本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種高效反硝化脫氮裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著排放到水體中的氮素含量逐年增加，引起了水體富營(yíng)養(yǎng)化的日益嚴(yán)重，從而導(dǎo)致水質(zhì)惡化甚至湖泊退化。我國(guó)大部分淡水水系由于長(zhǎng)期的富營(yíng)養(yǎng)化，變得十分脆弱，水中氮素的去除已成為水污染控制中廣為關(guān)注的熱點(diǎn)。

目前去除硝態(tài)氮(以硝酸根離子形式存在的氮)的方法有生物法、物理化學(xué)法等，其中生物法以其低能耗、高效率的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于污水處理中。生物異養(yǎng)反硝化工藝是目前生物法污水處理工程中最為常見的技術(shù)，其主要原理為：在無分子態(tài)氧的條件下，異養(yǎng)反硝化菌利用污水中的有機(jī)物作為碳源和電子供體，將NO₃^--N或NO₂^--N轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓瑢⒌嘏懦鏊到y(tǒng)。但是我國(guó)的市政污水以及被氮素污染的地表水、地下水等主要特點(diǎn)就是C/N比值較低，即有機(jī)碳源不足。為了保證處理效果，必須投加一定量的乙酸、乙醇等有機(jī)物做碳源，生物系統(tǒng)產(chǎn)泥量增加，導(dǎo)致處理成本大大增加。且以有機(jī)物為反硝化碳源時(shí)，由于進(jìn)水水質(zhì)的波動(dòng)，很容易導(dǎo)致水中碳源過量或者不足，從而引起二次污染或處理程度不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種高效反硝化脫氮裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中脫氮成本過高和二次污染的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種高效反硝化脫氮裝置，其包括依次串聯(lián)設(shè)置的進(jìn)水部、反應(yīng)部和三相分離部，進(jìn)水部設(shè)置有用于污水和固態(tài)電子供體進(jìn)入的進(jìn)水口，反應(yīng)部中設(shè)置有自養(yǎng)反硝化菌群。

進(jìn)一步地，進(jìn)水部、反應(yīng)部和三相分離部由下至上依次排列。

進(jìn)一步地，反硝化脫氮裝置包括空心柱體，進(jìn)水部位于空心柱體的下端，三相分離部位于空心柱體的上端，空心柱體內(nèi)的進(jìn)水部和三相分離部之間形成反應(yīng)部。

進(jìn)一步地，反應(yīng)部的高徑比不小于4:1。

進(jìn)一步地，三相分離部包括：集氣罩，集氣罩位于反應(yīng)部的上方；集氣管，集氣管的一端與集氣罩連接，另一端延伸至外部；頂部沉淀區(qū)，頂部沉淀區(qū)的底端與反應(yīng)部的頂端相連，集氣罩位于頂部沉淀區(qū)中。

進(jìn)一步地，頂部沉淀區(qū)的頂端的徑向長(zhǎng)度與反應(yīng)部的徑向長(zhǎng)度之比不小于3:1。

進(jìn)一步地，三相分離部還包括盲板，盲板設(shè)置在空心柱體的遠(yuǎn)離反應(yīng)部的一端，盲板上設(shè)置有通孔，集氣管穿過通孔延伸至外部。

進(jìn)一步地，三相分離部還設(shè)置有凈化水出口，凈化水出口位于三相分離部的一側(cè)。

進(jìn)一步地，三相分離部還設(shè)置有回流出口，回流出口設(shè)置在三相分離部的相對(duì)于凈化水出口的另一側(cè)；進(jìn)水部還設(shè)置有回流進(jìn)口，回流進(jìn)口與回流出口相連。

進(jìn)一步地，進(jìn)水部包括進(jìn)水管和回流管，進(jìn)水管和回流管均設(shè)置在空心柱體內(nèi)，進(jìn)水管具有進(jìn)水口和第一出水口，回流管具有回流進(jìn)口和第二出水口。

