公布日：2024.02.06
申请日：2023.12.19
分类号：C02F3/28(2023.01)I;C02F3/02(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本发明涉及一种低碳氮比污水短程脱氮的装置，包括外筒，其中外筒内悬空设置有中筒与内筒，且内筒内设置有短程硝化区，所述内筒与中筒之间设置有位于上方的析气区与位于下方的接触还原区，所述中筒与外筒之间设置有硫自养反硝化区，所述外筒外侧还设置有与其连接的供氧系统。本发明短程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化、沉淀、硫自养反硝化集成于一体，脱氮效率高、设备紧凑、节省占地面积。
权利要求书
1.一种低碳氮比污水短程脱氮装置，其特征在于：包括外筒，其中外筒内悬空设置有中筒与内筒，且内筒内设置有短程硝化区，所述内筒与中筒之间设置有位于上方的析气区与位于下方的接触还原区，所述中筒与外筒之间设置有硫自养反硝化区，所述外筒外侧还设置有与其连接的供氧系统；所述短程硝化区包括曝气组件、进水管、在线pH计及在线DO计1，其中曝气组件包括位于内筒内底部的曝气头及与曝气头连接出气管，所述进水管、在线pH计及在线DO计1均设置在内筒内顶部开口处；所述析气区由填料床层、上孔板和下孔板组成，所述上孔板和下孔板固定于内筒与中筒之间；所述接触还原区由空心球填料、聚氨酯海绵填料、填料支架及在线DO计2组成，所述空心填料球内装填有所述聚氨酯海绵填料，所述空心填料球由弹性绳依次串联连接且两端固定在所述填料支架上，所述在线DO计2安装于所述接触还原区上方处；所述硫自养反硝化区由滤料层、承托层和溢流堰组成，所述滤料层由硫自养反硝化滤料与含碳酸盐固体颗粒混合而成，所述硫自养反硝化滤料是担载有硫化钠、和硫代硫酸钠单质硫等还原态硫源的固体颗粒，所述承托层是由承托板和承托层滤料组成；所述承托板开有均匀分布的孔，所述承托层滤料为含碳酸盐固体颗粒，所述溢流堰安装在滤料层上方的外筒内壁上；所述供氧系统包括设置在中筒顶端的集气罩，其中集气罩与安装有贫氧空气调节阀的贫氧空气管连接，且贫氧空气管通过循环管与安装有富氧空气调节阀的富氧空气管连接，该循环管上设置有循环管调节阀，所述富氧空气管通过进气管与与风机连接，其中风机与出气管连接。
2.根据权利要求1所述的一种低碳氮比污水短程脱氮装置，其特征在于：所述富氧空气调节阀安装于所述富氧空气管与所述循环管连接处的上游，所述贫氧空气调节阀安装于所述贫氧空气管与所述循环管连接处的上游。
3.根据权利要求1所述的一种低碳氮比污水短程脱氮装置，其特征在于：所述内筒与中筒均由上部的直筒段和下部的喇叭口连接而成，其中内筒与中筒的下部喇叭口角度均为30°～60°，所述内筒的喇叭口底端与外筒底部的间距为1～5cm，所述中筒的喇叭口底端与外筒底部的间距为30～50cm。
4.根据权利要求1所述的一种低碳氮比污水短程脱氮装置，其特征在于：所述短程硝化区投加了沸石颗粒，其中沸石颗粒的体积占硝化功能区体积的2％～20％，且沸石颗粒的粒径为40～100目。
5.根据权利要求1所述的一种低碳氮比污水短程脱氮装置，其特征在于：所述接触还原区中的空心填料球串在水平面方向呈放射状布置。
6.根据权利要求1所述的一种低碳氮比污水短程脱氮装置，其特征在于：所述析气区的填料为拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍、矩鞍、金属环矩鞍、格栅填料、波纹填料中的一种或几种。
