CN104628132B - 基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置及工艺方法 - Google Patents
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Abstract
基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置及工艺方法，属于水污染控制技术领域。包括反应器主体、进水系统、出水系统、污泥排除系统、曝气和限氧系统；反应器主体为同心圆柱形，内环为好氧反应区，外环为中间沉淀区和自养反硝化区，外环中间沉淀区和自养反硝化区的内边壁即为内环好氧反应区的外边壁；好氧反应区内设置多孔载体承托板，其上填充有机生物膜载体；自养反硝化区内设置多孔载体承托板，其上填充微电解载体。本发明在污水碳氮比较低时，无需额外投加有机碳源，与传统的基于异养反硝化的脱氮工艺相比，可以更好的控制出水中的有机物浓度，同时可节约因投加有机碳源所产生的运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置及工艺方法，属于水污染控制技术领域。
背景技术
氮污染物是引起水体富营养化的重要原因之一，氮污染控制是目前我国乃至世界范围内亟需解决的一个水环境问题。
生活污水、受污染的地表水等污染水体中的氮污染物以氨氮、硝酸盐为主，常规生物脱氮处理方法的基本原理是：氨氮在氨氧化菌(AOB)的作用下被氧化为亚硝酸盐，进而在亚硝酸盐氧化菌(NOB)的作用下被氧化为硝酸盐；硝酸盐在反硝化菌的作用下被还原为氮气排出水体，从而彻底脱氮。通常，在水处理工艺中利用异养反硝化作用，即需要以有机物为电子供体，给微生物生长提供碳源和能源。然而，对于碳氮比(COD/N)较低的污水、废水和受污染自然水体，则需要通过额外投加有机物(如投加乙酸钠、甲醇等，或配比一定量含有较高浓度有机污染物的污水)促进异养反硝化过程，由于污水处理过程受到多种复杂因素的综合影响，有机碳源的投加量不易控制，容易导致出水中存在有机物残留等问题，此外，运行成本也会因此增加。
与异养反硝化菌有所不同，自养反硝化菌能够以氢、硫等无机物为电子供体，并以无机碳(CO2或HCO3 -)为碳源，完成硝酸盐到氮气的转化。基于自养反硝化过程的脱氮工艺，无需投加有机碳源且污泥产生量较少，具有良好的应用前景，然而，目前却较少得以开发和应用。其关键问题之一是自养反硝化菌的电子供体来源，若投加氢气、硫化物等，控制不当则会引入新的问题(如氢气易燃易爆、硫化物引入污染等)。利用微电解载体自身产生的电子传递，为自养反硝化菌提供电子供体，进而实现脱氮的水处理工艺鲜有报道。此外，在实际污染水体中必然还会存在一定浓度的有机物，从工艺原理、设备结构、控制要素等多重角度出发，开发同时去除氨氮、硝酸盐和有机物的一体化反应装置及工艺方法，具有良好应用前景和重要实际意义。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于开发一种控制效果好、占地面积小的基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置及工艺方法，利用有机生物膜载体上富集的好氧微生物完成有机物氧化、氨氧化和亚硝酸盐氧化过程，利用微电解载体上富集的自养反硝化微生物进一步将硝酸盐转化为氮气，从而在无需投加有机物或氢气等外源物质的条件下，实现污染水体中氨氮、硝酸盐和有机物的同时、有效去除。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
基于自养反硝化的一体化脱氮反应工艺方法，包括以下步骤；
污水由进水系统先后进入好氧反应区、中间沉淀区和自养反硝化区，首先实现有机物、氨氮和亚硝酸盐的氧化过程，进而实现好氧污泥的沉淀、回流过程和硝酸盐还原生成氮气的转化过程，最终由出水系统排出。