進(jìn)一步地，進(jìn)水部還有布水孔板，布水孔板設(shè)置在空心柱體內(nèi)，并位于進(jìn)水管與反應(yīng)部之間。

進(jìn)一步地，進(jìn)水部還包括排泥放空口，排泥放空口設(shè)置在空心柱體上。

進(jìn)一步地，反硝化脫氮裝置還包括：底座，底座設(shè)置在空心柱體的底端。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種反硝化脫氮方法，其包括以下步驟：將固態(tài)電子供體加至含硝態(tài)氮的污水中，從進(jìn)水部進(jìn)入添加有自養(yǎng)反硝化菌群的反應(yīng)部進(jìn)行自養(yǎng)反硝化反應(yīng)，得到混合物；將混合物進(jìn)行三相分離，得到凈化水。

進(jìn)一步地，含硝態(tài)氮的污水中，10～100mg/L，反應(yīng)部的水力停留時(shí)間為1～3h。

應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，反硝化脫氮裝置包括依次串聯(lián)設(shè)置的進(jìn)水部、反應(yīng)部和三相分離部，進(jìn)水部設(shè)置有用于污水和固態(tài)電子供體進(jìn)入的進(jìn)水口，反應(yīng)部中添加有自養(yǎng)反硝化菌群。在具體脫氮處理過程中，在污水中添加固態(tài)電子供體，并將污水引入含有自養(yǎng)反硝化菌群的反應(yīng)部，能夠進(jìn)行自養(yǎng)反硝化反應(yīng)。在該反應(yīng)過程中，污水中的硝態(tài)氮會(huì)轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀懦?。反?yīng)后含有氮?dú)?、污泥和凈化水的混合物在三相分離部中完成分離，形成凈化水和氮?dú)馀懦?，自養(yǎng)反硝化菌群沉降至反應(yīng)部。

與乙酸、乙醇等相比，固態(tài)電子供體價(jià)格便宜且硫組分含量高，自養(yǎng)反硝化成本較低。同時(shí)，自養(yǎng)反硝化是以無機(jī)物作為電子供體，無產(chǎn)生殘余有機(jī)物之虞，污泥產(chǎn)量較低。所以，自養(yǎng)反硝化工藝為碳源不足的污水深度脫氮提供了一種低能耗的手段。總之，利用本發(fā)明上述的脫氮裝置處理污水，硝態(tài)氮的處理效率高，且沒有二次污染、成本較低。

此外，本發(fā)明上述的脫氮裝置通過水力攪拌提高污水與污泥的混合效果，裝置內(nèi)部沒有任何機(jī)械設(shè)備，大大降低了設(shè)備維護(hù)維修工作量。本發(fā)明中的污泥沉降性能很好，三相分離器即可將污水與污泥、氮?dú)夥蛛x，無需額外的泥水分離設(shè)施，占地面積小，運(yùn)行能耗低。

附圖說明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例的反硝化脫氮裝置示意圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標(biāo)記：

10、進(jìn)水部；101、進(jìn)水口；102、回流進(jìn)口；103、排泥放空口；110、布水孔板；120、底座；20、反應(yīng)部；30、三相分離部；301、通孔；310、盲板；320、集氣罩；330、集氣管；302、凈化水出口；303、回流出口。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

除非另外具體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個(gè)部分的尺寸并不是按照實(shí)際的比例關(guān)系繪制的。對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為授權(quán)說明書的一部分。在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它示例可以具有不同的值。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步討論。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，方位詞如“前、后、上、下、左、右”、“橫向、豎向、垂直、水平”和“頂、底”等所指示的方位或位置關(guān)系通常是基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，在未作相反說明的情況下，這些方位詞并不指示和暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位或者以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制；方位詞“內(nèi)、外”是指相對(duì)于各部件本身的輪廓的內(nèi)外。

為了便于描述，在這里可以使用空間相對(duì)術(shù)語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個(gè)器件或特征與其他器件或特征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，空間相對(duì)術(shù)語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構(gòu)造上方”或“在其他器件或構(gòu)造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構(gòu)造下方”或“在其他器件或構(gòu)造之下”。因而，示例性術(shù)語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)，并且對(duì)這里所使用的空間相對(duì)描述作出相應(yīng)解釋。

