公布日：2022.04.12
申请日：2021.12.31
分类号：C02F3/30(2006.01)I;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器及成套设备，属于污水处理领域。它包括池体、填料模组、循环管路；池体包括竖直方向上从下到上设置的下段污泥斗、中段中心进水管及填料区和上段循环泵进水管上安装加热器；污泥斗中部安装曝气管；下段设置有排泥管；中心进水管固定在填料模组支架上，中心进水管下段用法兰安装一个环形布水器；球型挂载填料通过制作成串固定在填料框中，填料框放置在填料模组支架上；溢流槽一侧侧面设置出水管，池体外部设置有保温层及取样口和顶部盖板。本发明通过严格控制反应器内部的溶解氧浓度及温度，可实现短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化高效脱氮，进而达到净化水质的目的。
权利要求书
1.一种短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器，包括池体、填料模组、循环管路；所述池体顶部为封盖设计；其特征在于：所述池体包括竖直方向上从下到上设置的下段、中段和上段；所述池体外部设置有保温层，反应时保持反应器温度在25-35℃区间内，控制溶氧在0.2-0.5mg/L区间；所述下段设置有污泥斗，所述污泥斗为倒立的锥台结构，所述污泥斗用于收集反应器中沉降的污泥，所述污泥斗底部侧面安装有排泥管，用于反应器的工艺排泥和检修时清空；所述污泥斗内部安装有曝气管，所述曝气管为环形管，所述曝气管在水平方向上安装于污泥斗内部，所述曝气管下侧面设置若干微孔；所述中段设置有中心进水管，所述中心进水管在水平面上与池体同心，所述中心进水管用于反应器进水；所述中心进水管底部安装有环形布水器，所述环形布水器用于将进水分散，所述曝气管在竖直方向上安装位置在环形布水器下方，所述曝气管下侧面设置的微孔直径为0.1-3mm，所述曝气管为环形，其环形直径为反应器池体直径的1/4-1/2；所述环形布水器通过螺杆和非标法兰与中心进水管连接，环形布水器的底板为锥形底板设计，锥形底板上焊接螺杆，利用螺母将螺杆固定在非标法兰上；非标法兰与中心进水管下端焊接；所述中段还设置有填料层，填料模组设置在填料层，它包括填料框架，填料框架内装有若干球型挂载填料；所述填料框架为中空的柱体结构，中心进水管位于填料框架的中间；所述上段设置有溢流槽，所述溢流槽用于收集经脱氮后的出水，所述溢流槽一侧底部设置循环泵进水管，所述循环泵将处理后的出水用于回流与进水稀释以降低进水污染物浓度；所述反应器设置有回流管，其与进水管连接，所述进水是从中心进水管上端进入，所述进水在中心管内流动方向为竖直方向上自上往下，所述进水通过环形布水器分散后向上折流进入填料区，所述进水在填料区内流向在竖直方向上从下往上，所述进水通过填料层后流向在水平方向上从所述反应器的内部往外部进入溢流槽；所述循环泵的出口管道上安装有电热器，用于对反应器进行加热；所述溢流槽一侧侧面设置出水管，所述出水管用于反应器出水；所述填料模组通过填料模组支架安装在填料区，填料模组支架在水平方向上安装于污泥斗内部；若干球型挂载填料安装在填料框架内形成球型填料串，若干球型填料串通过两端固定在填料框架上，相邻球型挂载填料之间、相邻球型填料串之间形成间隔，所述球型挂载填料在水中为悬浮状态；所述球型挂载填料为三层空心球状多孔结构，所述球型挂载填料的三层结构具有不同孔径，外层球面为交叉网络结构，外层孔径为10-20mm，球面纬线上设置有向外凸出的刺突状柱体；中层球面为网格结构，球面孔径适中，中层孔径为5-10mm；内层球面为网格结构，球面孔径较小，内层孔径为2-5mm；三层空心球状多孔结构通过内部支撑实现同心；所述填料框架为模块化结构活动固定在池体中段，可从池体顶部进行模块化加装或吊出，填料框架模块化为整体式、分区和/或分层模块组合式放置在填料模组支架上，所述填料框架与填料模组支架通过卡槽形式固定，所述填料框架可单独、分区和/或分层、或整体的形式取出进行检修及更换填料。
2.根据权利要求1所述的短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器，其特征在于，所述中心进水管在水平面上于池体同心，所述中心进水管顶端与池体上沿高度平齐。
3.根据权利要求1所述的短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器，其特征在于，所述池体上段边缘设置有锯齿状出水堰，所述溢流槽设置在锯齿状出水堰外侧。
4.根据权利要求1所述的短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器，其特征在于，所述池体外部设置有高位、中位、低位取样阀，用于日常水体、填料及微生物样本的取样分析。
5.根据权利要求1所述的短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器，其特征在于，所述填料框架主体由不锈钢焊接而成，所述填料框架顶面和底面安装不锈钢网，球型填料制作成串后首尾固定在填料框架上下设置的横杆及钢丝网上；所述填料框与池体的池壁活动式紧密贴合。
