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一種自動循環流動的污水脫氮組合工藝及裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610106212.7

申請日:

2016.02.26

公開號:

CN105481210A

公開日:

2016.04.13

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):C02F 9/14申請日:20160226|||公開
IPC分類號: C02F9/14; C02F101/16(2006.01)N 主分類號: C02F9/14
申請人: 北京化工大學
發明人: 戚偉康; 楊曉進; 戚偉健; 于中振; 許杰; 胡漢君
地址: 100029北京市朝陽區北三環東路15號
優先權:
專利代理機構: 濟南泉城專利商標事務所37218 代理人: 褚慶森
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610106212.7

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.12.05|||2016.05.11|||2016.04.13

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明的自動循環流動的污水脫氮組合工藝,包括a).污水的曝氣;b).污水的自動循環;d).亞硝化反應;e).厭氧氨氧化反應;f).電化學還原反應;g).重新充氧。本發明的污水脫氮裝置,包括曝氣柱、反應柱、入流管、回流管以及曝氣頭,特征在于:入流管的兩端分別與曝氣柱的頂部、反應柱的底部相通,反應柱中設置有污泥層、填料層,污泥層中有異養菌菌落、亞硝化菌菌落、厭氧氨氧化菌菌落,填料層由還原鐵屑組成。本發明的工藝及裝置,通過亞硝-厭氧氨氧化的循環過程,以及鐵屑的還原反應,可將污水中的氮元素完全脫除;同時還實現了水體的自動循環流動,具有械設備少、流程簡單、能耗小、有益效果顯著的優點。

權利要求書

1.一種自動循環流動的污水脫氮組合工藝,其特征在于,通過以下步驟來實現:a).污水的曝氣,向待凈化的污水中通入空氣,實現對污水的曝氣,以使污水中溶解飽和的氧氣;b).污水的通入,將溶解氧氣后的污水通入反應柱的底部,反應柱中由下至上分布有污泥層和填料層,污泥層中由下至上依次設置有異養菌菌落、亞硝化菌菌落、厭氧氨氧化菌菌落,填料層由還原鐵屑組成;c).有機物的消耗,含氧污水首先經過異養菌菌落,通過異養菌分解污水中的多種有機物,實現污水中有機物的去除;d).亞硝化反應,污水流經亞硝化菌菌落的過程中,污水中的氨氮以溶解氧為電子受體,通過亞硝化菌的亞硝化過程將污水中的部分氨氮轉化為亞硝氮,并消耗掉溶解氧;e).厭氧氨氧化反應,污水流經厭氧氨氧化菌落時,污水中的大部分溶解氧已被消耗,通過厭氧氨氧化菌的厭氧氨氧化過程將剩余氨氮和亞硝氮同時轉化為氮氣和部分硝氮;f).電化學還原反應,污水最后流經填料層,在填料層中還原鐵的作用下,污水中剩余的硝氮又被還原為氨氮或者亞硝氮,以便在下一循環凈化過程中去除;g).重新充氧和循環,對由反應柱頂部流出的水體進行重新充氧,重新充氧后的水體與首次進入的污水混合后通入反應柱中,實現污水的循環凈化,以使污水中的氮元素去除率滿足要求。2.一種用于自動循環流動的污水脫氮組合工藝的裝置,包括曝氣柱(2)、反應柱(7)、入流管(6)、回流管(12)以及曝氣頭(3),曝氣柱和反應柱的內部均為空腔,曝氣柱的上部設置有進水口(1),用于注入待凈化的污水;曝氣頭設置于曝氣柱內部空腔的底部,用于通入空氣,以使待凈化污水中溶解飽和的氧氣;其特征在于:入流管的兩端分別與曝氣柱的頂部、反應柱的底部相通,以使曝氣柱中的污水從反應柱的底部進入;反應柱中由下至上依次設置有污泥層(9)、填料層(11),污泥層中由下至上分布有異養菌菌落、亞硝化菌菌落、厭氧氨氧化菌菌落,以分別進行消耗有機物、亞硝化、厭氧氨氧化反應,填料層由還原鐵屑組成,以將硝氮還原為氨氮或者亞硝氮,實現污水中氨氮的去除;回流管的兩端分別與反應柱的頂部、曝氣柱的底部相通,以實現污水的循環曝氣和凈化。3.根據權利要求2所述的用于自動循環流動的污水脫氮組合工藝的裝置,其特征在于:所述反應柱(7)中污泥層(9)的下方設置有承托層(8),承托層實現對污泥層的承載并將由入流管進入的污水均勻分布到反應柱的橫斷面上;所述填料層(11)的下方設置有對其進行承載的分隔層(10)。4.根據權利要求2或3所述的用于自動循環流動的污水脫氮組合工藝的裝置,其特征在于:所述曝氣柱(2)和反應柱(7)的頂端均開口,以使污水可溶解空氣中的氧氣,減少曝氣量。5.根據權利要求2或3所述的用于自動循環流動的污水脫氮組合工藝的裝置,其特征在于:所述曝氣柱(2)的底部開設有用于將凈化完畢的污水排出的出水口。6.根據權利要求2或3所述的用于自動循環流動的污水脫氮組合工藝的裝置,其特征在于:在曝氣柱(2)底部的曝氣頭(3)的曝氣作用下,使得曝氣柱中水體的密度小于反應柱(7)中水體的密度,進而使得反應柱中的水體通過回流管(12)自動流入曝氣柱中;反應柱中的液位下降后,曝氣柱中的水體也自動流入反應柱中,進而實現了水流的自動循環流動。

