本發(fā)明屬于化工及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于廢水處理的缺氧膨脹床裝置及方法。

背景技術(shù)：

近年來，水處理領(lǐng)域中氮的污染已成為社會熱點之一。隨著中國水體富營養(yǎng)化問題的日趨嚴(yán)重，以及污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提升，水中氮的去除成為水處理領(lǐng)域關(guān)注的重點問題之一。如何經(jīng)濟(jì)、高效、安全地從水中去除硝酸鹽氮，研發(fā)高效穩(wěn)定的污水強(qiáng)化脫氮技術(shù)，已成為污水處理領(lǐng)域急需解決的技術(shù)問題。

當(dāng)今污水處理面臨高標(biāo)準(zhǔn)排放要求，如美國、加拿大等國家出水標(biāo)準(zhǔn)為TN(總氮)小于3mg/L。目前針對水中硝酸鹽去除的主要方法包括：化學(xué)還原、反滲透、電滲析、離子交換、生物反硝化(包括自養(yǎng)和異養(yǎng)反硝化)等方法。

化學(xué)還原法主要是利用還原劑將硝酸鹽氮還原，根據(jù)采用的不同還原劑可以分為活潑金屬還原法和催化還原法；前者是以鐵、鋁、鋅等金屬單質(zhì)為還原劑，處理效果較差，且會有亞硝酸鹽生成；后者以氫氣以及甲酸、甲醇等為還原劑，一般都必須有催化劑存在才能使反應(yīng)進(jìn)行，成本較高，且氫氣的應(yīng)用過程中存在保障危險。

反滲透、電滲析、離子交換等方法雖然可以有效去除水中的硝酸鹽，但成本較高，同時會產(chǎn)生大量廢水，因此在實際工程中應(yīng)用較少。

生物反硝化法以其處理成本低受到廣泛關(guān)注，反硝化過程以有機(jī)碳源等作為電子供體，以硝態(tài)氮作為電子受體，反硝化硝態(tài)氮為氮氣，達(dá)到去除污水中氮的目的。目前常用于污水反硝化脫氮的工藝包括活性污泥法、懸浮填料生物膜法和傳統(tǒng)砂濾反硝化脫氮工藝等。

活性污泥法污泥濃度低，不能處理高負(fù)荷污水，且污泥易膨脹、占地面積大、需要大規(guī)模沉淀設(shè)備、剩余污泥量大。懸浮填料生物膜法是向反應(yīng)器中投加一定量密度接近于水的填料，為微生物的生長提供棲息地，將會提高反應(yīng)器中生物量和生物種類，進(jìn)而提高反應(yīng)器的處理效率。懸浮填料生物膜法具有處理效率高、脫氮效果好、操作簡單等特點。但僅僅采用懸浮填料進(jìn)行反硝化，出水含有較高濃度的顆粒物質(zhì)和懸浮物質(zhì)，造成較高的濁度。傳統(tǒng)砂濾反硝化脫氮工藝中因為砂石等填料密度較大，所以相對填充率較低，對反應(yīng)器有效利用率也相應(yīng)降低，同時工藝運行過程中易造成堵塞，不利于工藝運行。

因此，針對目前水處理中硝酸鹽的去除技術(shù)狀況，亟需研發(fā)一種新型的強(qiáng)化生物反硝化裝置，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效、安全地去除污水中硝酸鹽及降低總氮的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種缺氧膨脹床，所述缺氧膨脹床3自下而上依次為反應(yīng)區(qū)、連接段和出水區(qū)20，反應(yīng)區(qū)和出水區(qū)20通過連接段連接；

