一种定向富集重金属的污废水处理流态化反应装置

1.本发明涉及涉及污废水处理技术领域，尤其涉及一种定向富集重金属的污废水处理流态化反应装置。


背景技术：

2.进入污废水处理系统的重金属离子表现出很强的络合能力，重金属成分不能被降解，但可能发生价态变化，受污废水中酸碱度、络合配位体及水处理工艺的影响，在生物处理与物化处理过程中均可发生不同原理的迁移。
3.目前，城市污废水生物处理工艺大多使用a/a/o、氧化沟及其各类改良型工艺，a/a/o工艺所产生的污泥中包括活性细菌、惰性或残留生物质、胞外聚合物、原生动物和其它高等生命形式、矿物和进水中的难降解固体，构成这些物质的成分均带有能够与重金属产生相互作用的官能团，将重金属从水相转移至固相中，而残余在水相中重金属则会被排入大自然水体中。
4.生物工艺常常由几个单元组合而成，以焦化废水为例，随着生化反应的发生，不同单元的oh-、cn-、scn-、s
2-、nh3浓度会有差异，浓度不同则会影响络合反应，进而影响沉淀-络合平衡，使得重金属与污泥形成新的平衡状态，因此，重金属在污废水和污泥两相的分配会随之改变。
5.由于污废水中存在的有机物能够与游离金属离子形成双齿/单齿络合物，络合物的种类与稳定性也受ph调控，重金属的铁-锰氧化态与有机物的含量呈正相关关系，微生物表面官能团(如-oh和-coo-等)的形态也依赖于ph的大小而改变。
6.除ph的影响外，水力停留时间和污泥停留时间也会对重金属的富集造成影响，如污泥停留时间越长、富集倍数越高，但过长的污泥停留时间会使部分重金属从污泥相溶出反而影响工艺效果。
7.目前应用较多的a/a/o工艺是单污泥系统，无法独立的调控各反应器的ph、水力停留时间、污泥停留时间，牵一发而动全身，故而难以通过对工艺参数的调控实现重金属的定向富集与归趋。
8.此外，大多生物处理工艺在运行过程中，为了保持污泥浓度必须设置污泥回流步骤，污泥回流的存在使得重金属均匀地分布在系统排出的污泥中，重金属的均质化分布更不利于后续污泥的稳定化、无害化和资源化管理。
9.综上所述，目前大多数污废水处理工艺主要目的旨在脱氮除磷以及去除有机污染物，对于污废水中重金属的工艺过程控制尚待研究，所有的重金属归趋到综合排放的污泥相中，成为了有机物和无机物混合的综合污泥。
10.现有的a/a/o工艺等因其污泥回流特征使得污泥中重金属无法高效的资源化利用。
11.因此，有必要研发一种有效且定向富集重金属的污废水处理装备。


技术实现要素：

12.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种定向富集重金属的污废水处理流态化反应装置。
13.本发明基于单元反应器原位分离处理工艺，实现污泥停留时间与水力停留时间的严格分离。
14.本发明通过构建o/h/o工艺有意识地安排/调控不同性质金属离子在三个单元工艺中的化学转化，通过性质有序化调控达到浓度富集与风险归趋的一致目标。
15.本发明通过下述技术方案实现：
16.一种定向富集重金属的污废水处理流态化反应装置，包括o1好氧除碳氨化流化床反应器、h缺氧水解脱氮流化床反应器和o2好氧硝化流化床反应器；
17.所述o1好氧除碳氨化流化床反应器、h缺氧水解脱氮流化床反应器和o2好氧硝化流化床反应器的底部，均设置有呈40
°
～45
°
的导流斜板12。
18.所述o1好氧除碳氨化流化床反应器包括：第一反应器本体、第一进水管1-1、第一流体下降区2-1、第一流体上升区3-1、第一导流板4-1、第一三相分离管5-1、第一分离沉淀区6-1、第一溢流堰7-1、第一污泥导流管8-1、第一曝气装置9-1、第一出水管10-1；第一排泥管11-1；
19.所述第一导流板4-1由两块竖板间隔放置在第一反应器本体内中部，用于第一反应器本体内部分割为第一流体下降区2-1、第一流体上升区3-1；
