[发明专利]一种低碳源污水自养反硝化深度脱氮装置及方法

权利要求书

1.一种低碳源污水自养反硝化深度脱氮装置，其特征在于，该装置包括调节池、反应器、沉淀池，所述调节池内设有pH探头和溶解氧探头，所述pH探头连接pH自动控制系统，pH自动控制系统用于监测调节池内污水的pH，所述溶解氧探头连接溶解氧自动控制系统，溶解氧自动控制系统用于监测调节池内污水的溶解氧浓度；

所述调节池底部设有出水口，反应器底部设有进水口，调节池的出水口与反应器的进水口之间通过管道连接，管道上安装有进水泵、进水阀、进水流量计、三通阀，调节池内的污水通过进水泵、进水阀、进水流量计、三通阀进入反应器内；

所述反应器底部设有反应器底座，反应器内的底端设有“V”型结构的排泥区，排泥区的上方设有孔径为5~9mm的滤网，滤网的上方设有布水管，污水经三通阀进入布水管内，排泥区的底部连接排泥阀，将污泥排出；

所述布水管上方依次设有石灰石填料I层、复合填料层、石灰石填料II层，所述石灰石填料I层、复合填料层、石灰石填料II层构成反应区；排泥区与反应区的体积比为1:15-20；

所述反应器顶端两侧设有溢流堰，溢流堰的外侧设有溢流槽，其中一侧的溢流槽底部设有反冲洗排水口，反冲洗排水口通过反冲洗排水阀连接到调节池的进水口；另一侧的溢流槽的底部设有反应器排水口，反应器排水口通过排水阀连接到沉淀池的进水口；

所述反应器的顶部设有圆锥形活动密封盖，所述活动密封盖内设有三相分离器，三相分离器内部以及三相分离器与活动密封盖之间形成集气区，三相分离器的顶端连接排气管，排气管延伸至活动密封盖外端，排气管的外端设有气压计和自动排气阀；自动排气阀内设有浮筒和阀杆，当集气区内的气体压力大于系统压力时，浮筒便会下落带动阀杆向下运动，阀口打开，气体排出；当气体压力低于系统压力时，浮筒上升带动阀杆向上运动，阀口关闭，从而为反应器内部提供缺氧环境；其中，系统压力设置为0.1MPa；

所述沉淀池的底部设有沉淀池排泥阀，顶部设有沉淀池出水口，沉淀池出水口的内侧设有沉淀池溢流堰；

所述三通阀的第一端连接进水流量计，第二端连接反应器的进水口，第三端连接反冲洗进水流量计，反冲洗进水流量计通过反冲洗进水阀连接反冲洗泵，反冲洗泵外接清水池；

所述反应器内壁设有气反冲洗管，气反冲洗管通过进气流量计、进气阀连接空气压缩机；

所述反应区径高比为1:2.5-4，集气区径高比为3-3.5:1，反应区顶部与集气区底部直径比为1:1.5；

所述石灰石填料I层、复合填料层、石灰石填料II层的高度比为1:10-12:1，所述石灰石填料I层和石灰石填料II层中石灰石填料的粒径为10-15mm；所述复合填料层是由2-5mm硫磺颗粒、2-5mm菱铁矿颗粒、0.5-1mm木屑按照1-2:5-6:0.5-1的体积比均匀混合组成；

所述低碳源污水自养反硝化深度脱氮装置的脱氮方法包括启动阶段和运行阶段，具体步骤为：

启动阶段：

S101：污水由调节池的进水口进入调节池，调节系统进水水质及水量并加入适量有利于自养反硝化菌繁殖的微量元溶液；由pH自动控制系统调节进水pH保持在7.0-8.0，由溶解氧自动控制系统调节进水溶解氧浓度为0.5-1.5mg/L；微量元溶液的组成g/L：Na₂MoO₄·2H₂O 1.0；FeSO₄·7H₂O 38.0；CaCO₃ 2.0；ZnSO₄·7H₂O 1.5；MnCl₂·4H₂O 1.0；CuSO₄·5H₂O0.25；COCl₂·6H₂O 0.25；NiC1₂·6H₂O 0.25；H₃BO₃ 0.5；32wt%的HCl 50.0；

S102：打开活动密封盖向反应器内加入预先缺氧培养过的污水处理厂活性污泥，调节池的污水通过进水泵经进水阀、进水流量计和三通阀由布水管进入反应器，调节进水流量使水力停留时间为24h，自养反硝化菌在反应区生长繁殖并逐渐形成生物膜，反应后的出水经溢流堰进入溢流槽，最后经反应器排水口、排水阀流出反应器进入沉淀池内，反应过程中产生的氮气由三相分离器收集后，且集气区的压力到达设定数值后，经排气管由自动排气阀排出，待反应器出水硝态氮去除率达80%以上时，可视为反应器启动成功；

运行阶段：

S201：污水由调节池的进水口进入调节池，调节系统进水水质及水量；进水水质pH保持在7.0-8.0，进水水质溶解氧浓度为0.2-0.5mg/L；

S202：污水经调节池通过进水泵、进水阀、进水流量计以及三通阀进入反应器内，污水由布水管自下而上依次通过已完成挂膜的石灰石填料I层、复合填料层、石灰石填料II层，此时调节进水流量使水力停留时间为3~8h；

S203：在缺氧环境下，活性污泥中的硫自养反硝化菌利用复合填料层中的复合填料提供的电子S和Fe²⁺，将水中的硝态氮还原成氮气并通过自动排气阀排出，在此过程中S和Fe²⁺分别被氧化成SO₄^2-和Fe³⁺；

S204：S203中的自养反硝化反应过后的污水经溢流堰进入溢流槽，最终经过反应器排水口、排水阀进入沉淀池，水中的磷酸根与Fe³⁺反应生成的磷酸铁沉淀在沉淀池中沉淀，然后经沉淀池排泥阀排出，反应产生的氮气由三相分离器收集后，经排气管由自动排气阀排出；

反应器经过一段时间的运行后，通过气反冲洗系统冲洗石灰石填料I层、复合填料层、石灰石填料层II层，具体过程为，关闭进水泵、进水阀、排水阀、三通阀的进水端，打开空气压缩机、进气阀，调节进气流量计至合适流量；压缩气体通过反应器内的气反冲洗管进入反应器内冲刷填料层；气体由自动排气阀排出反应器；关闭空气压缩机、进气阀；然后打开反冲洗泵、反冲洗进水阀、反冲洗排水阀，对反应器进行冲洗，出水由反冲洗排水口流入调节池。