所述出水區(qū)20的橫截面積大于反應(yīng)區(qū)的橫截面積；

所述反應(yīng)區(qū)的底部設(shè)有進(jìn)水口17；

所述進(jìn)水口17上方設(shè)有承托層18，承托層18內(nèi)填裝級配礫石顆粒；

所述承托層18上方設(shè)有填料區(qū)19，填料區(qū)19內(nèi)填裝直徑為1-3mm的小粒徑填料；

所述出水區(qū)20頂部周邊設(shè)置集水槽27，集水槽27上方的側(cè)壁設(shè)置溢流堰21；

所述出水區(qū)20的側(cè)壁上部還設(shè)置與集水槽27聯(lián)通的出水口26；

所述出水區(qū)20的中心位置居中設(shè)置三相分離器23；

所述出水區(qū)20內(nèi)設(shè)置循環(huán)水進(jìn)口管22。

所述反應(yīng)區(qū)的外部設(shè)有夾套，夾套的下部設(shè)有加熱水進(jìn)口29，夾套的上部設(shè)有加熱水出口30。

所述連接段的側(cè)壁設(shè)有排泥口28。

所述連接段與出水區(qū)20的連接部分呈喇叭形。

所述三相分離器23包括中心管23-a，中心管23-a下端口連接上部罩體23-b，上部罩體23-b與下部罩體23-c通過連接件23-d連接，并構(gòu)成過流通道；上部罩體23-b及下部罩體23-c呈喇叭狀，且擴(kuò)口端向下。

填料區(qū)19的厚度與填料區(qū)19的橫截面直徑之比≥2。

一種廢水反硝化脫氮處理裝置，應(yīng)用上述的缺氧膨脹床3，還包括進(jìn)料泵12，通過管路連接缺氧膨脹床3的進(jìn)水口17，

循環(huán)泵13，通過管路分別連接缺氧膨脹床3的進(jìn)水口17和循環(huán)水進(jìn)口管22，

進(jìn)料罐10，連接進(jìn)料泵12，進(jìn)料罐10設(shè)有低液位報警裝置11，

浮氣罐2，通過管路連接中心管23-a的上端口，

在線氣體計量儀6，與浮氣罐2連接，浮氣罐2與在線氣體計量儀6之間設(shè)有電磁控制閥1，

加熱泵14，與缺氧膨脹床3的加熱水進(jìn)口29連接，

加熱器15，一端與加熱泵14連接，一端與加熱水出口30連接，加熱器15設(shè)有溫度過熱傳感器7，

數(shù)顯溫度傳感器4，其溫度探頭25設(shè)置在缺氧膨脹床3的出水區(qū)20內(nèi)，

數(shù)顯pH傳感器5，其pH探頭24設(shè)置在缺氧膨脹床3的出水 區(qū)20內(nèi)。

所述廢水反硝化脫氮處理裝置還包括控制數(shù)據(jù)柜8，通過電腦數(shù)據(jù)線16和終端控制器9連接，

所述數(shù)顯溫度傳感器4、數(shù)顯pH傳感器5、在線氣體計量儀6、溫度過熱傳感器7、電磁控制閥1、浮氣罐2、低液位報警裝置11、進(jìn)料泵12、循環(huán)泵13和加熱泵14的顯示和/或操作控制均通過控制數(shù)據(jù)柜8來運作。

所述加熱器15、加熱泵14和缺氧膨脹床3的加熱水進(jìn)口29、加熱水出口30組成加熱水循環(huán)管路，加熱水通過夾套對反應(yīng)區(qū)加熱。

所述的缺氧膨脹床3可由鋼板、玻璃或其他材料制成。

缺氧膨脹床的主要特點包括：(1)填料區(qū)以膨脹態(tài)運行，避免水流短路，提高有機(jī)物和硝酸根去除負(fù)荷；(2)采用細(xì)小的顆粒填料，填料的比表面積更大，附著的生物膜量大；(3)大大增加了填料區(qū)厚度，填料區(qū)厚度與填料區(qū)橫截面直徑之比不小于2，減少廢水反硝化脫氮處理裝置的占地面積。

一種應(yīng)用廢水反硝化脫氮處理裝置的廢水處理方法，包括以下步驟：

1)廢水經(jīng)過進(jìn)料泵12后，進(jìn)料泵12的出水和循環(huán)泵13的出水進(jìn)行混合，形成混合水；

2)混合水通過進(jìn)水口17進(jìn)入缺氧膨脹床3的反應(yīng)區(qū)進(jìn)行處理；

3)反應(yīng)區(qū)出水通過連接段進(jìn)入出水區(qū)20，然后通過循環(huán)水進(jìn)口管22進(jìn)入循環(huán)泵13；