6.根据权利要求1所述的短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器，其特征在于，所述环形布水器通过法兰安装在中心进水管底部。
7.一种短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器集成设备，其特征在于，包括连接管道和至少两个如权利要求1-6任一项所述的短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器结构。
8.一种如权利要求1-6任一项所述的短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器用的球型挂载填料，其特征在于，所述球型挂载填料为三层空心球状多孔结构，所述球型挂载填料的三层结构具有不同孔径，外层球面为交叉网络结构，外层孔径为10-20mm，球面纬线上设置有向外凸出的刺突状柱体；中层球面为网格结构，球面孔径适中，中层孔径为5-10mm；内层球面为网格结构，球面孔径较小，内层孔径为2-5mm；三层空心球状多孔结构通过内部支撑实现同心。
发明内容
本发明的目的在于提供一种短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器及短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器集成设备，旨在提高脱氮处理效率，增强反应器稳定性，降低现有处理技术中处理成本较高的问题。
本发明的另一目的在于提供一种采用上述短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器采用的球型挂载填料。
本发明是这样实现的。
一种短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器，包括池体、填料模组、循环管路；所述池体顶部为封盖设计；其特征在于。
所述池体包括竖直方向上从下到上设置的下段、中段和上段。
所述下段设置有污泥斗，所述污泥斗为倒立的锥台结构，所述污泥斗可用于收集反应器中沉降的污泥，所述污泥斗底部侧面安装有排泥管，用于反应器的工艺排泥和检修时清空。
所述污泥斗内部安装有曝气管，所述曝气管为环形管，所述曝气管在水平方向上安装于污泥斗内部，所述曝气管下侧面设置若干微孔。
所述中段设置有中心进水管，所述中心进水管在水平面上与池体同心，所述中心管用于反应器进水。
所述中心进水管底部安装有环形布水器，所述环形布水器用于将进水分散，所述曝气管在竖直方向上安装位置在环形布水器下方。
所述中段还设置有填料层，填料模组设置在填料层，它包括填料框架，填料框架内装有若干球型挂载填料；所述填料框架为中空的柱体结构。
所述上段设置有溢流槽，所述溢流槽用于收集经脱氮后的出水，所述溢流槽一侧底部设置循环泵进水管，所述循环泵将处理后的出水用于回流与进水稀释以降低进水污染物浓度。
所述循环泵的出口管道上安装有电热器，法兰式电热器安装更为方便，用于对反应器进行加热。
所述溢流槽一侧侧面设置出水管，所述出水管用于反应器出水。
作为上述方案的进一步说明，所述反应器回流管与进水管连接，所述进水是从中心进水管上端进入，所述进水在中心管内流动方向为竖直方向上自上往下，所述进水通过环形布水器分散后向上折流进入填料区，所述环形布水器实现进水均质的效果，所述进水在填料区内流向在竖直方向上从下往上，所述进水通过填料层后流向在水平方向上从所述反应器的内部往外部进入溢流槽。
所述中心进水管在水平面上于池体同心，所述中心进水管顶端与池体上沿高度平齐。
进一步地，所述曝气管下侧面设置的微孔直径为0.1-3mm，所述曝气管环形直径为反应器池体直径的1/4-1/2。用于控制产生大小适中的气泡，所述气泡通过气液传导为短程硝化反应提供氧气，所述气泡在上升过程中对反应器底部进水进行均质，同时，利用气泡对填料表面微生物进行冲刷，也可将新陈代谢过程中增殖老化的微生物膜从填料表面上脱落，促进微生物的活性，进而提高反应器脱氮处理效果。
进一步地，所述填料模组通过填料模组支架安装在填料区，填料模组支架在水平方向上安装于污泥斗内部；若干球型挂载填料安装在填料框架内形成球型填料串，若干球型填料串通过两端固定在填料框架上，相邻球型挂载填料之间、相邻球型填料串之间形成间隔，所述球型填料在水中为悬浮状态。
进一步地，所述球型挂载填料为三层空心球状多孔结构，所述球型填料采用抗老化、稳定性好的材料制成，所述球型填料的三层结构具有不同孔径，所述三层结构的外层孔径为10-20mm、中层孔径为5-10mm、内层孔径为2-5mm，所述外层球面为交叉网络结构，球面纬线上设置有向外凸出的刺突状柱体，用于增大微生物的附着面积，便于形成立体微生物群落；所述中层球面为网格结构，球面孔径适中，即能提高微生物附着密度，也便于污水流通；所述内层球面为网格结构，球面孔径较小，维持内球体严格厌氧的环境，所述三层空心球状多孔结构通过内部支撑实现同心。
