分区曝气内循环上升流短程硝化耦合厌氧氨氧化反应系统及脱氮方法

本发明涉及一种短程硝化耦合厌氧氨氧化反应系统，具体涉及一种分区曝气内循环上升流短程硝化耦合厌氧氨氧化反应系统及脱氮方法，本发明属于污水脱氮。

背景技术：

1、随着社会经济的发展和工业水平的提高，生活和工业废水中氮元素排放量不断增加，超高环境容纳量的氮元素进入自然水体会引起水体富营养化等环境问题，因此污水脱氮是污水处理过程中必不可少的关键步骤。但是目前污水处理厂常用的硝化反硝化脱氮工艺，存在能耗和药耗高的问题，不符合国家节能减排等政策。

2、短程硝化耦合厌氧氨氧化作为一种现阶段被最广泛研究的厌氧氨氧化衍生工艺，与传统硝化反硝化工艺相比，具有不需要外加碳源、节约曝气能耗以及剩余污泥产量低等优势，因此，逐步取代传统硝化反硝化工艺用于污水脱氮。在近二十年中，全尺寸规模的短程硝化耦合厌氧氨氧化工艺已被应用于污泥脱水液、垃圾渗滤液、味精生产废水等多种高氨氮测流、工业废水处理中，但是在主流低氨氮污水脱氮领域仍处于实验室研究阶段。原因是在低氨氮条件下，厌氧氨氧化菌难以稳定地获取氨氧化微生物产生的亚硝酸盐作为电子受体。而短程硝化耦合厌氧氨氧化工艺中的两种关键功能微生物分别是好氧菌和厌氧菌，所以控制反应器中溶解氧浓度成为提高主流短程硝化耦合厌氧氨氧稳定性的关键。

技术实现思路

1、本发明为解决主流短程硝化耦合厌氧氨氧化工艺中，溶解氧浓度难控制导致反应器脱氮效率低和不稳定的问题，进而提出一种分区曝气内循环上升流短程硝化耦合厌氧氨氧化反应系统及脱氮方法。

2、本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

3、本发明包括反应器主体和配套设备，反应器主体与其配套设备连接，所述反应器主体包括布水区、缺氧反应区、好氧反应区、三相分离区、曝气头和出水堰，布水区、缺氧反应区、好氧反应区、三相分离区由下至下依次连接，曝气头位于缺氧反应区和好氧反应区之间，三相分离区的上部设有出水堰。

4、进一步的，所述配套设备包括溶解氧传感器、进水箱、出水箱、空气泵和蠕动泵，进水箱的出水口通过连接管路与缺氧反应区下部的进水口连接，进水箱与缺氧反应区的连接管路上设有蠕动泵；出水堰的出水口通过连接管路与出水箱的进水口连接，缺氧反应区和好氧反应区中均安装有溶解氧传感器传感器，溶解氧传感器传感器与溶解氧测定仪主机连接；空气通过空气泵进入好氧反应区内。

5、进一步的，反应器中包含三条内循环水流动路线，分别为好氧反应区内循环路线、缺氧反应区内循环路线和总内循环路线，总内循环路线：好氧反应区顶部的取样口流出，通过蠕动泵供给至反应器底部的布水区进水口；好氧反应区内循环路线：从好氧反应区顶部的取样口流出，通过蠕动泵进入好氧反应区的底部进水口；缺氧反应区内循环路线：从缺氧反应区顶部的取样口流出，通过蠕动泵供给至缺氧反应区底部。

6、进一步的，好氧反应区和缺氧反应区中均负载了同等数量的微生物载体。

7、进一步的，微生物载体为碳纤维刷载体，碳纤维刷载体由碳纤维和钛丝构成，载体直径和高度均为2cm，好氧反应区和缺氧反应区各填充十个碳纤维刷载体。

8、进一步的，好氧反应区的顶部、缺氧反应区的顶部和底部分别安装有可拆卸的多孔挡板。

9、分区曝气内循环上升流短程硝化耦合厌氧氨氧化反应系统的脱氮方法，包括如下步骤：

10、步骤一：反应系统流程为待处理废水首先暂存于进水箱中，

11、步骤二：通过蠕动泵从反应区下部进水口，进入分区曝气内循环上升流短程硝化耦合厌氧氨氧化反应器进行反应，其中进水流速可以根据需求进行调节；

12、步骤三：最后处理后的废水通过三相分离区和出水堰后通过管路流入出水箱，完成整个运行流程。

13、进一步的，好氧反应区3溶解氧浓度为0.3～0.5mg/l；缺氧反应区2溶解氧浓度为0～0.2mg/l。

14、本发明的有益效果是：

15、1、主体反应器设计结构简单，通过在内循环上升流反应器中部设置曝气头，在单一反应区的上部和下部分别形成了好氧区域与缺氧区域，使好氧氨氧化微生物和厌氧氨氧化菌在单一反应器中都拥有适合的生长环境；

