高效厌氧脱氮生物反应器的制作方法

本实用新型涉及污水处理反应器技术领域，尤其涉及一种高效厌氧脱氮生物反应器。

背景技术：

随着我国污水处理的总氮排放标准不断提高，对总氮污染物的总量控制也日益受到重视。城镇污水和工业废水总氮污染物去除是目前水污染防治和污水再生水回用的重点和难点。

高浓度硝酸盐废水是一种氮负荷较高的废水，污水处理厂中污泥消化液、好氧硝化的出水及其他工业废水均可产生高浓度硝酸盐，不但加大了污水处理厂脱氮的负荷，还增加了运行处理费用，而有机碳源不足则会影响反硝化效果，影响出水水质，经济有效地进行高浓度硝酸盐废水脱氮是污水处理中的重要工作。

传统生物脱氮是通过反硝化过程，即反硝化菌利用可生物降解的有机物将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮完全还原为氮气，从而达到污水脱氮的目的，同时还可以去除部分的COD。但对于高硝态氮废水的反硝化处理，不仅需要很大占地面积的缺氧池，而且由于系统中高浓度的硝酸盐的存在抑制了亚硝酸盐的还原，导致硝酸盐还原速率大于亚硝酸盐还原速率，进而可以造成亚硝酸盐在系统中积累，而亚硝酸盐氮浓度的积累，反过来又会对反硝化反应造成抑制，这种反馈抑制作用无法通过有效方法解除，但是，厌氧脱氮体系中可通过较大比例的回流等措施进行控制，可以解除上述抑制作用，从而提高反硝化效率。

厌氧反应器由于其具有负荷高、占地面积小、运行成本低等特点，厌氧脱氮的工艺也越来越受到相关研究的青睐。通过研究表明，厌氧脱氮体系中，虽然存在着反硝化和产甲烷的耦合问题(即由于硝酸根的存在，致使氧化还原电位处于高位，不利于产甲烷菌的活性；反硝化过程中代谢的NOX化合物对产甲烷菌有一定的抑制作用；反硝化菌和产甲烷菌对于碳源有竞争关系)，但是，通过合理的C/N比控制、较大比例的回流等措施可以实现在反硝化的同时产甲烷。利用厌氧反硝化处理高浓度硝酸盐废水，是解决废水脱氮的一种经济、有效的新途径。

本技术领域的技术人员致力于解决上述技术缺陷。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型的技术目的在于解决上述技术缺陷。

为实现上述技术目的，本实用新型提供了一种高效厌氧脱氮生物反应器，包括罐体、布水器、第一级三相分离器、第二级三相分离器、内回流管、出水堰、气水分离器、外循环泵，所述罐体的侧壁上开设有出水口，所述罐体内部分为混合区、脱氮除碳室、除碳转化室、沉淀区和气水分离区共五个功能区，所述布水器为倒V字型结构，位于反应器的底部的混合区，所述第一级三相分离器与第二级三相分离器分别位于反应器的中部和上部，且均采用倒V字型集气罩结构，所述内回流管与罐体同轴心，且上端口与气水分离器连接，下端口位于混合区，所述出水堰位于第二级三相分离器的上部，且与出水口连接，所述气水分离器位于罐体的顶部，所述外循环泵位于罐体的外部，通过循环管分别与罐体侧壁的底部、脱氮除碳室的上部连通。

进一步的，所述罐体为圆柱体，罐体的顶部设有盖板，且盖板上设置有气水分离器，所述罐体侧壁的底部设有进水口和排泥口，所述罐体的出水口与进水端之间设有回流管。

进一步的，所述布水器位于罐体内部的底部，所述布水器由两级倒V字型集气罩与布水管组成，且布水管位于两级集气罩中间。

进一步的，所述第一级三相分离器与第二级三相分离器均平行交错布置，且两者均分别配套设置了导气管，导气管与气水分离器连通。

进一步的，所述气水分离器为圆柱体结构，与罐体同轴心，且顶部设有出气口，侧壁设有导气管连接口，底部设有内回流管连接口。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型集脱氮和除碳两个过程为一体，节约了占地面积和投资运行成本，并且在脱氮除碳的同时，能够将水中的部分难降解物质转化为可生物降解的有机物，为后续工艺处理提供了保障。

2、本实用新型通过设置两级三相分离器，获得较高污泥浓度，通过气提内循环和强制外循环的扰动，使泥水混合物充分接触，获得良好的传质效果，可使反硝化容积负荷高达0.8-1.5kg NO3^--N/m³·d，而传统缺氧反硝化池一般约为0.2-0.3kg NO3^--N/m³·d。

3、本实用新型具有较大的高径比(高径比为3-8)和上升流速(流速为3-5m/h)，保证了微生物与污染物的充分接触，处理负荷较传统上流式厌氧污泥床(UASB)高出2倍以上，其体积相当于普通厌氧反应器的1/3-1/2左右，普通反硝化池的1/4-1/5，且不需沉淀池，大大降低了反应器的基建投资。

