入过渡区3，若氧气浓度较高，为好氧或兼氧环境，则过渡区3行使好氧区2功能，以短程硝化反应为主，若氧气浓度较低，为缺氧或厌氧环境，则过渡区3行使厌氧区4功能，以厌氧氨氧化反应为主；污水从过渡区3经组合斜板Ⅰ20与组合斜板Ⅱ21之间的缝隙继续进入厌氧区4，污水在厌氧区4进行厌氧氨氧化反应，氮污染物最终生成氮气排出，附有气泡而上浮的厌氧氨氧化颗粒污泥经组合斜板Ⅱ21的阻留、分离作用可返回至厌氧区5；污水继续经由斜板22与组合斜板Ⅱ21之间缝隙由导流区5进入分离区6，因组合斜板Ⅱ21的设置可增大分离区表面积，从而降低污水表面流速，使泥水得到良好的分离；污水继续经分离区6中狭缝流入出水槽17经排水管18外排。

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。