一种基于硫自养UAD的升流式生物反应器及反洗方法

技术领域

本发明涉及污水脱氮处理技术领域，公开了一种基于硫自养的UAD（Up-flowAutotrophic Denitrification）升流式生物反应器及反洗方法。

背景技术

水体富营养化是近几十年来的一个全球现象，受人类活动的影响，河流、湖泊等水体中营养元素的排放量的增加使之趋于富营养化。水体发生富营养化发生时，某些藻类暴发，造成水质缺氧恶化，到处充斥鱼腥臭味，破坏了水体生态系统的稳定性，这将严重影响城市供水和饮水安全。水体富营养化的根本成因是营养元素氮和磷的增加。城镇污水厂二级处理出水和高硝态氮工业废水是污水氮元素排放的主要来源。

生物脱氮主要利用生物硝化与反硝化，将废水中的有机氮和氨氮转化为氮气排放出去，从而达到脱氮的目的。生物脱氮法中碳源的投加、及微生物反硝化菌都是脱氮的因素，目前常用的碳源有甲醇、乙醇、乙酸、葡萄糖等低碳有机物。因此会带来高运行成本、二次污染等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于硫自养UAD的升流式生物反应器。生物反应器中菌群均为专性无机化能自养型的硫杆菌属，其代谢过程为在无氧或缺氧的环境下利用单质硫（S）、硫化物（S

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的一种基于硫自养UAD的升流式生物反应器，包括反应器本体、进水单元、生物膜反应单元和产水箱；

进水单元穿过反应器本体的进水口伸入到反应器本体中，用于向反应器本体内供水；反应器本体的进水口位于反应器本体的侧面，且靠近底部；

生物膜反应单元位于反应器本体内，用于与污水发生反硝化脱氮反应；

反应器本体的反洗排水口设置在反应器本体的上部，与反应器本体的出水口平齐；

产水箱上设置有产水箱循环口，产水箱循环口设置在产水箱的侧面，且靠近底部，产水箱循环口与反应器本体的进水口通过循环水管连接，循环水管上设置有循环泵，用于将反应器的产水循环的加入到反应器中。

当本发明的升流式生物反应器正常使用时，污水通过进水单元从反应器本体的底部进入反应器本体内，与生物膜反应单元发生反硝化脱氮反应后，产水从反应器本体的出水口排出；当本发明的升流式生物反应器需要清洗时，关闭进水单元，打开循环泵，使用产水箱中的水对本发明反应器中的生物膜反应单元进行清洗，并从反应器本体的反洗排水口排出。

进一步的，生物膜反应单元包括填料和多孔板，多孔板水平设置在反应器本体内，用于支撑填料，多孔板的孔尺寸小于填料尺寸；

反应器本体正常运行时，在反应器本体中，填料固定存在的区域为填料层，填料层高度为反应器本体总高度的70%。反清洗时，填料膨胀，填料膨胀后可到达的区域为膨胀层，填料层的反洗膨胀率约为10%。通过调节循环泵的流量可控制反洗的流量。

进一步的，所述进水单元包括进水管、管道混合器和进水泵。进水泵和管道混合器均设置在进水管上，进水管穿过反应器本体的进水口伸入到反应器本体中，管道混合器用于药剂与进水混合，所述药剂是指硫粉；每隔固定时间或依据反应进程通过进水管向反应器内加入硫粉，使得填料上的反硝化细菌与污水在反应器内进行自养反硝化脱氮反应。

进一步的，本发明的一种基于硫自养UAD的升流式生物反应器还包括布水器，位于反应器本体内，与进水单元连接。用于将进水和循环水均匀分布。

进一步的，反应器本体的出水口设置有出水滤网，防止填料通过反应器本体的出水口流失，具体的，出水滤网通过法兰连接的方式固定在反应器出水口。

进一步的，产水箱的进水口与反应器本体的出水口连接，产水箱的进水口设置在产水箱的顶部。同时产水箱上还设置有产水箱出水口，位于产水箱的侧面靠近顶部，产水箱上还设置有产水箱排空口，位于产水箱的侧面靠近底部。

本发明的一种基于硫自养UAD的升流式生物反应器的反洗方法，具体为，产水箱的水经循环水管、反应器本体的进水口到达反应器本体的底部，水流至下而上反洗，反洗水从反洗排水口排出。反洗时填料膨胀，膨胀率约10%。

有益效果：运行成本低。不同于传统的污水处理异养脱氮方式，硫自养反硝化是一种新型的生物脱氮技术，该技术无需投加有机碳源，利用硫单质作为电子供体、无机碳为碳源，实现硝态氮的去除。