4、本实用新型采用强制大循环回流(回流比为8-20)的方式，使大量的循环水和进水充分混合后，原水中的硝酸盐氮等对产甲烷菌、反硝化菌等的有害因子得到充分稀释，大大降低了毒物对厌氧脱氮过程的影响，使得反应器的抗冲击负荷能力较强。

5、本实用新型的出水进行回流，一方面能够充分利用反硝化和COD转化的碱度，减少碱度的补充，维持反应器内pH值的稳定；另一方面可以对进水进行稀释，降低高浓度的硝酸盐氮对系统的抑制作用，提高脱氮效率。

附图说明

图1为本实用新型高效厌氧脱氮生物反应器的示意图；

图2为本实用新型高效厌氧脱氮生物反应器的平面图。

图中标号：1-罐体、101-混合区、102-脱氮除碳室、103-除碳转化室、104-沉淀区、105-气水分离区、2-布水器、3-第一级三相分离器、4-第二级三相分离器、5-内回流管、6-出水堰、7-气水分离器、8-外循环泵、9-进水口、10-排泥口、11-出水口、12-回流管、13出气口。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

实施例：

请参照图1-图2所示的一种高效厌氧脱氮生物反应器，包括罐体1、布水器2、第一级三相分离器3、第二级三相分离器4、内回流管5、出水堰6、气水分离器7、外循环泵8，所述第一级三相分离器3与第二级三相分离器4均平行交错布置，且两者均分别配套设置了导气管(图中未示出)，导气管与气水分离器7连通。

罐体1的侧壁上开设有出水口11，所述罐体1内部分为混合区101、脱氮除碳室102、除碳转化室103、沉淀区104和气水分离区105共五个功能区，脱氮除碳室102位于混合区101上方，反应器内混合液的上升流和反硝化产生的氮气的扰动，使该反应区内颗粒污泥呈膨胀和流化状态，加强了污泥与废水的表面接触，污泥由此而保持着高的活性，在20-40g/L的高浓度的颗粒污泥的作用下，大部分硝酸盐氮在此转化为氮气，随着气体产量的增多，一部分泥水混合物被反应产生的气体通过导气管(图中未示出)上升至顶部的气液分离区105，另一部分继续上升进入除碳转化室103，其上升流速可达到3-8m/h，所述布水器2为倒V字型结构，位于反应器的底部的混合区101。

值得注意的是，布水器2位于罐体1底部的混合区101，布水器1由两级倒V字型集气罩与布水管组成，且布水管位于两层集气罩中间，通过两层集气罩的作用，进水可均匀布水，并与污泥、强制循环的泥水混合物以及气液分离区105回流的泥水混合物有效地在此区域混合。

除碳转化室103位于脱氮除碳室102的上方，泥水混合物通过第一级三相分离器3进入除碳转化室103，在碳转化室103中，污泥浓度已降低至10-20g/L，且废水中部分有机物已在脱氮除碳室103被降解，产生的沼气量较少，沼气通过另一个导气管(图中未示出)进入气液分离区105，使得气体对除碳转化室103的扰动很小，这为污泥的停留提供了有利条件，有利于水中难降解物质的有效转化。

值得注意的是，第一级三相分离器3与第二级三相分离器4分别位于反应器的中部和上部，且均采用倒V字型集气罩结构。

内回流管5与罐体1同轴心，且上端口与气水分离器7连接，下端口位于混合区101，所述出水堰6位于第二级三相分离器4的上部，且与出水口11连接，所述出水堰6位于除碳转化室103上方的沉淀区104，除碳转化室103的泥水混合物在沉淀区104沉淀，沉淀后的污泥返回除碳转化室103的污泥床，污水经出水堰6后由出水管排出。

气水分离器7位于罐体1的顶部，所述外循环泵8位于罐体1的外部，通过循环管分别与罐体1侧壁的底部、脱氮除碳室102的上部连通，值得注意的是，所述罐体1为圆柱体，罐体1的顶部设有盖板，且盖板上设置有气水分离器7。罐体1侧壁的底部设有进水口9和排泥口10，罐体侧壁的上部设有出水口11，且出水口11与进水口9之间设有回流管12，部分出水通过出水回流管12回流至进水端，与进水混合后进入反应器底部，一方面可稀释进水，降低进水的硝酸盐氮浓度，降低硝酸盐氮的抑制作用，提高脱氮效率；另一方面可补充碱度，维持系统中的pH值平衡。

使用本实用新型处理某煤化工企业的合成气制乙二醇生产废水，稳定运行第1天至第15天的进水和出水数据对比情况如表1所示。

表1反应器进水和出水水质

由表1可知，经本实用新型装置对某乙二醇生产废水处理15天后，废水中的COD从3525-6781mg/L降低至2000mg/L以下，硝态氮(NO3-N)从349-627mg/L降低至50mg/L以下，总氮从365-634mg/L降低至55mg/L以下。可见本实用新型装置对高浓度的硝酸盐废水的脱氮效果较好，且同时能够去除一部分COD。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。