半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應(yīng)器及其反應(yīng)工藝和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，具體涉及一種新型的半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應(yīng)器以及基于該反應(yīng)器的反應(yīng)工藝和反應(yīng)系統(tǒng)。
技術(shù)背景
[0002]隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)和人民生活水平的提高，大量的含氮污染物進(jìn)入自然水體中，從而導(dǎo)致水體中的氨氮含量過高。目前，氨氮已成為水體污染的重要污染物之一，過量的氨氮會引起水體的富營養(yǎng)化，從而嚴(yán)重影響了工業(yè)生產(chǎn)與居民的日常生活。因此，為了防治和控制水體的富營養(yǎng)化，必須采用有效手段對廢水中的含氮污染物進(jìn)行處理。對于高氨氮的有機(jī)廢水，傳統(tǒng)的去除方法有氨吹脫、生物硝化反硝化、化學(xué)沉淀法等，這些方法雖然能夠除去水體中的大部分氨氮，但是卻存在能耗大、處理費(fèi)用高、容易給環(huán)境造成二次污染等諸多缺點。
[0003]為了降低能耗、節(jié)約處理成本，自上世紀(jì)90年代起逐漸興起了一種新型高效生物脫氮工藝-半硝化-厭氧氨氧化(Anammox)脫氮工藝。厭氧氨氧化脫氮是利用亞硝酸鹽作為電子受體氧化氨氮，利用無機(jī)碳作為碳源，從而實現(xiàn)自養(yǎng)生物脫氮的目的。由于這一脫氮工藝無需進(jìn)行堿度補(bǔ)償和投加有機(jī)碳源，因此與傳統(tǒng)脫氮工藝相比，有效節(jié)約了大量能源和運(yùn)行成本?，F(xiàn)有技術(shù)中，中國專利文獻(xiàn)CN103693738A公開了一種復(fù)合式半硝化-厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器，該反應(yīng)器由上下兩段堆疊而成。其中上段采用固定床反應(yīng)器，在該區(qū)段設(shè)置有生物膜組件，形成生物膜好氧區(qū)，在生物膜好氧區(qū)設(shè)有環(huán)形微孔曝氣管，沿反應(yīng)器的內(nèi)壁均勻進(jìn)行曝氣，在生物膜好氧區(qū)的中軸位置還設(shè)置有導(dǎo)氣管；下段則采用流化床反應(yīng)器，在所述流化床反應(yīng)器中設(shè)置有攪拌器，游離態(tài)的顆粒污泥通過攪拌槳的機(jī)械攪拌作用實現(xiàn)流態(tài)化效果；在固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器之間的中部過渡區(qū)設(shè)置有三相分離器，三相分離器由集氣罩和導(dǎo)流板組成，其中集氣罩通過夾板固定于反應(yīng)器內(nèi)壁。該復(fù)合式半硝化-厭氧氨氧化反應(yīng)器在運(yùn)行過程中，廢水先由反應(yīng)器底端進(jìn)入并通過集氣罩和導(dǎo)流板之間的縫隙進(jìn)入生物膜好氧區(qū)內(nèi)導(dǎo)流管外的區(qū)域，在生物膜好氧區(qū)完成半硝化過程，完成半硝化的廢水再由導(dǎo)流管的內(nèi)部回流至流化床反應(yīng)器，在流化床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)，從而實現(xiàn)廢水的半硝化-厭氧氨氧化處理，該反應(yīng)器由于采用了固定床下置流化床的型式，和單獨使用固定床反應(yīng)器相比，有效提高了傳質(zhì)效率和污泥濃度，提高了氨氮的去除效率。