說明書

一種自動循環流動的污水脫氮組合工藝及裝置

技術領域

本發明涉及一種自動循環流動的污水脫氮組合工藝及裝置,更具體的說,尤其涉及一種通過曝氣充氧、亞硝化-厭氧氨氧化脫氮、電化學還原反應的工藝組合,并具有水體自動循環功能的實現對污水中氮元素完全脫除的工藝及裝置。

背景技術

水體中的氮源污染物是水環境污染的主要原因之一,它們主要以氨、硝酸鹽形式存在。因而,污水中氮類物質歷來為環保工作者的重點去除對象。直至今日,傳統方法為反硝化,新興的工藝為厭氧氨氧化方法。傳統的去除方法,需要極大的能耗和化學品的輸入,不但工藝復雜,而且費用高昂,更不適用于在經濟能力有限的地區。而一般的厭氧氨氧化法,對氮元素的理論最高去除率只有85%左右,依然無法將氮元素完全去除。殘留在水體中以硝酸鹽的形式存在依然會引起水體的富營養化。

面對小水量高濃度的含氮廢水或污水時,例如市政污水廠的污泥消化液、焦化造氣廢水、鄉鎮小流量污水等,以上的兩種方法的缺點更加顯著。一方面,由于消化液量小、濃度大,流程復雜脫氮設施極為不經濟,同時無法達到完全脫氮的目的。針對以上現狀,本發明旨在發明一種機械設備少、流程簡單、能耗小,并且能將氮類元素完全脫除的工藝或方法。

發明內容

本發明為了克服上述技術問題的缺點,提供了一種自動循環流動的污水脫氮組合工藝及裝置。

本發明的自動循環流動的污水脫氮組合工藝,其特別之處在于,通過以下步驟來實現:

a).污水的曝氣,向待凈化的污水中通入空氣,實現對污水的曝氣,以使污水中溶解飽和的氧氣;

b).污水的通入,將溶解氧氣后的污水通入反應柱的底部,反應柱中由下至上分布有污泥層和填料層,污泥層中由下至上依次設置有異養菌菌落、亞硝化菌菌落、厭氧氨氧化菌菌落,填料層由還原鐵屑組成;

c).有機物的消耗,含氧污水首先經過異養菌菌落,通過異養菌分解污水中的多種有機物,實現污水中有機物的去除;

d).亞硝化反應,污水流經亞硝化菌菌落的過程中,污水中的氨氮以溶解氧為電子受體,通過亞硝化菌的亞硝化過程將污水中的部分氨氮轉化為亞硝氮,并消耗掉溶解氧;

e).厭氧氨氧化反應,污水流經厭氧氨氧化菌落時,污水中的大部分溶解氧已被消耗,通過厭氧氨氧化菌的厭氧氨氧化過程將剩余氨氮和亞硝氮同時轉化為氮氣和部分硝氮;

f).電化學還原反應,污水最后流經填料層,在填料層中還原鐵的作用下,污水中剩余的硝氮又被還原為氨氮或者亞硝氮,以便在下一循環凈化過程中去除;

g).重新充氧和循環,對由反應柱頂部流出的水體進行重新充氧,重新充氧后的水體與首次進入的污水混合后通入反應柱中,實現污水的循環凈化,以使污水中的氮元素去除率滿足要求。

