[实用新型]一种实现单级自养脱氮工艺的生物转盘反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及单级自养脱氮工艺的改进，具体涉及一种实现单级自养脱氮工艺的无纺布包裹与生物载体填料填充相组合的生物转盘反应器，属于环境保护、水处理设备技术领域。

背景技术

随着工农业的飞速发展，大量含氮化合物排放进入水体，导致水体富营养化加剧，废水中氨氮的脱除引起了人们的广泛关注。传统的全程硝化-反硝化生物脱氮工艺主要通过亚硝化细菌将废水中的氨氮转化为亚硝酸盐氮，接着硝化细菌将亚硝酸盐氮进一步转化为硝酸盐氮，然后反硝化细菌将硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮并最终转化为氮气逸出，以达到脱氮的目的。传统的全程硝化-反硝化生物脱氮工艺运行性能稳定，脱氮效果良好，一直以来都被国内外广泛使用，但其存在工艺流程长、占地面积大、运行费用高等缺点。因此，近年来，高效低耗的脱氮技术（如单级自养脱氮工艺）已成为含氮废水脱氮处理研究及应用的热点。

单级自养脱氮工艺（One-Stage Autotrophic Nitrogen Removal Process，OSANRP）是在单一反应器中通过控制生化反应条件主要是限制氧浓度，由自养菌完成NH₄⁺至N₂的全部转化过程。单级自养脱氮现象被国内外众多研究者发现后被冠以不同的工艺名称，并提出了其中由NH₄⁺至N₂转化去除的各种机理假说，其中最具代表性的有微环境和微生态两种机理解释。目前单级自养脱氮工艺的微环境解释机理已普遍被研究者认可并予以证实，即单级自养脱氮工艺是使自养型好氧氨氧化细菌（Ammonium Oxidation Bacteria， AOB）和厌氧氨氧化细菌（Anaerobic Ammonium Oxidation Bacteria，AAOB）在一个生境中共存，并于同一个反应器中进行短程硝化和厌氧氨氧化（Anaerobic Ammonium Oxidation ，ANAMMOX）的耦合。在氧限制条件下（溶解氧Dissolved Oxygen，DO一般小于1.0 mg/L），AOB 和AAOB 共同协作，NH₄⁺-N被AOB部分转化为NO₂^--N，接着在AAOB的作用下以产生的NO₂^--N作为电子受体将剩余的NH₄⁺-N转化为N₂去除。其主要的代表工艺有CANON（Completely Autotrophic Nitrogen Removal Over Nitrite）工艺和OLAND工艺。单级自养脱氮工艺及其运行系统是污水脱氮研究的一个新兴方向，同时也是污水生物脱氮领域的新兴工艺，与传统全程硝化-反硝化生物脱氮工艺相比，具有工艺流程简短、能耗低、剩余污泥排放量少，并由于该工艺只需在一个反应器内进行，节省了基建投资和占地费用等优点。

由于运行单级自养脱氮工艺的关键菌种之一的AAOB生长速率极低，其最大比生长速率一般小于0.09 d^-1，所以要求运行该工艺的反应器应具有很好的生物附着能力和较大的生物量。DO浓度的控制也是该工艺运行的关键，能方便、有效地控制反应器中的DO，提高氧气的传质效率，是运行OSANRP的反应器所必须具备的。目前国内外运行单级自养脱氮工艺的反应器主要有序批式反应器、流化床反应器、气提式反应器等，但这些反应器在运行中存在一些难以解决的问题，如序批式反应器传质效率差，流化床反应器运行挂膜困难且挂膜不均匀，气提式反应器难于控制反应条件等。

生物转盘是一种生物膜法处理技术。生物转盘的盘片上可生长世代时间长的微生物（如AAOB），生物量大、具有很强的耐冲击负荷能力，同时生物转盘反应器还具有传质效果好、处理程度高、可控性强，运行稳定可靠、维护简单、动力消耗低，运行费用省等优点，在污水处理中具有广泛的应用前景。采用生物转盘反应器运行单级自养脱氮工艺，可以通过调整转速、盘片浸没率和反应器盖的开启程度相结合的方法来有效地控制反应器中的DO，同时提高氧气的传质效率，增强反应器的脱氮性能；另外，生物转盘反应器中的盘片在机械力的作用下不断转动，盘片与水均匀接触，其挂膜迅速且均匀。