好氧反应区内以悬浮形式填充有机生物膜载体，通过活性污泥接种并培养挂膜，在有机生物膜载体上富集具有有机物氧化、氨氧化和亚硝酸盐氧化功能的异养好氧微生物、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌等微生物，利用微生物作用将进水中的有机物分解为二氧化碳，并将氨氮氧化为硝酸盐。
中间沉淀区设置导流档板和回流缝，利用导流挡板降低水流流速使好氧反应区生成并流出的过剩污泥沉淀和排出，利用回流缝由沉淀区向好氧反应区回流污泥。
自养反硝化反应区内以固定床形式填充微电解载体，通过活性污泥接种并培养挂膜，在微电解载体上富集自养反硝化菌，利用载体的微电解反应产生电子传递，为自养反硝化菌的反硝化过程提供电子，还原硝酸盐至氮气，实现水中氮污染物的彻底去除。
好氧反应区内的有机生物膜载体可由聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及其改性材料、聚氨酯(PU)等高分子有机材料制成多孔且易于挂膜的球状、块状等多种形状。
好氧反应区内设置曝气系统，为有机生物膜载体上富集的微生物提供充足的氧气。好氧反应区内设置出水隔板，以截留有机生物膜载体。
自养反硝化区内的微电解载体可由铁粉和碳粉混合后，烧制并定型成球状、块状等形状。自养反硝化区内的微电解载体上，除自养反硝化菌外，还可富集异养反硝化菌、异养好氧菌、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌等其他种类微生物，与自养反硝化菌协同作用实现氮污染物和有机污染物的共同去除。
自养反硝化反应区包含反应段和出水段。自养反硝化反应区的反应段内设置限氧系统，为微电解载体上富集的微生物提供限氧条件。限氧系统由溶解氧探头监测溶解氧浓度，当溶解氧浓度过高时，由自动控制系统调节曝气量，以保障自养反硝化反应段的溶解氧浓度在3mg/L以下。自养反硝化反应区的出水段内设置曝气系统，进一步去除残留的氨氮及有机物。
基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置，包括反应器主体、进水系统、出水系统、污泥排除系统、曝气和限氧系统；
反应器主体为同心圆柱形，内环为好氧反应区，外环为中间沉淀区和自养反硝化区，外环中间沉淀区和自养反硝化区的内边壁即为内环好氧反应区的外边壁；
好氧反应区内设置多孔载体承托板，其上填充有机生物膜载体，好氧反应区和中间沉淀区之间顶部设置第一出水堰，底部设置回流缝；中间沉淀区和自养反硝化区之间设置导流挡板，顶部设置第二出水堰；自养反硝化区内设置多孔载体承托板，其上填充微电解载体；
进水系统包括进水泵、进水管路、进水阀门和布水系统；进水泵、进水阀门设置于反应器主体之外，并由进水管路连接至布水系统；布水系统设置于反应器主体内的好氧反应区底部，位于好氧反应区曝气头之上，多孔载体承托板之下；
出水系统包括最终出水堰和出水管路；最终出水堰设置于反应器主体的自养反硝化区出水段顶部，并与设置于反应器主体之外的出水管路相连接；
污泥排除系统包括污泥漏斗、排泥阀门和排泥管路；污泥漏斗设置于反应器主体的中间沉淀区底部，呈倒梯形，并通过排泥阀门与设置于反应器主体之外的排泥管路相连接；
曝气及限氧系统包括好氧反应区曝气系统、自养反硝化区反应段限氧系统及自养反硝化区出水段曝气系统；好氧反应区曝气系统包括好氧区曝气头、好氧区曝气管路、好氧区曝气阀门和好氧区空气压缩机；好氧区曝气头设置于好氧反应区底部，位于布水系统之下，通过好氧区曝气管路和好氧区曝气阀门与位于反应器主体之外的好氧区空气压缩机相连接；自养反硝化区反应段限氧系统包括微曝气头、限氧段曝气管路、可调节阀门、限氧段空气压缩机、溶解氧监测探头和曝气自动控制装置；