4)出水區(qū)20上部出水通過出水口26排出。

在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟2)中混合水通過進(jìn)水口17進(jìn)入缺氧膨脹床3，然后經(jīng)過承托層18內(nèi)填裝的級配礫石顆粒進(jìn)行配水后，進(jìn)入填料區(qū)19。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述填料區(qū)19內(nèi)的填料顆粒隨循環(huán)水流浮動，使填料區(qū)19內(nèi)的填料顆粒處于膨脹狀態(tài)。

在上述方案的基礎(chǔ)上，控制循環(huán)水流流量，使填料區(qū)19的膨脹率在50％以下。

在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟3)中所述出水區(qū)20內(nèi)的三相分離器23可以使細(xì)小的填料顆粒自行沉降，并收集產(chǎn)生的氣體。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述氣體進(jìn)入浮氣罐2，并通過電磁控制閥1和在線氣體計量儀6進(jìn)行氣體體積計量后排出系統(tǒng)。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述的溫度和pH值，加熱水液位和產(chǎn)氣量均由計算機(jī)系統(tǒng)自動控制和監(jiān)測。

本發(fā)明所述的廢水反硝化脫氮處理裝置有如下的有益效果：

填料區(qū)19采用細(xì)顆粒填料，比表面積大，可有效提高單位體積填料內(nèi)的微生物量，進(jìn)而提高反應(yīng)器的容積負(fù)荷；

填料區(qū)19正常運行時處于膨脹狀態(tài)，避免固定床可能產(chǎn)生的水流短路問題，固、液兩相的流態(tài)有利于微生物與廢水的接觸和傳質(zhì)，提高生物反應(yīng)效率；

采用強(qiáng)制水流循環(huán)，提高生物反應(yīng)過程的穩(wěn)定性和抗沖擊性；

缺氧膨脹床3可采用較大的設(shè)備高度，提高缺氧膨脹床3的填料層厚度，進(jìn)而減少反應(yīng)器占地面積；

廢水反硝化脫氮處理裝置內(nèi)的溫度、pH值、加熱水液位、產(chǎn)氣 量均由計算機(jī)系統(tǒng)自動控制監(jiān)測，自動化程度很高，大大降低了人工勞動強(qiáng)度。

附圖說明

本發(fā)明有如下附圖：

圖1本發(fā)明廢水反硝化脫氮裝置構(gòu)成示意圖

圖2本發(fā)明缺氧膨脹床的主視圖

圖3本發(fā)明三相分離器的主視圖

圖4本發(fā)明三相分離器的俯視圖

附圖標(biāo)記說明：

1、電磁控制閥，2、浮氣罐，3、缺氧膨脹床，4、數(shù)顯溫度傳感器，5、數(shù)顯pH傳感器，6、在線氣體計量儀，7、溫度過熱傳感器，8、控制數(shù)據(jù)柜，9、終端控制器，10、進(jìn)料罐，11、低液位報警裝置，12、進(jìn)料泵，13、循環(huán)泵，14、加熱泵，15、加熱器，16、電腦數(shù)據(jù)線

17、進(jìn)水口，18、承托層，19、填料區(qū)，20、出水區(qū)，21、溢流堰，22、循環(huán)水進(jìn)口管，23、三相分離器，24、pH探頭，25、溫度探頭，26、出水口，27、集水槽，28、排泥口，29、加熱水進(jìn)口，30、加熱水出口

23-a、中心管，23-b、上部罩體，23-c、下部罩體，23-d、連接件

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

如圖2-4所示，一種缺氧膨脹床，所述缺氧膨脹床3自下而上依次為反應(yīng)區(qū)、連接段和出水區(qū)20，反應(yīng)區(qū)和出水區(qū)20通過連接段連接；