[0004]雖然上述現(xiàn)有技術(shù)中的復(fù)合式半硝化-厭氧氨氧化反應(yīng)器能夠有效實現(xiàn)氨氮的高效脫除并降低工藝的能耗和成本，但其仍舊存在問題在于:上述復(fù)合式半硝化-厭氧氨氧化反應(yīng)器由于采用了一體化設(shè)計，將半硝化和厭氧氨氧化工藝集中在一個反應(yīng)器中進(jìn)行。在運(yùn)行過程中，在生物膜好氧區(qū)完成半硝化過程的廢水再由導(dǎo)流管的內(nèi)部回流至流化床反應(yīng)器，從而使得廢水在反應(yīng)器內(nèi)形成了內(nèi)循環(huán)。然而，廢水由導(dǎo)流管向下流動的過程中會攜帶一部分氧氣和氨氧化菌，從而使得位于下部的流化床反應(yīng)器并不只是單一進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)，這種設(shè)置方式雖然在一定程度上提高了下部反應(yīng)區(qū)域中厭氧氨氧化污泥的的抗沖擊負(fù)荷能力，但同時也降低了厭氧氨氧化反應(yīng)的效率，從而限制了其氨氮去除能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的是現(xiàn)有技術(shù)中的一體化半硝化-厭氧氨氧化反應(yīng)器存在的半硝化反應(yīng)區(qū)的菌群和溶解氧容易進(jìn)入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)區(qū)，從而導(dǎo)致厭氧氨氧化反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)效率受到影響，從而限制其氨氮去除能力的技術(shù)問題。進(jìn)而提供了一種能夠顯著提高厭氧氨氧化反應(yīng)區(qū)反應(yīng)效率、提高氨氮去除效果的半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應(yīng)器。此外，本發(fā)明還提供了基于該半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應(yīng)器的半亞硝化-厭氧氨氧化反應(yīng)工藝以及一種廢水氨氮脫除系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應(yīng)器，包括:
[0008]圓筒形的反應(yīng)器筒體，在所述反應(yīng)器筒體的底部設(shè)置有廢水進(jìn)口，頂部設(shè)置有排水口和排氣口；
[0009]其特征在于，在所述反應(yīng)器筒體的內(nèi)部由下到上依次設(shè)置有:
[0010]半硝化區(qū)，在所述半硝化區(qū)內(nèi)設(shè)置有含氧氣體曝氣口，所述含氧氣體曝氣口靠近所述廢水進(jìn)口設(shè)置；在所述半硝化區(qū)內(nèi)設(shè)置有BF填料；
[0011]過渡區(qū)，在所述過渡區(qū)設(shè)置有三相分離器；
[0012]厭氧氨氧化區(qū)，在所述厭氧氨氧化區(qū)內(nèi)設(shè)置有無紡布填料，在所述厭氧氨氧化區(qū)內(nèi)且位于所述厭氧氨氧化區(qū)的底端設(shè)置有二氧化碳曝氣器；
[0013]其中，所述半硝化區(qū)、過渡區(qū)和所述厭氧氨氧化區(qū)的高度之比為(1-1.3):1:(1.3-1.6)。
[0014]所述半硝化區(qū)、過渡區(qū)和所述厭氧氨氧化區(qū)的高度之比為1.2:1:1.5。
[0015]所述BF填料為沿所述半硝化區(qū)的中軸線螺旋纏繞設(shè)置的曲面填料；所述BF填料的直徑與所述反應(yīng)器筒體的直徑之比為0.7-0.85 ;所述BF填料沿豎直方向上設(shè)置的高度與所述半硝化區(qū)的豎直高度之比為1:1 ;
[0016]所述無紡布填料包括多個無紡布組件，每個所述無紡布組件均沿豎直方向設(shè)置，每兩個相鄰的所述無紡布組件之間形成液體通道。
[0017]所述二氧化碳曝氣器為多孔管分布器，在所述多孔管分布器的上表面和下表面均設(shè)置有二氧化碳曝氣孔；其中，位于多孔管分布器上表面上的二氧化碳曝氣孔的出氣方向沿豎直方向設(shè)置，位于多孔管分布器下表面上的二氧化碳曝氣孔的出氣方向沿豎直方向向外側(cè)傾斜設(shè)置，所述傾斜的方向與豎直方向的夾角為45-55°，在所述二氧化碳曝氣器和所述無紡布填料之間設(shè)置有石灰石。
[0018]在所述反應(yīng)器筒體內(nèi)、靠近所述二氧化碳曝氣器設(shè)置有pH探頭，所述pH探頭位于所述二氧化碳曝氣器的下方，與所述二氧化碳曝氣器之間的間距為10cm。
[0019]在所述反應(yīng)器筒體的殼體上設(shè)置有循環(huán)水夾層。
[0020]基于所述反應(yīng)裝置的半亞硝化-厭氧氨氧化反應(yīng)工藝，包括:
[0021]廢水由所述廢水進(jìn)口進(jìn)入所述反應(yīng)器筒體，控制廢水進(jìn)水中的氨氮濃度為270-960mg/L;并控制所述廢水在所述反應(yīng)器筒體內(nèi)沿豎直方向上的上流速度為220-1040cm/h，所述廢水在所述反應(yīng)器筒體內(nèi)的水力停留時間為18h_4h ;