微曝气头设置于自养反硝化区反应段底部，位于多孔载体承托板之下，通过限氧段曝气管路和可调节阀门与位于反应器主体之外的限氧段空气压缩机相连接；
曝气自动控制装置与位于自养反硝化区内的溶解氧监测探头和限氧段空气压缩机相连接，自养反硝化区出水段曝气系统包括出水段曝气头、出水段曝气管路、出水段曝气阀门和出水段空气压缩机；出水段曝气头设置于自养反硝化区出水段底部，位于多孔载体承托板之下，通过出水段曝气管路和出水段曝气阀门与位于反应器主体之外的出水段空气压缩机相连接。
从有效保证出水水质和节约占地成本的角度出发，为实现基于自养反硝化的一体化脱氮工艺，本发明同时提供了基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)、基于自养反硝化开发的脱氮工艺及反应装置，在污水碳氮比较低(即有机物不足)时，无需额外投加有机碳源，与传统的基于异养反硝化的脱氮工艺相比，可以更好的控制出水中的有机物浓度，同时可节约因投加有机碳源所产生的运行成本。
(2)、与异养微生物相比，自养微生物的增殖速率较低，且本发明中采用载体挂膜的微生物富集形式，产生的剩余污泥量与传统的脱氮工艺(如前置反硝化工艺)相比较少，减轻了后续污泥处理负担。
(3)、对自养反硝化区采用了限氧系统，利用曝气自动控制装置，能够精确控制反应系统内不同区域的溶解氧浓度，将自养反硝化区的反应段溶解氧浓度控制在3mg/L以下，可增强反硝化微生物的竞争能力，更加高效地实现硝酸盐至氮气的转化，将自养反硝化区的出水段溶解氧浓度控制在3～5mg/L，将出水中可能残留的有机物和氨氮进一步去除，可大幅提高出水水质。
(4)、采用同心圆柱形的一体化反应装置，可节约占地，地下型建设更利于反应装置保温。特别地，通过进出水系统与隔板的设计，在好氧反应区形成竖向升流式水流，在中间沉淀区和自养反硝化区形成环形推流式水流，更利于曝气及限氧系统的分区域和分阶段控制，以满足有机物氧化分解、氨氮氧化、硝酸盐缺氧反硝化等不同阶段对氧气的不同需求。
(5)、在自养反硝化区内以固定床形式填充微电解载体，微生物挂膜生长后，可实现水力停留时间与污泥停留时间的分离，增强了对反硝化工艺的效果控制。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：
图1为基于自养反硝化的一体化脱氮工艺流程及原理图；
图2为基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置外观结构图；
图3为基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置平面图；
图4为基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置剖面A-A图；
图5为基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置剖面B-B图；
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
具体实施方式
显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
实施例1：如图1、图2、图3、图4和图5所示，基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置，包括反应器主体、进水系统、出水系统、污泥排除系统、曝气和限氧系统。
