硝酸根废水处理装置及方法与流程

本发明属于化工及环保技术领域，涉及一种硝酸根废水处理装置及方法。

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。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、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：

本发明的目的：第一、为了解决缺氧膨胀床(anoxicexpandedbed，aeb)传统的上向流布水装置的堵塞、提高布水均匀性及增高膨胀床容积的有效利用率，提供一种曝气生物滤池的专用长柄滤头，有效防止堵塞现象发生；第二、为了避免在反洗过程中填料的流失以及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，在反应器中上部增加一排长柄滤头，可使循环水出水管路与生物填料完全隔离，实现系统长期稳定的自动化运行模式。

为了实现上述目的，本发明的第一方面在于提供一种硝酸根废水处理装置，包括填充有填料的缺氧膨胀床、废水池和缺氧出水罐，所述缺氧膨胀床与所述缺氧出水罐连接，并以循环泵输送物流，所述缺氧出水罐与所述废水池连接，并以进料泵输送物流；所述缺氧膨胀床设有底部布水布气系统和/或顶部布水布气系统，所述底部布水布气系统包括若干底部长柄滤头，所述顶部布水布气系统包括若干顶部长柄滤头。

根据本发明的一些实施方式，所述顶部长柄滤头包括排出液体的第一外螺纹布水布气管、与所述第一外螺纹布水布气管另一端连接的第一内螺纹套管、与所述第一内螺纹套管另一端连接的第一滤头；还包括辅助该固定所述第一滤头的第一橡胶垫和第一滤帽；所述第一滤头上设有第一滤缝。

根据本发明的一些实施方式，所述底部长柄滤头包括一端引入废水的第二外螺纹布水布气管、与所述第二外螺纹布水布气管连接的第二内螺纹套管、与所述第二内螺纹套管另一端连接的第二滤头；还包括辅助该固定所述第二滤头的第二橡胶垫和第二滤帽；所述第二滤头上设有第二滤缝。

根据本发明的一些实施方式，所述第二外螺纹布水布气管上设有气液平衡孔和过流缝。

根据本发明的一些实施方式，所述底部布水布气系统和顶部布水布气系统均还包括底部气水分布板和若干支撑件，所述底部气水分布板上均设有若干顶部预留孔。

根据本发明的一些实施方式，所述第一滤缝和第二滤缝的宽度均小于所述填料的直径。

根据本发明的一些实施方式，所述填料的直径为2.5mm-3mm；和/或，所述填料进行过抛光或脱脂前处理。

根据本发明的一些实施方式，所述装置还包括视窗、循环水进水口、进料口、排填料口、上挡板、溢流堰、三相分离器、氮气进气口、排泥口和循环水出水口。

为了实现上述目的，本发明的第二方面在于提供一种采用第一方面所述的装置处理硝酸根废水的方法，包括以下步骤：

s1，废水池中的硝酸根废水，经进料泵输送至缺氧出水罐，与缺氧膨胀床顶部流至缺氧出水罐的循环水混合，得到混合液；

s2，所述混合液经循环泵进入所述缺氧膨胀床，在所述缺氧膨胀床内部经过所述底部布水布气系统进入到缺氧膨胀床主反应区；

s3，所述混合液在所述主反应区发生生化反应，反应后的液体、污泥、气体进行气液固三相分离；

s4，分离后的气体和污泥排出装置；所述反应后的液体经所述顶部布水布气系统，流出所述缺氧膨胀床。

根据本发明的一些实施方式，还包括用氮气进行填料冲洗的步骤：

s11，氮气源通过所述氮气进气口在底部气水分布板下端与第二滤头气孔高度之间累积；

s12，当进气量大于从气液平衡孔进入的气量时，多余的气体从过流缝进入至底部长柄滤头顶部，通过第二滤缝进入到反应器内，在气水联合冲洗过程中液面高度始终位于气液平衡孔与过流缝下沿之间；

s13，气体通过第一滤缝流至第一外螺纹布水布气管顶部，流出主反应区。

本发明的缺氧膨胀床与传统工艺相比有如下的有益效果：

(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膨胀状态，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)因布水方式优化，可以使进水均匀分布于反应器底部，有利于基质与微生物粒子的接触。