20.所述第一分离沉淀区6-1为两个，并分布在第一反应器本体两侧；第一分离沉淀区6-1由第一分离沉淀区6-1和第一溢流堰7-1构成；第一溢流堰7-1内设有第一三相分离管5-1和第一出水管10-1；第一分离沉淀区6-1由第一三相分离管5-1连接的第一污泥导流管8-1连通第一反应器本体内部；
21.第一进水管1-1连通第一反应器本体内部；
22.第一曝气装置9-1位于第一反应器本体底部；
23.所述h缺氧水解脱氮流化床反应器包括：第二反应器本体、第二进水管1-2、第二流体下降区2-2、第二流体上升区3-2、第二导流板4-2、第二三相分离管5-2、第二分离沉淀区6-2、第二溢流堰7-2、第二污泥导流管8-2、第二曝气装置9-2、第二出水管10-2；第二排泥管11-2；
24.所述第二导流板4-2由两块竖板间隔放置在第二反应器本体内两侧，用于第二反应器本体内部分割为第二流体下降区2-2、第二流体上升区3-2；
25.所述第二分离沉淀区6-2位于第二反应器本体内部上方；第二分离沉淀区6-2由第二分离沉淀区6-2和第二溢流堰7-2构成；第二溢流堰7-2内设有第二三相分离管5-2和第二出水管10-2；第二分离沉淀区6-2由第二三相分离管5-2底部的第二污泥导流管8-2连通第二反应器本体内部；
26.第二进水管1-2连通第二反应器本体内部；
27.第二曝气装置9-2位于第二反应器本体底部。
28.所述o2好氧硝化流化床反应器包括：第三反应器本体、第三进水管1-3、第三流体下降区2-3、第三流体上升区3-3、第三导流板4-3、第三三相分离管5-3、第三分离沉淀区6-3、第三溢流堰7-3、第三污泥导流管8-3、第三曝气装置9-3、第三出水管10-3；第三排泥管
11-3；
29.所述第三导流板4-3由两块竖板间隔放置在第三反应器本体内中部，用于第三反应器本体内部分割为第三流体下降区2-3、第三流体上升区3-3；
30.所述第三分离沉淀区6-3为四个，并分布在第三反应器本体的四周；第三分离沉淀区6-3由第三分离沉淀区6-3和第三溢流堰7-3构成；第三溢流堰7-3内设有第三三相分离管5-3和第三出水管10-3；第三分离沉淀区6-3由第三三相分离管5-3底部的第三污泥导流管8-3连通第三反应器本体内部；
31.第三进水管1-3连通第三反应器本体内部；
32.第三曝气装置9-3位于第三反应器本体底部。
33.所述o1好氧除碳氨化流化床反应器、h缺氧水解脱氮流化床反应器和o2好氧硝化流化床反应器之间通过管路依次连通，具体是，第二进水管1-2连通第一出水管10-1，第三进水管1-3连通第二出水管10-2。
34.所述o1好氧除碳氨化流化床反应器的第一进水管1-1管口位于第一反应器本体的两侧的中部位置；
35.所述h缺氧水解脱氮流化床反应器的第二进水管1-2管口位于第二反应器本体的两侧的底部位置；
36.所述o2好氧硝化流化床反应器的第三进水管1-3管口所在位置与第一反应器本体相同；
37.含有重金属的污/废水，先通过第一进水管1-1进入o1好氧除碳氨化流化床反应器，与微生物充分反应后的污/废水由第一三相分离管5-1进入到第一分离沉淀区6-1内，再进行泥水分离，最后，被初步处理的污/废水通过第一溢流堰7-1依次流入h缺氧水解脱氮流化床反应器；在h缺氧水解脱氮流化床反应器使得金属在污泥中得到倍数富集，在脱氮的作用下，使与氨分子形成络合物的重金属离子部分析出，以氢氧化物的形态转移到污泥相中；在o2反应器中实现硝化/矿化反应，实现污/废水中重金属向h缺氧水解脱氮流化床反应器定向富集的调控。
38.本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
