功能分区耦合气提搅拌高效厌氧生物处理装置及方法

本发明属于有机废水处理生物装置领域，具体涉及一种功能分区耦合气提搅拌高效厌氧生物处理装置及方法。

背景技术：

1、煤炭是典型的高耗水行业之一。主要用水装置如气化、空分装置规模巨大，相应的蒸汽和循环水用量也非常大。以常见的煤制油、煤制烯烃和煤制天然气为例，单位产品平均耗水量分别达到约10、27和6吨左右。因此，煤化工废水的处理成为了限制这一产业发展的瓶颈。因此，迫切需要探索新的煤化工废水处理方法。

2、煤化工废水具有高cod和高氨氮的特点，采用厌氧生物处理该废水具有显著优势。通常情况下，80％以上的污染物可以通过生物处理去除。生物处理废水过程中，厌氧阶段发挥着及其重要的作用。如果厌氧阶段无法达到预期处理效果，将会给好氧处理阶段带来过大的负荷，甚至可能导致工艺设备损坏。

3、反硝化实质上是硝酸盐的生物还原过程。在异化性硝酸盐还原中，存在两条途径：一是将硝酸盐还原成氨；二是将硝酸盐还原为气态氮化物(主要是氮气)，又被称为生物脱氮。反硝化过程包括多步反应，涉及no、n2o、n2。通常把能够还原硝酸盐或亚硝酸盐，并产生n2o和n2的微生物称为反硝化细菌。反硝化细菌种类繁多，与硝化细菌相比，反硝化细菌的电子受体较少，但它们利用的能源和碳源更为广泛。

4、在厌氧硝化的过程中，复杂有机物经水解发酵、产氢产乙酸、产甲烷等反应。产生的甲烷会上浮，经产甲烷作用后，各种基质上脱下的氢被汇入甲烷中。这不仅解除了发酵细菌和产氢产乙酸细菌的氢气抑制，保证了上游反应的顺利进行，还实现了有机物的彻底去除。

5、硫酸盐一部分在硫酸还原菌(srb)的作用下还原成s2-，另一部分则将nh4+-n氧化成no2--n，而中间产物no2--n则在被厌氧氨氧化菌还原，实现同步去除，有研究报道在不含有机物条件下，未发生nh4+-n和so42-的同步去除，但cod大于250mg/l时，硫酸盐还原反应活性继续增强会影响nh4+-n的脱除。

6、因此，针对煤化工废水复合污染物，在厌氧降解过程中由于菌群结构复杂\毒性中间产物易积累以及生物代谢活性受限等问题，亟需研制一种新型高效厌氧生物装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中的不足，并提供一种功能分区耦合气提搅拌高效厌氧生物处理装置及方法。

2、本发明所采用的具体技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种功能分区耦合气提搅拌高效厌氧生物处理装置，厌氧生物处理装置从下到上顺次为相互连通的反硝化功能区、硫还原功能区和三相分离区。

4、反硝化功能区底部呈便于排泥的倒锥形结构，倒锥形结构底部设有第一排泥口。倒锥形结构上开设有用于有机物及硝酸盐合流的汇流管，汇流管与硝酸盐进水管相连。反硝化功能区中间为接种反硝化污泥的第二反应室。第二反应室上方设有污泥回流斗，且污泥回流斗底部设有用于分离气体与固液混合物的导流器。污泥回流斗上开设有用于排出污水的出水管。

5、硫还原功能区底部设有第二排泥口。第二排泥口上方设有布气器，布气器与进气管的出气端相连，进气管的进气端与反硝化功能区顶部连通。布气器上方设有与进水管相连的布水器，利于气体推流进水。硫还原功能区中间为接种厌氧污泥的第一反应室，且第一反应室内设有气提耦合搅拌装置。气提耦合搅拌装置中的搅拌叶片通过搅拌轴与装置顶部的搅拌电机相连。

6、三相分离区内部设有集气装置，集气装置的底部设有倾斜的导流板。集气装置底部与导流板相连处位于固相沉淀区中央。三相分离区的外壁与有机物回流管的一端连通，且有机物回流管开设位置高于导流板。有机物回流管的另一端与反硝化功能区中的硝酸盐进水管合并，通过汇流管进入反硝化功能区。集气装置顶部开设有排气管。

7、作为优选，上述反硝化功能区、硫还原功能区和三相分离区的体积之比为：1.5：2。

8、作为优选，上述汇流管位于反硝化功能区底部倒锥形结构的1/3～1/2高度处。

9、作为优选，上述反硝化功能区中的导流器为正三角形，污泥回流斗沿水平方向的倾斜角度α为50～60°。

10、作为优选，上述出水管位于污泥回流斗底部上方的1/2～2/3高度处。进气管的进气端需高于出水管的水平位置，进气管的进气端位于污泥回流斗底部上方2/3～3/4处。

11、作为优选，上述进水管设于硫还原功能区底部1/5～1/4高度处。布气器位于第二排泥口与布水器之间。

12、作为优选，上述搅拌叶片位于第一反应室中间1/2～2/3高度处。

13、作为优选，上述导流板沿水平方向倾斜角度β为50～60°。

14、作为优选，上述第一反应室、污泥回流斗、布气器、布水器、搅拌轴、集气装置的中心位于同一垂直轴线。

15、第二方面，本发明提供一种利用第一方面所述的功能分区耦合气提搅拌高效厌氧生物处理装置的方法，具体如下：

16、在反硝化功能区中接种反硝化污泥，在硫还原功能区中接种厌氧污泥。待处理污水通过进水管进入布水器，经布水器均匀布水。进气管接收来自反硝化功能区中第二反应室中的混合气体，并将混合气体经由布气器输送到硫还原功能区的第一反应室中。

