申请日2011.10.14
公开(公告)日2012.04.18
IPC分类号C02F3/30
摘要
一种旋转式SBR生物反应器及其处理含氨氮废水的方法;反应器的主筒体两端各装有带内盖的可开启储泥器，且反应器主筒体可作180°翻转;方法为，污水进入反应器主筒体，曝气约2.5小时，使曝气末溶解氧达到约6mg·L-1，然后缺氧搅拌约2.5小时，静置约0.5小时后，排干主筒体中废水，使污泥沉入储泥器;关闭储泥器盖，打开上储泥器盖，使上储泥器与主筒体密闭结合，将主筒体旋转180°，开始下一周期。反应器内污泥停留时间约为10天，污泥浓度约为4000mg·L-1。本方法将内聚物驱动短程硝化反硝化与微生物超量吸氮现象结合，获得了不错的去除有机物以及总氮的效果。本反应器节省了运行费用和基建成本。
权利要求书
1.一种旋转式SBR生物反应器，包括竖置的反应器主筒体(13)， 其特征是，所述反应器主筒体(13)中部对应两侧分别设有转动轴(14) 而该反应器主筒体(13)可以绕所述转动轴所在水平轴线作180°翻转; 所述反应器主筒体(13)两端分别设有同反应器主筒体(13)封闭连 接并且相对反应器主筒体(13)可打开的储泥器，各储泥器同反应器 主筒体(13)相连接的端口内侧设有内盖(18);所述反应器主筒体 (13)内腔两端分别设有同空气压缩机(6)连接的曝气头(8)，且 在空气压缩机(6)和曝气头(8)之间的连接管路上装有转子流量计 (5);所述反应器主筒体(13)内腔两端分别接有带出水阀(11)的 出水管(12)，两储泥器底部分别接有带排泥阀(15)的排泥管(16); 所述反应器主筒体(13)接有带进水阀(1)的进水管(2)。
2.根据权利要求1所述旋转式SBR生物反应器，其特征是，所 述转动轴(14)由装在底座(7)上的支架支承。
3.根据权利要求1所述旋转式SBR生物反应器，其特征是，在 反应器主筒体(13)下方设置磁力搅拌器。
4.一种利用权利要求1至3中任一权利要求所述旋转式SBR生 物反应器处理含氨氮废水方法，其特征是，该方法的步骤为：
a：对于竖置的反应器主筒体，它下端的储泥器同反应器主筒体 封闭连接，该储泥器的内盖打开而使该储泥器内腔同反应器主筒体内 腔连通;反应器主筒体上端的储泥器及其内盖打开，使反应器主筒体 内腔同大气相通;
b：打开进水阀(1)，污水从进水管(2)进入反应器主筒体(13)， 进水完毕后，关闭进水阀(1);
c：开动空气压缩机(6)对污水进行曝气;调节转子流量计(5)， 使进水中溶解氧浓度达到5.5mg/L-6.5mg/L，曝气时间为2.4小时 -2.6小时;
d：停止曝气，对反应器主筒体(13)内污水进行搅拌，使泥水混 合，搅拌时间为2.4小时-2.6小时;
e：沉淀0.4小时-0.6小时，使污泥沉入反应器主筒体13下端的 储泥器中;然后打开相应的排水阀进行排水，保持反应器中水力停留 时间为6.8小时-7小时，反应器内污泥浓度控制在3800mg/L- 4200mg/L;
f：打开反应器主筒体13下端的储泥器连接的排泥阀，通过相应 排泥管排泥，污泥龄控制在9天-11天;
g：上述排水排泥结束后，关闭位于反应器主筒体13上端的储泥 器而使该储泥器与反应器主筒体13密封结合，再将反应器主筒体13 绕所述转动轴所在水平轴线作180°翻转，使反应器主筒体13上下颠 倒;然后打开位于反应器主筒体13下端储泥器的内盖，并打开位于 反应器主筒体13上端储泥器及其内盖;由此使反应器处于步骤(1) 的重置状态;
h：重复以上步骤2-7，此时反应器污泥的闲置时间为5.3小时 -5.7小时;如此循环进行。
说明书
用于处理含氨氮废水的旋转式SBR生物反应器及其废水处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理，为含氨氮废水处理装置及方法，进一步是 指利用内聚物驱动短程硝化反硝化及微生物超量吸收氮元素的旋转 式SBR生物反应器及废水处理方法。
技术背景
近年来，随着经济社会的飞速发展，水资源对于我国越来越重要， 但是另一方面，水污染问题也越来越严重。生活废水和工业废水中含 有很多有害物质，其中含氮化合物就是常见的一种，这其中又以氨氮 最为常见。废水中含氮物质如果不经过妥善处理而直接排入江河，有 可能造成水体富营养化，而且含氮物质中亚硝态氮、硝态氮属于三致 物质，对水体中生物以及人类有害;某些温室效应气体如一氧化二氮 也有可能产生，影响生态环境。国家也越来越重视水污染控制，修订 了更为严格的废水排放标准，其中提高了对废水中的总氮的排放标准 要求。因此废水中含氮化合物的去除已经成为废水处理的一大热点， 吸引了越来越多人的关注。对传统脱氮工艺的改造就是热点之一。