16、2、反应器上部的好氧区中好氧氨氧化微生物产生亚硝酸盐可以通过反应区内循环路线重新进入反应器下部的缺氧区域用于供给其中的厌氧氨氧化菌的生长，提高了反应器整体的脱氮效率；

17、3、反应器好氧区和缺氧区均设置了溶解氧探头，反应不同区域中的溶解氧浓度分别可以通过调整曝气流量和反应器内循环比进行调整，反应器在面对不同氮素负荷时，可以根据需求灵活调整曝气流量和内循环比保证脱氮效率和稳定性；

18、4、在好氧区和缺氧区填充了微生物载体可以促进生物膜形成，反应器中三条内循环路线可以提供较高的水流速度促进颗粒污泥形成。

技术特征：

1.分区曝气内循环上升流短程硝化耦合厌氧氨氧化反应系统，其特征在于：所述分区曝气内循环上升流短程硝化耦合厌氧氨氧化反应系统包括反应器主体和配套设备，反应器主体与其配套设备连接，所述反应器主体包括布水区(1)、缺氧反应区(2)、好氧反应区(3)、三相分离区(4)、曝气头(5)和出水堰(6)，布水区(1)、缺氧反应区(2)、好氧反应区(3)、三相分离区(4)由下至下依次连接，曝气头(5)位于缺氧反应区(2)和好氧反应区(3)之间，三相分离区的上部设有出水堰(6)。

2.根据权利要求1所述的分区曝气内循环上升流短程硝化耦合厌氧氨氧化反应系统，其特征在于：所述配套设备包括溶解氧传感器(7)、进水箱(8)、出水箱(9)、空气泵(10)和蠕动泵(11)，进水箱(8)的出水口通过连接管路与缺氧反应区(2)下部的进水口连接，进水箱(8)与缺氧反应区(2)的连接管路上设有蠕动泵(11)；出水堰(6)的出水口通过连接管路与出水箱(9)的进水口连接，缺氧反应区(2)和好氧反应区(3)中均安装有溶解氧传感器传感器(7)，溶解氧传感器传感器(7)与溶解氧测定仪主机连接；空气通过空气泵(10)进入好氧反应区(3)内。

3.根据权利要求1所述的分区曝气内循环上升流短程硝化耦合厌氧氨氧化反应系统，其特征在于：反应器中包含三条内循环水流动路线，分别为好氧反应区内循环路线(3-1)、缺氧反应区内循环路线(2-1)和总内循环路线(1-1)，总内循环路线(1-1)：好氧反应区(3)顶部的取样口流出，通过蠕动泵(11)供给至反应器底部的布水区(1)进水口；好氧反应区内循环路线(3-1)：从好氧反应区(3)顶部的取样口流出，通过蠕动泵(11)进入好氧反应区(3)的底部进水口；缺氧反应区内循环路线(2-1)：从缺氧反应区(2)顶部的取样口流出，通过蠕动泵(11)供给至缺氧反应区(2)底部。

4.根据权利要求1所述的分区曝气内循环上升流短程硝化耦合厌氧氨氧化反应系统，其特征在于：好氧反应区(3)和缺氧反应区(2)中均负载了同等数量的微生物载体。

5.根据权利要求4所述的分区曝气内循环上升流短程硝化耦合厌氧氨氧化反应系统，其特征在于：微生物载体为碳纤维刷载体，碳纤维刷载体由碳纤维和钛丝构成，好氧反应区(3)和缺氧反应区(2)各填充十个碳纤维刷载体。

6.根据权利要求1所述的分区曝气内循环上升流短程硝化耦合厌氧氨氧化反应系统，其特征在于：好氧反应区(3)的顶部、缺氧反应区(2)的顶部和底部分别安装有可拆卸的多孔挡板。

7.分区曝气内循环上升流短程硝化耦合厌氧氨氧化反应系统的脱氮方法，其特征在于：所述其脱氮方法包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的分区曝气内循环上升流短程硝化耦合厌氧氨氧化反应系统的脱氮方法，其特征在于：好氧反应区(3)溶解氧浓度为0.3～0.5mg/l；缺氧反应区(2)溶解氧浓度为0～0.2mg/l。

技术总结
分区曝气内循环上升流短程硝化耦合厌氧氨氧化反应系统，本发明为解决主流短程硝化耦合厌氧氨氧化工艺中，溶解氧浓度难控制导致反应器脱氮效率低和不稳定的问题，本发明包括反应器主体、配套设备以及脱氮方法，主体反应器设计结构简单，通过在内循环上升流反应器中部设置曝气头，在单一反应区的上部和下部分别形成了好氧区域与缺氧区域，使好氧氨氧化微生物和厌氧氨氧化菌在单一反应器中都拥有适合的生长环境，并且反应器上部的好氧区中好氧氨氧化微生物产生亚硝酸盐可以通过反应区内循环路线重新进入反应器下部的缺氧区域用于供给其中的厌氧氨氧化菌的生长，提高了反应器整体的脱氮效率。本发明属于污水脱氮技术领域。

技术研发人员：邢德峰,冯堃,周慧慧,王晶,李逸恬
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学水资源国家工程研究中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1