本發明的用于自動循環流動的污水脫氮組合工藝的裝置,包括曝氣柱、反應柱、入流管、回流管以及曝氣頭,曝氣柱和反應柱的內部均為空腔,曝氣柱的上部設置有進水口,用于注入待凈化的污水;曝氣頭設置于曝氣柱內部空腔的底部,用于通入空氣,以使待凈化污水中溶解飽和的氧氣;其特別之處在于:入流管的兩端分別與曝氣柱的頂部、反應柱的底部相通,以使曝氣柱中的污水從反應柱的底部進入;反應柱中由下至上依次設置有污泥層、填料層,污泥層中由下至上分布有異養菌菌落、亞硝化菌菌落、厭氧氨氧化菌菌落,以分別進行消耗有機物、亞硝化、厭氧氨氧化反應,填料層由還原鐵屑組成,以將硝氮還原為氨氮或者亞硝氮,實現污水中氨氮的去除;回流管的兩端分別與反應柱的頂部、曝氣柱的底部相通,以實現污水的循環曝氣和凈化。

本發明的用于自動循環流動的污水脫氮組合工藝的裝置,所述反應柱中污泥層的下方設置有承托層,承托層實現對污泥層的承載并將由入流管進入的污水均勻分布到反應柱的橫斷面上;所述填料層的下方設置有對其進行承載的分隔層。

本發明的用于自動循環流動的污水脫氮組合工藝的裝置,所述曝氣柱和反應柱的頂端均開口,以使污水可溶解空氣中的氧氣,減少曝氣量。

本發明的用于自動循環流動的污水脫氮組合工藝的裝置,所述曝氣柱的底部開設有用于將凈化完畢的污水排出的出水口。

本發明的用于自動循環流動的污水脫氮組合工藝的裝置,在曝氣柱底部的曝氣頭的曝氣作用下,使得曝氣柱中水體的密度小于反應柱中水體的密度,進而使得反應柱中的水體通過回流管自動流入曝氣柱中;反應柱中的液位下降后,曝氣柱中的水體也自動流入反應柱中,進而實現了水流的自動循環流動。

本發明的有益效果是:本發明的自動循環流動的污水脫氮組合工藝及裝置,待脫氮處理的污水曝氣后,通入依次設置有異養菌菌落、亞硝化菌菌落、厭氧氨氧化菌落、鐵屑的反應柱,使得異養菌可去除污水中的有機物,亞硝化菌通過亞硝化過程將污水中的部分氨氮轉化為亞硝氮,厭氧氨氧化通過厭氧氨氧化過程將剩余氨氮和亞硝氮轉化為氮氣和硝氮;進一步地,通過鐵屑的還原反應又將硝氮轉化為氨氮或亞硝氮,以便在下一循環凈化過程中去除,經過多次循環,幾乎實現了污水中氮元素的完全脫除。

同時,通過曝氣頭在曝氣柱中的曝氣作用,使得曝氣柱中污水的密度小于反應柱中污水的密度,因此反應柱中的污水可通過回流管自動流入曝氣柱中;隨著反應柱中液面高度的下降,曝氣柱中的污水又可自動流入反應柱中,進而實現了水體的自動循環流動,無需增設其他驅動裝置。通過將曝氣柱和反應柱均設置為上端開口的形式,使得污水可溶解空氣中的氧氣,有利于減少曝氣量。本發明的工藝及裝置,具有械設備少、流程簡單、能耗小、有益效果顯著的優點,適于應用推廣。

附圖說明

圖1為本發明的用于自動循環流動的污水脫氮組合工藝及裝置的結構原理圖。

圖中:1進水口,2曝氣柱,3曝氣頭,4供氣管,5出水口,6入流管,7反應柱,8承托層,9污泥層,10分隔層,11填料層,12回流管。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。

如圖1所示,給出了本發明的用于自動循環流動的污水脫氮組合工藝及裝置的結構原理圖,其由曝氣柱2、反應柱7、入流管6、回流管12、曝氣頭3和供氣管4組成,曝氣柱2和反應柱7的內部均為空腔,曝氣柱2的上端開設有進水口1,待凈化的污水通過進水口1進入曝氣柱2中。曝氣頭3設置于曝氣柱2內部空腔的底部,曝氣頭3與供氣管4相連通,用于向曝氣柱2中鼓入空氣,對污水進行曝氣,使污水中溶解飽和的氧氣。入流管6的上端與曝氣柱2的頂端相通,入流管6的下端與反應柱7的底端相通。曝氣柱2中溶解了氧氣后的污水通過入流管注入反應柱7的底部。