所述球型挂载填料按照与溶解氧接触的效率不同在空间上由外到内分为好氧、缺氧、厌氧区分别供不同的微生物附着生长，所述好氧区供硝化细菌附着生长，所述缺氧区供反硝化细菌附着生长，所述厌氧区供厌氧氨氧化菌附着生长，所述硝化细菌通过短程硝化作用将氨氮转化为亚硝态氮，所述反硝化细菌通过反硝化过程将亚硝氮转化为氮气，所述厌氧氨氧化细菌将氨氮和亚硝氮同步转化为氮气，通过将不同微生物种群在空间上集聚，从而实现短程硝化反硝化-厌氧氨氧化耦合脱氮。
进一步地，所述池体上段边缘设置有锯齿状出水堰，所述溢流槽设置在锯齿状出水堰外侧，出水堰用于收集出水。所述循环泵将处理后的出水用于回流与进水稀释以降低进水污染物浓度，从而避免所述反应器由于进水水质波动对微生物活性造成冲击。
进一步地，所述池体外部设置有高位、中位、低位取样阀，用于日常水体、填料及微生物样本的取样分析。
进一步地，所述填料框架为模块化结构活动固定在池体中段，可从池体顶部进行模块化加装或吊出。
进一步地，所述填料框架模块化为整体式、分区和/或分层模块组合式放置在填料模组支架上，所述填料框架与填料模组支架通过卡槽形式固定，所述填料框架可单独、分区和/或分层、或整体的形式取出进行检修及更换填料。
进一步地，所述填料框架主体由不锈钢焊接而成，所述填料框架顶面和底面安装不锈钢网，球型填料制作成串后首尾固定在填料框架上下设置的横杆及钢丝网上；所述填料框架与池体的池壁活动式紧密贴合。
进一步地，所述池体外部设置有保温层；所述中心进水管底部是通过法兰安装环形布水器。
本发明的一种短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器集成设备，其特征在于，包括连接管道和至少两个如上述的短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器结构。
本发明的一种短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器用的球型挂载填料，其特征在于，所述球型挂载填料为三层空心球状多孔结构，所述球型填料采用抗老化、稳定性好的材料制成，所述球型填料的三层结构具有不同孔径，所述三层结构的外层孔径为10-20mm、中层孔径为5-10mm、内层孔径为2-5mm，所述外层球面为交叉网络结构，球面纬线上设置有向外凸出的刺突状柱体，用于增大微生物的附着面积，便于形成立体微生物群落；所述中层球面为网格结构，球面孔径适中；所述内层球面为网格结构，球面孔径较小，所述三层空心球状多孔结构通过内部支撑实现同心。
本发明的有益效果是：通过本发明提供的短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器及短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮反应器集成设备具有如下优势。
1、这种反应器及反应器集成设备通过中心进水管进水，利用环形布水器将进水分散，实现污染物进入填料层的均量化，降低由于进水不均匀导致对微生物活性造成冲击。
2、通过下段设计曝气管，为短程硝化反应提供氧气的同时也能为水体提供气力搅拌，不仅实现污染物的均质，也可以冲刷填料表面，剥除老化的微生物膜增加活性微生物与污染物间的传质效果，从而提高反应器脱氮处理效果；通过曝气管下侧面设计微孔，防止出现由于曝气风机停机期间污水倒流入曝气管，而产生微生物污堵曝气孔的现象。
3、相较于传统的硝化反硝化工艺，这种反应器利用短程硝化反硝化工艺，不仅极大的缩小占地面积，而且还具备曝气及碳源需求量少、能耗低、温室气体排放量小、污泥产量低等优势，能有效降低运行成本；在处理高氨氮有机废水的场合下，这种反应器利用硝化反应消耗碱度、反硝化反应和厌氧氨氧化反应增加碱度的特性，通过严格控制溶氧在0.2-0.5mg/L，温度在25-35℃的条件下实现碱度的产消平衡，有利于维持反应器pH稳定，保证反应器内部微生物活性的稳定。
4、这种反应器中段安装填料框架，填料框架整体为不锈钢材质，有效耐腐蚀，且填料框与池壁紧密贴合，降低短流的发生；填料框架模块化分层放置在填料支撑上，填料框架与填料支撑通过卡槽形式固定，填料框架可单独、分区或整体的形式取出，因此无需清空水池即可进行检修及更换填料。
5、这种反应器填料框架中，由球型填料制作的球型填料串，通过两端固定在填料框架上，其球型挂载填料为三层空心球状多孔结构，所述球型填料的三层结构具有不同孔径，所述三层结构的外层孔径为10-20mm、中层孔径为5-10mm、内层孔径为2-5mm，外层球面为交叉网络结构，球面纬线上设置有向外凸出的刺突状柱体，用于增大微生物的附着面积，便于形成立体微生物群落；中层球面为网格结构，球面孔径适中，即能提高微生物附着密度，也便于污水流通；内层球面为网格结构，球面孔径较小，球面内部供厌氧微生物附着生长，较小的孔径可有效阻挡气泡进入，维持内球体严格厌氧的环境，所述三层空心球状多孔结构通过内部支撑实现同心。
6、这种反应器上段边缘设置了锯齿状出水堰，出水堰外侧设置了溢流槽，溢流槽一侧底部设置循环泵进水管，溢流槽侧部设置出水管，既实现了出水功能也能为循环泵提供稳定进水。
7、这种反应器通过在循环管上安装的法兰式电热器对回流水进行加热，避免在反应器中局部加热导致温度不均匀，通过设置池体外部保温实现反应器温度在25-35℃区间内相对稳定。
（发明人：付小平;吕慧;梁广彦;梁慧宇;孙连鹏;汪文华）
