CN2017113580278一种基于两级反应的污水生物除氮反应器公开号108083431A

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201711358027.8(22)申请日2017.09.27(62)分案原申请数据201710889184.52017.09.27(71)申请人大连大学地址116622辽宁省大连市经济技术开发区学府大街10号(72)发明人韩越梅　(74)专利代理机构大连智高专利事务所(特殊普通合伙)21235代理人胡景波(51)Int.Cl.C02F3/28(2006.01)C02F3/30(2006.01)C02F101/16(2006.01)(54)发明名称一种基于两级反应的污水生物除氮反应器(57)摘要本分案申请涉及污水处理技术领域，具体涉及一种基于两级反应的污水生物除氮反应器。主要技术方案如下：一种基于两级反应的污水生物除氮反应器，为流化床和滴流床组成的连通一体结构，反应器底部设有支腿，所述的反应器外均环设电加热带；所述的流化床内填充限氧载体，所述限氧载体的上方为气液分离器；所述的流化床底部为空气进口，所述的空气进口处设有气体分布器，所述流化床的一侧设有为污水进口；本发明在充分利用了流化床传质效率高，滴流床重复利用生物质优点的同时，满足了两种反应对氧浓度的不同需求，还减少生物菌体流失并降低设备能量投入。权利要求书1页说明书5页附图5页CN108083431A2018.05.29CN108083431A1.一种基于两级反应的污水生物除氮反应器，其特征在于，为流化床和滴流床组成的连通一体结构，反应器底部设有支腿(10)，所述的反应器外均环设电加热带(8)；所述的流化床区域内填充限氧载体(7)，所述限氧载体(7)的上方为气液分离器(6)；所述的流化床底部为空气进口(11)，所述的空气进口(11)处设有气体分布器(9)，所述流化床的一侧设有为污水进口(12)；所述的滴流床内填充厌氧载体(2)，所述厌氧载体(2)的上方为污水分布器(3)，所述污水分布器(3)连接溢流沿(4)，所述溢流沿(4)的上方使用密封盖(5)密封，所述厌氧载体(2)的下方为污水区，所述的污水区一侧设有污水出口(1)；所述的限氧载体(7)和厌氧载体(2)上挂有厚度为0.2-0.8毫米的生物膜；所述的厌氧载体(2)为无纺布；所述的限氧载体(7)和厌氧载体(2)体积填充率为50％；所述的气液分离器(6)为四棱锥台结构，锥面设有开孔；所述基于两级反应的污水生物除氮反应器除氮方法如下：S1.污水经污水进口(12)进入流化床区，生物膜A对污水中氨氮进行氧化反应，反应方程式如下式(Ⅰ)：2NH4++3O2→2NO2-+4H+   (Ⅰ)；S2.经气体分布器(9)进入的空气将限氧载体(7)和污水体流态化，并由气液分离器(6)溢出；调节流化床内的pH至7.5-8.0，及溶解氧浓度低于2.0mg/L，将污水中50-55％的氨氮氧化，氧化反应后的污水在流化床顶部经过溢流沿(4)、污水分布器(3)进入滴流区，在滴流区生物膜B的作用下，污水中剩余的氨氮和步骤(1)氧化反应生成的亚硝氮反应，反应方程式如下式(Ⅱ)：经过(Ⅱ)式反应后的污水在污水区积累，从污水出口(1)溢流出。权　利　要　求　书1/1页2CN108083431A2一种基于两级反应的污水生物除氮反应器[0001]本申请为申请号2017108891845、申请日2017年9月27日、发明名称“一种污水生物除氮反应器及其使用方法”的分案申请。技术领域[0002]本发明涉及一种污水生物除氮反应器，属于污水处理技术领域。背景技术[0003]流化床反应器是通过液体的流态化状态使液体中的固体颗粒在液体中保持悬浮状态，以达到强化传质的目的。实现流态化的能量通常由高速流动的液体或气体提供。由于流化床具有传质效果好，结构简单等优点已经广泛应用于废水处理过程。其主要设计参数是床层膨胀比、适宜的流体速度、汽固两项的密度差等。