本高新技术涉及废水处理领域，具体涉及一种可实现低碳氮比污水高效脱氮除磷处理的反应器。
背景技术：
随着我国经济的快速发展，农村生活污水的排放量日益增加，农村地区水环境日益恶化，直接威胁到广大农民群众的生存环境与身体健康，更制约了农村经济的发展，可以说，农村生活污水已经成为影响我国农村水环境的重要因素之一。由于农村污水间歇性排放、排量少且较为分散、氮磷及cod浓度较高等特点，给农村污水的收集和处理带来了一定的难度。目前，污水处理中的氮磷排放标准也日趋严格，因此对于简单、有效的生物脱氮除磷反应器需求越来越强烈。
农村生活污水中氮的主要存在形式是硝态氮，小部分以氨氮的形式存在。近几年，越来越多的研究证实了硫铁矿在污水处理方面的作用。在此之前，硫铁矿主要用于硫酸及水泥混合料的制作，某些低质量的硫铁矿在开采过程中通常被当作废料丢弃，极大的浪费了资源。经检索，现有的技术对硫磺及硫铁矿在废水处理中的利用已有报道。如中国专利号cn201010524339.3，该申请案公开了一种利用黄铁矿作为生化填料的脱氮除磷方法，基本原理是脱氮硫杆菌利用黄铁矿中的硫作为能源进行自养反硝化,而反硝化过程中产生的亚铁离子与铁离子用来与磷酸根形成沉淀除磷,从而实现了脱氮除磷一体化。相关的技术方案还包括中国专利号cn201210502501.0，该申请案公布了一种利用黄铁矿、硫磺、菱铁矿强化进行硫自养反硝化的同步脱氮除磷污水处理方法，该反应体系中黄铁矿和硫磺作为硫源，菱铁矿作为碳源，黄铁矿与硫磺能产生协同作用，加强菌体对菱铁矿的利用，从而强化了脱氮能力，同时黄铁矿与菱铁矿释放出铁和亚铁离子与磷酸根形成铁的磷酸盐沉淀，从而强化了除磷的能力。
在生物滤池中，用于脱氮的微生物主要有硝化细菌和反硝化细菌，两种菌体的生长环境不同，需要发生反应的条件也不同，因此反硝化细菌主要利用污水中的有机碳和无机碳等作为电子供体，硝态氮作为电子的受体来将硝酸盐还原为氮气从而达到脱氮的目的。常规的生物脱氮除磷装置，通常采用厌氧、缺氧、好氧等环境的交替来实现硝化与反硝化的同步进行，该工艺存在脱氮效果一般，处理设施占用面积大、运行成本高等特点。中国专利号cn105600927a，公开了一种在同一容器中对废水进行同步硝化反硝化的脱氮装置，利用玄武岩纤维较大的比表面积，在纤维丝截面上由外至内形成好氧-缺氧区，但由于处于同一容器内可能由于爆气搅动，使纤维表面附着的菌群脱落，降低脱氮效率，造成堵塞等。中国专利号cn101012093a公开了一种一体化同步脱氮除磷反应器，通过四块隔板分出了出水充氧区、物化反应区、排泥区、沉淀区等部分，通过设置水平及垂直激波传质装置实现同步硝化与反硝化。虽然将不同功能区分隔能够一定程度上强化单元的处理效果，但同时也减少了各类微生物间的协同作用，同时也增加了施工难度。
技术实现要素：
本高新技术是针对现有技术提供了一种可实现低碳氮比污水高效脱氮除磷处理的反应器。在利用硫铁体系填料提高低碳氮比废水的处理效率基础上，进一步缓解了臭气的产生问题，能够为污水处理提供一套有效的工艺。
本高新技术的目的可以通过以下技术方案实现：
一种可实现低碳氮比污水高效脱氮除磷处理的反应器，该反应器包括串联的反硝化柱和硝化柱，所述的反硝化柱和硝化柱由上而下可分为填料层、承托层、布水器和污泥沉淀区，进水池通过自吸式进水泵与反硝化柱上部的进口相连，反硝化柱下部的出口通过管道与硝化柱上部的进口相连，所述硝化柱下部的出口与出水池相连，且所述的反硝化柱的顶部设翻盖及位于翻盖上的排气管，所述的排气管与硝化柱的承托层中部相连。
