一种工业废水反硝化脱氮装置与工艺的制作方法

本发明属于化工及环保技术领域，更进一步说，具体涉及一种工业废水反硝化脱氮装置与工艺。

背景技术：

脱氮是水污染治理的重要目标，是控制水体富营养化的关键所在。随着中国水体富营养化问题的日趋严重，以及未来污水排放标准的提升，水中氮的去除成为水处理领域关注的重点问题之一。如何经济、高效、安全地从水中去除硝酸盐氮，研发高效稳定的污水强化脱氮技术，已成为污水处理领域急需的技术需求。

当今污水处理面临高标准排放要求，如美国、加拿大等国家出水标准tn小于3mg/l而tp小于0.18mg/l。目前常用于污水反硝化脱氮的工艺包括活性污泥法、悬浮填料生物膜法和生物滤池等。活性污泥法污泥浓度低，不能处理高负荷污水，且污泥易膨胀、占地面积大、需要大规模沉淀设备、剩余污泥量大。悬浮填料生物膜工艺是向反应器中投加一定量密度接近于水的填料，为微生物的生长提供栖息地，将会提高反应器中生物量和生物种类，进而提高反应器的处理效率。悬浮填料生物膜反硝化脱氮工艺具有处理效率高、脱氮效果好和操作简单等特点。该方法是让反硝化菌以生物膜的形式附着在反应器内的填料介质上。缺氧流化床中填料介质在污水中不断运动，与污水混合均匀，效率远比固定床要高，是目前有机物负荷最高的缺氧反应器。填料介质颗粒越小，其表面积越大，反应器效率越高；填料密度越小，流态化所需的升流速度越小，运行成本越低，因此众多学者大都倾向于小而轻质的物质作为缺氧流化床的填料。目前下向流反应器进水压力较大，不仅运行成本大幅增加，而且不利于运行维护；常规缺氧反硝化流化床处理装置的布水系统需要经常清洗，保持畅通，尤其当反应器超负荷运行时，极易发生滤料堵塞的现象，对进水分布及废水处理效果都会产生不良影响；缺氧流化床需要定期进行反洗操作，以去除附着在填料表面较厚的生物膜，在气水联合反洗过程中会有大量小而轻质的填料流入循环管路，造成管道堵塞甚至损坏泵头，严重影响反应器的长期稳定运行。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种工业废水反硝化脱氮装置与工艺，第一、可以有效避免在正常运行或反洗过程中填料的流失；第二、为了解决部分生物填料混入循环管路，造成管道堵塞甚至损坏泵头，因此在循环泵前安装有自清洗过滤器拦截生物填料，用于固液分离，使循环水管路与生物填料完全隔离，再利用人工方式将长时间排出的生物填料重新装回反应器内部，实现系统长期稳定的半自动化运行模式。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种工业废水反硝化脱氮装置，包括：缺氧流化床、氮气源/空气源2、废水池3、进料泵4、循环泵7、缺氧出水罐14、出水池17、自清洗过滤器18和储渣池19；

所述缺氧流化床自下而上分别为水流分布器8、缺氧流化床主体1、连接段和出水区，缺氧流化床主体1与出水区通过连接段连接，所述出水区的横截面积大于缺氧流化床主体1的横截面积，出水区的中心位置设有三相分离器10，缺氧流化床主体1的左侧下端设有进气口，连接段的侧壁设有排泥口13，出水区的上部侧壁设有缺氧流化床出水口11，出水区的顶部设有溢流堰12；

所述缺氧出水罐14包括：缺氧出水罐进水口15、缺氧出水罐出水口16和缺氧出水罐底部出水口，

所述自清洗过滤器18包括：过滤器壳体，过滤器壳体的顶端设有顶盖20，顶盖20上设有减速机25，过滤器壳体的内部中心设有中轴26，中轴26的顶端穿过顶盖20与减速机25连接，中轴26通过水平固定杆与毛刷固定杆27连接，毛刷固定杆27上设有毛刷28，过滤器壳体的内部设有过滤网29，过滤网29与过滤器壳体保持一定距离，毛刷28用于清洗过滤网29，过滤器壳体的底端内部设有沉降槽30，沉降槽30的底部设有电磁开关32，电磁开关32上设有排渣口31，过滤器壳体的上部设有进水口21，中部设有压力控制器22，下部设有出水口23，底部设有固定座24；

氮气源/空气源2连接缺氧流化床的进气口，废水池3连接进料泵4的进口，进料泵4的出口与缺氧流化床的下端右侧进水口连接，缺氧流化床出水口11与缺氧出水罐进水口15连接，缺氧出水罐出水口16与出水池17连接，缺氧出水罐底部出水口与自清洗过滤器18的进水口21连接，自清洗过滤器18的出水口23与循环泵7的进口连接，循环泵7的出口与缺氧流化床的下端右侧进水口连接，自清洗过滤器18的排渣口31与储渣池19连接。

