申请日2019.12.17
公开(公告)日2020.03.06
IPC分类号C02F3/30; C02F101/16
摘要
本发明提供了一种基于微生物载体凝胶颗粒的废水高效脱氮处理装置，其特征在于，所述的废水高效脱氮处理装置包括好氧区、厌氧区、导流区(缺氧区)、污泥沉淀区和溢流堰五个部分组成，废水依次流经好氧区、导流区、厌氧区和溢流堰，剩余污泥在沉淀区沉淀后由污泥泵排出。其中，所述的好氧区和厌氧区分别填装微生物载体凝胶颗粒，其填装量约为各反应区有效容积的8%～35%。本发明高效脱氮装置在同一装置内实现了同步硝化反硝化功能，省去了传统A/O工艺中废水回流程序，节省能耗和设备投资，提高了废水生化脱氮效率。
权利要求书
1.一种基于微生物载体凝胶颗粒的废水高效脱氮处理装置，其特征在于，包括好氧区(1)、导流区(2)、厌氧区(3)、污泥沉淀区(4)、溢流堰(6)和发泡机(7);
其中，所述的好氧区(1)和厌氧区(3)分别填装有微生物载体凝胶颗粒;
所述好氧区(1)的底部设有格栅网作为进水口，侧壁上端设有格栅网作为出水口，所述的格栅网网孔径小于微生物载体凝胶颗粒粒径;
所述好氧区(1)底部格栅网下方设有微孔布水装置(1-1)，微孔布水装置(1-1)与发泡机(7)连通;所述的好氧区(1)进水采用水气混合式微泡曝气工艺，将废水通入发泡机中并与压缩空气混合，由微孔布水装置(1-1)向好氧区(1)均匀布气水，好氧区(1)向上的水流携带着微生物载体凝胶颗粒在好氧区(1)的侧壁上端格栅网处进行分离，废水透过格栅网进入导流区(2);
所述的导流区(2)底部设导流板(2-1);导流区(2)的废水在导流板(2-1)作用下分为两部分，一部分废水经沉淀区(4)流入好氧区(1)，形成内部回流，为好氧区微生物提供氨氮;另一部分废水由导流区(2)流入厌氧区(3)，废水中污泥颗粒随水流运动，碰撞导流板(2-1)后会发生沉降，流入污泥沉淀区(4);
所述的污泥沉淀区(4)底部设有污泥泵(4-1)，通过污泥泵将剩余污泥泵出;
所述厌氧区(3)的底部设有格栅网作为进水口，侧壁上端设有格栅网作为出水口，所述的格栅网网孔径小于微生物载体凝胶颗粒粒径;所述的厌氧区(3)内设有可升降式搅拌器(3-1)，顶部设有三相分离器(3-3);厌氧区(3)上升水流携带的微生物载体凝胶颗粒和气体在三相分离器(3-3)内进行固、液、气分离，微生物载体凝胶颗粒继续回落至厌氧区(3)，气体由气体收集管(3-4)收集后处理，厌氧反应的出水经格栅网流入溢流堰(6)，废水达标外排或流入下一步工艺。
2.如权利要求1所述的基于微生物载体凝胶颗粒的废水高效脱氮处理装置，其特征在于，所述的废水高效脱氮装置好氧区(1)、导流区(2)、厌氧区(3)体积之比为1:(3～5):(4～10)。
3.如权利要求1所述的基于微生物载体凝胶颗粒的废水高效脱氮处理装置，其特征在于，所述好氧区(1)溶解氧浓度不小于1.0mg/L。
4.如权利要求1所述的基于微生物载体凝胶颗粒的废水高效脱氮处理装置，其特征在于，所述的微生物载体凝胶颗粒内层为海绵状多孔结构，外层为致密的多孔三维结构。
5.如权利要求4所述的基于微生物载体凝胶颗粒的废水高效脱氮处理装置，其特征在于，所述的微生物载体凝胶颗粒呈椭圆形，直径为2～5cm，密度为1.0～1.06g/cm3，孔隙率为80%～95%。
6.如权利要求1所述的基于微生物载体凝胶颗粒的废水高效脱氮处理装置，其特征在于，所述好氧区(1)和厌氧区(3)中微生物载体凝胶颗粒填装量为各反应区有效容积的8%～35%。
7.如权利要求1所述的基于微生物载体凝胶颗粒的废水高效脱氮处理装置，其特征在于，所述的格栅网为不锈钢金属网或塑料网。
8.如权利要求1所述的基于微生物载体凝胶颗粒的废水高效脱氮处理装置，其特征在于，所述的发泡机(7)的定子与转子之间的最小距离为1～5mm，转速为600～1500rpm，压缩空气压力为0.5～1.5MPa，发泡机进料的气液质量比为4:1～8:1。
9.如权利要求1所述的基于微生物载体凝胶颗粒的废水高效脱氮处理装置，其特征在于，所述的可升降式搅拌器(3-1)底端设有柔性刷(3-2)，柔性刷长度小于厌氧区底部长度;所述的可升降式搅拌器的数量可为一台或多台，运行速度为50～400rpm/min。
