CN102145940B - 一种快速增殖厌氧氨氧化菌的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种快速增殖厌氧氨氧化菌的装置及方法，属于废水生物处理技术领域。该装置设有塔式反应器、沉淀池、机械搅拌装置、温度控制装置、回流系统，塔式反应器和沉淀池均为密闭反应器。塔式反应器中水温由温度控制装置在线自动调控，出水溢流至沉淀池；沉淀池中有刮泥装置，并靠回流系统将沉淀池中富集的细菌回流至塔式反应器。所述方法包括：控制塔式反应器内温度为30-35℃、pH7.5-8、无溶解氧，利用搅拌装置将进水中的污染物快速分散，污染物与呈分散流化状态的污泥充分接触。运行培养过程中保持厌氧氨氧化菌的高度流化状态，控制沉淀池中污泥层高度在三分之一锥体以下。本发明使厌氧氨氧化菌快速增殖，提高厌氧氨氧化技术的推广。

Description

一种快速增殖厌氧氨氧化菌的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种快速增殖厌氧氨氧化菌的装置及方法，属于废水生物处理技术领域。

背景技术

随着近年来富营养化现象在世界水环境中的肆虐，如何有效地去除水体中的氮素越来越受到学者的关注。相对于物理和化学法，目前国内外主要采用生物脱氮技术，而应用较广泛的硝化-反硝化两段式生物脱氮工艺主要有两个缺点。首先是能耗大，氨氮硝化需要外加能源供给氧气；其次，反硝化反应需要碳源作为电子供体，而实际运行中往往因为污水中碳源不足而需另外投加甲醇等有机碳源。

随着研究的深入，一些高效低能耗的生物脱氮技术，如短程硝化-反硝化工艺、ANAMMOX工艺、SHARON工艺、CANON工艺等，逐渐被人们认识并应用。厌氧氨氧化工艺是厌氧氨氧化菌在厌氧条件下以氨氮为电子供体，亚硝酸盐为电子受体进行生物脱氮过程，能高效完全的去除含氮废水中的氨污染物。ANAMMOX技术缩短了脱氮途径，除具有节省能量、降低剩余污泥产量、节约投资成本和运行费用的优势外，还具有明显的低碳和可持续性的特点。

厌氧氨氧化菌为革兰氏阴性光损性球状菌，其生长速度缓慢，倍增时间长，最快倍增时间大约为11天，对环境条件要求较为严格，避光，特别要求生活环境为严格的厌氧环境。正由于上述特性，导致目前世界上对厌氧氨氧化的研究仍停滞于实验室研究阶段。

制约厌氧氨氧化工艺应用的最大因素就是厌氧氨氧化菌生长缓慢，倍增时间太长。如2002年在荷兰鹿特丹Dokhaven市政污水厂建设的世界上第一座ANAMMOX反应器的启动时间长达3年半，最主要的原因就是完全依靠系统自我富集ANAMMOX细菌而增殖缓慢所致。而且，由于厌氧氨氧化菌要求严格厌氧，目前已见报道的国内外厌氧氨氧化实验装置大多采用UASB(升流式厌氧污泥床)反应器、生物转盘等固定生长活性污泥法工艺，厌氧氨氧化菌通常以颗粒污泥状态或附着固定状态存在。虽然颗粒或固着状态可以在单位体积内维持较高的生物量以提高反应器的抗冲击负荷能力，但同时存在着传质困难和产生的氮气难于导出的问题，尤其是随着颗粒变大和生物膜变厚，这个问题更加突出，不但影响处理效果，也导致ANAMMOX菌增殖缓慢。

现阶段针对ANAMMOX菌的研究主要集中于机理和工艺方面的研究，而对如何能够快速增殖ANAMMOX菌的方法及其反应装置方面的研究较少。

发明内容

针对现有ANAMMOX菌培养技术中存在的菌种培养缓慢的问题，本发明的目的是提供一种能够快速增殖厌氧氨氧化菌的装置及工艺。

该装置设有塔式反应器和沉淀池两部分。塔式反应器配有进水泵、搅拌装置、温度控制装置，进水口在反应器底部，出水溢流口设置在上部；沉淀池中设有减速搅拌刮泥装置和竖流导水沉淀管，沉淀池底部设有回流口和污泥排放口。塔式反应器和沉淀池均为密闭反应器，塔式反应器中水温由温度控制装置在线自动调控，出水溢流至沉淀池；沉淀池中有刮泥装置，并靠回流系统将沉淀池中富集的细菌回流至塔式反应器。

