CN102701443B - 一种厌氧氨氧化细菌生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种厌氧氨氧化细菌生物反应器，包括反应器本体及外围水浴装置，其特征在于：一级三相分离区与二级三相分离区叠加组成的完整的三相分离体系，二级三相分离区上部两侧之间以导流管相连，其中一侧连接出水管，顶部增加挡板，并设有出气口；二级三相分离区下部端口与反应室上部端口以热熔技术相连，一级三相分离区上部以倒置的方式接于二级三相分离区下部内壁，其下部贴于反应室上部内壁。本反应器能保持反应器池体内的温度温度在预设水平，可在高效脱氮的同时，实现污泥生物量增殖，达到泥、水、气三相的充分分离，最大限度地减少了污泥流失，维持反应器中厌氧氨氧化菌污泥量，保证厌氧氨氧化脱氮工艺的稳定运行。

Description

一种厌氧氨氧化细菌生物反应器

技术领域

本发明属于生物反应器领域，尤其涉及一种厌氧氨氧化细菌生物反应器。

背景技术

废水的脱氮达标排放相当困难，是世界性难题之一，而人们新近发现的厌氧氨氧化脱氮过程被认为是解决这一问题的最前景的技术。十多年前，荷兰Delft大学在运行三级生物脱氮流化床反应器时发现了氮的未知途径消失，经深入研究发现了anammox细菌。鉴于其在废水脱氮方面的极大应用前景，许多人尝试进行anammox细菌的厌氧氨氧化脱氮工艺研究，而厌氧氨氧化反应器的研究与持续改进亦是该技术进步的一个重要课题。

厌氧氨氧化细菌污泥具有增殖速度慢，污泥增长少，污泥易流失，脱氮效果不易维持的特性。为适应厌氧氧化细菌污泥的特性，必须研究设计新型的生物反应器，以解决厌氧氨氧化脱氮技术应用中的技术难题。

目前厌氧氨氧化反应器存在泥水分离效果差、污泥流失较严重的问题，导致反应器脱氮效果整体不高，污泥量维持困难，菌种培养效果差；同时在控制和保持反应器温度方面存在欠缺，通常都不进行温度的控制和维持，这既不利于反应区温度保持稳定，也使脱氮反应速率和细菌增殖都存在一定问题。现行所运行的厌氧氨氧化反应器有多种，基本都需要具备缓冲区、反应区、三相分离区。专利申请（CN201058827）设置有三相分离器，具有一定的三相分离效果，对沉降性良好的污泥有较好的截留作用，但其对沉降性能差的污泥截留能力却不足。发明专利申请（CN101863554A）设置有反应室、三相分离室，但其三相分离室分区不明显，分离室挡流板与渐扩壁夹角较小，污泥流上浮严重时易造成堵塞，形成死角，还存在反应器结构复杂，制作麻烦，操作困难的问题。现实需要设计一种既能实现泥、水、气高效分离的生化反应器，又要求反应器还能使泥水充分混合，以便于细菌的生长增殖和高效脱氮效果的维持，同时还应使沉降性能好和沉降性能差的污泥均能有效截留，以最大限度地减少污泥流失；而且需要有温度控制系统，以便能有效地调节反应室内温度并保持反应稳定，使细菌较快增殖，以保证反应器内脱氮反应的稳定高效进行，也便于满足不同时期或种类的细菌对温度和培养条件的不同要求，提供更方便有利的细菌培养及研究设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能实现快速增殖厌氧氨氧化细菌，具有完好的厌氧氨氧化脱氮效能，可高效地完成三相分离作用，温度可控的升流式二级三相分离厌氧氨氧化生物反应器。

实现本发明目的的技术方案是：

本发明厌氧氨氧化生物反应器，包括外形为竖立的长方体反应器本体及外围水浴装置，反应器本体自下而上依次分为进水缓冲区、升流式反应室、一级三相分离区、二级三相分离区；进水缓冲区底部通过止回阀与进水管相连，与现有技术不同的是：一级三相分离区与二级三相分离区叠加组成的完整的三相分离体系，二级三相分离区上部两侧之间以导流管相连，其中一侧连接出水管，顶部增加挡板，并设有出气管；二级三相分离区下部端口与升流式反应室上部端口以热熔技术相连，一级三相分离区上部以倒置的方式接于二级三相分离区下部内壁，其下部贴于升流式反应室上部内壁，因而能实现一级三相分离区与二级三相分离区的完好连接。

所述的一级三相分离装置为活动型，其下部嵌套于升流式反应室内壁，上部延伸出两耳，嵌套于二级三相分离装置下端的内壁，需要时可与反应器本体分离，并能在一定范围内自由地上下调节位置，同时通过两耳的长度控制，还可用于调节其在反应器内的高度位置。收缩部分，截面积为开口面积的1/3—3/5。