39.1.o/h/o工艺为三污泥系统，本发明各个反应器都具有独立的污泥体系，互不干扰，不需要补充污泥，仅仅根据反应器的污泥负荷排泥，无需污泥回流即可保证每个反应器的污泥浓度处于动态平衡。
40.2.本发明在独立的污泥体系基础上，结合原位分离的流化床反应器技术，实现了污泥停留时间与水力停留时间的严格分离，有意识地安排/调控不同性质金属离子在三个单元工艺中的化学转化，通过性质有序化调控有效的将大部分重金属富集在h流化床反应器中，可以获得浓度富集与风险归趋的一致目标。
附图说明
41.图1为本发明好氧(o1)流化床反应器的结构图。
42.图2为本发明厌氧(h)流化床反应器的结构图。
43.图3为本发明好氧(o2)流化床反应器的结构图。
44.图4为本发明o/h/o流化床装置工艺流程图。
45.图5为本发明o1反应器不同ph条件下的污泥-污/废水分配系数(kd)值变化。
46.图6为本发明o1反应器不同ph条件下cu和zn的浓度分布情况。
47.图7为本发明o/h/o系统中不同浓度氨氮条件下cu和zn在污废水与污泥之间的分布。
48.图8为本发明a/o/h/o流化床装置工艺流程图。
具体实施方式
49.下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
50.本发明公开了一种定向富集重金属的污废水处理流态化反应装置，包括o1好氧除碳氨化流化床反应器、h缺氧水解脱氮流化床反应器和o2好氧硝化流化床反应器；控制o1好氧除碳氨化流化床反应器实现完全氨化/亚硝化过程，进而营造出h缺氧水解脱氮流化床反应器发生厌氧氨氧化结合自养反硝化脱氮的前提条件以及h缺氧水解脱氮流化床反应器的水力停留时间和污泥停留时间均大于o1和o2反应器的运行工况。通过组合工艺中三种反应器内部环境的不同，使其化学反应和微生物功能发生变化，在减少污废水中重金属离子浓度的同时，实现重金属更多地富集在h缺氧水解脱氮流化床反应器的污泥相中，更少地存在于o1好氧除碳氨化流化床反应器和o2好氧硝化流化床反应器的污泥相中，最终通过定期排放h缺氧水解脱氮流化床反应器中污泥达到风险归趋和可资源化利用(如生产臭氧催化剂)相结合的目的。
51.o1好氧除碳氨化流化床反应器承担高负荷的反应，污泥浓度高，停留时间短，除碳和氨化反应使重金属溶出转移到下一个反应器，污泥中的重金属含量低；h缺氧水解脱氮流化床反应器的污泥停留时间很长，使得金属在污泥中得到高倍数富集，加上脱氮功能，能够使与氨分子形成络合物的重金属离子绝大部分析出，以氢氧化物或其他沉淀物的形态转移到污泥相中；o2好氧硝化流化床反应器主要实现硝化/矿化反应。
52.三个反应器(是指o1好氧除碳氨化流化床反应器、h缺氧水解脱氮流化床反应器和o2好氧硝化流化床反应器)的三相分离管中与反应器本体内部的主体区连接的为平放管(平行于反应器底部)，混合液通过该平放管进入到三相分离器中的连接立管(垂直于平放管)。气体从立管上部溢出，混合液从立管下部进入到溢流堰槽中，污/废水经溢流堰进入到下一反应器中，污泥通过沉淀区下部污泥斗沉积下来，再经由污泥管重新回到反应器内进行反应，以确保反应器内的污泥量。
53.三个反应器的底部标高依次降低，以确保混合液能够重力自流进下一反应器中。
54.本发明原理：o1好氧除碳氨化流化床反应器承担高负荷的反应，污泥浓度高，停留时间短，酸化和氨化反应使重金属溶出转移到下一个反应器，污泥中的重金属含量低；h缺氧水解脱氮流化床反应器的污泥停留时间很长，使得金属在污泥中得到高倍数富集，加上脱氮功能，能够使与氨分子形成络合物的重金属离子绝大部分析出，以氢氧化物或其他沉淀物的形态转移到污泥相中；o2好氧硝化流化床反应器主要实现硝化/矿化反应，实现污/废水中重金属向h流化床反应器定向富集的工艺调控。
55.下面对本发明了三个反应器具体结构作进一步说明：