所述的塔式反应器主体为圆柱形U-PVC材质制成，径高比为1∶4。顶部密封盖为无色透明有机玻璃制成，由不锈钢螺丝通过密封垫圈与塔式反应器连接。搅拌装置设置在塔式反应器的正中心，并将其固定在密封盖上，搅拌杆的底部和中部各设置一片搅拌浆。塔式反应器中水温由温度控制装置在线自动调控，热传感器由反应塔顶部插入水中，并将信号传回温控装置进行自动加热。进水通过进水泵由底部进水口泵入，由上部的溢流口自动溢流至沉淀池，塔式反应器底部中心处设有排泥口，塔体中部不同高度处设有两个取样口。

沉淀池有效容积为塔式反应器的八分之一，柱体和锥体的高度比为1∶1，沉淀池主体通过支架与底座相连。减速搅拌刮泥装置安装在密封盖正中心，搅拌杆穿过竖流导水沉淀管深入椎体底部，刮泥板由橡胶片制成，安装高度为刮泥板恰与锥体壁面接触。沉淀池依靠溢流出水，回流口和排泥口设置在锥体底部，出口方向相反。

利用上述装置实现厌氧氨氧化菌快速增殖的方法，包括以下步骤：

(1)控制塔式反应器内温度为30-35℃、pH7.5-8、无溶解氧，底部进水上端出水，避免进水基质出现短流现象；利用搅拌装置将进水中的污染物快速分散均匀，使污染物能与呈分散流化状态的污泥充分接触，提高传质效率。

(2)运行培养过程中，利用高强度的搅拌速度保持塔式反应器内厌氧氨氧化菌的高度流化状态，控制塔式反应器中的污泥层为总高度的五分之四左右，减少厌氧氨氧化菌的溢出。以小粒径状态存在而不形成颗粒污泥，充分提高厌氧氨氧化菌与基质的接触面积，提高传质效率和反应速率。

(3)在出水基质达到要求后，则提高进水基质浓度，控制塔式反应器中的厌氧氨氧化菌始终保持在较高的污泥负荷，使厌氧氨氧化菌处于代谢过程的对数生长期，实现高反应速率和反应效率。

(4)沉淀池的回流污泥的回流比为0.05-0.2，控制沉淀池中污泥层高度在三分之一沉淀池锥体高度处以下。

发明的效果和益处

(1)用搅拌装置实现快速搅拌，可以使塔式反应器中的微生物呈高度的流化分散状态而不是堆积在底部，使充分与污染物接触，同时高强度的搅拌使污泥的粒径较小，提高了细菌与基质的接触面积，起到强化传质的作用，同时也有利于反应产生的氮气从液相中溢出从而促进反应向产气的方向进行；

(2)较高的径高比可以控制塔式反应器中的污泥层为总高度的五分之四左右，溢出的菌量较少，维持反应塔中较高的细菌量进行厌氧氨氧化反应，同时较高的径高比还可以避免进水中污染物的短流，较高的水压也可以提高反应产生氮气的排出速度，促进反应进行，保证出水处理效果；

(3)连续进出水方式和污泥回流有效的降低塔式反应器中的进水基质浓度，提高了反应装置抗冲击负荷能力；

(4)通过强化传质效果和及时排出产生的气体，可以有效提高厌氧氨氧化菌的反应速率和污泥负荷，保持厌氧氨氧化菌的高反应活性，使其处于代谢过程中的对数生长期，实现厌氧氨氧化菌的快速增殖；

(5)装备结构简单，便于操作控制，造价低廉，培养方法简单易行，效果明显。

附图说明

附图是快速增值厌氧氨氧化菌装置的结构示意图。

图中：1塔式反应器；2沉淀池；3进水泵；4进水口；5搅拌装置；6温控装置；7出水溢流口；8取样口；9排泥口；10密封垫圈；11回流液进水口；12减速搅拌刮泥装置；13沉淀池进水口；14沉淀池导水管；15回流液口；16排泥口；17出水口。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细说明本发明装置和方法的具体实施例。

实施例：

本实施例的装置结构如图1所示，由塔式反应器1和沉淀池2两部分组成。塔式反应器配有进水泵3、搅拌装置5、温控装置6，进水口4设置在反应器底部，出水溢流口7设置在上部；沉淀池中设有减速搅拌刮泥装置12和竖流导水沉淀管14，沉淀池底部设有回流口15和污泥排放口16。塔式反应器1为圆柱形U-PVC材质制成，径高比为1∶4。顶部密封盖为无色透明有机玻璃制成，由不锈钢螺丝通过密封垫圈10与塔式反应器1连接。搅拌装置5设置在塔式反应器1的正中心，并将其固定在密封盖上，搅拌杆的底部和中部各设置一片搅拌浆。塔式反应器1中水温由温度控制装置6在线自动调控，热传感器由反应塔顶部插入水中，并将信号传回温控装置6进行自动加热。进水通过进水泵3由底部进水口4泵入，由上部的溢流口7自动溢流至沉淀池2，塔式反应器1底部中心处设有排泥口9，塔体中部不同高度处设有两个取样口8。