传统的生物去除氨氮方法需要经历两个阶段。首先，硝化细菌(氨 氧化菌和亚硝酸氧化菌)在有氧的条件下将氨氮(NH3-N)转化为亚硝 态氮以及硝态氮然后反硝化细菌在无氧或缺氧 的情况下将亚硝态氮以及硝态氮利用反硝化作用 转化为氮气(N2)，达到去除废水中氨氮的目的。上述二个阶段，第 一阶段称为硝化反应，第二阶段称为反硝化反应。硝化反应是由自养 型好氧微生物完成，利用无机碳化合物作为碳源，通过氧化NH3、或中摄取能量。反硝化反应是由异养型微生物在低溶解氧浓度 下，利用硝酸盐和亚硝酸盐作为电子受体，有机碳源作为电子供体将 硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气(N2)或一氧化二氮(N2O)。硝化反应 和反硝化反应的进行存在着相互制约的关系，一方面在有机物充足的 情况下，自养硝化细菌对氧气和营养物质的竞争力不如异养菌，导致 硝化细菌不能占主导地位，另一方面，反硝化作用需要大量的有机碳 源，但是由于硝化过程中消耗了大量有机碳源导致反硝化作用有机碳 源缺乏。这样一来，为了平衡这两个反应的不同要求，发展出了多种 生物脱氮工艺。
现在运用的比较普遍的传统脱氮工艺有缺氧-好氧(A/O)脱氮工 艺、厌氧-缺氧-好氧(A2/O)脱氮工艺等。缺氧-好氧(A/O)脱氮工 艺是将反硝化池前置，通过回流硝化液进行脱氮。此工艺既减少了外 加碳源的投加，同时也一定程度上补充了硝化池所消耗的碱度。但是 缺氧-好氧(A/O)脱氮工艺需要回流硝化液，增加了运行费用，而且 最终出水来自于硝化池，因此含有易在二沉池发生反硝化作用， 导致污泥上浮，影响出水水质。厌氧-缺氧-好氧(A2/O)脱氮工艺在 缺氧好氧(A/O)脱氮工艺上增加了厌氧池，能起到同时脱氮除磷的 效果，但是由于多级反应，增加了基建费用。
由于传统脱氮工艺上的局限性，基于传统硝化反硝化理论的新型 脱氮工艺应运而生，如短程硝化-反硝化工艺、同时硝化反硝化工艺 以及厌氧氨氧化工艺等。但这些新型脱氮工艺由于在运行条件比较苛 刻，所以很难大规模普及。国内外对于传统脱氮工艺的研究很多，但 是将微生物超量吸氮现象与内聚物驱动反硝化现象以及短程硝化现 象结合在一起的工艺组合及设备还未见报道。
常用的序列间歇式活性污泥处理法(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process，简称SBR)是一种按间歇曝气方式来运 行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法;所用设备为 SBR生物反应器;SBR的运行周期由充水、曝气反应、沉淀、排水排 泥和闲置组成。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一 种用于处理含氨氮废水的旋转式SBR生物反应器及其废水处理方法， 通过调节反应器的曝气时间，利用内聚物驱动短程硝化反硝化及微生 物超量吸收氮元素，可以达到积累氨氧化细菌并且同时淘汰亚硝酸盐 氧化菌的目的，获得稳定的短程硝化;亦即，通过控制曝气时间与静 置时间使污泥中含氮物质得到有效的去除，实现生物高效脱氮;旋转 式SBR生物反应器设有两个储泥器，通过旋转反应器，使污泥的闲置 时间得到充分利用，降低了含氨氮污水的处理费用以及基建成本。
本发明的技术方案之一是，所述旋转式SBR生物反应器包括竖置 的反应器主筒体，其结构特点是，所述反应器主筒体中部对应两侧分 别设有转动轴而该反应器主筒体可以绕所述转动轴所在水平轴线作 180°翻转;所述反应器主筒体两端分别设有同反应器主筒体封闭连接 并且相对反应器主筒体可打开的储泥器，各储泥器同反应器主筒体相 连接的端口内侧设有内盖;所述反应器主筒体内腔两端分别设有同空 气压缩机连接的曝气头，且在空气压缩机和曝气头之间的连接管路上 装有转子流量计;所述反应器主筒体内腔两端分别接有带出水阀的出 水管，两储泥器底部分别接有带排泥阀的排泥管;所述反应器主筒体 接有带进水阀的进水管。
本发明的技术方案之二是，所述利用旋转式SBR生物反应器处理 含氨氮废水方法的运行步骤为(参见图1)：
1、对于竖置的反应器主筒体，它下端的储泥器同反应器主筒体封 闭连接，该储泥器的内盖打开而使该储泥器内腔同反应器主筒体内腔 连通;反应器主筒体上端的储泥器及其内盖打开，使反应器主筒体内 腔同大气相通;
2、打开进水阀1，污水从进水管2进入反应器主筒体13，进水完 毕后，关闭进水阀1;