正如背景技術(shù)部分所描述的，現(xiàn)有技術(shù)中利用生物異養(yǎng)反硝化工藝去除污水中的硝態(tài)氮時(shí)，存在處理深度不夠、成本高和二次污染的問題。

為了解決這一問題，本發(fā)明提供了一種反硝化脫氮裝置，如圖1所示，其包括依次串聯(lián)設(shè)置的進(jìn)水部10、反應(yīng)部20和三相分離部30，進(jìn)水部10設(shè)置有用于污水和固態(tài)電子供體進(jìn)入的進(jìn)水口101，反應(yīng)部20中設(shè)置有自養(yǎng)反硝化菌群。

本發(fā)明提供的上述反硝化脫氮裝置，包括依次串聯(lián)設(shè)置的進(jìn)水部10、反應(yīng)部20和三相分離部30，進(jìn)水部10設(shè)置有用于污水和固態(tài)電子供體進(jìn)入的進(jìn)水口101，反應(yīng)部20中添加有自養(yǎng)反硝化菌群(其中富集了脫氮硫桿菌)。在具體脫氮處理過程中，在污水中添加固態(tài)電子供體，并將污水引入含有自養(yǎng)反硝化菌群的反應(yīng)部20，能夠進(jìn)行自養(yǎng)反硝化反應(yīng)。在該反應(yīng)過程中，污水中的硝態(tài)氮會(huì)轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀懦觥７磻?yīng)后含有氮?dú)?、污泥和凈化水的混合物在三相分離部30中完成分離，形成凈化水和氮?dú)馀懦觥?/p>

與乙酸、乙醇等相比，固態(tài)電子供體價(jià)格便宜且硫組分含量高，自養(yǎng)反硝化成本較低。同時(shí)，自養(yǎng)反硝化是以無機(jī)物作為電子供體，無產(chǎn)生殘余有機(jī)物之虞，污泥產(chǎn)量較低。所以，自養(yǎng)反硝化工藝為碳源不足的污水深度脫氮提供了一種低能耗的手段。脫氮裝置內(nèi)部無設(shè)備，無需額外的泥水分離設(shè)施，占地面積小?？傊?，利用本發(fā)明上述的脫氮裝置處理污水，硝態(tài)氮的處理效率高，且沒有二次污染、成本較低。

此外，本發(fā)明上述的脫氮裝置通過水力攪拌提高污水與污泥的混合效果，裝置內(nèi)部沒有任何機(jī)械設(shè)備，大大降低了設(shè)備維護(hù)維修工作量。本發(fā)明中的污泥沉降性能很好，三相分離器即可將污水與污泥、氮?dú)夥蛛x，無需額外的泥水分離設(shè)施，運(yùn)行能耗低。

上述自養(yǎng)反硝化菌群的菌群形態(tài)可以是游離態(tài)，也可以是菌膠團(tuán)，具體可以存在于活性污泥中。上述固態(tài)電子供體優(yōu)選為硫磺。

在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，上述反硝化脫氮裝置，進(jìn)水部10、反應(yīng)部20和三相分離部30由下至上依次排列。將進(jìn)水部10、反應(yīng)部20和三相分離部30由下至上依次排列，在污水進(jìn)入進(jìn)水部10后，會(huì)自下而上進(jìn)入反應(yīng)部20中，與自養(yǎng)反硝化菌群接觸進(jìn)行自養(yǎng)反硝化反應(yīng)。通過進(jìn)水的快速上升帶動(dòng)自養(yǎng)反硝化菌群上升，從而使自養(yǎng)反硝化菌群成懸浮狀態(tài)，盡可能使固態(tài)電子供體、污水與菌群充分接觸，從而能夠提高反應(yīng)效率，進(jìn)而提高脫氮效率。