由于流化床的流态化能量多数由气体提供，其在好氧过程中应用较普遍，而在厌氧过程中的应用受到限制。[0004]滴流床是固定床的一种，特点是液体在床层表面形成细流而通过床层向下流动。虽然床层未能完全浸没于液体中，但纤维体床层可以处于饱和状态。固定床反应器的特点是可以反复利用床层和床层表面附着的生物体，结构简单，易于设计和加工，被广泛应用于厌氧工艺过程。[0005]自从厌氧氨氧化反应被荷兰科学家发现以来，一直是污水生物处理领域里的研究热点。与传统生物脱氮工艺相比其具有无需外加有机碳源、无需通氧和动力消耗低等优点，但其对环境严格的厌氧要求和繁殖率较低等特点也对其相关工艺过程的设备设计要求较高。[0006]目前世界范围内厌氧氨氧化及其相关脱氮工艺先后取得了一定的进展，如半硝化-厌氧氨氧化工艺和短程脱氮-厌氧氨氧化的两级工艺。但两级工艺的设备成本、占地空间、能源消耗等均较高。此外也有学者开发了将半硝化与厌氧氨氧化合二为一的单级工艺，但普遍存在脱氮效率低、启动周期长、反应条件难控制等问题。发明内容[0007]为弥补现有技术的不足，本发明提供一种污水生物除氮反应器，在充分利用了流化床传质效率高，滴流床重复利用生物质优点的同时，满足了两种反应对氧浓度的不同需求，还减少了生物菌体流失并降低了设备能量投入。[0008]本发明的技术方案如下：一种污水生物除氮反应器，为流化床和滴流床组成的连通一体结构，反应器底部设有支腿，所述的反应器外均环设电加热带；所述的流化床内填充限氧载体，所述限氧载体的上方为气液分离器；所述的流化床底部为空气进口，所述的空气进口处设有气体分布器，所述流化床的一侧设有为污水进口；所述的滴流床内填充厌氧载体，所述厌氧载体的上方为污水分布器，所述污水分布器连接溢流沿，所述溢流沿的上方使用密封盖密封，所述厌氧载体的下方为污水区，所述的污水区一侧设有污水出口；所述的限氧载体和厌氧载体挂有厚度为0.2-0.8毫米的生物膜。说　明　书1/5页3CN108083431A3[0009]进一步的，所述的厌氧载体为无纺布。[0010]进一步的，所述的限氧载体和厌氧载体体积填充率为50％。[0011]进一步的，所述的限氧载体上的生物膜A是在半硝化反应器中经过40天挂膜培养得到，所述的厌氧载体上的生物膜B是在厌氧氨氧化反应器内经过200天挂膜培养得到。[0012]进一步的，所述的气液分离器为四棱锥台结构，锥面设有开孔。[0013]本发明同时请求保护利用上述污水生物除氮反应器进行除氮的方法，包括如下步骤：[0014]S1.污水经污水进口进入流化床区，生物膜A对污水中氨氮进行氧化反应，反应方程式如下式(Ⅰ)：[0015]2NH4++3O2→2NO2-+4H+  (Ⅰ)；[0016]S2.经气体分布器进入的空气将限氧载体和污水体流态化，并由气液分离器溢出；调节流化床内的pH至7.5-8.0，及溶解氧浓度低于2.0mg/L，将污水中50-55％的氨氮氧化，氧化反应后的污水在流化床顶部经过溢流沿、污水分布器进入滴流区，在滴流区生物膜B的作用下，污水中剩余的氨氮和步骤(1)氧化反应生成的亚硝氮反应，反应方程式如下式(Ⅱ)：[0017][0018]经过(Ⅱ)式反应后的污水在污水区积累，从污水出口溢流出。[0019]本发明的有益效果如下：[0020](1)本发明将流化床和滴流床的结构在同一个反应器内结合，营造适用于不同菌种生长的环境，运行效果良好。[0021](2)在半硝化和厌氧氨氧化不同区域植入不同载体，首次在流化床区使用限氧载体，实现限氧区的流态化。在滴流床区使用常见的无纺布填料，简单易得，易于形成固定床。[0022](3)反应器外采用电加热带包被，可根据外界温度变化选择使用或撤下，便于灵活调整。[0023](4)在流化床出水口设置溢流区，可以对限氧区内随水流带出的污泥在此区域进行沉淀，定期收集，减少了污泥流失。[0024](5)在滴流区顶部设置污水分布器，保证水流可以均匀分散至固定床区的各个部分，保证反应均匀进行。[0025](6)在厌氧区顶部设密封盖，营造厌氧环境，保证厌氧反应顺利进行。