反应器主体为同心圆柱形，内环为好氧反应区1，外环为中间沉淀区2和自养反硝化区3，可为地下型、半地下型或地上型。内环好氧反应区1的高径比可为1：0.5～1：10，具体尺寸根据处理水量和土地面积设计确定。外环中间沉淀区2和自养反硝化区3的内边壁即为内环好氧反应区1的外边壁，高度比内环好氧反应区1略高，外径可为内环好氧反应区1直径的1.5～5倍，具体尺寸根据处理水量和水质特征如进水碳氮比设计确定。中间沉淀区2和自养反硝化区3的容积比可为1：10～1：3，具体尺寸根据处理水量和水质特征设计确定。自养反硝化区分3为自养反硝化区反应段3a与自养反硝化区出水段3b，容积比可为10：1～5：1，具体尺寸根据处理水量和水质特征设计确定。
好氧反应区1内设置多孔载体承托板14，其上填充有机生物膜载体4，好氧反应区1和中间沉淀区2之间顶部设置第一出水堰6，底部设置回流缝7。中间沉淀区2和自养反硝化区3之间设置导流挡板8，顶部设置第二出水堰9。自养反硝化区3内设置多孔载体承托板14，其上填充微电解载体5。
进水系统包括进水泵10、进水管路11、进水阀门12和布水系统13。进水泵10、进水阀门12设置于反应器主体之外，并由进水管路11连接至布水系统13。布水系统13设置于反应器主体内的好氧反应区1底部，位于好氧区曝气头15之上、多孔载体承托板14之下，根据好氧反应区1规模可采用单点布水、多点布水或穿孔管布水等形式。
出水系统包括最终出水堰29和出水管路30。最终出水堰29设置于反应器主体的自养反硝化区出水段3b顶部，并与设置于反应器主体之外的出水管路30相连接。
污泥排除系统包括污泥漏斗31、排泥阀门32和排泥管路33。污泥漏斗31设置于反应器主体的中间沉淀区2底部，呈倒梯形，并通过排泥阀门32与设置于反应器主体之外的排泥管路33相连接。
曝气及限氧系统包括好氧反应区曝气系统、自养反硝化区反应段限氧系统及自养反硝化区出水段曝气系统。好氧反应区曝气系统包括好氧区曝气头15、好氧区曝气管路16、好氧区曝气阀门17和好氧区空气压缩机18。好氧区曝气头15设置于好氧反应区1底部，位于布水系统13之下，通过好氧区曝气管路16和好氧区曝气阀门17与位于反应器主体之外的好氧区空气压缩机18相连接。自养反硝化区反应段限氧系统包括微曝气头19、限氧段曝气管路20、可调节阀门21、限氧段空气压缩机22、溶解氧监测探头23和曝气自动控制装置24。
微曝气头19设置于自养反硝化区反应段3a底部，位于多孔载体承托板14之下，通过限氧段曝气管路20和可调节阀门21与位于反应器主体之外的限氧段空气压缩机22相连接。
曝气自动控制装置24与位于自养反硝化区3内的溶解氧监测探头23和限氧段空气压缩机22相连接，通过调节限氧段空气压缩机22曝气压力和流量,控制自养反硝化区3的反应段内溶解氧低于3mg/L。自养反硝化区出水段曝气系统包括出水段曝气头25、出水段曝气管路26、出水段曝气阀门27和出水段空气压缩机28。出水段曝气头25设置于自养反硝化区出水段3b底部，位于多孔载体承托板14之下，通过出水段曝气管路26和出水段曝气阀门27与位于反应器主体之外的出水段空气压缩机28相连接。
实施例2：如图1、图2、图3、图4和图5所示，基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置，包括进水系统、好氧反应区、中间沉淀区、自养反硝化反应区、出水系统、曝气及限氧系统。
污水由进水系统首先进入好氧反应区，在好氧反应区内利用有机生物膜载体上富集的具有有机物氧化、氨氧化和亚硝酸盐氧化功能的异养好氧微生物、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌等微生物，将进水中的有机物分解为二氧化碳，并将氨氮氧化为硝酸盐。好氧反应区的出水进入中间沉淀区，发生污泥的沉淀、沉淀污泥向好氧反应区回流和剩余污泥的排出。中间沉淀区的出水进入自养反硝化区，利用在微电解载体上富集的自养反硝化菌和载体微电解反应产生的电子传递，为自养反硝化菌的反硝化过程提供电子，还原硝酸盐至氮气，实现水中氮污染物的彻底去除。自养反硝化区的出水由出水系统排出。好氧反应区和自养反硝化区分别由曝气及限氧系统提供并控制微生物反应所需的氧气，在好氧反应区内提供充足氧气，在自养反硝化反应区的反应段提供限氧条件保证溶解氧浓度低于3mg/L，在自养反硝化反应区的出水段进一步提供氧气保证溶解氧浓度在3-5mg/L，从而有效保障出水水质。
