CN105645602A - 一种菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置及其方法。装置包括反应罐和种子罐两部分，由外设流加管连接；从下到上，反应罐依次设有排泥区、布水区、反应区和三相分离区，种子罐依次设有储液区、育种区和蓄能区。反应罐中废水由进水口泵入，经布水区进入反应区进行铁盐脱氮；气液固混合物于三相分离区分离；老化污泥经排泥口排出。种子罐中培养液由储液区进入育种区，种泥代谢产气，气压使得蓄能区加液管液面上升，形成压差。打开流加管阀门，压差推动育种区污泥进入反应罐。该装置将种泥培育和废水脱氮分区，可各自优化；种子罐自身产气蓄能，驱动种泥流加，无需外动力；反应罐不断补充高活性污泥，脱氮高效稳定。

Description

一种菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置及其方法。

背景技术

自1996年实施“一控双达标”政策以来，我国废水有机物含量得到有效控制，氮素污染上升为主要环境问题。根据2014年中国环境公报显示，年氨氮排放量达238.5万吨，地表水氨氮含量依然超标，水体富营养化严重，水体氮素去除依然是亟待解决的重大环保问题。

传统反硝化技术多采用有机物作为电子供体，而对于低C/N比废水的处理，额外添加有机物不仅增加投资成本，也极易造成二次污染。探寻新型反硝化电子供体，研发自养反硝化技术势在必行。

利用亚铁盐进行自养脱氮是近二十年的重大发现，它有效避免了二次污染，同时产生可用于废水除磷的三价铁。然而，三价铁极易沉淀，中性条件下即可形成铁氧化物或铁氢氧化物等致密高铁盐化合物聚集在细胞表面，阻碍细胞与外界进行物质交流，使细胞逐渐失活，甚至死亡。目前已见报道的铁盐脱氮反应装置的最高基质去除速率仅为0.16±0.01kg-N/(m³d)，远远低于传统异养反硝化技术的去除速率。破解铁盐脱氮活性污泥“老化”问题，是研发高效铁盐脱氮技术的关键所在。

针对上述问题，本发明设计了自流加式高效铁盐脱氮反应装置，构建了铁盐脱氮种泥自流加方法，通过间歇式流加“新生”高效铁盐脱氮污泥，逐步取代反应装置中“老化”铁盐脱氮污泥，实现反应装置内部污泥的更新换代，保持反应装置铁盐脱氮的高效性和稳定性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置，利用种泥自身产气蓄能，实现菌种自流加；利用“新生”高效铁盐脱氮活性污泥取代“老化”铁盐脱氮活性污泥，实现装置内部活性污泥的更新换代，保持反应装置铁盐脱氮的高效性。

为了实现上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置，装置整体分为反应罐和种子罐两部分，反应罐包括排泥区、布水区、反应区和三相分离区，种子罐包括储液区、育种区和蓄能区，装置具体包括第一排泥口、进水口、布水器、下取样口、中取样口、上取样口、加泥口、流加管、侧分离挡板、分离挡板、出水口、分离排气口、第一排气口、流加阀门、半球储液器、交换管、第二排泥口、育种罐、滤网、第二排气口、储能管、蓄能罐和第三排气口；

反应罐自下而上依次设有排泥区、布水区、反应区和三相分离区；排泥区下部设有第一排泥口，上部与布水区贯通；布水区下部罐体外壁设有进水口，内部中心处设有布水器，，进水口2与布水器3相连，布水区Ⅱ上部与反应区贯通；反应区罐体外壁依次设有下取样口、中取样口和上取样口，内部上端对称设有加泥口，上部与三相分离区贯通；三相分离区罐体内壁设有侧分离挡板，内部上端设置主分离挡板，主分离挡板上端连接分离排气口，罐体外壁依次设有出水口和第一排气口。

反应罐与种子罐隔断，通过外设流加管连接，流加管下端相接加泥口，中部设有流加阀门，上端相接第二排泥口。

种子罐自下而上依次设有储液区、育种区和蓄能区；储液区下部设有半球储液器，半球储液器上端连接交换管，交换管顶端安装滤网并伸入育种区；育种区主体为育种罐，其下端固定在交换管中部侧壁，育种罐下部设有第二排泥口与流加管上端相接，育种罐上部罐体外壁设置第二排气口；蓄能区包括储能管、蓄能罐和第三排气口，储能管穿过育种罐，下端伸入半球储液器，上端连接蓄能罐，蓄能罐上部中心处设置第三排气口。

作为优选，所述的反应罐和种子罐体积比为1:1；反应罐中排泥区、布水区、反应区和三相分离区的体积之比为1:1:10:6；种子罐中储液区、育种区和蓄能区的体积之比为1:1:1。