[0022]通過所述含氧氣體曝氣口通入含氧氣體，所述含氧氣體的通入量以氧氣計與所述廢水的進(jìn)水量之體積比為(5-20):1，廢水在所述半硝化區(qū)完成半硝化處理；
[0023]完成半硝化處理后的廢水經(jīng)過渡區(qū)進(jìn)入所述厭氧氨氧化區(qū)，通過所述二氧化碳曝氣器通入二氧化碳?xì)怏w，所述二氧化碳?xì)怏w的通入量與所述廢水的進(jìn)水量之體積比為(3-5):1 ;廢水在所述厭氧氨氧化區(qū)完成厭氧氨氧化處理，完成厭氧氨氧化處理后出水由排水口排出。
[0024]一種廢水氨氮處理系統(tǒng)，包括所述的半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應(yīng)器，與所述半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應(yīng)器的排水口連通設(shè)置有排水管道
[0025]厭氧反硝化反應(yīng)器，與所述厭氧反硝化反應(yīng)器的進(jìn)水口連通設(shè)置有進(jìn)水管道，所述半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應(yīng)器的排水管道與所述厭氧反硝化反應(yīng)器的進(jìn)水管道通過分流支管連通設(shè)置；所述厭氧反硝化反應(yīng)器的出水口與所述半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應(yīng)器的廢水進(jìn)口連接設(shè)置。
[0026]在所述厭氧反硝化反應(yīng)器的出水口與所述半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應(yīng)器的廢水進(jìn)口之間設(shè)置有PH調(diào)節(jié)池。
[0027]本發(fā)明所述的半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應(yīng)器，優(yōu)點在于:
[0028](I)本發(fā)明所述的半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應(yīng)器，將半硝化區(qū)設(shè)置在反應(yīng)器筒體的下部，將厭氧氨氧化區(qū)設(shè)置在半硝化區(qū)的上方，并在半硝化區(qū)和厭氧氨氧化區(qū)之間設(shè)置三相分離器，在運(yùn)行過程中，通過對廢水的上流速度和含氧氣體的曝氣量進(jìn)行控制，可以使得廢水在半硝化區(qū)內(nèi)升流的過程中將大部分氧氣都消耗殆盡；并且由于本發(fā)明所述的反應(yīng)裝置，在所述厭氧氨氧化區(qū)的底端設(shè)置有二氧化碳曝氣裝置，二氧化碳曝氣裝置通入的二氧化碳?xì)怏w一方面能夠調(diào)節(jié)廢水的PH值，使其適宜于后續(xù)的厭氧氨氧化反應(yīng)，另一方面通過通入二氧化碳?xì)怏w，可以在厭氧氨氧化區(qū)的底部設(shè)置一個二氧化碳層，從而進(jìn)一步將半硝化區(qū)內(nèi)上流廢水中的氧阻隔在厭氧氨氧化區(qū)的下部，從而保證了厭氧氨氧化區(qū)的厭氧環(huán)境。此外，由于本發(fā)明采用了升流式反應(yīng)器，半硝化區(qū)內(nèi)脫落的污泥會在重力的作用下發(fā)生沉降，而不會隨水流進(jìn)入?yún)捬醢毖趸瘏^(qū)，從而有效提高了厭氧氨氧化的反應(yīng)效率。實驗證明，本發(fā)明所述半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應(yīng)器處理的廢水中的氨氮脫除率高達(dá)95%以上。
[0029](2)本發(fā)明所述的半亞硝化-厭氧氨氧化組合式反應(yīng)器，進(jìn)一步限定所述BF填料為沿所述半硝化區(qū)的中軸線螺旋纏繞設(shè)置的曲面填料；所述BF填料的直徑與所述反應(yīng)器筒體的直徑之比為0.85-0.9 ;本發(fā)明通過將所述BF填料設(shè)置為螺旋纏繞設(shè)置的曲面填料，使得廢水在所述半硝化區(qū)內(nèi)的實際行程大幅度加大，提高了半硝化處理的效果；同時通過在所述二氧化碳曝氣器和所述無紡布填料之間設(shè)置石灰石，原因在于石灰石釋放出的鈣離子有助于修復(fù)受損及死亡