一种三环式同步除碳脱氮生物反应器技术领域
本发明涉及一种三环式同步除碳脱氮生物反应器，属于废水生物
处理领域。
背景技术
近年来，随着经济的发展，大量富含有机物以及氮素污染物的废
水，如化工废水、畜禽废水、农副产品加工废水等排入水体，引发了
严重的水污染问题。
然而，现有的废水处理工艺多侧重于单一污染物如有机物的去
除，而甚少考虑同时去除废水中的有机物和氮素污染物，因此造成工
艺流程复杂、能耗高、占地面积大等问题。针对当前我国社会发展的
现状，寻找一种运行稳定、能耗低、处理效率高的工艺迫在眉睫。
处理废水中的有机物多依赖于厌氧消化和好氧活性污泥法的结
合，传统生物脱氮工艺主要是硝化-反硝化。传统除碳脱氮工艺的简
单组合往往存在反硝化阶段碳源不足的缺陷。而近年来发展起来的短
程硝化-厌氧氨氧化新型生物脱氮工艺，由于其节约能耗、无需外加
碳源、处理成本低、效率高而受到公众青睐。
若将上述新型除碳脱氮工艺有机结合，既能够解决反硝化过程碳
源不足的问题、简化工艺流程、节约投资能耗，又能在同一位点实现
同步除碳脱氮，减少碳氮足迹，实现废物的有效利用。
发明内容
为解决现有除碳脱氮技术存在的碳氮足迹过长、工艺能耗大、流
程复杂的问题，本发明提出了一种构型简单，除碳脱氮效果优的三环
式同步除碳脱氮生物反应器。
本发明所述的一种三环式同步除碳脱氮生物反应器，包括反应器
本体和进水管，其特征在于：所述的反应器本体内底板从里向外布置
倒圆台形隔板和圆筒隔板将反应器本体内腔分隔成三环式结构，并且
所述的倒圆台形隔板内腔作为厌氧区，所述的倒圆台形隔板和所述的
圆筒隔板之间区域作为好氧区，所述的圆筒隔板与所述的反应器本体
侧壁之间的区域作为缺氧区；所述的圆筒隔板下端为穿孔板，保证好
氧区和缺氧区之间连通；所述的倒圆台形隔板上部配有三相分离器，
并且所述的三相分离器与所述的倒圆台形隔板之间留有连通厌氧区
和好氧区的通道；所述的三相分离器的顶部设有第一排气孔，所述的
第一排气孔通过排气管与所述的集气装置连通；所述的好氧区内设环
状曝气装置；所述的缺氧区内设聚氨酯海绵填料；所述的缺氧区的出
水口配有出水装置；所述的进水管进水端连至原水调节泵的出液口，
出水端通入厌氧区。
进一步，进水管出水端自厌氧区顶部穿入竖直延伸至厌氧区底
部。
进一步，所述的倒圆台形隔板与反应器本体底端的夹角β为
50°～75°；厌氧区顶端正圆台形三相分离器侧面与水平面的夹角α为
140°～155°，且正圆台形三相分离器下端设等间距的四个支架，用于
支撑三相分离器并使得其与下部倒圆台形隔板之间留有缝隙，且上下
圆台高度比为1:1～1.2。
进一步，所述的圆筒隔板下端的穿孔板孔径为0.5～0.8cm。
进一步，所述的聚氨酯海绵填料由棱长为1cm的聚氨酯海绵正
方体小块组成；所述的缺氧区上部设活动盖板，盖板上设有四个等间
距的第二排气孔。
进一步，所述的出水装置位于缺氧区上部外沿并包括四个与外界
连通的出水口，且出水口均匀分布于反应器最外层圆筒周围，出水口
内侧嵌有过滤网；所述的出水口设污水回流支路，并反应器本体进水
管相连通。
进一步，所述的三相分离器为正圆台形。
进一步，所述的圆筒隔板朝向反应器本体中心轴的方向设有固定
杆，并且所述的固定杆的顶部配有固定件。
进一步，所述的圆筒隔板中心轴、所述的倒圆台形隔板中心轴以
及所述的反应器本体的中心轴重合。
进一步，所述的厌氧区内添加厌氧消化颗粒污泥；缺氧区内添加
厌氧氨氧化颗粒污泥和自养/异养反硝化颗粒污泥。
进一步，所述的集气装置包括储气室和稀盐酸储备槽，所述的储