具體地進(jìn)水部10、反應(yīng)部20和三相分離部30的設(shè)置只要是按照由下至上依次設(shè)置，即可提高脫氮效率。在一種典型的實(shí)施例中，如圖1所示，上述反硝化脫氮裝置包括空心柱體，進(jìn)水部10位于空心柱體的下端，三相分離部30位于空心柱體的上端，空心柱體內(nèi)的進(jìn)水部10和三相分離部30之間形成反應(yīng)部20，且反應(yīng)部20的高徑比不小于4:1。這樣，空心柱體的上下兩端分別為三相分離部30和進(jìn)水部10，中間部分為反應(yīng)部20。該設(shè)置下，三個(gè)區(qū)域形成了柱狀的整體，在污水處理過程中具有較高的連續(xù)性，處理能力相對(duì)更高。優(yōu)選反應(yīng)部20的高徑比不小于4:1，能夠使脫氮更加充分。

在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，上述反硝化脫氮裝置，三相分離部30包括集氣罩320、集氣管330和頂部沉淀區(qū)，集氣罩320位于反應(yīng)部20的上方，集氣管330的一端與集氣罩320連接，另一端延伸至外部，頂部沉淀區(qū)的底端與反應(yīng)部20的頂端相連，集氣罩320位于頂部沉淀區(qū)中。反應(yīng)部20處理后的污水與自養(yǎng)反硝化菌群、反硝化產(chǎn)生的氮?dú)膺M(jìn)入三相分離部30后，利用集氣罩320收集后即可將氮?dú)膺M(jìn)入集氣管330排出，且集氣罩320還能夠提高氣體的脫除效率，從而進(jìn)一步提高污水處理效率。利用頂部沉淀區(qū)，可以將脫氮后進(jìn)入三相分離部30的污泥沉淀下來，返回反應(yīng)部20。優(yōu)選頂部沉淀區(qū)的頂端的徑向長(zhǎng)度與反應(yīng)部20的徑向長(zhǎng)度之比不小于3:1這能夠更快度地將污泥沉淀下來，從而進(jìn)一步提高分離效率。舉例說明，空心柱體為空心圓柱體，頂部沉淀區(qū)為圓錐形區(qū)，這樣，圓錐形的上端直徑與空心圓柱體的直徑之比不小于3:1。

在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，上述反硝化脫氮裝置，三相分離部30還包括盲板310，盲板310設(shè)置在空心柱體的遠(yuǎn)離反應(yīng)部20的一端，盲板310上設(shè)置有通孔301，集氣管330穿過通孔301延伸至外部。這樣設(shè)置后，反應(yīng)部20處理后的污水與自養(yǎng)反硝化菌群、反硝化產(chǎn)生的氮?dú)庠谌喾蛛x部30處分離，氮?dú)饪梢詮募瘹夤?30排出，凈化水則在盲板310的阻攔所用下從側(cè)部溢流，從而方便對(duì)于凈化水的收集。

在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，上述反硝化脫氮裝置，三相分離部30還設(shè)置有凈化水出口302，凈化水出口302位于三相分離部30的一側(cè)。這樣，反應(yīng)部20處理后的污水與自養(yǎng)反硝化菌群、反硝化產(chǎn)生的氮?dú)膺M(jìn)入三相分離部30后，凈化水直接從凈化水出口302出溢流出來，污泥則沉降回反應(yīng)部20，從而無需其他動(dòng)力和設(shè)備設(shè)施，自行完成三相分離。這能夠極大地節(jié)約能耗，進(jìn)一步降低污水的處理成本。