56.所述o1好氧除碳氨化流化床反应器、h缺氧水解脱氮流化床反应器和o2好氧硝化流化床反应器的底部，均设置有呈40
°
～45
°
的导流斜板12，有利于混合液的循环运动，以防
反应器内出现大量淤泥。
57.所述o1好氧除碳氨化流化床反应器包括：第一反应器本体、第一进水管1-1、第一流体下降区2-1、第一流体上升区3-1、第一导流板4-1、第一三相分离管5-1、第一分离沉淀区6-1、第一溢流堰7-1、第一污泥导流管8-1、第一曝气装置9-1、第一出水管10-1；第一排泥管11-1；
58.所述第一导流板4-1由两块竖板间隔放置在第一反应器本体内中部，用于第一反应器本体内部分割为第一流体下降区2-1、第一流体上升区3-1；
59.所述第一分离沉淀区6-1为两个，并分布在第一反应器本体两侧；第一分离沉淀区6-1由第一分离沉淀区6-1和第一溢流堰7-1构成；第一溢流堰7-1内设有第一三相分离管5-1和第一出水管10-1；第一分离沉淀区6-1由第一三相分离管5-1连接的第一污泥导流管8-1连通第一反应器本体内部；
60.第一进水管1-1连通第一反应器本体内部；
61.第一曝气装置9-1位于第一反应器本体底部；
62.所述h缺氧水解脱氮流化床反应器包括：第二反应器本体、第二进水管1-2、第二流体下降区2-2、第二流体上升区3-2、第二导流板4-2、第二三相分离管5-2、第二分离沉淀区6-2、第二溢流堰7-2、第二污泥导流管8-2、第二曝气装置9-2、第二出水管10-2；第二排泥管11-2；
63.所述第二导流板4-2由两块竖板间隔放置在第二反应器本体内两侧，用于第二反应器本体内部分割为第二流体下降区2-2、第二流体上升区3-2；
64.所述第二分离沉淀区6-2位于第二反应器本体内部上方；第二分离沉淀区6-2由第二分离沉淀区6-2和第二溢流堰7-2构成；第二溢流堰7-2内设有第二三相分离管5-2和第二出水管10-2；第二分离沉淀区6-2由第二三相分离管5-2底部的第二污泥导流管8-2连通第二反应器本体内部；
65.第二进水管1-2连通第二反应器本体内部；
66.第二曝气装置9-2位于第二反应器本体底部。
67.所述o2好氧硝化流化床反应器包括：第三反应器本体、第三进水管1-3、第三流体下降区2-3、第三流体上升区3-3、第三导流板4-3、第三三相分离管5-3、第三分离沉淀区6-3、第三溢流堰7-3、第三污泥导流管8-3、第三曝气装置9-3、第三出水管10-3；第三排泥管11-3；
68.所述第三导流板4-3由两块竖板间隔放置在第三反应器本体内中部，用于第三反应器本体内部分割为第三流体下降区2-3、第三流体上升区3-3；
69.所述第三分离沉淀区6-3为四个，并分布在第三反应器本体的四周；第三分离沉淀区6-3由第三分离沉淀区6-3和第三溢流堰7-3构成；第三溢流堰7-3内设有第三三相分离管5-3和第三出水管10-3；第三分离沉淀区6-3由第三三相分离管5-3底部的第三污泥导流管8-3连通第三反应器本体内部；
70.第三进水管1-3连通第三反应器本体内部；
71.第三曝气装置9-3位于第三反应器本体底部。
72.所述o1好氧除碳氨化流化床反应器、h缺氧水解脱氮流化床反应器和o2好氧硝化流化床反应器之间通过管路依次连通，具体是，第二进水管1-2连通第一出水管10-1，第三
进水管1-3连通第二出水管10-2。
73.所述o1好氧除碳氨化流化床反应器的第一进水管1-1管口位于第一反应器本体的两侧的中部位置；
74.所述h缺氧水解脱氮流化床反应器的第二进水管1-2管口位于第二反应器本体的两侧的底部位置；
75.所述o2好氧硝化流化床反应器的第三进水管1-3管口所在位置与第一反应器本体相同；