图2、图3、图4和图5分别为基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置外观结构图、平面图和剖面图。该装置包括反应器主体、进水系统、出水系统、污泥排除系统、曝气和限氧系统。
以处理某地区低碳氮比生活污水为例，设计处理污水量25m3/d，污水中氨氮浓度40～50mg/L,COD浓度80～100mg/L，本发明具体实施如下：
反应器主体为同心圆柱形，内环为好氧反应区1，外环为中间沉淀区2和自养反硝化区3，反应器主体为半地下型，钢筋混凝土建造。外径3.6m，占地面积10.2m2。反应器总高度1.8m，地上0.8m，地下1m，其中有效水深1.5m。内环好氧反应区1的高径比为3：2，内环好氧反应区1的外边壁内侧直径1.2m，壁厚0.4m，外侧直径1.6m。外环中间沉淀区2和自养反硝化区3的内边壁即为内环好氧反应区1的外边壁。外环中间沉淀区2和自养反硝化区3的外边壁内侧直径3m，为内环好氧反应区1外边壁内侧直径的2.5倍，外环中间沉淀区2和自养反硝化区3的外边壁壁厚0.6m，外侧直径3.6m。中间沉淀区2和自养反硝化区3的容积比为1：8。自养自养反硝化区分3为自养反硝化区反应段3a与自养反硝化区出水段3b，容积比为10：1。
好氧反应区1内设置多孔载体承托板14，可由金属或其他材料制成，其上填充有机生物膜载体4，可由聚氨酯PU等高分子有机材料制成多孔且易于挂膜的球状。好氧反应区1底部设置并连接进水系统，包括进水泵10、进水管路11、进水阀门12和布水系统13。布水系统13设置于反应器主体内的好氧反应区1底部，位于好氧区曝气头15之上、多孔载体承托板14之下，根据好氧反应区1规模采用单点布水形式。进水泵10、进水阀门12设置于反应器主体之外，并由进水管路11连接至布水系统13。好氧反应区1底部还设置并连接曝气系统，包括好氧区曝气头15、好氧区曝气管路16、好氧区曝气阀门17和好氧区空气压缩机18。好氧区曝气头15设置于好氧反应区1底部，位于布水系统13之下，通过好氧区曝气管路16和好氧区曝气阀门17与位于反应器主体之外的好氧区空气压缩机18相连接，为好氧反应区1内微生物反应提供充足氧气。进水由布水系统13进入好氧反应区1底部，并通过水流压力作用和好氧区曝气头15的曝气作用，在好氧反应区1内形成竖向升流水流，通过有机生物膜载体4，与其上富集的具有有机物氧化、氨氧化和亚硝酸盐氧化功能的异养好氧微生物、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌等微生物发生反应，使有机物分解为二氧化碳，并使氨氮氧化为硝酸盐。
好氧反应区1和中间沉淀区2之间顶部设置第一出水堰6，出水堰宽度为好氧反应区1和中间沉淀区2相邻宽度的1/3。好氧反应区1和中间沉淀区2之间底部设置回流缝7，使得沉淀污泥由中间沉淀区2向好氧反应区1回流。中间沉淀区2底部设置并连接污泥排除系统，包括污泥漏斗31、排泥阀门32和排泥管路33。污泥漏斗31设置于反应器主体的中间沉淀区2底部，呈倒梯形，并通过排泥阀门32与设置于反应器主体之外的排泥管路33相连接。聚集于污泥漏斗31内的剩余污泥，经排泥阀门32和排泥管路33排除至反应器主体之外。中间沉淀区2和自养反硝化区3之间设置导流挡板8，顶部设置第二出水堰9，水流自中间沉淀区2经过导流挡板8和第二出水堰9向自养反硝化区3流动。