本高新技术技术方案中：硝化柱的上部设有环形溢流堰。
本高新技术技术方案中：反硝化柱上部设有环形带孔挡水板，在贴近反硝化柱内壁的一侧均匀设有方形小孔。
本高新技术技术方案中：出水池的进口管道上设有反冲洗进水管，该反冲洗进水管与反硝化柱和硝化柱的承托层相连。
本高新技术技术方案中：反硝化柱和硝化柱的底部均为斗型污泥沉淀区，斗型污泥沉淀区的底部设有排水排泥管。
本高新技术技术方案中：反硝化柱和硝化柱顶部均设有反洗出水管，反洗出水管与排水排泥管相连。
本高新技术技术方案中：反硝化柱和硝化柱的填料层、承托层、布水器以及污泥沉淀区均设有反洗出水管支路，所述的支路均与反洗出水管相连。
本高新技术技术方案中：所述的硝化柱的承托层中设有穿孔曝气管道，管道设有一根主管道及两侧若干支管，在支管上设有若干曝气小孔。
本高新技术技术方案中：所述的反硝化、硝化柱体的上部和下部分别设有手孔。具体方案如下：
沿水流方向，依次通过进水调节池、反硝化柱、硝化柱、出水调节池，各单元间通过pvc管相连，两个反应器的进水方式均为上进下出。在进水调节池侧面设有自吸式进水泵，用于向反应器内进水。反硝化柱上部设有环形带孔挡水板，在贴近柱体内壁的一侧均匀打上方形小孔，使进水能够沿着侧壁均匀的进入反硝化反应器中与填料接触，同时能够避免由于跌水剧烈导致水体溶解氧上升，降低反硝化效率。
柱体由上而下可分为填料层、承托层、布水器、污泥沉淀区、排水排泥管等部分，其中填料层中装填一定体积的新型硫铁体系填料，承托层上铺设鹅卵石防止细小颗粒堵塞下方的布水器小孔，污水经过填料层的净化处理后通过布水器进入柱体底部。底部设置斗型污泥沉淀区，污泥通过反应器底部的排水(泥)管排出。
污水经过反硝化柱的处理后由右侧管道流出，从上方进入硝化柱中。硝化柱的上部设有环形溢流堰，污水由四周跌水进入反应柱中与填料接触。同样的，硝化柱由上而下可分为填料层、承托层、布水器及污泥沉淀区，通过底部的排泥管道及手孔定期清理沉积污泥，避免因为反应器堵塞导致的处理效率降低。
在反硝化柱的顶部设翻盖及排气管，与硝化柱的承托层中部相连，能够将反硝化池中反应产生的废气连同部分空气泵入硝化柱中，其中h2s能够部分被重新利用，还能够起到爆气的作用。
在出水池一侧设支管及反冲洗水泵，利用部分出水定期对反应器填料进行反冲洗，由柱体顶部的反洗出水管流出，并汇入排水排泥管一起排出，通过阀门可以控制对单个柱体分次进行反冲洗。在反硝化与硝化柱上部的清水区中设置在线监测探头，即时测定各自出水的ph、do、硝氮、氨氮等指标。
所述的反硝化柱与硝化柱材质为有机玻璃。所述的用于连接进水调节池、反硝化池、硝化池、出水调节池的水管均为pvc管。所述的进水管、排水管、排气管均为pvc管。所述的反硝化柱与硝化柱材质为有机玻璃。
本高新技术的有益效果：
采用两个串联的生物滤柱同步进行硝化与反硝化的过程，采用的一定配比的硫铁体系填料，多级串联系统结构设计合理，火山岩孔隙丰富，比表面积大，能够为细菌的挂膜提供理想的场所。硫铁矿石与硫磺块能够相互协同提供硫源，促进厌氧反硝化脱氮。通过串联的方式，使污水能够与填料充分接触，同步进行硝化、反硝化的过程，填料内部处于厌氧状态，为深度脱氮除磷提供条件。同时，在反应器底部设置斗型的污泥沉淀区与反冲洗装置，通过定期清理污泥，保证高效的脱氮除磷效率。厌氧反硝化过程中将产生有害的硫化氢气体，通过管道将硫化氢气体及空气一同泵入硝化柱底部的承托层区域，一方面能够再次利用硫化氢作为电子供体，减少了硫化氢的逸出，另一方面由于泵入了部分空气，能够同时对硝化柱起到爆气的作用。