7.一种低碳氮比污水短程脱氮装置的使用方法，其处理过程如下：首先通过风机向内筒中短程硝化区鼓气，氧气溶解在水中并被氨氧化细菌利用进行短程硝化反应将氨氮转化成亚硝氮，在气流提升作用下污水流经内筒上部并与进水管中的原水混合后呈辐射状进入顶部析气区，污水在析气区析出氧气后进入到接触还原区，在接触还原区空心填料球表面的反硝化细菌首先利用污水中的碳源通过短程反硝化将上一个循环中厌氧氨氧化反应产生的硝态氮还原为亚硝氮，然后亚硝氮和氨氮被空心填料球内部的厌氧氨氧化细菌直接还原成氮气，实现氨氮、亚硝氮和硝态氮的去除，流经接触还原区后的污水一部分从内筒底部的喇叭口回流到短程硝化区，另一部分通过中筒下部的喇叭口流向外圈的硫自养反硝化区，将厌氧氨氧化反应产生的少量硝态氮还原成氮气，最后通过硫自养反硝化区上方的溢流堰排出；其中在短程硝化区内投加有沸石颗粒，在气提作用下均匀分布于水中，其中有一部分沸石颗粒在水流循环流经接触还原区过程中，被空心填料球截留而负载在填料上，沸石颗粒吸附的氨氮为厌氧氨氧化细菌提供一部分氨氮来源，起到稳定缓冲氨氮浓度的作用；同时维持在线DO计1的DO在0.5～2.5mg/L范围内，当在线DO计2的DO≤0.3mg/L时，各空气管路的调节阀开度保持不变，当在线DO计2的DO＞0.3mg/L时，贫氧空气管调节阀开度调小、循环管调节阀开度调大、富氧空气管调节阀开度不变，使得一部分贫氧空气循环、集气罩内的负压增大，从而使析气区析出更多的氧气，将在线DO计2的DO维持在0.3mg/L以下。
发明内容
本发明的目的就是提供一种低碳氮比污水短程脱氮装置及其方法。
本发明的技术问题主要通过下述技术方案得以解决：
一种低碳氮比污水短程脱氮的装置，包括外筒，其中外筒内悬空设置有中筒与内筒，且内筒内设置有短程硝化区，所述内筒与中筒之间设置有位于上方的析气区与位于下方的接触还原区，所述中筒与外筒之间设置有硫自养反硝化区，所述外筒外侧还设置有与其连接的供氧系统；
所述短程硝化区包括曝气组件、进水管、在线pH计及在线DO计1，其中曝气组件包括位于内筒内底部的曝气头及与曝气头连接出气管，所述进水管、在线pH计及在线DO计1均设置在内筒内顶部开口处；
所述析气区由填料床层、上孔板和下孔板组成，所述上孔板和下孔板固定于内筒与中筒之间；
所述接触还原区由空心球填料、聚氨酯海绵填料、填料支架及在线DO计2组成，所述空心填料球内装填有所述聚氨酯海绵填料，所述空心填料球由弹性绳依次串联连接且两端固定在所述填料支架上，所述在线DO计2安装于所述接触还原区上方处；
所述硫自养反硝化区由滤料层、承托层和溢流堰组成，所述滤料层由硫自养反硝化滤料与含碳酸盐固体颗粒按一定比例混合而成，所述硫自养反硝化滤料是担载有硫化钠、和硫代硫酸钠单质硫等还原态硫源的固体颗粒，所述承托层是由承托板和承托层滤料组成；所述承托板开有均匀分布的孔，所述承托层滤料为含碳酸盐固体颗粒，所述溢流堰安装在滤料层上方的外筒内壁上；
所述供氧系统包括设置在中筒顶端的集气罩，其中集气罩与安装有贫氧空气调节阀的贫氧空气管连接，且贫氧空气管通过循环管与安装有富氧空气调节阀的富氧空气管连接，该循环管上设置有循环管调节阀，所述富氧空气管通过进气管与与风机连接，其中风机与出气管连接。
作为一种优选方案，所述富氧空气调节阀安装于所述富氧空气管与所述循环管连接处的上游，所述贫氧空气调节阀安装于所述贫氧空气管与所述循环管连接处的上游。
作为一种优选方案，所述内筒与中筒均由上部的直筒段和下部的喇叭口连接而成，其中内筒与中筒的下部喇叭口角度均为30°～60°，所述内筒的喇叭口底端与外筒底部的间距为1～5cm，所述中筒的喇叭口底端与外筒底部的间距为30～50cm。
作为一种优选方案，所述短程硝化区投加了沸石颗粒，其中沸石颗粒的体积占硝化功能区体积的2％～20％，且沸石颗粒的粒径为40～100目。
