[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

说明书

本发明揭示了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，其自下而上包括进水布水区、生物反应区、三相分离区、旋流分离区四个部分，进水布水区设置进水回流管并与内部布水装置相连，填料反应区装填有高效颗粒污泥及专性球形填料，旋流分离区设置有导流管和回流管，三相分离区与旋流分离区配合实现混合液及污泥强化内循环，缓解了基质抑制作用，消除了颗粒污泥上浮流失问题，同时降低了运行能耗和设备成本，提出并运用“低基质高流量”的操作模式，大幅提升了反应器的容积效能。

技术领域

本发明属污水处理技术领域，特别是涉及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。

背景技术

随着环境保护意识的逐步提高以及环保政策的日益严格，对于总氮的控制与削减显得异常重要。在当前的脱氮技术中，生物脱氮技术仍然是最经济有效的选择。传统的脱氮技术从生物的存在状态来看可分为活性污泥法和和生物膜法两种形式。活性污泥法其生物以絮体形式存在，由于受到污泥混合液浓度的限制，单位容积内生物量相对较低，多用于低浓度的市政污水等低浓度污水。生物膜法由于其单位容积生物量高，污染物容积负荷较高，在高浓度的硝氮废水处理方面具有独特的优势。生物膜法固定床的反硝化负荷可以达到1~3kgNO₃-N·m^-3·d^-1，氮去除率90%以上，但容易堵塞引起沟流，所以无论是上流式还是下向流固定床，均需要反洗，增加了运行和管理的复杂性。流化床的反硝化负荷可以达到2~15kgNO₃-N·m^-3·d^-1，但存在稳定流态化与载体再生问题。移动床集合流化床、固定床与活性污泥法的一些优点，但负荷较低，反应器出水通常需要脱膜处理与絮状污泥沉降。

高效、节能、经济是当今废水生物处理共同追求的目标。颗粒污泥技术一直是废水处理的前沿领域，其主要特性在于污泥形态上的创新。与絮状污泥相比，颗粒污泥具有更高的生物量、更丰富的生物相和更卓越的沉降性能。厌氧颗粒污泥的成功得益于厌氧污泥的颗粒化，因此，反硝化颗粒污泥成功实现将对反硝化单级工艺实现突破性创新。颗粒污泥反应器的抗基质负荷及水力冲击的能力也大幅度增强，可大大减小占地面积，节省沉淀池及配套设施。其配套反应器如上流式污泥床，有利于小规模一体化装置的开发和应用。而相比生物膜法，颗粒污泥本身也是一种特殊的生物膜，但其依靠生物自凝聚作用，无需额外人工载体，因此在技术经济指标也更具竞争力。

目前大量在缺氧条件下实现了反硝化微生物的颗粒化，并且具有颗粒污泥普遍具有的优点，为生物法处理高浓度硝酸盐废水创造了更多的可能，并开发了相应的反应工艺和设备。颗粒污泥是自我聚集的具有球状结构的生物膜，生物膜的形态和强度与基质负荷及剪力有关，当生物膜的生长和脱落与表面基质浓度和剪力之间达到平衡时，便可形成光滑的生物膜。较高剪切力是颗粒污泥形成的关键因素之一，在较高的基质负荷下提高水流剪切力，丝状菌易破碎并随反应器出水排走，有利于形成密实、沉降性能较好的颗粒污泥。由于运行中为了获得较好的硝化脱氮效果和污泥稳定的颗粒化程度，往往采用出水回流的方式提高反应器上升流速，减缓生物反应基质的抑制作用，另一方面，流速较高这不利于反应器内污泥的分离沉淀，会存在跑泥现象，由此造成的矛盾成为了颗粒污泥床脱氮反应器发展与应用的一个限制因素。

因此，有必要提供一种新的高效经济气升式自循环颗粒污泥床脱氮反应器及方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的主要目的之一在于提供一种高效经济气升式自循环颗粒污泥床脱氮反应器，通过气升式自循环颗粒污泥床脱氮反应器，强化反应液自循环，缓解了基质抑制作用；设计创新内构件，通过挤压效应消除了颗粒污泥上浮流失问题；提出并运用“低基质高流量”的操作模式，大幅提升了反应器的容积效能。