沉淀池2有效容积为塔式反应器1的八分之一，柱体和锥体的高度比为1∶1，沉淀池主体通过支架与底座相连。减速搅拌刮泥装置12安装在密封盖正中心，搅拌杆穿过竖流导水沉淀管14深入椎体底部，刮泥板由橡胶片制成，安装高度为刮泥板恰与锥体壁面接触。沉淀池依靠溢流出水，回流液口15和排泥口16设置在锥体底部，出口方向相反。

本实施例运用上述装置的具体运行方法如下：

(1)控制塔式反应器内温度为30-35℃、pH7.5-8、无溶解氧，底部进水上端出水，避免进水基质出现短流现象；利用搅拌装置将进水中的污染物快速分散均匀，使污染物能与呈分散流化状态的污泥充分接触，提高传质效率。

(2)运行培养过程中保持塔式反应器内厌氧氨氧化菌的高度流化状态，控制反应塔中的污泥层为总高度的五分之四左右，减少厌氧氨氧化菌的溢出。

(3)利用高强度的搅拌速度控制厌氧氨氧化菌的性状，使其以小粒径状态存在而不形成颗粒污泥，充分提高厌氧氨氧化菌与基质的接触面积，提高传质效率和反应速率。

(4)在出水基质达到要求后，即提高进水基质浓度，控制塔式反应器中的厌氧氨氧化菌始终保持在较高的污泥负荷，实现高反应速率和反应效率，使厌氧氨氧化菌处于代谢过程的对数生长期。

(5)沉淀池的回流污泥的回流比为0.05-0.2，控制沉淀池中污泥层高度在三分之一锥体高度处以下。

依据本实施例的装置和方法对厌氧氨氧化菌进行快速增殖实验，进水总氮浓度由100mg/L提高到700mg/L，水力停留时间由24h提高到6h，出水总氮浓度低于40mg/L，总氮去除率可以稳定在90％以上；同时厌氧氨氧化菌增殖迅速，高负荷运行下倍增时间可以达到15d。应用本发明的装置和方法培养，可以使厌氧氨氧化菌快速增殖，提高厌氧氨氧化技术广泛应用的可行性。

Claims (4)

1.一种快速增殖厌氧氨氧化菌的装置，其特征在于：它由塔式反应器(1)和沉淀池(2)两部分组成；塔式反应器配有进水泵(3)、搅拌装置(5)、温度控制装置(6)，进水口(4)设置在反应器底部，出水溢流口(7)设置在上部；沉淀池中设有减速搅拌刮泥装置(12)和竖流导水沉淀管(14)，沉淀池底部设有回流口(15)和污泥排放口(16)；塔式反应器和沉淀池均为密闭反应器，塔式反应器中水温由温度控制装置在线自动调控，出水溢流至沉淀池；沉淀池中有刮泥装置，并靠回流系统将沉淀池中富集的细菌回流至塔式反应器。

2.根据权利要求1所述的一种装置，其特征在于：塔式反应器主体为圆柱形U-PVC材质制成，径高比为1∶4；顶部密封盖为无色透明有机玻璃制成，并由不锈钢螺丝通过密封垫圈与塔式反应器连接；搅拌装置设置在塔式反应器的正中心，并将其固定在密封盖上，搅拌杆的底部和中部各设置一片搅拌浆。

3.根据权利要求1所述的一种装置，其特征在于：沉淀池有效容积为塔式反应器的八分之一，柱体和锥体的高度比为1∶1，沉淀池主体通过支架与底座相连；减速搅拌刮泥装置安装在密封盖正中心，搅拌杆穿过竖流导水沉淀管深入椎体底部，刮泥板由橡胶片制成，安装高度为刮泥板恰与锥体壁面接触。

4.使用权利要求1、2或3所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)控制塔式反应器内温度为30-35℃、pH7.5-8、无溶解氧，底部进水上端出水，避免进水基质出现短流现象；利用搅拌装置将进水中的污染物快速分散均匀，使污染物能与呈分散流化状态的污泥充分接触；

(2)运行培养过程中，利用高强度的搅拌速度保持塔式反应器内厌氧氨氧化菌的高度流化状态，控制塔式反应器中的污泥层为总高度的五分之四左右；

(3)在出水基质达到要求后，则提高进水基质浓度，控制反应塔中的厌氧氨氧 化菌的污泥负荷，使厌氧氨氧化菌处于代谢过程的对数生长期；

(4)沉淀池的回流污泥的回流比为0.05-0.2，控制沉淀池中污泥层高度在三分之一锥体高度处以下。