17、在第一反应室中，待处理污水中的硫酸盐转化为二氧化碳和硫化氢气体，混合气体上浮经过导流板进入集气装置由排气管排出。泥水混合物在固相沉淀区中经重力作用分为污水和污泥。污水依次经过有机物回流管、硝酸盐进水管、汇流管进入反硝化功能区，在第二反应室内污水中的硝酸盐转化为二氧化碳和氮气气体。混合气体由进气管进入硫还原功能区，实现气提作用。污水再通过导流器从污泥回流斗上部经出水管排出。污泥经过导流板重新回到硫还原功能区中。

18、本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

19、(1)本发明提供的厌氧生物处理装置通过设置功能分区，在反应器内部纵向进行区域划分，反硝化功能区进行碳氮还原，硫还原功能区进行碳硫还原。该装置实现污染物降解分段定向强化，实现碳氮硫的耦合处理；

20、(2)本发明提供的厌氧生物处理装置中反硝化功能区反应产生的n2和ch4通过布气器均匀布气，推动硫还原功能区内搅拌叶片旋转，利于污水混合，并节约能源，还能提高反硝化速率；

21、(3)本发明提供的厌氧生物处理装置中导流板与集气装置衔接，有机物回流管高于导流板，利于污泥自然沉降，同时也便于气体收集，避免回流管堵塞的问题；

22、总体而言，本发明提供的厌氧生物处理装置集搅拌、反应、沉淀、回流、集气于一体，结构紧凑，节能降耗，占地面积小。

技术特征：

1.一种功能分区耦合气提搅拌高效厌氧生物处理装置，其特征在于，所述厌氧生物处理装置从下到上顺次为相互连通的反硝化功能区(ⅰ)、硫还原功能区(ⅱ)和三相分离区(ⅲ)；

2.根据权利要求1所述的功能分区耦合气提搅拌高效厌氧生物处理装置，其特征在于，所述反硝化功能区(ⅰ)、硫还原功能区(ⅱ)和三相分离区(ⅲ)的体积之比为(1～1.5)：1.5：2。

3.根据权利要求1所述的功能分区耦合气提搅拌高效厌氧生物处理装置，其特征在于，所述汇流管(2)位于反硝化功能区(ⅰ)底部倒锥形结构的1/3～1/2高度处。

4.根据权利要求1所述的功能分区耦合气提搅拌高效厌氧生物处理装置，其特征在于，所述反硝化功能区(ⅰ)中的导流器(6)为正三角形，污泥回流斗(7)沿水平方向的倾斜角度α为50～60°。

5.根据权利要求1所述的功能分区耦合气提搅拌高效厌氧生物处理装置，其特征在于，所述出水管(5)位于污泥回流斗(7)底部上方的1/2～2/3高度处；所述进气管(8)的进气端需高于出水管(5)的水平位置，进气管(8)的进气端位于污泥回流斗(7)底部上方2/3～3/4处。

6.根据权利要求1所述的功能分区耦合气提搅拌高效厌氧生物处理装置，其特征在于，所述进水管(12)设于硫还原功能区(ii)底部1/5～1/4高度处；所述布气器位于第二排泥口(9)与布水器(11)之间。

7.根据权利要求1所述的功能分区耦合气提搅拌高效厌氧生物处理装置，其特征在于，所述搅拌叶片(15)位于第一反应室(14)中间1/2～2/3高度处。

8.根据权利要求1所述的功能分区耦合气提搅拌高效厌氧生物处理装置，其特征在于，所述导流板(17)沿水平方向倾斜角度β为50～60°。

9.根据权利要求1所述的功能分区耦合气提搅拌高效厌氧生物处理装置，其特征在于，所述第一反应室(14)、污泥回流斗(7)、布气器(10)、布水器(11)、搅拌轴(15)、集气装置(18)的中心位于同一垂直轴线。

10.一种利用权利要求1～9任一所述功能分区耦合气提搅拌高效厌氧生物处理装置的方法，其特征在于，具体如下：

技术总结
本发明公开了一种功能分区耦合气提搅拌高效厌氧生物处理装置及方法，属于有机废水处理生物装置领域。该装置从下到上顺次为相互连通的反硝化功能区、硫还原功能区和三相分离区。反硝化功能区中间为接种反硝化污泥的第二反应室，硫还原功能区中间为接种厌氧污泥的第一反应室，且第一反应室内设有气提耦合搅拌装置。硫还原功能区底部设有布气器，布气器与进气管出气端连接，进气管出气端与第二反应室连通。三相分离区内部设有集气装置，其底部设有用于分离污泥的导流板。该装置通过功能分区，将碳、氮和硫的去除整合在一起；通过装置自产气，实现气提耦合搅拌；整体装置结构紧凑，占地面积小，适用于煤化工废水处理。

技术研发人员：张萌,潘金涛,徐昕昕,余洋,郑平
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15