所述出水區(qū)20的橫截面積大于反應(yīng)區(qū)的橫截面積；

所述反應(yīng)區(qū)的底部設(shè)有進(jìn)水口17；

所述進(jìn)水口17上方設(shè)有承托層18，承托層18內(nèi)填裝級配礫石顆粒；

所述承托層18上方設(shè)有填料區(qū)19，填料區(qū)19內(nèi)填裝直徑為1-3mm的小粒徑填料；

所述出水區(qū)20頂部周邊設(shè)置集水槽27，集水槽27上方的側(cè)壁設(shè)置溢流堰21；

所述出水區(qū)20的側(cè)壁上部還設(shè)置與集水槽27聯(lián)通的出水口26；

所述出水區(qū)20的中心位置居中設(shè)置三相分離器23；

所述出水區(qū)20內(nèi)設(shè)置循環(huán)水進(jìn)口管22。

所述反應(yīng)區(qū)的外部設(shè)有夾套，夾套的下部設(shè)有加熱水進(jìn)口29，夾套的上部設(shè)有加熱水出口30。

所述連接段的側(cè)壁設(shè)有排泥口28。

所述連接段與出水區(qū)20的連接部分呈喇叭形。

所述三相分離器23包括中心管23-a，中心管23-a下端口連接上部罩體23-b，上部罩體23-b與下部罩體23-c通過連接件23-d連接，并構(gòu)成過流通道；上部罩體23-b及下部罩體23-c呈喇叭狀，且擴(kuò)口端向下。

如圖1所示，一種廢水反硝化脫氮處理裝置，應(yīng)用上述的缺氧膨脹床3，還包括進(jìn)料泵12，通過管路連接缺氧膨脹床3的進(jìn)水口17，

循環(huán)泵13，通過管路分別連接缺氧膨脹床3的進(jìn)水口17和循環(huán)水進(jìn)口管22，

進(jìn)料罐10，連接進(jìn)料泵12，進(jìn)料罐10設(shè)有低液位報警裝置11，

浮氣罐2，通過管路連接中心管23-a的上端口，

在線氣體計量儀6，與浮氣罐2連接，浮氣罐2與在線氣體計量儀6之間設(shè)有電磁控制閥1，

加熱泵14，與缺氧膨脹床3的加熱水進(jìn)口29連接，

加熱器15，一端與加熱泵14連接，一端與加熱水出口30連接，加熱器15設(shè)有溫度過熱傳感器7，

數(shù)顯溫度傳感器4，其溫度探頭25設(shè)置在缺氧膨脹床3的出水區(qū)20內(nèi)，

數(shù)顯pH傳感器5，其pH探頭24設(shè)置在缺氧膨脹床3的出水區(qū)20內(nèi)。

所述廢水反硝化脫氮處理裝置還包括控制數(shù)據(jù)柜8，通過電腦數(shù)據(jù)線16和終端控制器9連接，

所述數(shù)顯溫度傳感器4、數(shù)顯pH傳感器5、在線氣體計量儀6、溫度過熱傳感器7、電磁控制閥1、浮氣罐2、低液位報警裝置11、進(jìn)料泵12、循環(huán)泵13和加熱泵14的顯示和/或操作控制均通過控制數(shù)據(jù)柜8來運作。

所述加熱器15、加熱泵14和缺氧膨脹床3的加熱水進(jìn)口29、加熱水出口30組成加熱水循環(huán)管路，加熱水通過夾套對反應(yīng)區(qū)加熱。

所述的缺氧膨脹床3可由鋼板、玻璃或其他材料制成。

缺氧膨脹床的主要特點包括：(1)填料區(qū)以膨脹態(tài)運行，避免水流短路，提高有機(jī)物和硝酸根去除負(fù)荷；(2)采用細(xì)小的顆粒填料，填料的比表面積更大，附著的生物膜量大；(3)大大提高填料區(qū)厚度，填料區(qū)厚度與填料區(qū)橫截面直徑之比不小于2，減少廢水反硝化脫氮處理裝置的占地面積。

一種應(yīng)用廢水反硝化脫氮處理裝置的廢水處理方法，包括以下步驟：

1)廢水經(jīng)過進(jìn)料泵12后，進(jìn)料泵12的出水和循環(huán)泵13的出水進(jìn)行混合，形成混合水；

2)混合水通過進(jìn)水口17進(jìn)入缺氧膨脹床3的反應(yīng)區(qū)進(jìn)行處理；

3)反應(yīng)區(qū)出水通過連接段進(jìn)入出水區(qū)20，然后通過循環(huán)水進(jìn)口管22進(jìn)入循環(huán)泵13；

4)出水區(qū)20上部出水通過出水口26排出。

在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟2)中混合水通過進(jìn)水口17進(jìn)入缺氧膨脹床3，然后經(jīng)過承托層18內(nèi)填裝的級配礫石顆粒進(jìn)行配水后，進(jìn)入填料區(qū)19。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述填料區(qū)19內(nèi)的填料顆粒隨循環(huán)水流浮動，使填料區(qū)19內(nèi)的填料顆粒處于膨脹狀態(tài)。