作为一种优选方案，所述接触还原区中的空心填料球串在水平面方向呈放射状布置。
作为一种优选方案，所述析气区的填料为拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍、矩鞍、金属环矩鞍、格栅填料、波纹填料中的一种或几种。
一种低碳氮比污水短程脱氮装置的使用方法，其处理过程如下：
首先通过风机向内筒中短程硝化区鼓气，氧气溶解在水中并被氨氧化细菌利用进行短程硝化反应将氨氮转化成亚硝氮，在气流提升作用下污水流经内筒上部并与进水管中的原水混合后呈辐射状进入顶部析气区，污水在析气区析出氧气后进入到接触还原区，在接触还原区空心填料球表面的反硝化细菌首先利用污水中的碳源通过短程反硝化将上一个循环中厌氧氨氧化反应产生的硝态氮还原为亚硝氮，然后亚硝氮和氨氮被空心填料球内部的厌氧氨氧化细菌直接还原成氮气，实现氨氮、亚硝氮和硝态氮的去除，流经接触还原区后的污水一部分从内筒底部的喇叭口回流到短程硝化区，另一部分通过中筒下部的喇叭口流向外圈的硫自养反硝化区，将厌氧氨氧化反应产生的少量硝态氮还原成氮气，最后通过硫自养反硝化区上方的溢流堰排出；
其中在短程硝化区内投加有沸石颗粒，在气提作用下均匀分布于水中，其中有一部分沸石颗粒在水流循环流经接触还原区过程中，被空心填料球截留而负载在填料上，沸石颗粒吸附的氨氮为厌氧氨氧化细菌提供一部分氨氮来源，起到稳定缓冲氨氮浓度的作用；
同时维持在线DO计1的DO在0.5～2.5mg/L范围内，当在线DO计2的DO≤0.3mg/L时，各空气管路的调节阀开度保持不变，当在线DO计2的DO＞0.3mg/L时，贫氧空气管调节阀开度调小、循环管调节阀开度调大、富氧空气管调节阀开度不变，使得一部分贫氧空气循环、集气罩内的负压增大，从而使析气区析出更多的氧气，将在线DO计2的DO维持在0.3mg/L以下。
本发明的有益效果是：
1、本发明在内筒中投加了沸石颗粒，通过沸石吸附氨氮及高pH在沸石表面创造高游离氨环境，由于氨氧化细菌(AOB)相对于亚硝酸盐氧化细菌(NOB)可以耐受更高的游离氨和pH，因而NOB在高游离氨和高pH环境下逐渐被淘汰，达到抑制NOB生长、富集AOB的目的，实现短程硝化反应；同时一部分沸石颗粒被空心填料球截住，当水流中氨氮浓度降低时沸石颗粒释放氨氮、当水流中氨氮浓度升高时沸石颗粒吸附氨氮，为空心填料球内部的厌氧氨氧化细菌提供稳定的氨氮来源。
2、本发明短程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化、沉淀、硫自养反硝化集成于一体，脱氮效率高、设备紧凑、节省占地面积。
3、本发明通过优化曝气结构设计，采用上部直筒、下部伞形的结构，使得沸石颗粒、生物菌种在曝气提升的作用下，既能实现供氧需求，又能起到提升循环的作用，使得微生物更容易接触到底物，给微生物提供一个较好的生存环境。
4、本发明贫氧空气再循环，在吸入空气量保持不变的条件下通过调节贫氧空气循环量以及曝气区上方的真空度来调节充氧量，实现精准控氧。
5、本发明在最外圈增加了硫自养反硝化区，将出水中的硝态氮进一步降低，同时反硝化滤料还能起到过滤出水悬浮物的作用，保证出水稳定及清澈无悬浮物，无需设置沉淀池。
6、本发明在析气区中填充有填料，比表面积大，使得填料表面的气液接触面积大，在负压的作用下有利于氧气的析出。
7、本发明接触还原区设置于内筒与中筒之间的回流区，水流自上而下依靠重力自流，空心填料球表面及内部的有效菌种易附着生长、不易被水流直接冲刷脱落，生物膜较厚，可为内部的厌氧氨氧化细菌提供稳定的缺氧环境。
（发明人：徐传航;陈后兴;杨鸿玲;邱根萍;董乔红;吉康宁;肖建林;钟翔;刘洋;曾宪花;袁炳发;张春林）