气室和所述的稀盐酸储备槽连通形成封闭的内腔，所述的第一排气孔
通过排气管与所述的稀盐酸储备槽相连，并且所述的排气管的出气端
口插入稀盐酸储备槽内液面以下。
本发明所述的反应器可由有机玻璃或钢板构建。废水由总进水口
进入厌氧区，在厌氧条件下，废水中的有机物由厌氧微生物分解成甲
烷和二氧化碳，并经过排气孔，由排气管经过稀盐酸储备槽进行尾气
处理后于集气装置处对甲烷气体进行收集；经厌氧区处理后的废水通
过倒圆台形隔板和正圆台形三相分离器之间的缝隙进入好氧区；好氧
区内设一环状曝气系统可提供氧气，短程硝化轻质载体中的氨氧化菌
将废水中的部分氨氮转化成亚硝酸盐，此时，废水的主要污染物为氨
和亚硝酸盐以及少量硝酸盐；再次处理后的废水通过穿孔板进入缺氧
区，缺氧区内添加厌氧氨氧化颗粒污泥和自养/异养反硝化颗粒污泥，
穿孔板和聚氨酯海绵填料结合有效提高了颗粒污泥的持留能力，废水
在自养/异养反硝化颗粒污泥的作用下发生反硝化作用将硝酸盐还原
成亚硝酸盐或少量氨氮，同时厌氧氨氧化颗粒污泥以氨氮为电子供
体，以好氧区内产生的亚硝酸盐和反硝化产生的亚硝酸盐为电子受
体，将氮素转化为氮气，此时可实现废水除碳脱氮；经缺氧区处理的
废水一部分经回流支路在回流污水调节泵的作用下进入总进水管，另
一部分通过排水管道排出。反应器中污水流向无需外加动力，经过多
级处理，可实现碳、氮的同步去除；反应器内设聚氨酯海绵填料和短
程硝化轻质生物载体，可维持高生物量浓度。
本发明的有益效果体现在：1)在单一三环式生物反应器内完成
碳、氮污染物的同时去除；2)可回收甲烷气体，实现变废为宝；3)
反应器内设置不同分区，在改善流体力学特性的同时为功能微生物生
长创造最佳条件；4)在同一反应器内实现污染物的多层次处理，有
效提高了处理效率；5)好氧区内添加轻质载体，较少的曝气量即可
实现床层湍动，节约能耗。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图(α为正圆台形三相分离器侧面与
反应器本体底端夹角；β为倒圆台形隔板与水平面夹角；图中箭头为
液体流向或气体流向)。
图2是本发明反应器本体部分俯视图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明
参照附图：
实施例1本发明所述的一种三环式同步除碳脱氮生物反应器，
包括反应器本体1和进水管2，所述的反应器本体1内底板从里向外
布置倒圆台形隔板18和圆筒隔板12将反应器本体1内腔分隔成三环
式结构，并且所述的倒圆台形隔板18内腔作为厌氧区113，所述的
倒圆台形隔板18和所述的圆筒隔板12之间区域作为好氧区111，所
述的圆筒隔板12与所述的反应器本体1侧壁之间的区域作为缺氧区
112；所述的圆筒隔板12下端为穿孔板7，保证好氧区111和缺氧区
112之间连通；所述的倒圆台形隔板18上部配有三相分离器21，并
且所述的三相分离器与所述的倒圆台形隔板18之间留有连通厌氧区
113和好氧区111的通道；所述的三相分离器21的顶部设有第一排气
孔13，所述的第一排气孔13通过排气管与所述的集气装置19连通；
所述的好氧区111内设环状曝气装置9；所述的缺氧区112内设聚氨
酯海绵填料8；所述的缺氧区112配有出水装置，所述的进水管2进
水端连至原水调节泵3的出液口，出水端通入厌氧区113。
进一步，进水管2出水端自厌氧区113顶部穿入竖直延伸至厌氧
区113底部。
进一步，所述的倒圆台形隔板18与反应器本体1底端的夹角β