76.含有重金属的污/废水，先通过第一进水管1-1进入o1好氧除碳氨化流化床反应器，与微生物充分反应后的污/废水由第一三相分离管5-1进入到第一分离沉淀区6-1内，再进行泥水分离，最后，被初步处理的污/废水通过第一溢流堰7-1依次流入h缺氧水解脱氮流化床反应器；在h缺氧水解脱氮流化床反应器使得金属在污泥中得到倍数富集，在脱氮的作用下，使与氨分子形成络合物的重金属离子部分析出，以氢氧化物的形态转移到污泥相中；在o2反应器中实现硝化/矿化反应，实现污/废水中重金属向h缺氧水解脱氮流化床反应器定向富集的调控。
77.上述三个反应器的流体上升区和流体下降区的上端和下端均相通，以保证两个区域之间留有混合液流动空间与通路。
78.上述三个反应器的曝气装置，为污废水与污泥充分接触提供动力，同时为反应器的主体区的微生物提供好氧或厌氧环境，其中o1和o2反应器内的曝气装置是为了提供好氧环境，故而o1和o2反应器内供气为空气，h缺氧水解脱氮流化床反应器内的曝气装置是为了提供缺氧环境，故而h缺氧水解脱氮流化床反应器内供气为氮气，再者，为使曝气装置能够更好地使反应器内的混合液循环流动，是三个反应器的主体区能分为上升区和下降区的一个重要原因，因此曝气装置的曝气头安装在流体上升区内且位于反应器底部。
79.实施例1：
80.本发明有三种不同功能的流态化反应装置构成，包括o1(好氧除碳氨化)流化床反应器、h(缺氧水解脱氮)流化床反应器和o2(好氧硝化)流化床反应器。
81.控制o1好氧除碳氨化流化床反应器实现完全氨化/亚硝化过程，进而营造出h缺氧水解脱氮流化床反应器发生厌氧氨氧化结合自养反硝化脱氮的前提条件以及h缺氧水解脱氮流化床反应器的水力停留时间和污泥停留时间均大于o1和o2反应器的运行工况。
82.o1、h和o2反应器的水力停留时间分别为2.1、7.0、2.9h。向o/h/o系统连续泵入模拟生活废水，模拟生活废水的成分包括由100mg/lch3coona，100mg/l葡萄糖，70mg/l nh4cl，7.5mg/l蛋白胨，7.5mg/lkh2po4，7.5mg/l牛肉膏组成。
83.其中，葡萄糖和ch3coona提供碳源，khpo4和nah2po4提供磷酸缓冲环境和磷源，nh4cl提供氮源，此外，还提供其他必需的微生物微营养物。含有1mg/l cu
2+
和2mg/l zn
2+
的城市模拟污废水由o1好氧除碳氨化流化床反应器进水管进入反应器主体区，在空气的推动下混合液在反应器主体区与微生物进行充分反应，有机物的好氧降解生成co2或co
32-，硝化反应将nh
3-n转化为no
3-，这两类反应均会使得该体系的ph降低，低ph值条件下cu和zn会从污泥中溶出而进入h缺氧水解脱氮流化床反应器。
84.在h缺氧水解脱氮流化床反应器中发生有机物的水解和反硝化反应，有机物的水解过程使得h缺氧水解脱氮流化床反应器体系中的ph降低，但反硝化反应使ph增高，由于o1
好氧除碳氨化流化床反应器实现了对有机物的高效去除，进入h缺氧水解脱氮流化床反应器的cod浓度很低，进而有机物水解过程对ph的降低明显弱于反硝化作用所带来的ph增高效应，因此，h缺氧水解脱氮流化床反应器的ph一直处于7.8～8.5的范围内，有利于cu和zn的沉淀。同时，在缺氧的条件和硫酸根还原菌的作用下，so
42-可能被还原为s
2-，形成硫化物沉淀。
85.经过o1好氧除碳氨化流化床反应器和h缺氧水解脱氮流化床反应器的有机物降解和总氮去除过程后，o2进水的有机物和no
3-浓度均处于较低的水平，使得o2好氧硝化流化床反应器反应器的ph处于7.0～7.2的范围内，o2反应器污泥中的cu和zn浓度明显低于h缺氧水解脱氮流化床反应器。
86.该工艺适用于重金属富集的各反应器最佳运行参数见表2所示。
87.表2o/h/o工艺各反应器的运行参数
[0088][0089]
本工艺对运行过程的ph进行了调控并选出了更优的ph运行条件。
[0090]