所述的二级三相分离区与反应器本体的总体积比为（0.3—0.5）:1，其渐扩壁与基准水平面的夹角β为45o—70o，内部设置挡板，与基准水平面的夹角γ为65o—85o，外部挡板与内部挡板最高点与出水管高度持平，中间挡板高度与反应器顶部持平。挡板底部与渐扩壁内壁间距为3—7cm。挡板为活动型，以卡槽固定于二级三相分离区，必要时可减少或增加，挡板间分区以导流管相通。

所述一级三相分离区与二级三相分离区叠加组成的完整的三相分离体系，一级三相分离装置为活动式，可自由地上下调节位置，上部与二级三相分离区嵌套，下部与反应区嵌套，从而使两级三相分离体系实现完好连接，使上升的污泥在一级三相分离区进行初步分离的同时，在泥体上升速度降低后到达二级三相分离区，在二级三相分离区进一步分离，同时在二级三相分离装置上增加导流墙，使污泥回流更稳定，三相分离效果显著，污泥流失现象大大降低，污泥增殖速度明显加快，脱氮效能高；外围水浴部分设有温度控制系统，可以有效保持反应器池体温度恒定，并实现温度可调可控，可满足不同阶段或不同菌种的温度要求。

本专利的优点及有益效果： 

1）三相分离效果好，污泥增长快，脱氮效率高：进行厌氧氨氧化的细菌以颗粒污泥的形态存在，但由于其自身的特点，经常发生污泥流失大、增殖速度慢、脱氮效果差的现象。本反应器首先通过利用上升流的设计使泥水混合充分，保证了菌体与新泵入的营养物质持续接触，从而保证了细菌即污泥量的增长，并实现氮的高效去除；其次是使在升流式反应室内处于上升的厌氧氨氧化细菌泥水混合物首先进入一级三相分离区，由于一级三相分离器的阻流作用，大部分泥水由于重力作用回落升流式反应室，气体则由于浮力作用继续上升经由排气孔实现初步分离，少量未能在三相分离区沉降的泥水再经二级三相分离区挡流板的截留作用，泥、水、气进一步实现最终分离，沉淀的泥水靠重力作用回流至升流式反应室内，实现污泥的高效截留。同时二级三相分离器左右两耳通过导流管的相连，使分离后的清水稳定排出，实现泥、水、气的高效分离，极大地减少污泥流失，保证了污泥数量；

2）适应能力强：活动式的一级三相分离器可实现对反应区大小的调节，适应污泥量的变化，及与二级三相分离器的连接，因而使本反应器除了对沉降性良好的污泥有很好的截留作用外，对沉降性能差的污泥亦能有良好的截留能力，并可适应不同处于不同生长阶段或不同种类细菌的沉降性。

3）回流系统稳定：在三相分离区经过渐扩壁与导流墙的左右，使污泥的回流系统保持稳定。

4）温度控制稳定可控：能有效保持反应器池体内的温度，适应不同细菌培养时对温度的需求，维持反应器中厌氧氨氧化菌污泥量，保证厌氧氨氧化脱氮工艺的稳定运行。

5）池体简单实用，操作方便：反应器池体设计简单，总体使用竖立的长方体结构，除可避免圆柱体结构的制作困难问题；升流式反应室无多余组成部分，制作简单，操作方便。

附图说明

图1是升流式二级三相分离厌氧氨氧化生物反应器结构示意图。

图中：1.进水缓冲区  2. 升流式反应室  3.一级三相分离装置  3-1.一级三相分离装置双耳  3-2.一级三相分离装置收缩部分  4.二级三相分离装置  4-1.渐扩壁  4-2.挡板  5.进水管  6.导流管  7.出水管  8.密封盖  9.出气管  10.水浴保温套  10-1.温度控制装置  10-2.底部排水管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1，本发明具有明显的四个分区。反应器下部为四面棱锥体的进水缓冲区1，在缓冲区1底部设有进水管5，缓冲区1往上依次为方形的升流式反应室2，一级三相分离区3，二级三相分离区4，在二级三相分离区4上部设有出水管7，顶部装有密封盖8并设有出气管9。厌氧氨氧化菌以颗粒污泥的形态存在于升流式反应室2内。反应器本体外部设有水浴保温套10，其长宽为升流式反应室2的1.5—2倍，高度相等，保温套10内设有温度控制装置10-1，水浴保温套10可实现反应器池体温度稳定性与可控性。