自养反硝化区3内设置多孔载体承托板14，可由金属或其他材料制成，其上填充微电解载体5，由铁粉和碳粉按照1:1的比例混合后，烧制并定型成块状。自养反硝化区3分为自养反硝化区反应段3a和自养反硝化区出水段3b，底部分别设置反应段限氧系统和出水段曝气系统。其中反应段限氧系统包括微曝气头19、限氧段曝气管路20、可调节阀门21、限氧段空气压缩机22、溶解氧监测探头23和曝气自动控制装置24。微曝气头19设置于自养反硝化区反应段3a底部，位于多孔载体承托板14之下，通过限氧段曝气管路20和可调节阀门21与位于反应器主体之外的限氧段空气压缩机22相连接。曝气自动控制装置24与位于自养反硝化区3内的溶解氧监测探头23和限氧段空气压缩机22相连接，通过调节限氧段空气压缩机22曝气压力和流量,控制自养反硝化区3的反应段内溶解氧低于3mg/L，为自养反硝化区反应段3a内微生物缺氧反应提供微氧条件。出水段曝气系统包括出水段曝气头25、出水段曝气管路26、出水段曝气阀门27和出水段空气压缩机28。出水段曝气头25设置于自养反硝化区出水段3b底部，位于多孔载体承托板14之下，通过出水段曝气管路26和出水段曝气阀门27与位于反应器主体之外的出水段空气压缩机28相连接，为自养反硝化区出水段3b内微生物反应提供充足氧气，保证出水溶解氧浓度大于3mg/L。水流由中间沉淀区2进入自养反硝化区3后，在反应器主体的环形结构导流作用下，在自养反硝化区3内形成环形推流，通过微电解载体5，利用其上富集的自养反硝化菌和载体微电解反应产生的电子传递，还原硝酸盐至氮气，实现水中氮污染物的彻底去除，并通过出水段的进一步曝气深度去除残留的有机物和可能存在的氨氮。
自养反硝化区出水段3b顶部设施出水系统，包括最终出水堰29和出水管路30。处理之后的水流经设置于反应器主体自养反硝化区出水段3b的最终出水堰29流出，并进入设置于反应器主体之外的出水管路30，排出反应器主体。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置，其特征在于包括反应器主体、进水系统、出水系统、污泥排除系统、曝气和限氧系统；
反应器主体为同心圆柱形，内环为好氧反应区，外环为中间沉淀区和自养反硝化区，外环中间沉淀区和自养反硝化区的内边壁即为内环好氧反应区的外边壁；
好氧反应区内设置多孔载体承托板，其上填充有机生物膜载体，好氧反应区和中间沉淀区之间顶部设置第一出水堰，底部设置回流缝；中间沉淀区和自养反硝化区之间设置导流挡板，顶部设置第二出水堰；自养反硝化区内设置多孔载体承托板，其上填充微电解载体；
进水系统包括进水泵、进水管路、进水阀门和布水系统；进水泵、进水阀门设置于反应器主体之外，并由进水管路连接至布水系统；布水系统设置于反应器主体内的好氧反应区底部，位于好氧反应区曝气头之上，多孔载体承托板之下；
出水系统包括最终出水堰和出水管路；最终出水堰设置于反应器主体的自养反硝化区出水段顶部，并与设置于反应器主体之外的出水管路相连接；
污泥排除系统包括污泥漏斗、排泥阀门和排泥管路；污泥漏斗设置于反应器主体的中间沉淀区底部，呈倒梯形，并通过排泥阀门与设置于反应器主体之外的排泥管路相连接；
曝气和限氧系统包括好氧反应区曝气系统、自养反硝化区反应段限氧系统及自养反硝化区出水段曝气系统；好氧反应区曝气系统包括好氧反应区曝气头、好氧反应区曝气管路、好氧反应区曝气阀门和好氧反应区空气压缩机；好氧反应区曝气头设置于好氧反应区底部，位于布水系统之下，通过好氧反应区曝气管路和好氧反应区曝气阀门与位于反应器主体之外的好氧反应区空气压缩机相连接；自养反硝化区反应段限氧系统包括微曝气头、限氧段曝气管路、可调节阀门、限氧段空气压缩机、溶解氧监测探头和曝气自动控制装置；
微曝气头设置于自养反硝化区反应段底部，位于多孔载体承托板之下，通过限氧段曝气管路和可调节阀门与位于反应器主体之外的限氧段空气压缩机相连接；
曝气自动控制装置与位于自养反硝化区内的溶解氧监测探头和限氧段空气压缩机相连接，自养反硝化区出水段曝气系统包括出水段曝气头、出水段曝气管路、出水段曝气阀门和出水段空气压缩机；出水段曝气头设置于自养反硝化区出水段底部，位于多孔载体承托板之下，通过出水段曝气管路和出水段曝气阀门与位于反应器主体之外的出水段空气压缩机相连接。