(4)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。

(5)该水流分布器装置便于安装及维护，布水均匀性大为提高。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的废水反硝化脱氮装置示意图；

图2为本发明的底部长柄滤头的示意图；

图3为本发明的顶部长柄滤头的示意图；

图4为本发明的第一滤头的结构示意图；

图5为本发明的第二滤头的结构示意图。

附图标记说明：

1，缺氧膨胀床，2，视窗，3，循环水进水口，4，底部气水分布板，5，支撑件，6，底部预留孔，7，底部长柄滤头，8，进料口，9，排填料口，10，上挡板，11，溢流堰，12，三相分离器，13，顶部预留孔，14，顶部气水分布板，15，顶部长柄滤头，16，氮气进气口，17，排泥口，18，循环水出水口；31，缺氧出水罐顶盖，32，废水池，33，循环泵，34，进料泵，35，缺氧出水罐，36，厌氧出水罐出水口。

19，第二滤帽，20，第二滤缝，21，过流缝，22，第二橡胶垫，23，第二外螺纹布水布气管，24，第二内螺纹套管，25，气液平衡孔；

26，第一橡胶垫，27，第一内螺纹套管，28，第一滤缝，29，第一滤帽，30，第一外螺纹布水布气管。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不受下述实施例限定。

参阅图1、图2和图3，一种硝酸根废水处理装置，包括：1，缺氧膨胀床，2，视窗，3，循环水进水口，4，底部气水分布板，5，支撑件，6，底部预留孔，7，底部长柄滤头，8，进料口，9，排填料口，10，上挡板，11，溢流堰，12，三相分离器，13，顶部预留孔，14，顶部气水分布板，15，顶部长柄滤头，16，氮气进气口，17，排泥口，18，循环水出水口构成。31，缺氧出水罐顶盖，32，废水池，33，循环泵，34，进料泵，35，缺氧出水罐，36，缺氧出水罐出水口。

底部布水布气系统由19，第二滤帽，20，第二滤缝，21，过流缝，22，第二橡胶垫，23，第二外螺纹布水布气管，24，第二内螺纹套管，25，气液平衡孔组成。

顶部布水布气系统由26，第一橡胶垫，27，第一内螺纹套管，28，第一滤缝，29，第一滤帽，30，第一外螺纹布水布气管组成。

废水首先进入废水池32，进料泵34将废水池32中的废水输送至缺氧出水罐35，与反应器顶部流至缺氧出水罐35的循环水混合后，经循环泵33从反应器底部的循环水进水口3进入缺氧膨胀床1，经过缺氧膨胀床1底部安装的布水布气系统进入到缺氧膨胀床1的主体。

aeb反应器底部布水布气系统采用一种曝气生物滤池的专用长柄滤头，有效防止堵塞现象发生。底部布水布气系统的作用为将进入aeb反应器的来水均匀分布至反应器横截面上。布水布气系统内部结构如图2、图3所示。底部布水布气系统由支撑件5、底部长柄滤头7、底部气水分布板4等组成。底部气水分布板4由数根支撑件5作为依托呈水平放置，其间安装有一定数量的底部长柄滤头7，底部长柄滤头7由过流缝21、第二内螺纹套管24、第二外螺纹布水布气管23、第二滤缝20、气液平衡孔25等组成，用来对进水进行均匀分布。底部长柄滤头7的形式为上装式抗堵塞长柄滤头，其安装方式为滤头从底部气水分布板4上部向下穿过钢制底部气水分布板4的顶部预留孔13，通过第二内螺纹套管24与底部气水分布板4进行固定。来水通过反应器底部的进水口进入到反应器底部，通过第二外螺纹布水布气管23底部进水口流至滤头顶部，通过第二滤缝20最终进入到反应器内。当反应器运行过程中需要对填料进行冲洗时，氮气源通过反应器进气口16进入到反应器气垫层内，通过第二外螺纹布水布气管23上的气液平衡孔25或过流缝21至底部长柄滤头7顶部，通过第二滤缝20最终进入到反应器内。当进气量略大于从气液平衡孔25进入的气量时，底部气水分布板4下部的气垫层高度增大，多余的气体可从过流缝21进入至底部长柄滤头7顶部，通过第二滤缝20进入到反应器内，在气水联合冲洗过程中液面高度始终位于气液平衡孔25与过流缝2下沿之间。其基本参数如表1所示，样式如图5所示。