为50°～75°；厌氧区113顶端正圆台形三相分离器21侧面与水平面的
夹角α为140°～155°，且正圆台形三相分离器21下端设等间距的四个
支架20，用于支撑三相分离器21并使得其与下部倒圆台形隔板18
之间留有缝隙，且上下圆台高度比为1:1～1.2。
进一步，所述的圆筒隔板12下端的穿孔板7孔径为0.5～0.8cm。
进一步，所述的聚氨酯海绵填料8由棱长为1cm的聚氨酯海绵
正方体小块组成；所述的缺氧区112上部设活动盖板15，盖板上设
有四个等间距的第二排气孔14。
进一步，所述的出水装置6位于缺氧区112上部外沿并包括四个
与外界连通的出水口4，且出水口4均匀分布于反应器最外层圆筒周
围，出水口4内侧嵌有过滤网；所述的出水口设污水回流支路，污水
回流支路的回流端通过管路连至回流污水调节泵5的进水口，所述的
回流污水调节泵5的出液口通过管路汇入进水管2中。
进一步，所述的三相分离器21为正圆台形。
进一步，所述的圆筒隔板12朝向反应器本体1中心轴的方向设
有固定杆11，并且所述的固定杆11的顶部配有固定件22。
进一步，所述的圆筒隔板12中心轴、所述的倒圆台形隔板18中
心轴以及所述的反应器本体1的中心轴重合。
进一步，所述的厌氧区113内添加厌氧消化颗粒污泥；缺氧区内
添加厌氧氨氧化颗粒污泥和自养/异养反硝化颗粒污泥；所述的好氧
区内添加短程硝化轻质生物载体10。
进一步，所述的集气装置19包括储气室17和稀盐酸储备槽16，
所述的储气室17和所述的稀盐酸储备槽连通形成封闭的内腔，所述
的第一排气孔13通过排气管与所述的稀盐酸储备槽16相连，并且所
述的排气管的出气端口插入稀盐酸储备槽内液面以下。
本发明所述的反应器可由有机玻璃或钢板构建。废水由总进水口
进入厌氧区113，在厌氧条件下，废水中的有机物由厌氧微生物分解
成甲烷和二氧化碳，并经过第一排气孔13，由排气管经过稀盐酸储
备槽16进行尾气处理后于集气装置19处对甲烷气体进行收集；经厌
氧区113处理后的废水通过倒圆台形隔板18和正圆台形三相分离器
21之间的缝隙进入好氧区111；好氧区111内设一环状曝气装置9可
提供氧气，短程硝化轻质载体中的氨氧化菌将废水中的部分氨氮转化
成亚硝酸盐，此时，废水的主要污染物为氨和亚硝酸盐以及少量硝酸
盐；再次处理后的废水通过穿孔板7进入缺氧区112，缺氧区112内
添加厌氧氨氧化颗粒污泥和自养/异养反硝化颗粒污泥，穿孔板7和
聚氨酯海绵填料8结合有效提高了颗粒污泥的持留能力，废水在自养
/异养反硝化颗粒污泥的作用下发生反硝化作用将硝酸盐还原成亚硝
酸盐或少量氨氮，同时厌氧氨氧化颗粒污泥以氨氮为电子供体，以好
氧区内产生的亚硝酸盐和反硝化产生的亚硝酸盐为电子受体，将氮素
转化为氮气，此时可实现废水除碳脱氮；经缺氧区处理的废水一部分
经回流支路在回流污水调节泵5的作用下进入总进水管，另一部分通
过出水装置6道排出。反应器本体1中污水流向无需外加动力，经过
多级处理，可实现碳、氮的同步去除；反应器本体1内设聚氨酯海绵
填料8和短程硝化轻质生物载体10，可维持高生物量浓度。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列
举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形
式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够
想到的等同技术手段。