在上述方案的基础，所述缺氧流化床的侧壁下端设有人孔5，人孔5位于水流分布器8的下方，缺氧流化床主体1上设有视窗9，所述视窗9用于观察缺氧流化床主体1内部的填料高度、填料挂膜及污泥积累情况。

在上述方案的基础上，所述废水池3与进料泵4的进口之间设有止回阀，进料泵4的出口与缺氧流化床的下端右侧进水口之间设有流量计6，循环泵7的出口与缺氧流化床的下端右侧进水口之间设有止回阀。

在上述方案的基础上，所述缺氧流化床可由混凝土、钢材或其他材料制成。

在上述方案的基础上，所述过滤器壳体的形状为圆桶状；所述过滤网29的材质为金属材质，网孔为圆形，网孔孔径为1mm～2mm；所述毛刷28由致密金属丝横向平行排列组成，金属丝的材质为不锈钢材质。

一种工业废水反硝化脱氮工艺，应用上述的工业废水反硝化脱氮装置，包括以下步骤：

步骤1、废水经过进料泵4后，进料泵4的出水与循环泵7的出水进行混合，形成混合水；

步骤2、混合水通过缺氧流化床的下端右侧进水口进入缺氧流化床，首先经过水流分布器8，然后进入缺氧流化床主体1；

步骤3、缺氧流化床主体1的出水通过连接段进入出水区，进入出水区的水流通过三相分离器10进行三相分离，三相分离器10的出水经溢流堰12后，通过缺氧流化床出水口11进入缺氧出水罐14进行处理，缺氧出水罐14的出水通过缺氧出水罐出水口16排至出水池17；

步骤4、缺氧出水罐14的剩余废水通过自清洗过滤器18的进水口21进入自清洗过滤器18进行过滤，自清洗过滤器18的出水通过循环泵7进入缺氧流化床组成循环回路。

在上述方案的基础上，步骤3中，三相分离器10进行三相分离后形成的气体通过三相分离器10的上端口排出，形成的污泥通过排泥口13排出。

在上述方案的基础上，步骤4中，自清洗过滤器18进行过滤后形成的滤渣通过排渣口31排至储渣池19。

在上述方案的基础上，通过压力变化、间隔时间控制或人工操作三种运行模式来调控电磁开关32，控制排渣口31的闭合，实现自清洗过滤器18的排渣操作。

在上述方案的基础上，所述缺氧流化床主体1内的生物填料为细颗粒填料，填料直径为2.5mm～3mm，填料在进入缺氧流化床之前要进行抛光和脱脂处理。

在上述方案的基础上，当缺氧流化床需要进行反清洗操作时，氮气源或空气源2通过缺氧流化床的进气口进入缺氧流化床，根据实际需要调整气量、气洗时间及气洗频次。

在上述方案的基础上，当自清洗过滤器18的过滤网29需要清洗时，通过减速机25带动中轴26，中轴26带动毛刷固定杆27做圆周运动，通过旋转毛刷28使金属丝末端与过滤网29形成相对运动，使过滤网29各网眼保持畅通，以达到清洗过滤网29的目的。

在上述方案的基础上，通过设定自清洗过滤器18的电源中控台参数控制毛刷28的运行时间及运行周期。

本发明的缺氧流化床装置有如下的有益效果：

(1)填料床采用细颗粒填料(填料直径为2.5mm～3mm)，比表面积大，可有效提高单位体积填料内的微生物量，进而提高反应器的容积负荷；

(2)填料床正常运行时处于流化状态，避免固定床可能产生的水流短路，固、液两相的流态有利于微生物与污水的接触和传质，提高生物反应效率；

(3)大大减少生物填料进入循环系统造成循环泵损坏以及堵塞循环管线的可能性；

(4)该系统可以确保反应器长期稳定运转，且几乎不会损失生物填料，大大减少因长期运转填料损失过大导致后期另行购买生物填料的运营成本。

附图说明

本发明有如下附图：

图1废水反硝化脱氮装置的示意图；

图2自清洗过滤器的剖面图；

图3自清洗过滤器内部过滤网的截面图。

附图标记说明：

1、缺氧流化床主体，2、氮气源或空气源，3、废水池，4、进料泵，5、人孔，6、流量计，7、循环泵，8、水流分布器，9、视窗，10、三相分离器，11、缺氧流化床出水口，12、溢流堰，13、排泥口，14、缺氧出水罐，15、缺氧出水罐进水口，16、缺氧出水罐出水口，17、出水池，18、自清洗过滤器，19、储渣池，20、顶盖，21、进水口，22、压力控制器23、出水口，24、固定座，25、减速机，26、中轴，27、毛刷固定杆，28、毛刷，29、过滤网，30、沉降槽，31、排渣口，32、电磁开关。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1-3所示，本发明提供了一种工业废水反硝化脱氮装置，包括：缺氧流化床、氮气源/空气源2、废水池3、进料泵4、循环泵7、缺氧出水罐14、出水池17、自清洗过滤器18和储渣池19；