随着o1好氧除碳氨化流化床反应器内ph的升高，从图5看出，o1和o2反应器的这两个反应器对cu、zn的富集能力逐渐加强，h缺氧水解脱氮流化床反应器对cu、zn的富集能力基本保持不变，o2反应器对zn的富集能力逐渐降低。其中，o1、h和o2反应器中对锌的最高富集比分别可达934l/g、1294l/g、330l/g；对铜的最高富集比分别可达2251l/g、934l/g、1431l/g。保持h缺氧水解脱氮流化床反应器的ph＝8.5，o2反应器的ph＝7.0，当o1好氧除碳氨化流化床反应器的ph值在4.5～6.5范围时，如图6所示，h缺氧水解脱氮流化床反应器污泥中总cu和总zn的浓度明显高于o1和o2反应器，从而通过工艺调控实现了cu和zn的定向富集。
[0091]
从图7可以看出，高浓度氨氮([nh4cl]＝140mg/l和[nh4cl]＝210mg/l)在o1好氧除碳氨化流化床反应器未发生完全硝化，残余的nh
3-n可作为络合剂与cu、zn发生络合反应，增大了cu和zn在水中的溶解度，另外zn比cu更易被络合剂从污泥中溶出。当nh4cl浓度达到210mg/l时，h缺氧水解脱氮流化床反应器污泥中总cu的含量远远超过了o1和o2反应器总cu的含量。当nh4cl浓度为140mg/l时，h缺氧水解脱氮流化床反应器污泥中总zn的含量比其他几组对照组都要高。其中，o1、h和o2反应器中对锌的最高富集比分别可达634l/g、2672l/g、1624l/g；对铜的最高富集比最高可达1161l/g、3128l/g、166l/g。对于氨氮含量较高的污/废水，本发明工艺能够达到较佳的富集效果。
[0092]
该工艺对于实际城市污水中典型重金属离子(cu、zn、mn、pb)的富集也取得了优异的成效，具体富集比见表3所示。
和[m(scn)n]
(2-n)-络合物通过自流进入到o1好氧除碳氨化流化床反应器中。在o1好氧除碳氨化流化床反应器内，有机物和大部分还原性无机物质如cn-和scn-被氧化成hco
3-、nh
4+
和so
42-，重金属从[m(cn)n]
2-n-和[m(scn)n]
2-n-络合物中释放，以重金属自由离子形式存在，部分形成氢氧化物沉淀。随着含氮有机物在o1好氧除碳氨化流化床反应器中氨化，部分重金属离子与nh
3-n发生络合反应，进入h缺氧水解脱氮流化床反应器。h缺氧水解脱氮流化床反应器中发生的主要反应是反硝化反应，随着n2向大气中释放，氨氮浓度会降低。随着反硝化反应的存在，大量的游离金属离子将会以氢氧化物的形式沉淀。此外，h缺氧水解脱氮流化床反应器几乎处于缺氧状态，由于h缺氧水解脱氮流化床反应器内几乎厌氧的环境，部分so
42-会被还原为s
2-，部分游离重金属离子会与s
2-形成ms沉淀。在o2反应器中发生硝化和氧化反应，剩余的m
2+-络合物(ms和[m(scn)n]
2-n-)中的还原性配体会在o2反应器中被氧化。与此同时，m
2+-还原性配体配合物释放出游离的m
2+
，并与oh-(o2反应器的ph约为7.2-7.5，呈弱碱性)、so
42-和co
32-形成共沉淀，表现出一定程度的富集作用。综合来看，h缺氧水解脱氮流化床反应器污泥相重金属总含量高于a、o1和o2池。
[0102]
在a/o/h/o系统中通过调控四个反应器的污泥停留时间(srt)，使得a/o/h/o系统每一个反应器都能削减水相中的重金属浓度，其中，a，o1，h，o2的srt分别为90-120d,10-15d,150-180d和50-60d，最后a/o/h/o系统中水相重金属的含量大小为：a》o1》h》o2。另外，a，o1，h，o2池污泥中8种重金属的总量范围分别是21.3-774.1mg/kg,1.5-170mg/kg,4.6-2400mg/kg和2.1-130mg/kg。a/o/h/o系统中水相和泥相的重金属浓度差异很大，8种重金属主要富集在a和h缺氧水解脱氮流化床反应器中，同样实现了流化反应装置工艺对重金属的定向调控。