在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，上述反硝化脫氮裝置，三相分離部30還設(shè)置有回流出口303，回流出口303設(shè)置在三相分離部30的相對(duì)于凈化水出口302的另一側(cè)；進(jìn)水部10還設(shè)置有回流進(jìn)口102，回流進(jìn)口102與回流出口303相連。如此設(shè)置，當(dāng)污泥沉降性能過好、污泥床層過低時(shí)，可以將出水循環(huán)，與進(jìn)水共同進(jìn)入反應(yīng)部，提高反應(yīng)部?jī)?nèi)水的上升流速，從而在無需攪拌的條件下使介質(zhì)之間的接觸更加充分，進(jìn)而使反應(yīng)更加充分。在具體的操作過程中，出水循環(huán)比可在0～200％之間變化，根據(jù)污泥狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，進(jìn)水部10包括進(jìn)水管和回流管，進(jìn)水管和回流管均設(shè)置在空心柱體內(nèi)，進(jìn)水管具有進(jìn)水口101和第一出水口，回流管具有回流進(jìn)口102和第二出水口。這樣設(shè)置，進(jìn)水部10的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，進(jìn)水流暢。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，進(jìn)水部10還有布水孔板110，布水孔板110設(shè)置在空心柱體內(nèi)，并位于進(jìn)水管與反應(yīng)部20之間。利用布水孔板110可使進(jìn)水更加均勻，進(jìn)一步提高反應(yīng)效率。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，進(jìn)水部10還包括排泥放空口103，排泥放空口103設(shè)置在空心柱體上。在實(shí)際操作過程中，運(yùn)行一段時(shí)間后，可通過排泥放空口103將失活的污泥排出。

優(yōu)選地，反硝化脫氮裝置還包括：底座120，底座120設(shè)置在空心柱體的底端。設(shè)置底座120可使裝置更加穩(wěn)定。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種反硝化脫氮方法，其包括以下步驟：將固態(tài)電子供體加至含硝態(tài)氮的污水中，從進(jìn)水部進(jìn)入添加有自養(yǎng)反硝化菌群的反應(yīng)部進(jìn)行自養(yǎng)反硝化反應(yīng)，得到混合物；將混合物進(jìn)行三相分離，得到凈化水。

本發(fā)明提供的上述方法，利用相污水中添加固態(tài)電子供體的方式，使其在自養(yǎng)反硝化菌群的存在下發(fā)生自養(yǎng)反硝化反應(yīng)，以將污水中的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓瓿蓪?duì)污水的脫氮處理。與乙酸、乙醇等相比，固態(tài)電子供體價(jià)格便宜且硫組分含量高，自養(yǎng)反硝化成本較低。同時(shí)，自養(yǎng)反硝化是以無機(jī)物作為電子供體，無產(chǎn)生殘余有機(jī)物之虞，污泥產(chǎn)量較低。所以，自養(yǎng)反硝化工藝為碳源不足的污水深度脫氮提供了一種低能耗的手段?？傊帽景l(fā)明上述的脫氮裝置處理污水，硝態(tài)氮的處理效率高，且沒有二次污染、成本較低。

具體的處理工藝可以根據(jù)污水的硝態(tài)氮含量等因素進(jìn)行調(diào)整。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，含硝態(tài)氮的污水中，硝態(tài)氮的濃度為10～100mg/L，反應(yīng)部的水力停留時(shí)間為1～3h。該工藝條件下，污水的脫氮效率更高。經(jīng)該處理的污水，硝態(tài)氮的濃度可降至3mg/L以下，pH約為6.5～7.2。

總之，利用本發(fā)明上述的裝置和工藝對(duì)污水進(jìn)行脫氮處理，可達(dá)到以下技術(shù)效果：

1、僅投加硫粉，處理成本低；

2、污泥產(chǎn)量低，環(huán)境友好；

3、能夠處理被硝酸鹽污染的廢水，尤其適用于污水中有機(jī)碳源不足時(shí)，無需投加有機(jī)物，無有機(jī)物污染問題；

4、反應(yīng)部主體為游離的或形成菌膠團(tuán)的自養(yǎng)反硝化菌群，無需其他物質(zhì)做載體，可提高微生物與污水的接觸率，提高反應(yīng)速率，可有效縮短水力停留時(shí)間；

5、無需機(jī)械攪拌裝置，無水下設(shè)備，運(yùn)營(yíng)過程中減少設(shè)備維護(hù)工作量；

6、無需二沉池或其他泥水分離設(shè)施、設(shè)備及污泥回流裝置，占地面積小，運(yùn)營(yíng)維護(hù)簡(jiǎn)單。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。