作为优选，所述的反应罐内第一排泥口垂直设置，口径与反应罐的内径之比为3:10，方便排泥。

作为优选，所述的反应罐内布水器侧边打孔，保证布水均匀，同时防止堵塞；孔呈长方形，长40mm，宽10mm，孔与孔之间间距为8mm。

作为优选，所述的种子罐内储能管高出育种罐94mm，高出部分占铁盐脱氮反应装置总高的1/10。

作为优选，所述的流加管与育种罐底板垂直，夹角为90°。

本发明的另一目的在于提供一种使用所述装置的菌种自流加方法，步骤如下：

反应罐连续进水，含硝氮和亚铁的废水经进水口进入反应装置布水区，经布水器均匀布水后进入反应区完成铁盐脱氮；污泥随水流上浮，气液固混合物于三相分离区分离，污泥下沉，气体经分离排气口溢出，达标水经出水口排放；随着时间的推移，反应罐内铁盐脱氮污泥逐步“老化”，活性降低，铁盐脱氮效能下降，打开第一排泥口使反应罐下部“老化”污泥排出反应装置；种子罐采用续批培养，打开第二排气口，使育种区与大气连通；种泥培养液由蓄能罐加入，经储能管流入半球储液器，进而经交换管和滤网进入育种罐将种泥淹没，液面逐渐升至第二排气口下端，此时储能管与育种罐内液面持平；关闭第二排气口，育种罐完全密封，罐内种泥代谢产气，推动培养液经由交换管、半球储液器回流入储能管，使得储能管内液面上升，此时储能管内液面逐步高出育种罐内液面，形成势差；待储能管内液面上升至蓄能罐下端时，打开流加阀门，使“新生”种泥在压差作用下经流加管流入反应罐，完成菌种自流加过程；反应装置通过定期“排泥”和“加泥”，完成反应装置反应区铁盐脱氮污泥的更新换代，保证反应装置铁盐脱氮高效能。

本发明的有益效果是：1)反应装置包括反应罐和种子罐两部分，反应罐进行废水脱氮，种子罐进行种泥培育，分区明确，可各自优化，方便操作；2)种子罐利用自身产气蓄能，驱动种泥流加，设计巧妙，无需外动力，低耗节能；3)反应罐接收“新生”高活性铁盐脱氮种泥，淘汰“老化”低活性铁盐脱氮污泥，完成反应装置内部活性污泥的更新换代，维持反应装置铁盐脱氮的高效性和稳定性。

附图说明

图1是菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置剖面图；

图2是菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置种子罐(B)b-b截面图；

图3是菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置反应罐(A)a-a截面图；

图4是菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置布水器(3)剖面图；

图中：反应罐(A)、种子罐(B)；排泥区(Ⅰ)、布水区(Ⅱ)、反应区(Ⅲ)、三相分离区(Ⅳ)、储液区(Ⅴ)、育种区(Ⅵ)、蓄能区(Ⅶ)；第一排泥口(1)、进水口(2)、布水器(3)、下取样口(4)、中取样口(5)、上取样口(6)、加泥口(7)、流加管(8)、侧分离挡板(9)、分离挡板(10)、出水口(11)、分离排气口(12)、第一排气口(13)、流加阀门(14)、半球储液器(15)、交换管(16)、第二排泥口(17)、育种罐(18)、滤网(19)、第二排气口(20)、储能管(21)、蓄能罐(22)、第三排气口(23)。

具体实施方式

下面结合具体附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。若没有特殊说明或冲突，各优选实施方式可以任意组合。

如图1、2、3、4所示，一种菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置。装置整体分为反应罐A和种子罐B两部分；反应罐A包括排泥区Ⅰ、布水区Ⅱ、反应区Ⅲ和三相分离区Ⅳ，种子罐B包括储液区Ⅴ、育种区Ⅵ和蓄能区Ⅶ，装置具体来说包括第一排泥口1、进水口2、布水器3、下取样口4、中取样口5、上取样口6、加泥口7、流加管8、侧分离挡板9、分离挡板10、出水口11、分离排气口12、第一排气口13、流加阀门14、半球储液器15、交换管16、第二排泥口17、育种罐18、滤网19、第二排气口20、储能管21、蓄能罐22和第三排气口23。

反应罐A自下而上依次设有排泥区Ⅰ、布水区Ⅱ、反应区Ⅲ和三相分离区Ⅳ；排泥区Ⅰ下部设有第一排泥口1，上部与布水区Ⅱ贯通；布水区Ⅱ下部罐体外壁设有进水口2，内部中心处设有布水器3，，进水口2与布水器3相连，布水区Ⅱ上部与反应区Ⅲ贯通；反应区Ⅲ罐体外壁依次设有下取样口4、中取样口5和上取样口6，内部上端对称设有加泥口7，上部与三相分离区Ⅳ贯通；三相分离区Ⅳ罐体内壁设有侧分离挡板9，内部上端设置主分离挡板10，主分离挡板10上端连接分离排气口12，罐体外壁依次设有出水口11和第一排气口13。

