本實用新型涉及水處理技術領域，具體而言，涉及一種高效反硝化脫氮裝置。
背景技術：
隨著排放到水體中的氮素含量逐年增加，引起了水體富營養(yǎng)化的日益嚴重，從而導致水質惡化甚至湖泊退化。我國大部分淡水水系由于長期的富營養(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注的熱點。
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、物理化學法等，其中生物法以其低能耗、高效率的優(yōu)點被廣泛應用于污水處理中。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，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物作為碳源和電子供體，將NO3--N或NO2--N轉化為氮氣，將氮素排出水系統(tǒng)。但是我國的市政污水以及被氮素污染的地表水、地下水等主要特點就是C/N比值較低，即有機碳源不足。為了保證處理效果，必須投加一定量的乙酸、乙醇等有機物做碳源，生物系統(tǒng)產(chǎn)泥量增加，導致處理成本大大增加。且以有機物為反硝化碳源時，由于進水水質的波動，很容易導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。
技術實現(xiàn)要素：
本實用新型的主要目的在于提供一種高效反硝化脫氮裝置，以解決現(xiàn)有技術中脫氮成本過高和二次污染的問題。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種高效反硝化脫氮裝置，其包括依次串聯(lián)設置的進水部、反應部和三相分離部，進水部設置有用于污水和固態(tài)電子供體進入的進水口，反應部中設置有自養(yǎng)反硝化菌群。
進一步地，進水部、反應部和三相分離部由下至上依次排列。
進一步地，反硝化脫氮裝置包括空心柱體，進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，空心柱體內的進水部和三相分離部之間形成反應部。
進一步地，反應部的高徑比不小于4:1。
進一步地，三相分離部包括：集氣罩，集氣罩位于反應部的上方；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)的底端與反應部的頂端相連，集氣罩位于頂部沉淀區(qū)中。
進一步地，頂部沉淀區(qū)的頂端的徑向長度與反應部的徑向長度之比不小于3:1。
進一步地，三相分離部還包括盲板，盲板設置在空心柱體的遠離反應部的一端，盲板上設置有通孔，集氣管穿過通孔延伸至外部。
進一步地，三相分離部還設置有凈化水出口，凈化水出口位于三相分離部的一側。
進一步地，三相分離部還設置有回流出口，回流出口設置在三相分離部的相對于凈化水出口的另一側；進水部還設置有回流進口，回流進口與回流出口相連。
進一步地，進水部包括進水管和回流管，進水管和回流管均設置在空心柱體內，進水管具有進水口和第一出水口，回流管具有回流進口和第二出水口。
進一步地，進水部還有布水孔板，布水孔板設置在空心柱體內，并位于進水管與反應部之間。
進一步地，進水部還包括排泥放空口，排泥放空口設置在空心柱體上。
進一步地，反硝化脫氮裝置還包括：底座，底座設置在空心柱體的底端。
應用本實用新型的技術方案，反硝化脫氮裝置包括依次串聯(lián)設置的進水部、反應部和三相分離部，進水部設置有用于污水和固態(tài)電子供體進入的進水口，反應部中添加有自養(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)反硝化菌群的反應部，能夠進行自養(yǎng)反硝化反應。在該反應過程中，污水中的硝態(tài)氮會轉化為氮氣排出。反應后含有氮氣、污泥和凈化水的混合物在三相分離部中完成分離，形成凈化水和氮氣排出，自養(yǎng)反硝化菌群沉降至反應部。
與乙酸、乙醇等相比，固態(tài)電子供體價格便宜且硫組分含量高，自養(yǎng)反硝化成本較低。同時，自養(yǎng)反硝化是以無機物作為電子供體，無產(chǎn)生殘余有機物之虞，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?？傊帽緦嵱眯滦蜕鲜龅拿摰b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，本實用新型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，裝置內部沒有任何機械設備，大大降低了設備維護維修工作量。本實用新型中的污泥沉降性能很好，三相分離器即可將污水與污泥、氮氣分離，無需額外的泥水分離設施，占地面積小，運行能耗低。
附圖說明
構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中：
圖1示出了根據(jù)本實用新型一種實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記：
10、進水部；101、進水口；102、回流進口；103、排泥放空口；110、布水孔板；120、底座；20、反應部；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。
具體實施方式
需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本實用新型。
