[发明专利]一种高效经济气升式自循环颗粒污泥床脱氮反应器及方法

权利要求书

1.一种高效经济气升式自循环颗粒污泥床脱氮反应器，其特征在于：其包括形成一封闭腔体结构的反应器本体（100）、沿所述反应器本体（100）从下到上依次设置的且相互连通的进水布水区（Ⅰ）、生物反应区（Ⅱ）、三相分离区（Ⅲ）和旋流分离区（Ⅳ），所述生物反应区（Ⅱ）内填充有若干内嵌有生物颗粒污泥（5）的生物填料（4），所述旋流分离区（Ⅳ）内设置有将其与所述三相分离区（Ⅲ）分隔的泥斗（13）、连通所述泥斗（13）最低点端向下延伸至所述进水布水区（Ⅰ）的回流管（14）、穿过所述泥斗（13）向下伸入所述三相分离区（Ⅲ）的导流管（15）、以及位于上部的集水槽（16），所述相分离区内设置有三相分离器（11），所述反应器本体（100）上设置有与所述进水布水区（Ⅰ）内部连通的进水口、与所述集水槽（16）连通的出水口。

2.如权利要求1所述的高效经济气升式自循环颗粒污泥床脱氮反应器，其特征在于：所述三相分离区（Ⅲ）被所述三相分离器（11）分隔形成一清水区（10）和一气室（12），所述清水区（10）位于生物反应区（Ⅱ）上方0.5~1.0m的空间。

3.如权利要求2所述的高效经济气升式自循环颗粒污泥床脱氮反应器，其特征在于：所述三相分离器（11）包括环绕所述回流管（14）设置且将气体导入所述气室（12）内的导气筒（c）、自所述导气筒（c）底部圆周向下向外延伸的第一反射斜板（a）、沿所述反应器本体（100）内壁一圈的且位于所述第一反射斜板（a）下方的第二反射斜板（b）。

4.如权利要求3所述的高效经济气升式自循环颗粒污泥床脱氮反应器，其特征在于：所述导流管（15）的顶端高于所述泥斗（13）表面且顶部斜向上弯折形成有一导流部使得水流沿所述反应器本体内壁旋转向上流动；所述导流管（15）的底端低于所述导气筒（c）的顶端至少50mm。

5.如权利要求1所述的高效经济气升式自循环颗粒污泥床脱氮反应器，其特征在于：所述进水布水区（Ⅰ）、所述生物反应区（Ⅱ）、所述三相分离区（Ⅲ）和所述旋流分离区（Ⅳ）的高度之比为1：（5~9）：（2~5）：（2~3），并依次连通形成所述反应器本体（100）。

6.如权利要求1所述的高效经济气升式自循环颗粒污泥床脱氮反应器，其特征在于：所述反应器本体（100）上设置有与所述进水布水区（Ⅰ）内部连通的排泥放空口（3）、在所述生物反应区（Ⅱ）上部位置和下部位置均设置有与所述生物反应区（Ⅱ）连通的排泥取样口（8）、在所述生物反应区（Ⅱ）中部位置设置有与所述生物反应区（Ⅱ）连通的填料安装入口、在顶部位置设置有与所述旋流分离区（Ⅳ）连通的排气口（18）。

7.如权利要求1所述的高效经济气升式自循环颗粒污泥床脱氮反应器，其特征在于：所述生物反应区（Ⅱ）内还设置有一用于支撑所述生物填料（4）的承托支架（6）、顶部设置有一稳定所述生物填料（4）位置的填料稳定栅（7），所述承托支架（6）位于所述进水布水区（Ⅰ）与所述生物反应区（Ⅱ）分界面，所述填料稳定栅（7）位于所述三相分离区（Ⅲ）与所述生物反应区（Ⅱ）的分界面，所述承托支架（6）和所述填料稳定栅（7）布置于所述反应器本体（100）的整个横截面。

8.如权利要求1所述的高效经济气升式自循环颗粒污泥床脱氮反应器，其特征在于：所述生物填料（4）为中空球形填料，密度为1g/cm³，比表面积大于或等于500m²/m³，孔隙率介于60%~85%，所述生物颗粒污泥（5）镶嵌在所述生物填料（4）内部。

9.如权利要求3所述的高效经济气升式自循环颗粒污泥床脱氮反应器，其特征在于：所述第一反射斜板（a）、所述第二反射斜板（b）的倾角范围为55°~60°，所述第一反射斜板（a）与所述第二反射斜板（b）的水平投影区域有重叠部分，且重叠遮盖间距为100~200mm。

10.一种高效经济气升式自循环颗粒污泥床脱氮方法，其特征在于：其包括以下步骤：待处理废水经由进水口和布水管输入反应器，使废水充满水进水布水区（Ⅰ）后向上进入生物反应区（Ⅱ），废水中的硝酸盐在生物反应区（Ⅱ）内，经生物填料（4）上颗粒污泥中反硝化菌的反硝化作用生成气体；废水流经生物反应区（Ⅱ）后进入三相分离区（Ⅲ），废水中从生物反应区（Ⅱ）携带出来的少量污泥以及反硝化产生的气体在三相分离器（11）的分离作用下实现气、固、液三相分离，气体由导气筒（c）导入气室（12），污泥固体回落到生物反应区（Ⅱ）下部，液体通过旋流分离区（Ⅳ）的导流管（15）进入旋流分离区（Ⅳ），在旋流作用下进一步分离细小的颗粒污泥，细小的颗粒污泥沉入泥斗（13）底部并通过回流管（14）沉降至进水布水区（Ⅰ），水流进入集水槽（16），通过出水口排出反应器；收集在气室（12）内的气体逐渐增多，体积变大，气室（12）内气液分界面逐渐下降，直到降至导流管（15）下端等高时，气体开始从导流管（15）逸出，形成气提作用，形成气液混合体从导流管（15）上升至旋流分离区（Ⅳ）完成气、液、固三相分离；固体下沉至泥斗（13），气体上升至顶部由排气口排出反应器；由于气提的抽吸作用，气提提升至旋流分离区（Ⅳ）的液体以及沉淀至泥斗（13）的污泥会通过回流管（14）回流至进水布水区（Ⅰ），形成上清液自回流。