附图说明
图1为本高新技术的可实现低碳氮比污水高效脱氮除磷处理的的结构示意图。
图2为穿孔曝气管的结构示意图。
其中：1-进水池、2-进水管、3-翻盖、4-环形挡水板、5-填料区、6-承托层、7-均匀布水器、8-斗型污泥沉淀区、9-手孔、10-反冲洗进水管、11-反冲洗水泵、12-排气管、13-反洗出水管、14-环形溢流堰、15-穿孔曝气管、16-出水管、17-排水排泥管、18-在线监测探头、19-出水池。
具体实施方式
下面结合实施例对本高新技术做进一步说明，但本高新技术的保护范围不限于此：
如图1，一种可实现低碳氮比污水高效脱氮除磷处理的反应器，其特征在于：该反应器包括串联的反硝化柱和硝化柱，所述的反硝化柱和硝化柱由上而下可分为填料层、承托层、布水器和污泥沉淀区，进水池1通过自吸式进水泵20与反硝化柱上部的进口相连，反硝化柱下部的出口通过管道与硝化柱上部的进口相连，所述硝化柱下部的出口与出水池19相连，且所述的反硝化柱的顶部设翻盖3及排气管12，所述的排气管12与硝化柱的承托层中部相连。硝化柱的上部设有环形溢流堰14。反硝化柱上部设有环形带孔挡水板4，在贴近反硝化柱内壁的一侧均匀设有方形小孔。出水池的进口管道上设有反冲洗进水管10，该反冲洗进水管10与反硝化柱和硝化柱的承托层相连。反硝化柱和硝化柱的底部均为斗型污泥沉淀区8，斗型污泥沉淀区的底部设有排水排泥管17。反硝化柱和硝化柱顶部均设有反洗出水管13，反洗出水管13与排水排泥管17相连。反硝化柱和硝化柱的填料层、承托层、布水器以及污泥沉淀区均设有反洗出水管支路，所述的支路均与反洗出水管13相连。所述的硝化柱的承托层中设有穿孔曝气管道，管道设有一根主管道及两侧若干支管，在支管上设有若干爆气小孔。所述的反硝化、硝化柱体的上部和下部分别设有手孔9。具体方法如下：
污水收集至进水调节池中，后由下而上泵入反硝化柱左侧进水口，经过上方环形带孔挡水板的拦截，进水能够均匀的沿着反硝化柱的内壁进入柱体内部，与硫铁体系填料接触。污水由上而下经过填料处理后透过鹅卵石承托层及均匀布水器进入反硝化柱底部的斗型污泥沉淀区，水体中的残余污泥沉降至斗型底部，上部清水区的水由右侧的出水口流出，随后通过硝化柱上部左侧的进水口进入硝化柱中。斗型污泥沉淀区的污泥可通过柱体底部的排水管排出系统，也可通过底部设置的手孔定期手动清理残余污泥等。
右侧硝化柱上部设有环形的溢流堰，随着进水水位逐渐升高，经过反硝化柱处理的污水能够通过跌水进入硝化柱的填料区，与硫铁体系填料充分接触，在此过程中通过跌水增加一定的进水溶解氧。随后，污水由上而下经过整个填料区，最终依次经过承托层、均匀布水器，水中污泥在斗型区域沉淀后，上部清水由右侧的出水管排出，进入出水调节池中。
由于反硝化柱在反硝化脱氮的过程中会产生氮气、硫化氢气体等有害气体，在反硝化柱的顶部加盖，减少有害气体的逸散问题。加盖设置为一侧可翻盖打开，方便更换填料等，另一侧上设有排气孔，与外部的排气管相连，通过合适的气泵将产生的废气与部分一同泵入硝化柱中。在硝化柱的承托层中埋入穿孔曝气管道，与反硝化柱的排气管道相通。该穿孔曝气管设有一根主管道，两侧设有若干支管，支管的上半圆部分沿着支管方向间隔设有若干的排气小孔，彼此夹角约为45-55°，用于从底部向硝化柱中爆气，爆气中的氧气用于提供硝化反应所需的有氧环境，硫化氢气体可以再次作为电子供体被利用，同时也减少了有毒气体的危害。
