本實(shí)用涉及一種硝化反應(yīng)器，尤其涉及一種高效半量亞硝化反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城鎮(zhèn)人口數(shù)量增加，市政污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥成了污水處理領(lǐng)域亟待解決的新問(wèn)題。據(jù)《2014年中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)》，全國(guó)6031座城鎮(zhèn)污水處理廠的年廢水處理量494.3萬(wàn)噸，產(chǎn)生污泥量2801.5萬(wàn)噸，處置污泥量2799.7萬(wàn)噸。

為了便于后續(xù)處理、大幅縮減剩余污泥的倉(cāng)儲(chǔ)空間、降低污泥的運(yùn)輸成本，常對(duì)剩余污泥進(jìn)行厭氧消化、脫水。污泥厭氧消化液壓濾過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生壓濾液，其典型特征是氨氮濃度高，C/N低。若采用傳統(tǒng)的硝化-反硝化工藝處理，硝化階段需提供氧氣將氨氮氧化成硝氮，反硝化階段則需提供有機(jī)碳將硝氮還原至氮?dú)狻?/p>

相比之下，基于亞硝酸鹽的全自養(yǎng)型氮去除工藝(CANON工藝)，短程硝化-反硝化工藝(SHARON工藝)以及短程硝化-厭氧氨氧化工藝(SHARON-ANAMMOX工藝)不僅可節(jié)省NO₂^-轉(zhuǎn)變?yōu)镹O₃^-的氧氣消耗量，而且可節(jié)省NO₃^-轉(zhuǎn)變?yōu)镹O₂^-的有機(jī)碳消耗量，在經(jīng)濟(jì)上更具有可行性。亞硝化(短程硝化)是這些全自養(yǎng)脫氮工藝的必要基礎(chǔ)和核心環(huán)節(jié)。

亞硝化(短程硝化)工藝的基本原理是通過(guò)控制工藝條件，促使硝化污泥中的亞硝酸細(xì)菌生長(zhǎng)速率超過(guò)硝酸細(xì)菌，并使亞硝酸細(xì)菌成為反應(yīng)器中的優(yōu)勢(shì)功能菌，從而使NH₄⁺-N大部分氧化成NO₂^--N。目前，文獻(xiàn)報(bào)道的亞硝化(短程硝化)均通過(guò)對(duì)理化因素(如溫度、DO、pH、堿度)的調(diào)控來(lái)實(shí)現(xiàn)，反應(yīng)器運(yùn)行性能具有較大的不穩(wěn)定性，很難滿足后續(xù)ANAMMOX工藝所需的NO₂^--N/NH₄⁺-N之比。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于上述問(wèn)題，本實(shí)用嘗試將控制靈活的序批操作模式融入反應(yīng)器設(shè)計(jì)，提供了一種高效半量亞硝化反應(yīng)器，為廢水的厭氧氨氧化處理提供進(jìn)水。反應(yīng)器主體設(shè)置若干個(gè)相互獨(dú)立的序批式亞硝化單元，通過(guò)合適的周期設(shè)置和條件控制，使廢水中的一半氨氮氧化成亞硝酸鹽，為后續(xù)厭氧氨氧化工藝提供基質(zhì)。本實(shí)用所采用的具體技術(shù)方案如下：

高效半量亞硝化反應(yīng)器，反應(yīng)器主體由內(nèi)外兩個(gè)同心圓筒組成，小圓筒內(nèi)部作為集水井，兩個(gè)圓筒之間的空心圓筒部分作為反應(yīng)系統(tǒng)；所述的空心圓筒部分通過(guò)縱向的分隔墻，劃分為若干個(gè)獨(dú)立的亞硝化單元，不同的亞硝化單元均通過(guò)虹吸管將空心圓筒與集水井連通，用于排水。

作為優(yōu)選，每個(gè)亞硝化單元設(shè)置布水系統(tǒng)、反應(yīng)區(qū)和分離系統(tǒng)；所述的布水系統(tǒng)設(shè)置于反應(yīng)區(qū)底部，分離系統(tǒng)分設(shè)于反應(yīng)區(qū)的頂部和底部；每個(gè)亞硝化單元由小圓筒壁、大圓筒壁和各單元之間的分隔墻圍成；