[0026](7)在流化区上方设置气液分离器，在保证气泡溢出的同时液体和限氧载体不会溢出。附图说明[0027]图1为本发明的结构示意图；[0028]图2为图1的A-A剖面图；说　明　书2/5页4CN108083431A4[0029]图3为气液分离器的结构示意图；[0030]图4为图3的B-B剖面图；[0031]图5为溢流沿的结构示意图；[0032]图6为图5的C-C剖面图；[0033]图7为挂膜培养后的载体示意图；[0034]图8为载体的原始状态图；[0035]其中：1、污水出口，2、厌氧载体，3、污水分布器，4、溢流沿，5、密封盖，6、气液分离器，7、限氧载体，8、电加热带，9、气体分布器，10、支腿，11、空气进口，12、污水进口。具体实施方式[0036]下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明，本发明所述原料若无特殊说明，均市售可得，作为优选，所述限氧载体购自大连市宇都环境有限公司，限氧载体为圆柱状颗粒，内部有十字肋结构。密度与水接近为0.95X103kg/m3，颗粒直径10mm，比表面积500m2/m3。[0037]如图1-图6所示，一种污水生物除氮反应器，为流化床和滴流床组成的连通一体结构，反应器底部设有支腿10，所述的反应器外均环设电加热带8；所述的流化床内填充限氧载体7，所述限氧载体7的上方为气液分离器6；所述的流化床底部为空气进口11，所述的空气进口11处设有气体分布器9，所述流化床的一侧设有为污水进口12；所述的滴流床内填充厌氧载体2，所述厌氧载体2的上方为污水分布器3，所述污水分布器3连接溢流沿4，所述溢流沿4的上方使用密封盖5密封，所述厌氧载体2的下方为污水区，所述的污水区一侧设有污水出口1；所述的限氧载体7和厌氧载体2挂有厚度为0.2-0.8毫米的生物膜。所述的厌氧载体2为无纺布。所述的限氧载体7和厌氧载体2填充率为50％。所述的限氧载体7上的生物膜A是在半硝化反应器中经过40天挂膜培养得到，膜内富集好氧氨氧化菌(AOB)。所述的厌氧载体2上的生物膜B是在厌氧氨氧化反应器内经过200天挂膜培养得到，膜内富集厌氧氨氧化菌(ANAMMOX)。所述的气液分离器6为四棱锥台结构，锥面设有开孔。[0038]利用上述污水生物除氮反应器进行除氮的方法，包括如下步骤：[0039]S1.污水经污水进口12进入流化床，生物膜A对污水中氨氮进行氧化反应，反应方程式如下式(Ⅰ)：[0040]2NH4++3O2→2NO2-+4H+  (Ⅰ)；[0041]S2.经气体分布器9进入的空气将限氧载体7流态化，调节流化床内污水的pH为7.5-8.0，氧化反应后的污水在流化床顶部经过气液分离器6、溢流沿4进入滴流区，在滴流区生物膜B的作用下，将氨氮和亚硝氮反应，反应方程式如下式(Ⅱ)：[0042][0043]经过(Ⅱ)式反应后的污水在污水区积累，从污水出口1溢流出。[0044]利用上述污水生物除氮反应器进行除氮的具体工艺步骤及运行效果如下：[0045]如图1所示，污水生物除氮反应器采用壁厚为5mm的有机玻璃板粘贴加工而成。外说　明　书3/5页5CN108083431A5形横截面尺寸为225×110mm的长方形，中间设置隔板，把反应器分成流化床区和滴流床区。在两个不同区域植入两种载体，两种载体原始状态见图8(a为限氧载体，b为厌氧载体)。限氧载体在半硝化反应器内经过40天挂膜培养，内表面有生物膜附着，生物膜厚度在0.2～0.8mm之间，如图7-a所示；无纺布载体在厌氧氨氧化反应器内经过200天的经挂膜培养，厌氧氨氧化生物膜在纤维之间附着生长，如图7-b所示。在右半部分流化床区装填限氧载体，在左半部分滴流床区装填无纺布载体，填充率均为50％。反应器总高400mm。流化床区是好氧区域，在底部安装曝气软管，定时定量向反应器内曝入空气。滴流床区为厌氧区域，顶部填加密封盖阻隔空气。污水进口设在反应器右侧底部。含氨氮污水流入反应器内，限氧载体在空气流的作用在了实现流态化，附着在载体上的生物膜对氨氮