3、开动空气压缩机6对污水进行曝气;调节转子流量计5，使进 水中溶解氧浓度达到5.5mg/L-6.5mg/L，曝气时间为2.4小时-2.6 小时;
4、停止曝气，对反应器主筒体13内污水进行搅拌，使泥水混合， 搅拌时间为2.4小时-2.6小时;
5、沉淀0.4小时-0.6小时，使污泥沉入反应器主筒体13下端的 储泥器中(如图1中的第一储泥器9);然后打开相应的排水阀(如 排水阀11)进行排水，保持反应器中水力停留时间(HRT)为6.8小 时-7小时，反应器内污泥浓度控制在3800mg/L-4200mg/L;
6、打开反应器主筒体13下端的储泥器连接的排泥阀(如图1中 排泥阀15)，通过相应排泥管(如排泥管16)排泥，污泥龄(SRT) 控制在9天-11天;
7、上述排水排泥结束后，关闭位于反应器主筒体13上端的储泥 器而使该储泥器与反应器主筒体13密封结合，再将反应器主筒体13 绕所述转动轴所在水平轴线作180°翻转，使反应器主筒体13上下颠 倒;然后打开位于反应器主筒体13下端储泥器的内盖，并打开位于 反应器主筒体13上端储泥器及其内盖;由此使反应器处于步骤1开 始时的重置状态;
8、重复以上步骤2-7，此时反应器污泥的闲置时间为5.3小时 -5.7小时;如此循环进行。
以下对本发明做出进一步说明。
所述转动轴由装在底座上的支架支承。
所述搅拌可采用机械搅拌机构或磁力搅拌。当采用机械搅拌机构 时，可将搅拌浆从打开了位于反应器主筒体13上端储泥器及其内盖 的该反应器主筒体13上端口放入反应器主筒体13中，或是在反应器 主筒体13安装机械搅拌机构;当采用磁力搅拌时，可在反应器主筒 体13下方(如在图1所示的反应器主筒体13与底座7之间)设置磁 力搅拌器;机械搅拌机构和磁力搅拌器均可采用现有技术。
本发明结合了微生物超量吸氮现象和内聚物驱动短程硝化反硝 化现象，并研发出与此相应的旋转式SBR反应器。本发明中，一些微 生物在经历了基质丰富和贫乏的环境变化后，在闲置一段时间，对有 机碳源以及氮、磷元素过量吸收。通过调节反应器的曝气时间，可以 达到积累氨氧化细菌并且同时淘汰亚硝酸盐氧化菌的目的，获得稳定 的短程硝化。在反应初期，微生物过量积累有机碳源并储存于微生物 体内转化为内聚物，这些内聚物在缺氧段又能作为内碳源为微生物反 硝化作用提供电子供体。旋转式SBR反应器由于操作简单，易于控制， 并且节省空间，越来越受到人们的重视，本发明的SBR反应器与传统 SBR反应器不同之处在于此反应器拥有两个储泥器，通过旋转反应器， 使污泥的闲置时间得到充分利用。
本发明的方法中，运行关键因素为曝气时间与静置时间。首先， 由于传统硝化反应为两步：
亚硝化反应：55NH4++109HCO3-+76O2→
C5H7O2N+54NO2-+57H2O+104H2CO3 (1)
硝化反应：400NO2-+NH4++4H2CO3+195O2→
C5H7O2N+400NO3-+3H2O (2)
因此，通过控制曝气时间，可以达到将氨氮降低到一定水平后， 积累亚硝氮而不积累硝氮的目的，从而抑制了第二步反应，有研究 (J.H.Guo a，Y.Z.Peng a，b，*，S.Y.Wang b，Y.N.Zheng b，H.J. Huang b，S.J.Ge b，Effective and robust partial to nitrite by real-time aeration duration control in an SBR treating domestic wastewater.Process Biochemistry 44(2009) 979-985)通过此手段获得了长期稳定的短程硝化现象。在一段时间 的运行之后，氨氧化细菌将逐渐在反应器中成为主导菌群，而亚硝酸 氧化菌将逐渐被淘汰，这样就能达到积累亚硝酸盐的结果。
此外，通过设置静置期，微生物由于基质缺乏处于饥饿状态，当 再次进水时，微生物就会将有机碳源、氮、磷等元素过量摄取到体内， 从而达到不通过传统硝化反硝化阶段去除一部分含氮化合物的目的。
由以上可知，本发明为一种用于处理含氨氮废水的旋转式SBR生 物反应器及其废水处理方法，它与传统的生物脱氮工艺相比具有以下 优点：
(1)由于是短程硝化，仅需要较短的曝气时间，氨氮不需要转化 为硝态氮，节省了曝气量，降低了能耗;
(2)反应利用了细胞内聚物作为反硝化碳源，不再需要额外投加 碳源;
(3)不需要回流硝化液，节省了能耗;
(4)整个去除过程都在一个反应器内完成，节省了空间资源，降 低了运行成本，降低了基建花费;
(5)反应器利用了闲置时间，使单位时间内处理水量增加，节省 了时间、空间成本。