所述的布水系統(tǒng)包括環(huán)狀布水管、進(jìn)水電磁閥和進(jìn)水管；環(huán)狀布水管設(shè)置于空心圓筒外側(cè)下部，且通過(guò)進(jìn)水管分別與各亞硝化單元相連，進(jìn)水電磁閥設(shè)置于環(huán)狀布水管與進(jìn)水管連接處附近的進(jìn)水管上，進(jìn)水管穿過(guò)大圓筒壁伸入下部環(huán)流道中間，進(jìn)水管出口垂直向上；

所述的反應(yīng)區(qū)包括降流室、升流室、下部環(huán)流道、沉淀室、布?xì)夤?、進(jìn)氣電磁閥、輸氣管和曝氣頭，反應(yīng)區(qū)中部通過(guò)分隔板分成分別位于兩側(cè)的降流室與升流室；降流室與升流室頂部均連通沉淀室，底部通過(guò)下部環(huán)流道相通；輸氣管穿過(guò)大圓筒壁伸入降流室和升流室中部；輸氣管上設(shè)置曝氣頭，且位于降流室中的曝氣頭曝氣方向垂直向下，位于升流室中的曝氣頭曝氣方向垂直向上；曝氣頭由分枝型穿孔管構(gòu)成；進(jìn)氣電磁閥設(shè)置于空心圓筒外，且位于布?xì)夤芘c輸氣管連接處附近的輸氣管上；沉淀室頂部設(shè)有氣體連通口；

所述的分離系統(tǒng)包括虹吸電磁閥、虹吸管、排泥電磁閥和排泥管，虹吸管連通沉淀室與集水井且一側(cè)延伸至集水井底部，虹吸電磁閥設(shè)置于虹吸管(倒U形管)的最高處，排泥管設(shè)置于反應(yīng)區(qū)下部環(huán)流道底部，與升流室和降流室之間的分隔板平行，并伸出空心圓筒外。

進(jìn)一步的，反應(yīng)器中設(shè)置排水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)包括集水井、排水電磁閥和排水管，集水井頂部設(shè)有氣體連通口，排水管與反應(yīng)器集水井底部中心相連，排水電磁閥設(shè)置于反應(yīng)器外部的排水管上。

進(jìn)一步的，反應(yīng)器中設(shè)置控制系統(tǒng)，如PLC，用于對(duì)反應(yīng)器的進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水進(jìn)行控制，每個(gè)亞硝化單元進(jìn)水的同時(shí)進(jìn)行曝氣，使曝氣時(shí)混合液沿升流室、沉淀室、降流室和下部環(huán)流道循環(huán)；沉淀時(shí)使硝化污泥沉降到升流室和降流室內(nèi)；排水時(shí)排盡沉淀室中的上清液；不同的亞硝化單元獨(dú)立序批操作，輪流運(yùn)行。

進(jìn)一步的，所述的降流室與升流室體積之比為1:1；反應(yīng)器亞硝化單元的下部環(huán)流道、升流室或降流室、沉淀室的高度之比為1:17:6，輸氣管均設(shè)置于降流室和升流室距反應(yīng)區(qū)底面1/3高度，沉淀室內(nèi)虹吸管入口設(shè)置于距反應(yīng)器底面3/4處。

進(jìn)一步的，所述的環(huán)狀布水管與進(jìn)水管的直徑之比為4:1。

進(jìn)一步的，所述的反應(yīng)器容積與集水井容積之比為8:1。

進(jìn)一步的，所述的反應(yīng)器排水管與反應(yīng)器的直徑之比為30:1。

本實(shí)用與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：1)將亞硝化系統(tǒng)分單元集成一體，便于獨(dú)立操作、聯(lián)合控制；2)反應(yīng)器徑高比大，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小；3)亞硝化單元呈氣升式內(nèi)循環(huán)，容積效率高；4)采用序批操作，泥水分離簡(jiǎn)單，亞硝化進(jìn)度控制容易；5)本實(shí)用的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)較大的高徑比，具有類(lèi)似深井曝氣效果。

附圖說(shuō)明

圖1是一種高效半量亞硝化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)縱向剖面圖；

圖2是一種高效半量亞硝化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖3是一種高效半量亞硝化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)A-A截面圖；