所述缺氧流化床自下而上分别为水流分布器8、缺氧流化床主体1、连接段和出水区，缺氧流化床主体1与出水区通过连接段连接，所述出水区的横截面积大于缺氧流化床主体1的横截面积，出水区的中心位置设有三相分离器10，缺氧流化床主体1的左侧下端设有进气口，连接段的侧壁设有排泥口13，出水区的上部侧壁设有缺氧流化床出水口11，出水区的顶部设有溢流堰12；

所述缺氧出水罐14包括：缺氧出水罐进水口15、缺氧出水罐出水口16和缺氧出水罐底部出水口，

所述自清洗过滤器18包括：过滤器壳体，过滤器壳体的顶端设有顶盖20，顶盖20上设有减速机25，过滤器壳体的内部中心设有中轴26，中轴26的顶端穿过顶盖20与减速机25连接，中轴26通过水平固定杆与毛刷固定杆27连接，毛刷固定杆27上设有毛刷28，过滤器壳体的内部设有过滤网29，过滤网29与过滤器壳体保持一定距离，毛刷28用于清洗过滤网29，过滤器壳体的底端内部设有沉降槽30，沉降槽30的底部设有电磁开关32，电磁开关32上设有排渣口31，过滤器壳体的上部设有进水口21，中部设有压力控制器22，下部设有出水口23，底部设有固定座24；

氮气源/空气源2连接缺氧流化床的进气口，废水池3连接进料泵4的进口，进料泵4的出口与缺氧流化床的下端右侧进水口连接，缺氧流化床出水口11与缺氧出水罐进水口15连接，缺氧出水罐出水口16与出水池17连接，缺氧出水罐底部出水口与自清洗过滤器18的进水口21连接，自清洗过滤器18的出水口23与循环泵7的进口连接，循环泵7的出口与缺氧流化床的下端右侧进水口连接，自清洗过滤器18的排渣口31与储渣池19连接。

在上述方案的基础，所述缺氧流化床的侧壁下端设有人孔5，人孔5位于水流分布器8的下方，缺氧流化床主体1上设有视窗9，所述视窗9用于观察缺氧流化床主体1内部的填料高度、填料挂膜及污泥积累情况。

在上述方案的基础上，所述废水池3与进料泵4的进口之间设有止回阀，进料泵4的出口与缺氧流化床的下端右侧进水口之间设有流量计6，循环泵7的出口与缺氧流化床的下端右侧进水口之间设有止回阀。

在上述方案的基础上，所述缺氧流化床可由混凝土、钢材或其他材料制成。

在上述方案的基础上，所述过滤器壳体的形状为圆桶状；所述过滤网29的材质为金属材质，网孔为圆形，网孔孔径为1mm～2mm；所述毛刷28由致密金属丝横向平行排列组成，金属丝的材质为不锈钢材质。

一种工业废水反硝化脱氮工艺，应用上述的工业废水反硝化脱氮装置，包括以下步骤：

步骤1、废水经过进料泵4后，进料泵4的出水与循环泵7的出水进行混合，形成混合水；

步骤2、混合水通过缺氧流化床的下端右侧进水口进入缺氧流化床，首先经过水流分布器8，然后进入缺氧流化床主体1；

步骤3、缺氧流化床主体1的出水通过连接段进入出水区，进入出水区的水流通过三相分离器10进行三相分离，三相分离器10的出水经溢流堰12后，通过缺氧流化床出水口11进入缺氧出水罐14进行处理，缺氧出水罐14的出水通过缺氧出水罐出水口16排至出水池17；

步骤4、缺氧出水罐14的剩余废水通过自清洗过滤器18的进水口21进入自清洗过滤器18进行过滤，自清洗过滤器18的出水通过循环泵7进入缺氧流化床组成循环回路。

在上述方案的基础上，步骤3中，三相分离器10进行三相分离后形成的气体通过三相分离器10的上端口排出，形成的污泥通过排泥口13排出。

在上述方案的基础上，步骤4中，自清洗过滤器18进行过滤后形成的滤渣通过排渣口31排至储渣池19。

在上述方案的基础上，通过压力变化、间隔时间控制或人工操作三种运行模式来调控电磁开关32，控制排渣口31的闭合，实现自清洗过滤器18的排渣操作。

在上述方案的基础上，所述缺氧流化床主体1内的生物填料为细颗粒填料，填料直径为2.5mm～3mm，填料在进入缺氧流化床之前要进行抛光和脱脂处理。

在上述方案的基础上，当缺氧流化床需要进行反清洗操作时，氮气源或空气源2通过缺氧流化床的进气口进入缺氧流化床，根据实际需要调整气量、气洗时间及气洗频次。

在上述方案的基础上，当自清洗过滤器18的过滤网29需要清洗时，通过减速机25带动中轴26，中轴26带动毛刷固定杆27做圆周运动，通过旋转毛刷28使金属丝末端与过滤网29形成相对运动，使过滤网29各网眼保持畅通，以达到清洗过滤网29的目的。