利用出水调节池中的部分出水，可定期对柱体填料进行反冲洗。在出水调节池前设管道及反冲洗水泵，通过调节阀门能够实现单个柱体填料的反冲洗，反冲洗水由下而上清洗填料层，最终由柱体上部右侧的反冲洗出水管流出，汇入排水管中排出系统外，通过定期的填料反冲洗，能保持较高的脱氮除磷效率。
技术特征：
1.一种可实现低碳氮比污水高效脱氮除磷处理的反应器，其特征在于：该反应器包括串联的反硝化柱和硝化柱，所述的反硝化柱和硝化柱由上而下可分为填料层、承托层、布水器和污泥沉淀区，进水池(1)通过自吸式进水泵(20)与反硝化柱上部的进口相连，反硝化柱下部的出口通过管道与硝化柱上部的进口相连，所述硝化柱下部的出口与出水池(19)相连，且所述的反硝化柱的顶部设翻盖(3)及排气管(12)，所述的排气管(12)与硝化柱的承托层中部相连。
2.根据权利要求1所述的可实现低碳氮比污水高效脱氮除磷处理的反应器，其特征在于：硝化柱的上部设有环形溢流堰(14)。
3.根据权利要求1所述的可实现低碳氮比污水高效脱氮除磷处理的反应器，其特征在于：反硝化柱上部设有环形带孔挡水板(4)，在贴近反硝化柱内壁的一侧均匀设有方形小孔。
4.根据权利要求1所述的可实现低碳氮比污水高效脱氮除磷处理的反应器，其特征在于：出水池的进口管道上设有反冲洗进水管(10)，该反冲洗进水管(10)与反硝化柱和硝化柱的承托层相连。
5.根据权利要求1所述的可实现低碳氮比污水高效脱氮除磷处理的反应器，其特征在于：反硝化柱和硝化柱的底部均为斗型污泥沉淀区(8)，斗型污泥沉淀区的底部设有排水排泥管(17)。
6.根据权利要求1所述的可实现低碳氮比污水高效脱氮除磷处理的反应器，其特征在于：反硝化柱和硝化柱顶部均设有反洗出水管(13)，反洗出水管(13)与排水排泥管(17)相连。
7.根据权利要求1所述的可实现低碳氮比污水高效脱氮除磷处理的反应器，其特征在于：反硝化柱和硝化柱的填料层、承托层、布水器以及污泥沉淀区均设有反洗出水管支路，所述的支路均与反洗出水管(13)相连。
8.根据权利要求1所述的可实现低碳氮比污水高效脱氮除磷处理的反应器，其特征在于：所述的硝化柱的承托层中设有穿孔曝气管道，管道设有一根主管道及两侧若干支管，在支管上设有若干曝气小孔。
9.根据权利要求1所述的可实现低碳氮比污水高效脱氮除磷处理的反应器，其特征在于：所述的反硝化、硝化柱体的上部和下部分别设有手孔(9)。
技术总结
本高新技术公开了一种可实现低碳氮比污水高效脱氮除磷处理的反应器，属于废水处理领域。该反应器包括串联的反硝化柱和硝化柱，所述的反硝化柱和硝化柱由上而下可分为填料层、承托层、布水器和污泥沉淀区，进水池通过自吸式进水泵与反硝化柱上部的进口相连，反硝化柱下部的出口通过管道与硝化柱上部的进口相连，所述硝化柱下部的出口与出水池相连，且所述的反硝化柱的顶部设翻盖及位于翻盖上的排气管，所述的排气管与硝化柱的承托层中部相连。本高新技术采用两个串联的生物滤柱同步进行硝化与反硝化的过程，通过串联的方式，使污水能够与填料充分接触，同步进行硝化、反硝化的过程，填料内部处于厌氧状态，为深度脱氮除磷提供条件。
技术开发人、权利持有人：顾若尘;范俊;陈丹;陈肖;赵鼎;沈蔚然;梁英