2.根据权利要求1所述的基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置，其特征在于内环好氧反应区的高径比为1：0.5～1：10。
3.根据权利要求1所述的基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置，其特征在于外环中间沉淀区和自养反硝化区的内边壁即为内环好氧反应区的外边壁，高度比内环好氧反应区高，外径为内环好氧反应区直径的1.5～5倍。
4.根据权利要求1所述的基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置，其特征在于中间沉淀区和自养反硝化区的容积比为1：10～1：3。
5.根据权利要求1所述的基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置，其特征在于通过调节限氧段空气压缩机曝气压力和流量,控制自养反硝化区的反应段内溶解氧低于3mg/L。
6.根据权利要求1所述的基于自养反硝化的一体化脱氮反应装置，其特征在于自养反硝化区分为自养反硝化区反应段与自养反硝化区出水段，容积比为10：1～5：1。
7.基于自养反硝化的一体化脱氮反应工艺方法，其特征在于包括以下步骤；
污水由进水系统先后进入好氧反应区、中间沉淀区和自养反硝化区，首先实现有机物、氨氮和亚硝酸盐的氧化过程，进而实现好氧污泥的沉淀、回流过程和硝酸盐还原生成氮气的转化过程，最终由出水系统排出；
好氧反应区内以悬浮形式填充有机生物膜载体，通过活性污泥接种并培养挂膜，在有机生物膜载体上富集具有有机物氧化、氨氧化和亚硝酸盐氧化功能的异养好氧微生物、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌，利用微生物作用将进水中的有机物分解为二氧化碳，并将氨氮氧化为硝酸盐；
中间沉淀区设置导流档板和回流缝，利用导流挡板降低水流流速使好氧反应区生成并流出的过剩污泥沉淀和排出，利用回流缝由沉淀区向好氧反应区回流污泥；
自养反硝化区内以固定床形式填充微电解载体，通过活性污泥接种并培养挂膜，在微电解载体上富集自养反硝化菌，利用载体的微电解反应产生电子传递，为自养反硝化菌的反硝化过程提供电子，还原硝酸盐至氮气，实现水中氮污染物的彻底去除；
好氧反应区内的有机生物膜载体由聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及其改性材料、聚氨酯(PU)制成多孔且易于挂膜的球状、块状；
好氧反应区内设置曝气系统，为有机生物膜载体上富集的微生物提供充足的氧气；好氧反应区内设置出水隔板，以截留有机生物膜载体；
自养反硝化区内的微电解载体由铁粉和碳粉混合后，烧制并定型成球状、块状；自养反硝化区内的微电解载体上，除自养反硝化菌外，还富集异养反硝化菌、异养好氧菌、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌，与自养反硝化菌协同作用实现氮污染物和有机污染物的共同去除。
8.根据权利要求7所述的基于自养反硝化的一体化脱氮反应工艺方法，其特征在于包括以下步骤；自养反硝化区包含反应段和出水段；自养反硝化区的反应段内设置限氧系统，为微电解载体上富集的微生物提供限氧条件；限氧系统由溶解氧探头监测溶解氧浓度，当溶解氧浓度过高时，由自动控制系统调节曝气量，以保障自养反硝化反应段的溶解氧浓度在3mg/L以下；自养反硝化区的出水段内设置曝气系统，进一步去除残留的氨氮及有机物。
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