[发明专利]生物脱氮耦合N2O回收一体化反应器及其方法

说明书

本发明公开了一种生物脱氮耦合N₂O回收一体化反应器及其方法。反应器中，布水区设有进水布水器和底部排泥管；反应区由三个模块构成，第一模块为厌氧消化产甲烷区，上部设有三相分离段和进气管，进气管上端设曝气头，第二模块为短程硝化区，第三模块为短程反硝化产N₂O区，均内置生物挂膜组合填料，依次串联于第一模块上面；三相分离区由外到内依次设外中内三个筒体，外筒体段外侧设出水口和溢流堰，中筒体段设螺旋导叶，使污泥下落，水流方向往上，达到泥水分离目的，内筒体段上部设集气口，侧边设出水管。本发明将短程硝化反硝化脱氮与能源气体捕集有机结合，将反应过程中的副产物转化为能源加以利用，三相分离器可实现气、液、固三相的有效分离。

技术领域

本发明涉及一种生物脱氮反应器，尤其涉及一种生物脱氮耦合N₂O回收一体化反应器及其方法。

背景技术

目前，氮污染所致的水体富营养化十分严重，湖泊“水华”及近海“赤潮”时有发生，越演越烈，已危害农业、渔业、旅游业等诸多行业，并对饮水卫生和食品安全构成巨大威胁。人类为了控制氮素污染以工程手段强化氮素循环中的硝化作用和反硝化作用。在20世纪，人们以硝化作用和反硝化作用为基础，构建了生物脱氮的技术体系。近十几年来，以短程硝化反硝化工艺为标志的一批新型生物脱氮技术的问世，又大大丰富了生物脱氮技术的内容。

短程硝化反硝化工艺利用硝酸菌和亚硝酸菌在动力学特性上的固有差异，控制硝化反应只进行到NO₂^—阶段，造成大量的NO₂^—累积，然后就进行反硝化反应。但是在传统反硝化反应的过程中，会产生副产物N₂O。N₂O是一种强温室气体，造成全球变暖的潜势大约为CO₂的310倍。同时它也是一种强氧化剂和潜在的可再生能源，1molCH₄与N₂O燃烧产生的能量比1molCH₄与O₂增加30％。因此，若能灵活捕集废水处理系统中的能源气体，将会有效实现水体可持续氮去除和能量回收。

发明内容

本发明目的是在对有机废水实现高效生物脱氮的同时捕集废水处理系统中的能源气体，由此提供一种生物脱氮耦合N₂O回收一体化反应器。

本发明具体采用的技术方案如下：

一种生物脱氮耦合N₂O回收一体化反应器，该反应器本体从下到上依次分为布水区、反应区和三相分离区；

所述布水区位于反应器本体下部，主体为水流混合分布室，底部设有排泥管，水流混合分布室中设喇叭形的下渐扩进水布水器，下渐扩进水布水器和进水管相连，且布水口朝下，布水区上部与反应区下部连通；

所述反应区位于反应器本体中部，由下至上分为第一模块、第二模块和第三模块；第一模块下部通过横隔网与水流混合分布室分隔；第一模块上部设有三相分离段，包括分隔板、回流管和排气管，分隔板满布于横截面上，回流管和排气管均设置于分隔板上，连通分隔板上下空间；回流管和排气管均伸出分隔板下底面，且回流管底部低于排气管；排气管侧壁与进气管连通，排气管位于分隔板上方的顶端设曝气头；第二模块和第三模块中均安装有填料支架，填料支架上均内置固定有生物挂膜组合填料；第一模块、第二模块和第三模块依次垂直串联连通；

所述三相分离区位于反应器本体上部，由内筒体段、中筒体段和外筒体段从内到外同轴嵌套而成，外筒体段与反应区衔接连通；三相分离区顶部通过封头密封，封头上开设有集气口；中筒体段顶部敞口并低于封头内顶面，底部开口位置设有防混锥，防混锥的锥头朝上，防混锥底面侧壁与中筒体段底部开口之间存在环形的缝隙；内筒体段顶部固定于封头上，底部敞口；内筒体段和中筒体段之间的环形区域中设有若干朝同一方向倾斜的斜板，斜板沿环形区域周向均匀分布形成使水流离心旋转的螺旋导叶；外筒体段外侧设溢流堰，内筒体段侧壁通过出水管连通溢流堰，溢流堰下端设有出水口。