圖4是一種高效半量亞硝化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)B-B截面圖；

圖5是一種高效半量亞硝化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)C-C截面圖；

圖中：排水管1、排水電磁閥2、排泥管3、排泥電磁閥4、環(huán)狀布水管5、進(jìn)水電磁閥6、進(jìn)水管7、大圓筒壁8、分隔墻9、小圓筒壁10、集水井11、虹吸管12、下部環(huán)流道13、分隔板14、布?xì)夤?5、進(jìn)氣電磁閥16、輸氣管17、曝氣頭18、降流室19、升流室20、沉淀室21、氣體連通口22和虹吸電磁閥23。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用做進(jìn)一步闡述。

如圖1所示，一種高效半量亞硝化反應(yīng)器，反應(yīng)器主體由內(nèi)外兩個(gè)同心圓筒組成。小圓筒整體作為排水用的集水井11，而兩個(gè)圓筒之間的空心圓筒部分作為反應(yīng)系統(tǒng)，進(jìn)行廢水的生物處理?？招膱A筒中的空間通過(guò)縱向的分隔墻9，劃分為若干個(gè)(本實(shí)施例中為4個(gè))獨(dú)立的亞硝化單元，不同的亞硝化單元均通過(guò)虹吸管12將空心圓筒與集水井11連通，用于排水。廢水通入亞硝化單元，通過(guò)處理后由虹吸管12將其排入集水井11中。每個(gè)亞硝化單元由小圓筒壁10、大圓筒壁8和各單元之間的分隔墻9圍成，每個(gè)單元結(jié)構(gòu)性相同，均設(shè)置有布水系統(tǒng)、反應(yīng)區(qū)和分離系統(tǒng)。

如圖4所示，布水系統(tǒng)設(shè)置于反應(yīng)區(qū)底部，布水系統(tǒng)包括環(huán)狀布水管5、進(jìn)水電磁閥6和進(jìn)水管7。環(huán)狀布水管5呈環(huán)形，環(huán)繞設(shè)置于空心圓筒外側(cè)下部，且通過(guò)4條進(jìn)水管7分別與各亞硝化單元相連。環(huán)狀布水管5與進(jìn)水管7的直徑之比為4:1。環(huán)狀布水管5與進(jìn)水管7連接處附近的進(jìn)水管7上設(shè)置進(jìn)水電磁閥6，對(duì)進(jìn)水進(jìn)行控制。進(jìn)水管7穿過(guò)大圓筒壁8伸入下部環(huán)流道13中間，進(jìn)水管7出口垂直向上，向升流室20中進(jìn)水。

如圖5所示，反應(yīng)區(qū)包括降流室19、升流室20、下部環(huán)流道13、沉淀室21、布?xì)夤?5、進(jìn)氣電磁閥16、輸氣管17和曝氣頭18。反應(yīng)區(qū)內(nèi)通過(guò)分隔板14分成分別位于分隔板兩側(cè)的等體積的降流室19與升流室20。降流室19與升流室20頂部均連通沉淀室21，底部通過(guò)下部環(huán)流道13相通。由此形成依次通過(guò)升流室20、沉淀室21、降流室19和下部環(huán)流道13的循環(huán)通道。為了提供循環(huán)動(dòng)力并進(jìn)行曝氣，本區(qū)域中將輸氣管17穿過(guò)大圓筒壁8伸入降流室19和升流室20中部。輸氣管17上設(shè)置曝氣頭18，且位于降流室19中的曝氣頭18曝氣方向垂直向下，位于升流室20中的曝氣頭18曝氣方向垂直向上，由此提供循環(huán)動(dòng)力。曝氣頭18由呈分枝型的穿孔管構(gòu)成。進(jìn)氣電磁閥16設(shè)置于空心圓筒外，且位于布?xì)夤?5與輸氣管17連接處附近的輸氣管17上，對(duì)氣體的通斷和曝氣量進(jìn)行控制。沉淀室21頂部設(shè)有氣體連通口22，用于排出反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，防止內(nèi)部氣壓過(guò)大。

分離系統(tǒng)分為兩部分，分別用于排水和排泥。兩部分分設(shè)于反應(yīng)區(qū)的頂部和底部。分離系統(tǒng)包括虹吸電磁閥23、虹吸管12、排泥電磁閥4和排泥管3。虹吸管12連通沉淀室21與集水井11且一側(cè)延伸至集水井11底部，虹吸電磁閥23設(shè)置于虹吸管倒U形管12的最高處，排泥管3設(shè)置于反應(yīng)區(qū)下部環(huán)流道13底部，與升流室20和降流室19之間的分隔板14平行，并伸出空心圓筒外。