[0103]
综上所述，本发明是一种定向富集重金属的污废水处理流态化反应系统，称之为o/h/o生物工艺污废水处理三污泥系统。该工艺系统包括三个独立的污泥内分离流化床反应器：o1(好氧除碳与氨化)流化床反应器、h(缺氧水解脱氮)流化床反应器和o2(好氧硝化)流化床反应器。o1反应器承担高有机负荷的反应，污泥浓度高，停留时间短，除碳和氨化反应使重金属溶出并转移到下一个反应器，污泥中的重金属含量较低；h反应器的污泥停留时间很长，使得重金属在污泥中得到高倍数富集，加上脱氮功能，能够使与氨形成络合物的重金属离子绝大部分析出，以氢氧化物或其他沉淀物的形态富集到污泥相中；o2反应器主要实现含氮化合物的完全硝化与有机物的彻底矿化反应，污泥中重金属含量较低，三污泥系统实现了局部污泥(o1和o2)风险的最小化。三套反应器之间的污泥独立运行，构成三污泥运行的生物除碳脱氮工艺技术，把重金属富集到h反应器中。
[0104]
本发明工艺中的流化床反应器能够使重金属与络合物和污泥之间的反应充分，并通过三种反应器内部环境的不同以及工艺参数的调控实现对污废水中不同特征重金属的定向与高倍数富集，为工艺中反应器体系中o1和o2的污泥转变到h中的碳源利用与重金属归趋提供了可行条件。
[0105]
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种定向富集重金属的污废水处理流态化反应装置，包括o1好氧除碳氨化流化床反应器、h缺氧水解脱氮流化床反应器和o2好氧硝化流化床反应器；其特征在于：所述o1好氧除碳氨化流化床反应器包括：第一反应器本体、第一进水管(1-1)、第一流体下降区(2-1)、第一流体上升区(3-1)、第一导流板(4-1)、第一三相分离管(5-1)、第一分离沉淀区(6-1)、第一溢流堰(7-1)、第一污泥导流管(8-1)、第一曝气装置(9-1)、第一出水管(10-1)；第一排泥管(11-1)；所述第一导流板(4-1)由两块竖板间隔放置在第一反应器本体内中部，用于第一反应器本体内部分割为第一流体下降区(2-1)、第一流体上升区(3-1)；所述第一分离沉淀区(6-1)为两个，并分布在第一反应器本体两侧；第一分离沉淀区(6-1)由第一分离沉淀区(6-1)和第一溢流堰(7-1)构成；第一溢流堰(7-1)内设有第一三相分离管(5-1)和第一出水管(10-1)；第一分离沉淀区(6-1)由第一三相分离管(5-1)连接的第一污泥导流管(8-1)连通第一反应器本体内部；第一进水管(1-1)连通第一反应器本体内部；第一曝气装置(9-1)位于第一反应器本体底部。2.根据权利要求1所述定向富集重金属的污废水处理流态化反应装置，其特征在于：所述h缺氧水解脱氮流化床反应器包括：第二反应器本体、第二进水管(1-2)、第二流体下降区(2-2)、第二流体上升区(3-2)、第二导流板(4-2)、第二三相分离管(5-2)、第二分离沉淀区(6-2)、第二溢流堰(7-2)、第二污泥导流管(8-2)、第二曝气装置(9-2)、第二出水管(10-2)；第二排泥管(11-2)；所述第二导流板(4-2)由两块竖板间隔放置在第二反应器本体内两侧，用于第二反应器本体内部分割为第二流体下降区(2-2)、第二流体上升区(3-2)；所述第二分离沉淀区(6-2)位于第二反应器本体内部上方；第二分离沉淀区(6-2)由第二分离沉淀区(6-2)和第二溢流堰(7-2)构成；第二溢流堰(7-2)内设有第二三相分离管(5-2)和第二出水管(10-2)；第二分离沉淀区(6-2)由第二三相分离管(5-2)底部的第二污泥导流管(8-2)连通第二反应器本体内部；第二进水管(1-2)连通第二反应器本体内部；第二曝气装置(9-2)位于第二反应器本体底部。