（1）脱氮效率高。硫自养反硝化得益于生物膜法的特点，由于反应器内填充具有很大比表面积的填料，因此硫自养反硝化菌的浓度大大增加，因此具有很高的脱氮效率。

（2）抗负荷能力高，反应器通过进水和循环水来维持上升流速的稳定，当进水量或者进水水质改变时可通过改变循环水量的大小来维持系统的上升流速等维持在一定水平，因此系统整体运行稳定性高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中各个标号的含义为：1、进水泵；2、管道混合器；3、反应器本体的进水口；4、填料；5、多孔板；6、布水器；7、循环泵；8、产水箱循环口；9、产水箱；10、反洗排水口；11、反应器本体的出水口；12、膨胀层；13、出水滤网；14、产水箱排空口；15、产水箱出水口；16、产水箱进水口；17、压力变送器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明进一步说明：

本发明的一种基于硫自养UAD的升流式生物反应器，如图1所示，包括反应器本体、进水单元、生物膜反应单元和产水箱9；

进水单元穿过反应器本体的进水口3伸入到反应器本体中，反应器本体的进水口3位于反应器本体的侧面，且靠近底部；所述进水单元包括进水管、管道混合器2和进水泵1。进水泵1和管道混合器2均设置在进水管上，管道混合器2用于药剂与进水混合，所述药剂是指硫粉；每隔固定时间或依据反应进程通过进水管向反应器内加入硫粉，使得填料4上的反硝化细菌与污水在反应器内进行自养反硝化脱氮反应。

生物膜反应单元位于反应器本体内，用于与污水发生反硝化脱氮反应；生物膜反应单元包括填料4和多孔板5，多孔板5水平设置在反应器本体内，用于支撑填料4，多孔板5的孔尺寸小于填料4尺寸。反应器本体正常运行时，在反应器本体中，填料4所固定存在的区域为填料层，填料层高度为设备总高度的70%。反清洗时，填料4膨胀，填料4膨胀后可到达的区域为膨胀层12，填料层的反洗膨胀率约为10%。通过调节循环泵7的流量可控制反洗的流量。

产水箱进水口16与反应器本体的出水口11连接，产水箱进水口16设置在产水箱的顶部。同时产水箱9上还设置有产水箱出水口15，位于产水箱9的侧面靠近顶部，产水箱9上还设置有产水箱排空口14，位于产水箱9的侧面靠近底部；反应器本体的出水口11设置有出水滤网13，防止填料4通过反应器本体的出水口11流失，具体的，出水滤网13通过法兰连接的方式固定在反应器本体的出水口11。

反应器本体的反洗排水口10设置在反应器本体的上部，与反应器本体的出水口11平齐；产水箱循环口8与反应器本体的进水口3通过循环水管连接，循环水管上设置有循环泵7，用于将反应器产水循环加入到反应器中；产水箱循环口8设置在产水箱9的侧面，且靠近底部。进水管上还连接有布水器6，位于反应器本体内，用于将进水和循环水均匀分布。

基于该装置，反硝化细菌前期需进行培养驯化，培养驯化可在UAD生物反应器内进行，也可单独培养好后再放入反应器内。在UAD反应器内的污泥培养采用的接种污泥，使用含氮废水来培养启动；污泥经过两周左右培养后，在UAD生物反应器中通过进水管向反应器内投加硫进行富集培养，驯化培养出具有自养特性的反硝化污泥。培养期间，每隔固定时间或依据反应进程添加营养液并更换培养液，营养液主要成分为含氮废水及相应的碱液和药剂，本发明中所述药剂硫粉。

当本发明的升流式生物反应器正常运行处理污水时，进水通过进水泵1并在进水口3处于与循环水汇合进入布水器6，通过布水器6均匀地进入反应器内的底部。在反应器内，水流自下而上，穿过填料层从上部反应器本体的出水口11流出进入产水箱9，在穿过填料层的时候，发生反硝化脱氮反应。该过程中通过控制循环水量来保证反应器内上升流速的稳定。

反应器本体上还连接有压力变送器17，当运行一段时间后，死去的微生物逐渐积累，导致水的通量降低，进而反应器底部的压力变送器17数据增大至一定数值时。此时关闭进水泵1，打开循环泵7，水流至下而上反洗，反洗时填料4膨胀，呈现悬浮状态，膨胀率大约10%，同时死去的微生物随着反洗水从反洗排水口10排出，从而达到反洗的目的。