另外，反應(yīng)器中還設(shè)置排水系統(tǒng)。排水系統(tǒng)包括集水井11、排水電磁閥2和排水管1，集水井頂部設(shè)有氣體連通口22，用于排出虹吸時(shí)集水井內(nèi)水位上升而被擠壓的空氣，并維持虹吸管兩側(cè)氣壓的穩(wěn)定，排水管1與反應(yīng)器集水井11底部中心相連，排水電磁閥2設(shè)置于反應(yīng)器外部的排水管1上，集水井11中的廢水可通過(guò)排水管1進(jìn)行排放。為了保證排水的可靠性，反應(yīng)器排水管1與反應(yīng)器的直徑之比為30:1，反應(yīng)器有效容積與集水井11容積之比設(shè)置為8:1。

為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)反應(yīng)器的自動(dòng)化控制，在反應(yīng)器中設(shè)置PLC控制系統(tǒng)?？刂苾?nèi)容包括反應(yīng)器的進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水過(guò)程。每個(gè)亞硝化單元進(jìn)水時(shí)同時(shí)曝氣，曝氣時(shí)混合液沿升流室20、沉淀室21、降流室19和下部環(huán)流道13循環(huán)，沉淀時(shí)硝化污泥沉降到升流室20和降流室19內(nèi)，排水時(shí)排盡沉淀室21中的上清液，四個(gè)亞硝化單元獨(dú)立操作，輪流運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)均衡進(jìn)水和出水，并滿足厭氧氨氧化所需的基質(zhì)要求。

為了實(shí)現(xiàn)半量亞硝化反應(yīng)，需要對(duì)反應(yīng)器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。反應(yīng)器亞硝化單元的下部環(huán)流道13、升流室或降流室、沉淀室的高度之比為1:17:6，輸氣管17均設(shè)置于降流室19和升流室20距反應(yīng)區(qū)底面1/3高度，沉淀室21內(nèi)虹吸管12入口設(shè)置于距反應(yīng)器底面3/4處。即降流室19與升流室20占反應(yīng)器總高為17/24，沉淀室21占反應(yīng)器總高為1/4，下部環(huán)流道13高度占反應(yīng)器總高為1/24。

基于上述反應(yīng)器，可以提供一種高效半量亞硝化方法，為廢水的厭氧氨氧化處理提供進(jìn)水。其具體步驟如下：

在亞硝化單元進(jìn)水階段，打開(kāi)進(jìn)水電磁閥6，含氨廢水經(jīng)環(huán)狀布水管5和進(jìn)水管7進(jìn)入反應(yīng)區(qū)下部環(huán)流道13中央，與主體反應(yīng)區(qū)內(nèi)上一階段的殘余液混合，所述的殘余液占亞硝化單元總體積的3/4；在打開(kāi)進(jìn)水電磁閥6的同時(shí)，打開(kāi)進(jìn)氣電磁閥16，進(jìn)行曝氣，驅(qū)動(dòng)混合液沿升流室20、沉淀室21、降流室19和下部環(huán)流道13循環(huán)；在混合液循環(huán)過(guò)程中進(jìn)行氨氮到亞硝氮的轉(zhuǎn)化；至亞硝化單元充滿反應(yīng)液時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水電磁閥6，保持曝氣，直到完成半量亞硝化(出水中亞硝氮和氨氮的濃度之比約1.32時(shí)，該比值下兩者可完全被厭氧氨氧化菌所利用，對(duì)菌種生長(zhǎng)有利)；關(guān)閉進(jìn)氣電磁閥16，硝化污泥靜置沉降到升流室20和降流室19內(nèi)；再打開(kāi)虹吸電磁閥23，將沉淀室21內(nèi)的上清液排入集水井11；關(guān)閉虹吸電磁閥23，準(zhǔn)備下一循環(huán)工作。不同的亞硝化單元之間獨(dú)立操作，序批式輪流運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)均衡進(jìn)水和出水，并滿足厭氧氨氧化所需的基質(zhì)要求。

經(jīng)過(guò)本實(shí)用的裝置處理后的廢水，可通過(guò)設(shè)置中間水池進(jìn)行存儲(chǔ)和調(diào)節(jié)，再輸送至厭氧氨氧化處理裝置中，進(jìn)行廢水的厭氧氨氧化，達(dá)標(biāo)后排放。