表1底部长柄滤头相关参数

其中，1滤杆外径：外到外；2滤杆长度：27和30的共同长度；3滤头直径：外到外；4滤缝数量：孔洞数量，见图5；5滤缝宽度：每个滤缝的宽度；11滤帽开始面积：所有滤缝面积的总和。

废水上向流经过反应区，与填料上的生物膜发生生化反应后，继续上向流流至顶部布水布气系统。aeb反应器顶部布水布气系统同样采用一种曝气生物滤池的专用长柄滤头，有效防止填料流失现象发生。顶部布水布气系统的作用为将反应器内的填料全部拦在底部气水分布板4与顶部气水分布板14之间，避免填料流出反应器，造成管道堵塞，或循环泵损坏。顶部布水布气内部结构如图3所示。顶部布水布气系统由顶部长柄滤头15、顶部气水分布板14等组成。顶部气水分布板14安装有一定数量的顶部长柄滤头15，顶部长柄滤头15由第一外螺纹布水布气管30、第一内螺纹套管27、第一滤缝28、第一滤帽29等组成。顶部长柄滤头15的形式为下装式抗堵塞长柄滤头，其安装方式为滤头从顶部气水分布板14下部向上穿过钢制顶部气水分布板14的顶部预留孔13，通过第一内螺纹套管27与顶部气水分布板14进行固定。反应器上向流污水经过反应器内填料层进行生化反应，继续上向流，通过第一滤缝28流至第一外螺纹布水布气管30顶部，流出主反应区；当反应器运行过程中需要对填料进行冲洗时，氮气源通过反应器氮气进气口16进入到反应器气垫层内，气体通过底部布气布水系统进入主反应区，之后气体通过第一滤缝28流至第一外螺纹布水布气管30顶部，流出主反应区。其基本参数如表2所示，样式如图4所示。

表2顶部长柄滤头相关参数

其中，1滤杆外径：外到外；2滤杆长度：27和30的共同长度；3滤头直径：外到外；4滤缝数量：孔洞数量，见图4；5滤缝宽度：每个滤缝的宽度；11滤帽开始面积：所有滤缝面积的总和。

废水流出主反应区后通过溢流堰11从循环水出水口18排出至缺氧出水罐35形成回路。通过视窗2可以看到缺氧膨胀床内部填料高度、填料挂膜情况及污泥积累情况；通过三相分离器12可以实现气液固三相分离，所产气体由三相分离器12上端口引出系统外。积累污泥视工艺情况可从排泥口17排走；缺氧膨胀床1顶部设置一上挡板，避免废气扩散；当反应器需要进行反洗操作时，氮气源根据实际需要从氮气进气口16进入反应器。

本发明反应器可由混凝土、钢材或其他材料制成。缺氧膨胀床1的主要特点包括：(1)填料床以膨胀态运行，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)生物填料直径为2.5mm～3mm，在进入反应器之前需要进行抛光、脱脂等前处理；

(2)生物填料直径就略大于顶部长柄滤头15滤缝以及底部长柄滤头7滤缝。

(3)底部长柄滤头7及顶部长柄滤头15材质可以为塑料，也可以为不锈钢。

(4)顶部长柄滤头15滤杆长度较底部长柄滤头7滤杆长度范围大，即顶部滤头可以采用长柄滤头，也可以采用短柄滤头。

(5)顶部长柄滤头15可以设置气孔和过流缝21，也可以不设置气孔和过流缝21，也可以二者选一。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。