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本實用新型及其應用或使用的任何限制。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，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，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數(shù)字表達式和數(shù)值不限制本實用新型的范圍。同時，應當明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個部分的尺寸并不是按照實際的比例關系繪制的。對于相關領域普通技術人員已知的技術、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術、方法和設備應當被視為授權說明書的一部分。在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它示例可以具有不同的值。應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步討論。
在本實用新型的描述中，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系通常是基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，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造和操作，因此不能理解為對本實用新型保護范圍的限制；方位詞“內、外”是指相對于各部件本身的輪廓的內外。
為了便于描述，在這里可以使用空間相對術語，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器件或特征與其他器件或特征的空間位置關系。應當理解的是，空間相對術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“在其他器件或構造上方”或“在其他器件或構造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構造下方”或“在其他器件或構造之下”。因而，示例性術語“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90度或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述作出相應解釋。
正如背景技術部分所描述的，現(xiàn)有技術中利用生物異養(yǎng)反硝化工藝去除污水中的硝態(tài)氮時，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，本實用新型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)設置的進水部10、反應部20和三相分離部30，進水部10設置有用于污水和固態(tài)電子供體進入的進水口101，反應部20中設置有自養(yǎng)反硝化菌群。
本實用新型提供的上述反硝化脫氮裝置，包括依次串聯(lián)設置的進水部10、反應部20和三相分離部30，進水部10設置有用于污水和固態(tài)電子供體進入的進水口101，反應部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)反硝化菌群的反應部20，能夠進行自養(yǎng)反硝化反應。在該反應過程中，污水中的硝態(tài)氮會轉化為氮氣排出。反應后含有氮氣、污泥和凈化水的混合物在三相分離部30中完成分離，形成凈化水和氮氣排出。
與乙酸、乙醇等相比，固態(tài)電子供體價格便宜且硫組分含量高，自養(yǎng)反硝化成本較低。同時，自養(yǎng)反硝化是以無機物作為電子供體，無產(chǎn)生殘余有機物之虞，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。脫氮裝置內部無設備，無需額外的泥水分離設施，占地面積小?？傊?，利用本實用新型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，本實用新型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，裝置內部沒有任何機械設備，大大降低了設備維護維修工作量。本實用新型中的污泥沉降性能很好，三相分離器即可將污水與污泥、氮氣分離，無需額外的泥水分離設施，運行能耗低。
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，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)選的實施例中，上述反硝化脫氮裝置，進水部10、反應部20和三相分離部30由下至上依次排列。將進水部10、反應部20和三相分離部30由下至上依次排列，在污水進入進水部10后，會自下而上進入反應部20中，與自養(yǎng)反硝化菌群接觸進行自養(yǎng)反硝化反應。通過進水的快速上升帶動自養(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，從而能夠提高反應效率，進而提高脫氮效率。