在上述方案的基礎(chǔ)上，控制循環(huán)水流流量，使填料區(qū)19的膨脹率在50％以下。

在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟3)中所述出水區(qū)20內(nèi)的三相分離器23可以使細(xì)小的填料顆粒自行沉降，并收集產(chǎn)生的氣體。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述氣體進(jìn)入浮氣罐2，并通過電磁控制閥1和在線氣體計量儀6進(jìn)行氣體體積計量后排出系統(tǒng)。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述的溫度和pH值，加熱水液位和產(chǎn)氣量均由計算機(jī)系統(tǒng)自動控制和監(jiān)測。

廢水在本發(fā)明所述廢水反硝化脫氮處理裝置中的工藝處理過程如下：

缺氧膨脹床3的出水區(qū)20上部水體通過循環(huán)水進(jìn)口管22進(jìn)入循環(huán)泵13，循環(huán)泵13的出水和進(jìn)料泵12的出水混合后，通過進(jìn)水口17進(jìn)入缺氧膨脹床3中，然后經(jīng)過承托層18內(nèi)填裝的級配礫石顆粒進(jìn)行配水后，進(jìn)入填料區(qū)19，在向上流動的循環(huán)水流的作用下，填料區(qū)19內(nèi)的填料顆粒隨循環(huán)水流浮動，使填料區(qū)19內(nèi)的填料顆粒處于膨脹狀態(tài)，控制循環(huán)水流流量，使填料區(qū)19的膨脹率在50％以下，承托層18的礫石顆粒由于粒徑大，不隨水流浮動。由于循環(huán)水流中含有可生化降解的有機(jī)物和硝酸根，填料區(qū)的填料顆粒上會生長微生物膜，循環(huán)水流在通過填料區(qū)的過程中即可實現(xiàn)生化反應(yīng)，完成有機(jī)物和硝酸根的反硝化降解，水流中的有機(jī)物和硝酸根得以去除。

循環(huán)水流通過填料區(qū)19后進(jìn)入出水區(qū)20，出水區(qū)20的橫截面積大于填料區(qū)，水流上升流速降低，填料區(qū)19內(nèi)被循環(huán)水流帶起的填料顆粒在水流流速降低后又沉降回填料區(qū)19，防止細(xì)小的填料顆粒被水流帶出缺氧膨脹床13。水流到達(dá)出水區(qū)20后通過循環(huán)水進(jìn)口管22泵入循環(huán)泵13，出水通過出水口26進(jìn)入排水管排出系統(tǒng)。

三相分離器23可以使細(xì)小的填料顆粒自行沉降，并收集產(chǎn)生的氣體，將收集的氣體排出后進(jìn)入浮氣罐2，并通過電磁控制閥1和在線氣體計量儀6進(jìn)行氣體體積計量后排出系統(tǒng)。

所述的溫度和pH值，加熱水液位和產(chǎn)氣量均由計算機(jī)系統(tǒng)自動控制和監(jiān)測。

本發(fā)明廢水反硝化脫氮處理裝置的反硝化脫氮效果：

采用廢水反硝化脫氮處理裝置處理某廠煤氣化廢水，煤氣化廢水COD為200-300mg/L，NH₄⁺-N為100-150mg/L。煤氣化廢水經(jīng)好氧處理后NO₃^--N濃度為100-150mg/L，采用甲醇作為補(bǔ)充碳源，則反應(yīng)器進(jìn)水COD濃度為400-500mg/L。廢水反硝化脫氮處理裝置啟動時NO₃^--N進(jìn)水容積負(fù)荷為1kg/m³·d，NO₃^--N去除率三天內(nèi)超過96％。逐漸提高進(jìn)水流量來提高廢水反硝化脫氮處理裝置的容積負(fù)荷，廢水反硝化脫氮處理裝置運行一個月NO₃^--N進(jìn)水容積負(fù)荷達(dá)3kg/m³·d，COD進(jìn)水容積負(fù)荷達(dá)10kg/m³·d，NO₃^--N去除率高于96％。

本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。