说明书
一种基于微生物载体凝胶的废水脱氮装置
技术领域
本发明属环保水处理技术领域，涉及到一种基于微生物载体凝胶的废水脱氮装置。
背景技术
氨氮废水主要来源于化肥、焦化、石化、制药、食品、垃圾填埋等行业。目前，随着化肥、石油化工等行业的迅速发展，由此而产生的高氨氮废水也成为行业发展制约因素之一。同时，垃圾填埋场也是高氨氮废水的主要来源之一，垃圾填埋场产生的垃圾渗滤液中氨氮可以达到>1000mg/L，高浓度氨氮难降解，不仅威胁附近水体也会对垃圾渗滤液处理本身产生阻碍，过高浓度的氨氮对微生物有毒害作用，限制了降解的效果。据相关数据表明，目前我国工业城市污水总的排放量中经过集中处理的占比不到一半，其余的大都直接排入江河，对于污水的排放约束力不大，导致了大量的水资源出现恶化现象。
大量氨氮废水排入水体引起水体富营养化，造成藻类大量繁殖，水中溶解氧迅速降低，使自然水体中的鱼虾等水生生物死亡，造成水体黑臭，加大给水处理的难度和成本，甚至对人群及生物产生毒害作用。据统计，2017年我国海域发生赤潮高达68次，2018年我国呈富营养化状态的海域面积达到56680平方千米，其中以辽东湾、渤海湾、长江口、杭州湾和珠江湾等近岸海域水质污染尤为严重。氨氮排放超标是造成上述现象的首要原因，因此，经济有效的处理高浓度氨氮废水成为环保水处理领域的重要难点之一。
目前，对于废水处理的脱氮方法，主要有生物脱氮和物化脱氮两种，生物脱氮的方法主要以生物膜法、活性污泥法、厌氧消化和人工湿地等工艺为主，物化法主要是通过投加化学药剂富集后絮凝沉淀、过滤和离子交换等方式来去除含氮污染物。但是常规的物化法处理效率不高，成本高，通常作为高浓度氨氮废水的预处理。生物处理中以微生物膜工艺处理效果较好，但是微生物的生存和生长繁殖受到温度、pH、生存形式等很多外界条件的制约，污染物的处理效率也受到这些因素的制约。其中，微生物生存形式有悬浮生长和附着生长，不同生长方式的微生物其适用的处理设备对处理效率也有较大的影响。
相对于悬浮生长的微生物(如活性污泥)，附着生长的微生物具有单位体积内生物量更高，不易随水流失，环境变化适应性更强等优点。目前市场上附着生长的微生物载体由有机载体和无机载体组成，这些微生物载体存在亲水性差、生物亲和性差、比表面积和孔隙率低的问题，造成其载体上的微生物生长繁殖速度慢、单位面积上微生物丰富度小等结果，这些原因都会导致污染物(包括脱氮)的去除效果不好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本、高效率的废水脱氮处理装置。
为了达到上述目的，本发明提供了一种基于微生物载体凝胶颗粒的废水高效脱氮处理装置，其特征在于，所述的废水高效脱氮处理装置包括好氧区、导流区即缺氧区、厌氧区、污泥沉淀区、溢流堰和发泡机;
其中，所述的好氧区和厌氧区分别填装有微生物载体凝胶颗粒;
所述好氧区的底部设有格栅网作为进水口，侧壁上端设有格栅网作为出水口，所述的格栅网网孔径小于微生物载体凝胶颗粒粒径;
所述好氧区底部格栅网下方设有微孔布水装置，微孔布水装置与发泡机连通;所述的好氧区进水采用水气混合式微泡曝气工艺，将废水通入发泡机中并与压缩空气混合，由微孔布水装置向好氧区均匀布气水，好氧区向上的水流携带着微生物载体凝胶颗粒在好氧区的侧壁上端格栅网处进行分离，废水透过格栅网进入导流区;
所述的导流区底部设导流板;导流区的废水在导流板作用下分为两部分，一部分废水经沉淀区流入好氧区，形成内部回流，为好氧区微生物提供氨氮;另一部分废水由导流区流入厌氧区，废水中污泥颗粒随水流运动，碰撞导流板后会发生沉降，流入污泥沉淀区;
所述的污泥沉淀区底部设有污泥泵，通过污泥泵将剩余污泥泵出;
所述厌氧区的底部设有格栅网作为进水口，侧壁上端设有格栅网作为出水口，所述的格栅网网孔径小于微生物载体凝胶颗粒粒径;所述的厌氧区内设有可升降式搅拌器，顶部设有三相分离器;厌氧区上升水流携带的微生物载体凝胶颗粒和气体在三相分离器内进行固、液、气分离，微生物载体凝胶颗粒继续回落至厌氧区，气体由气体收集管收集后处理，厌氧反应的出水经格栅网流入溢流堰，废水达标外排或流入下一步工艺。