具體地進水部10、反應部20和三相分離部30的設置只要是按照由下至上依次設置，即可提高脫氮效率。在一種典型的實施例中，如圖1所示，上述反硝化脫氮裝置包括空心柱體，進水部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，空心柱體內的進水部10和三相分離部30之間形成反應部20，且反應部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和進水部10，中間部分為反應部20。該設置下，三個區(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，處理能力相對更高。優(yōu)選反應部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)的底端與反應部20的頂端相連，集氣罩320位于頂部沉淀區(qū)中。反應部20處理后的污水與自養(yǎng)反硝化菌群、反硝化產(chǎn)生的氮氣進入三相分離部30后，利用集氣罩320收集后即可將氮氣進入集氣管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)，可以將脫氮后進入三相分離部30的污泥沉淀下來，返回反應部20。優(yōu)選頂部沉淀區(qū)的頂端的徑向長度與反應部20的徑向長度之比不小于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設置在空心柱體的遠離反應部20的一端，盲板310上設置有通孔301，集氣管330穿過通孔301延伸至外部。這樣設置后，反應部20處理后的污水與自養(yǎng)反硝化菌群、反硝化產(chǎn)生的氮氣在三相分離部30處分離，氮氣可以從集氣管330排出，凈化水則在盲板310的阻攔所用下從側部溢流，從而方便對于凈化水的收集。
在一種優(yōu)選的實施例中，上述反硝化脫氮裝置，三相分離部30還設置有凈化水出口302，凈化水出口302位于三相分離部30的一側。這樣，反應部20處理后的污水與自養(yǎng)反硝化菌群、反硝化產(chǎn)生的氮氣進入三相分離部30后，凈化水直接從凈化水出口302出溢流出來，污泥則沉降回反應部20，從而無需其他動力和設備設施，自行完成三相分離。這能夠極大地節(jié)約能耗，進一步降低污水的處理成本。
在一種優(yōu)選的實施例中，上述反硝化脫氮裝置，三相分離部30還設置有回流出口303，回流出口303設置在三相分離部30的相對于凈化水出口302的另一側；進水部10還設置有回流進口102，回流進口102與回流出口303相連。如此設置，當污泥沉降性能過好、污泥床層過低時，可以將出水循環(huán)，與進水共同進入反應部，提高反應部內水的上升流速，從而在無需攪拌的條件下使介質之間的接觸更加充分，進而使反應更加充分。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)進行調整。
在一種優(yōu)選的實施方式中，進水部10包括進水管和回流管，進水管和回流管均設置在空心柱體內，進水管具有進水口101和第一出水口，回流管具有回流進口102和第二出水口。這樣設置，進水部10的結構簡單，進水流暢。
在一種優(yōu)選的實施方式中，進水部10還有布水孔板110，布水孔板110設置在空心柱體內，并位于進水管與反應部20之間。利用布水孔板110可使進水更加均勻，進一步提高反應效率。
在一種優(yōu)選的實施方式中，進水部10還包括排泥放空口103，排泥放空口103設置在空心柱體上。在實際操作過程中，運行一段時間后，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設置在空心柱體的底端。設置底座120可使裝置更加穩(wěn)定。
根據(jù)本實用新型的另一方面，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，從進水部進入添加有自養(yǎng)反硝化菌群的反應部進行自養(yǎng)反硝化反應，得到混合物；將混合物進行三相分離，得到凈化水。
本實用新型提供的上述方法，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，以將污水中的硝態(tài)氮轉化為氮氣，完成對污水的脫氮處理。與乙酸、乙醇等相比，固態(tài)電子供體價格便宜且硫組分含量高，自養(yǎng)反硝化成本較低。同時，自養(yǎng)反硝化是以無機物作為電子供體，無產(chǎn)生殘余有機物之虞，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?？傊帽緦嵱眯滦蜕鲜龅拿摰b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)氮含量等因素進行調整。在一種優(yōu)選的實施方式中，含硝態(tài)氮的污水中，硝態(tài)氮的濃度為10～100mg/L，反應部的水力停留時間為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，利用本實用新型上述的裝置和工藝對污水進行脫氮處理，可達到以下技術效果：
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碳源不足時，無需投加有機物，無有機物污染問題；
4、反應部主體為游離的或形成菌膠團的自養(yǎng)反硝化菌群，無需其他物質做載體，可提高微生物與污水的接觸率，提高反應速率，可有效縮短水力停留時間；
5、無需機械攪拌裝置，無水下設備，運營過程中減少設備維護工作量；
6、無需二沉池或其他泥水分離設施、設備及污泥回流裝置，占地面積小，運營維護簡單。
以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。