3.根据权利要求2所述定向富集重金属的污废水处理流态化反应装置，其特征在于：所述o2好氧硝化流化床反应器包括：第三反应器本体、第三进水管(1-3)、第三流体下降区(2-3)、第三流体上升区(3-3)、第三导流板(4-3)、第三三相分离管(5-3)、第三分离沉淀区(6-3)、第三溢流堰(7-3)、第三污泥导流管(8-3)、第三曝气装置(9-3)、第三出水管(10-3)；第三排泥管(11-3)；所述第三导流板(4-3)由两块竖板间隔放置在第三反应器本体内中部，用于第三反应器本体内部分割为第三流体下降区(2-3)、第三流体上升区(3-3)；所述第三分离沉淀区(6-3)为四个，并分布在第三反应器本体的四周；第三分离沉淀区(6-3)由第三分离沉淀区(6-3)和第三溢流堰(7-3)构成；第三溢流堰(7-3)内设有第三三相分离管(5-3)和第三出水管(10-3)；第三分离沉淀区(6-3)由第三三相分离管(5-3)底部的第三污泥导流管(8-3)连通第三反应器本体内部；第三进水管(1-3)连通第三反应器本体内部；
第三曝气装置(9-3)位于第三反应器本体底部。4.根据权利要求3所述定向富集重金属的污废水处理流态化反应装置，其特征在于：所述o1好氧除碳氨化流化床反应器、h缺氧水解脱氮流化床反应器和o2好氧硝化流化床反应器之间通过管路依次连通，具体是，第二进水管(1-2)连通第一出水管(10-1)，第三进水管(1-3)连通第二出水管(10-2)。5.根据权利要求4所述定向富集重金属的污废水处理流态化反应装置，其特征在于：所述o1好氧除碳氨化流化床反应器的第一进水管(1-1)管口位于第一反应器本体的两侧的中部位置；所述h缺氧水解脱氮流化床反应器的第二进水管(1-2)管口位于第二反应器本体的两侧的底部位置；所述o2好氧硝化流化床反应器的第三进水管(1-3)管口所在位置与第一反应器本体相同；含有重金属的污/废水，先通过第一进水管(1-1)进入o1好氧除碳氨化流化床反应器，与微生物充分反应后的污/废水由第一三相分离管(5-1)进入到第一分离沉淀区(6-1)内，再进行泥水分离，最后，被初步处理的污/废水通过第一溢流堰(7-1)依次流入h缺氧水解脱氮流化床反应器；在h缺氧水解脱氮流化床反应器使得金属在污泥中得到倍数富集，在脱氮的作用下，使与氨分子形成络合物的重金属离子部分析出，以氢氧化物的形态转移到污泥相中；在o2反应器中实现硝化/矿化反应，实现污/废水中重金属向h缺氧水解脱氮流化床反应器定向富集的调控。6.根据权利要求5所述定向富集重金属的污废水处理流态化反应装置，其特征在于：所述o1好氧除碳氨化流化床反应器、h缺氧水解脱氮流化床反应器和o2好氧硝化流化床反应器的底部均设置有呈40
°
～45
°
的导流斜板12。

技术总结
本发明公开了一种定向富集重金属的污废水处理流态化反应装置；包括O1好氧除碳氨化流化床反应器、H缺氧水解脱氮流化床反应器和O2好氧硝化流化床反应器；含有重金属的污/废水，先通过第一进水管进入O1好氧除碳氨化流化床反应器，与微生物充分反应后的污/废水由第一三相分离管进入到第一分离沉淀区内，再进行泥水分离，最后，被初步处理的污/废水通过第一溢流堰依次流入H缺氧水解脱氮流化床反应器；在H缺氧水解脱氮流化床反应器使得金属在污泥中得到倍数富集，在脱氮的作用下，使与氨分子形成络合物的重金属离子部分析出，以氢氧化物的形态转移到污泥相中；在O2反应器中实现硝化/矿化反应，实现污/废水中重金属向H缺氧水解脱氮流化床反应器定向富集的调控。氮流化床反应器定向富集的调控。氮流化床反应器定向富集的调控。


技术研发人员：韦朝海 成晓倩 韦聪 柯雄 韦庚锐 吴海珍 邱光磊 胡芸
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/8/4