优选地，所述的废水高效脱氮装置好氧区、导流区、厌氧区体积之比为1:(3～5):(4～10)。
优选地，所述好氧区溶解氧浓度不小于1.0mg/L，可根据进/出水水质情况做出相应的调整。
优选地，所述的微生物载体凝胶颗粒内层为海绵状多孔结构，外层为致密的多孔三维结构;该载体由高度亲水性和生物亲和性材料—聚乙烯醇(PVA)，经固化成型、交联、碱溶液浸泡、缩醛化反应等步骤制备而成。
更优选地，所述的微生物载体凝胶颗粒呈椭球形，直径为2～5cm，密度为1.0～1.06g/cm3，孔隙率为80%～95%。
优选地，所述好氧区和厌氧区中微生物载体凝胶颗粒填装量为各反应区有效容积的8%～35%。
优选地，所述的格栅网为不锈钢金属网或塑料网。为保证微生物载体凝胶颗粒在相应的区域发挥有效作用，所述的格栅网网孔径宜不大于2cm，保证各反应区的载体凝胶颗粒不流失。
优选地，所述的发泡机的定子与转子之间的最小距离为1～5mm，转速为600～1500rpm，压缩空气压力为0.5～1.5MPa，发泡机进料的气液质量比为4:1～8:1。
优选地，所述的可升降式搅拌器底端设有柔性刷，柔性刷长度小于厌氧区底部长度。其作用是当设备运行一段时间后，厌氧区底部格栅网上可能会有污泥堵塞部分网孔，此时，搅拌器可通过自动化控制系统自行下降至柔性刷与格栅网接触位置，并随搅拌器转动对格栅网进行疏通清理，清洗完成后又自行上升，保证厌氧区按设计要求均匀布水。
优选地，所述的可升降式搅拌器的数量可为一台或多台，应视厌氧区大小做出合理调整。
优选地，所述的可升降式搅拌器的运行速度为50～400rpm/min，应以厌氧区内填充的微生物载体呈悬浮状态为宜。
本发明的基于微生物载体凝胶的废水脱氮装置，其好氧区进水采用水气混合式微泡曝气工艺，废水与压缩空气在高速发泡机拌头内快速混合，可通过调节水气进量比达到所需的溶解氧要求，延长气泡与废水的接触时间，提高废水中有机物的氧化效率。所述的废水与压缩空气在发泡机拌头内快速混合的同时，发泡机的定子和转子交错高速剪切产生粒径5～20μm的微气泡，气泡数量迅速增加，提高废水的絮流程度，一方面，有效防止好氧区底部格栅网被堵塞;另一方面，大量微气泡携带废水向上流动，促使微生物载体呈流化状态，从而提高微生物活性和节省氧气的用量。
本发明的基于微生物载体凝胶的废水脱氮装置，导流区内设导流板。其作用有：(1)可将好氧池出水导入厌氧区中，废水从好氧区携带的氧在导流区内进一步消耗，形成缺氧和厌氧的环境;(2)导流区中部分废水经缺氧或厌氧反应后随导流板流入好氧反应区，废水中有机氮可转化成氨氮，氨氮被好氧区亚硝化菌或硝化菌直接利用，提高废水脱氮效率;(3)废水中污泥颗粒随水流运动，碰撞导流板后会发生沉降，并随导流板流入污泥沉淀区，剩余污泥随污泥泵排走。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明高效脱氮装置在同一装置内实现了同步硝化反硝化功能，省去了传统A/O工艺中废水回流程序，节省回流能耗，提高了废水生化脱氮效率。好氧区采用水汽混合式微曝气工艺，可通过调节水气进量比达到所需的溶解氧要求，有利于好氧微生物对氨氮和有机物的去除。多孔微生物载体凝胶颗粒中丰富的三维空间孔隙结构为硝化菌、亚硝化菌和反硝化菌等多种微生物提供适宜聚集的生长环境，载体凝胶颗粒特殊的空间结构提高了微生物对废水中的物质和能源利用效率。从微观上看，微生物凝胶载体独特的微观结构为不同微生物菌种提供相适应的生存环境，根据溶解氧含量大小，好氧区单个载体脱氮菌的聚集方式可为：由载体表面到内部分别为硝化/亚硝化细菌、氨化细菌和反硝化细菌，即废水在同一载体上可实现硝化反硝化过程，缩短了物质和能量传递过程，从而达到高效脱氮目的。相对于传统活性污泥，本发明废水高效脱氮装置内多孔微生物载体凝胶颗粒填充量较少(只需填充有效容积的8%～35%左右)，载体上细菌丰富度大，保留率高，不易流失，处理能力强。（发明人朱旺平;贺磊;何滔;苟青）