在上述方案的基础上，通过设定自清洗过滤器18的电源中控台参数控制毛刷28的运行时间及运行周期。

本发明的废水处理装置是由缺氧流化床和自清洗过滤器组成的半自动高效有机废水处理装置，

废水池3中的废水通过进料泵4与循环泵7出水相混合，混合后通过管路连接从底部进入缺氧流化床，经过缺氧流化床底部安装的水流分布器8进入到缺氧流化床主体1，缺氧流化床主体1的外部设置视窗9，通过视窗9可以看到缺氧流化床内部的填料高度、填料挂膜情况及污泥积累情况；通过三相分离器10可以实现气液固三相分离，所产气体由三相分离器10上端口排出缺氧流化床。积累污泥视工艺情况可从排泥口13排走。位于缺氧流化床顶部的废水经溢流堰12后，通过出水口11流入缺氧出水罐14；缺氧出水罐进水口15的位置略低于缺氧出水罐出水口16的位置高度，避免叠水曝气充氧对反应装置的影响，出水经缺氧出水罐出水口16排至出水池17，其它剩余废水再由循环泵7从缺氧出水罐14底部重新打入缺氧流化床的底部组成循环回路。当缺氧流化床需要进行反洗操作时，氮气源或空气源2可根据实际需要进入缺氧流化床。

在装置运行过程中，生物填料表面附着的生物膜越来越厚，需要经常反洗脱膜，此时氮气源或空气源2从进气口进入缺氧流化床，根据实际需要调整气量、气洗时间及气洗频次。在反洗过程中会有少量生物填料在气泡的搅动下从缺氧流化床内部逐渐漂浮至缺氧流化床顶部，期间还会有大量脱膜污泥被洗出，这些漂浮填料及洗出污泥从缺氧流出床顶部流至溢流堰12，经过缺氧出水罐14流至自清洗过滤器18，填料及洗出污泥会慢慢将自清洗过滤器18内部的过滤网29的表面覆盖，网孔被污泥堵住，导致过滤网29内部的水流无法流出网外，影响装置的正常运行。自清洗过滤器18位于缺氧出水罐14的后端，外围呈圆桶状，中轴26与减速机25连接，带动毛刷固定杆27作圆周运动，毛刷固定杆27上安装有毛刷28，毛刷28由致密的金属丝组成(横向平行排列)，通过旋转使金属丝末端与过滤网29形成相对运动，使得过滤网29各网眼保持畅通，以达到清洗过滤网29的目的，保证循环装置的正常运转。截留下来的生物填料逐渐沉积在沉降槽30内，可根据实际需要，通过调整自清洗过滤器18的电源中控台参数设定毛刷28的运行时间及运行周期，同时也可以通过压力变化、间隔时间控制或人工操作三种运行模式来调控电磁开关32，控制排渣口31的闭合，实现自清洗过滤器18的排渣操作，以达到自动清洗过滤网29的目的，保证装置整体的正常运转。排出装置外部的生物填料存放于储渣池19内，定期利用人工方式将储渣池19内的生物填料重新填装回缺氧流化床内，有效减少缺氧流化床内生物填料的流失率。

缺氧流化床的主要特点包括：

(1)填料床以流化态运行，避免水流短路，提高有机物和硝酸根去除负荷；

(2)采用更细小的颗粒填料，比表面积更大，附着的生物膜量更多；

(3)大大提高填料床厚度，减少反应器的占地面积。

需要说明的是：

(1)过滤网29为金属材质，网孔为圆形，网孔孔径为1mm～2mm；

(2)毛刷28上的金属丝为不锈钢材质，长度以略穿过过滤网网孔1～2mm为宜；

(3)自清洗过滤器的转刷系统和排渣系统是分别独立的两套控制系统，可不必同时开启或停止，可根据实际情况单独加以控制；

(4)生物填料直径为2.5mm～3mm，在进入反应器之前需要进行抛光和脱脂等前期处理；

(5)图2仅有指示标识作用，两边毛刷28的位置既可以平行排列，也可以呈上下交错排列等多种形式。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。