反應柱7內部空腔中,由下至上依次設置有承托層8、污泥層9、分隔層10和填料層11,承托層8位于污泥層9的下方,承托層8用于承載污泥層9,避免污泥層9下漏,并具有布水作用,承托層8可將由入流管6進入的污水均勻分布于反應柱7的橫斷面上。污泥層9中由下至上依次分布有異養菌菌落、亞硝化菌菌落、厭氧氨氧化菌菌落,分隔層10位于污泥層9的上方,其上部為填料層11,填料層11由還原性鐵屑構成;分隔層10實現對污泥層9的承載作用,其在允許污水通過的情況下,可避免調料層11中的鐵屑漏下。

由入流管6進入的污水首先流經污泥層9中的異養菌菌落,在異養菌的作用下,可消耗掉污水中的多種有機物。然后,污水流經污泥層9中的亞硝化菌菌落,在亞硝化菌的亞硝化作用下,將污水中的部分氨氮轉化為亞硝氮,使得污水中的氨氮得以去除,并消耗掉污水中的溶解氧;接著,污水流經污泥層9中的厭氧氨氧化菌菌落,在厭氧氨氧化菌的作用下進行厭氧氨氧化,將污水中的氨氮和亞硝氮轉化為氮氣和硝氮。經亞硝化反應、厭氧氨氧化反應污水中富含硝氮,最后污水流經填料層11,在填料層11中還原性鐵屑的作用下,將污水中的硝氮轉化為氨氮或亞硝氮,同時有部分鐵元素溶出,實現了硝氮的去除。

所示回流管12的上端與反應柱7的頂端相通,回流管12的下端與曝氣柱2的底端相通,由于曝氣頭3不斷的曝氣作用,曝氣頭3向污水中鼓入微小氣泡形式的空氣,使曝氣柱3中的水體整體密度減小;相同高度位置處,曝氣柱2中的水壓要小于反應柱7和回流管12中的水壓,特別是曝氣柱2的底部壓力差最大,因此,反應柱頂7部的污水會通過充滿污水的回流管12返回到曝氣柱2,從而在兩個柱體間形成了水流的自動循環。經回流管12回流至曝氣柱2中的水體,在曝氣柱2中重新充氧,并同新流入的污水混合后經過入流管6到反應柱7中進行進一步的脫氮。經過多次循環,幾乎實現了污水中氮元素的完全脫除。

曝氣柱2的底端開設有出水口5,用于排出脫氮后的水體。所示的曝氣柱2和反應柱7的上端均開口,使得污水可溶解空氣中的氧氣,有利于減少曝氣量。

由于水的最大溶解氧濃度約為10mg/l,只能氧化部分氨氮為亞硝氮供脫氮,因此,污水的完全脫氮需要污水在曝氣柱和反應柱中多次流動循環,經過反復的充氧-脫氮過程,直至氨氮被完全轉化;同時,由于微生物和氮元素的反應過程所需的電子受體只能通過曝氣和表面的空氣提供,通過曝氣頭3和供氣管4控制曝氣強度,實現被處理污水的適度充氧及對微生物脫氮所需溶解氧的精確供給,避免曝氣過度造成不必要的能源消耗和充氧不足造成的效率低下。

填料層11中的還原鐵具有將水中的硝氮和亞硝氮還原為亞硝氮和氨氮的能力,因此經過多次處理的污水中幾乎沒有硝氮,氨氮被全部轉化為氮氣的方式得到去除;同時自身的鐵元素會被消耗,因而,需要在鐵屑殆盡的時候添加鐵屑;由于消耗的鐵元素以離子態溶解在污水中,并經過循環會到污泥層,有利于微生物借助鐵元素的催化作用促進自身的生長和活性。

本發明中曝氣柱2和反應柱7使用管線連通,曝氣柱2中的氣泡導致的水壓降低,使得污水通過入流管6從曝氣柱2流入反應柱7,再通過回流管12返回曝氣柱2,實現污水在曝氣柱2和反應柱7之間的自動流動循環。由于使用對進水和回流水充氧的方式提供脫氮過程中必須的電子受體——氧氣,對曝氣量的控制,實現電子受體的精確供給,為污泥層中的生化反應提供穩定的條件。進一步借助還原鐵具有將硝氮還原為氨氮和亞硝氮的能力,實現氮元素的完全去除。

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一種 自動 循環 流動 污水 組合 工藝 裝置
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