所述的棱锥体进水缓冲区1的长宽高比约为1:1:1.5，下部斜面倾角为65o—75o。升流式反应室2下接进水缓冲区1上端，上接二级三相分离区4下端，其高度占反应器本体高度的2/3—3/5。一级三相分离装置内置于升流式反应室2与二级三相分离区4之间，为两端开口，中间收缩的两端对称型棱体，其总体长宽高比为1:1：（2—2.5）。二级三相分离区4直接接于升流式反应室2之上，高度为升流式反应室2高度的1/3—1/2，上端设有活动型密封盖8，密封盖上设有出气管9。

所述的一级3为活动型，其下部嵌套于升流式反应室2内壁，上部延伸出两耳3-1，倒扣于二级三相分离装置下端的内壁，需要时可与反应器本体分离，同时通过两耳3-1的长度控制，可调节其在反应器内的高度位置。收缩部分3-2截面积为开口面积的1/3—3/5。

所述的二级三相分离区4与所述反应器本体的总体积比为（0.3—0.5）:1，其渐扩壁4-1与基准水平面的夹角β为45o—70o，内部设置挡板4-2共6块，其与基准水平面的夹角γ为65o—85o，外侧挡板与内侧挡板最高点与出水管高度持平，中间挡板高度与反应器顶部持平。挡板底部与渐扩壁内壁间距为3—7cm。挡板为活动型，以卡槽固定于二级三相分离器4上，必要时可减少或增加，挡板间分区以导流管6相通。

所述外围水浴保温套10截面积为升流式反应室2的1.5—2倍，内部放置温度控制装置10-1，可实现温度控制的稳定性与可控性。水浴保温套10中的水可由保温套上部开口处注入，排水时可经过底部排水管10-2排出。

本发明用有机玻璃构成，使用时，废水由底部进水管5进入，流量为5ml/s，经进水缓冲区1进入升流式反应室2，与缓冲区1和升流式反应室2内的厌氧氨氧化菌接触反应后，流经一级三相分离区3、二级三相分离区4，最后从出水管7流出。产生的氮气经一级三相分离区3、二级三相分离区4集中于二级三相分离区4顶部出气管9排除，而泥水混合物于一级三相分离区3实现初步分离，分离效果达到70%，再经二级三相分离区4实现最终分离，分离效果达到95%，沉淀的泥水靠重力作用回流至升流式反应室2内，可实现污泥的高效截留，保证了反应器内污泥的数量。外周水浴部分10用于保持反应器池体温度，结合其内的温度控制装置10-1，控制污泥温度环境稳定在32℃，以提高污泥的活性与产量。

本实施例采用由两级三相分离器叠加组成的三相分离体系，同时增加导流墙，使得该反应器污泥回流更稳定，三相分离效果显著，污泥流失现象大大降低，污泥数量增加，脱氮效能较高；外围水浴部分添加了温度控制装置，可以有效保持反应器池体温度稳定，并实现温度可调可控，以适应不同阶段或不同菌种的温度要求，提供更方便有利的培养及研究条件。

Claims (2)

1.一种厌氧氨氧化细菌生物反应器，包括外形为竖立的长方体反应器本体，反应器本体自下而上依次分为进水缓冲区、升流式反应室、一级三相分离区、二级三相分离区；进水缓冲区底部通过止回阀与进水管相连，一级三相分离区与二级三相分离区叠加组成完整的三相分离体系，其特征在于：

所述二级三相分离区上部两侧之间以导流管相连，其中一侧连接出水管，顶部增加挡板，并设有出气口；二级三相分离区下部端口与升流式反应室上部端口以热熔技术相连，一级三相分离区上部以倒置的方式接于二级三相分离区下部内壁，其下部贴于升流式反应室上部内壁；

所述的一级三相分离区的分离装置为活动型，其位置可在一定范围内自由调整，其下部嵌套于升流式反应室的内壁，上部延伸出两耳，倒扣于二级三相分离区下端的内壁，需要时可与反应器本体分离并可在一定范围内上下调整位置，同时通过两耳的长度控制，可调节其在反应器内的高度位置；收缩部分截面积为开口面积的1/3—3/5；

所述的二级三相分离区与所述反应器本体的总体积比为（0.3—0.5）：1，其渐扩壁与基准水平面的夹角β为45o—70o，内部设置挡板共6块，其与基准水平面的夹角γ为65o—85o，外部挡板与内部挡板最高点与出水管高度持平，中间挡板高度与反应器顶部持平，挡板底部与渐扩壁内壁间距为3—7cm；

另在反应器外套以箱式可调式水浴保温控温装置。

2.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化细菌生物反应器，其特征在于：所述挡板为活动型，以卡槽固定于二级三相分离区，必要时挡板数目可减少或增加，挡板间分区以导流管相通。

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