反应罐A与种子罐B隔断，通过外设流加管8连接，流加管8下端相接加泥口7，中部设有流加阀门14，上端相接第二排泥口17。

种子罐B自下而上依次设有储液区Ⅴ、育种区Ⅵ和蓄能区Ⅶ；储液区Ⅴ下部设有半球储液器15，半球储液器15上端连接交换管16，交换管16顶端安装滤网19并伸入育种区Ⅵ；育种区Ⅵ主体为育种罐18，其下端固定在交换管16中部侧壁，育种罐18下部设有第二排泥口17与流加管8上端相接，育种罐18上部罐体外壁设置第二排气口20；蓄能区Ⅶ包括储能管21、蓄能罐22和第三排气口23，储能管21穿过育种罐18，下端伸入半球储液器15，上端连接蓄能罐22，蓄能罐22上部中心处设置第三排气口23。

上述各装置的尺寸及比例可视实际情况进行设定。在本实施方式中，所述的反应罐A和种子罐B体积比为1:1；反应罐A中排泥区Ⅰ、布水区Ⅱ、反应区Ⅲ和三相分离区Ⅳ的体积之比为1:1:10:6；种子罐B中储液区Ⅴ、育种区Ⅵ和蓄能区Ⅶ的体积之比为1:1:1。所述的反应罐A内第一排泥口1垂直设置，口径与反应罐A的内径之比为3:10，方便排泥。所述的反应罐A内布水器3侧边打孔，保证布水均匀，同时防止堵塞，且孔呈长方形，长40mm，宽10mm，孔与孔之间间距为8mm。所述的种子罐B内储能管21高出育种罐1894mm，高出部分占铁盐脱氮反应装置总高的1/10。所述的流加管8与育种罐18底板垂直，夹角α为90°。经过试验，上述尺寸及比例能够较好地完成本发明的试验目的。

一种菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置可采用玻璃钢制作；所述的滤网19可采用不锈钢制作。工作过程如下：反应罐A连续进水，含硝氮和亚铁的废水经进水口2进入反应装置布水区，经布水器3均匀布水后进入反应区Ⅲ完成铁盐脱氮；污泥随水流上浮，气液固混合物于三相分离区Ⅳ分离，污泥下沉，气体经分离排气口12溢出，达标水经出水口11排放；随着时间的推移，反应罐A内铁盐脱氮污泥逐步“老化”，活性降低，铁盐脱氮效能下降，打开第一排泥口1使反应罐A下部“老化”污泥排出反应装置；种子罐B采用续批培养，打开第二排气口20，使育种区Ⅵ与大气连通；种泥培养液由蓄能罐22加入，经储能管21流入半球储液器15，进而经交换管16和滤网19进入育种罐18将种泥淹没，液面逐渐升至第二排气口20下端，此时储能管21与育种罐18内液面持平；关闭第二排气口20，育种罐18完全密封，罐内种泥代谢产气，推动培养液经由交换管16、半球储液器15回流入储能管21，使得储能管21内液面上升，此时储能管21内液面逐步高出育种罐18内液面，形成势差；待储能管21内液面上升至蓄能罐22下端时，打开流加阀门14，使“新生”种泥在压差作用下经流加管8流入反应罐A，完成菌种自流加过程；反应装置通过定期“排泥”和“加泥”，完成反应装置反应区铁盐脱氮污泥的更新换代，保证反应装置铁盐脱氮高效能。

Claims (7)

1.一种菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置，其特征在于：装置由反应罐(A)和种子罐(B)组成，反应罐(A)包括排泥区(Ⅰ)、布水区(Ⅱ)、反应区(Ⅲ)和三相分离区(Ⅳ)，种子罐(B)包括储液区(Ⅴ)、育种区(Ⅵ)和蓄能区(Ⅶ)，装置具体包括第一排泥口(1)、进水口(2)、布水器(3)、下取样口(4)、中取样口(5)、上取样口(6)、加泥口(7)、流加管(8)、侧分离挡板(9)、分离挡板(10)、出水口(11)、分离排气口(12)、第一排气口(13)、流加阀门(14)、半球储液器(15)、交换管(16)、第二排泥口(17)、育种罐(18)、滤网(19)、第二排气口(20)、储能管(21)、蓄能罐(22)和第三排气口(23)；

反应罐(A)自下而上依次设有排泥区(Ⅰ)、布水区(Ⅱ)、反应区(Ⅲ)和三相分离区(Ⅳ)；排泥区(Ⅰ)下部设有第一排泥口(1)，上部与布水区(Ⅱ)贯通；布水区(Ⅱ)下部罐体外壁设有进水口(2)，内部中心处设有布水器(3)，进水口(2)与布水器(3)相连，布水区(Ⅱ)上部与反应区(Ⅲ)贯通；反应区(Ⅲ)罐体外壁自下而上依次设有下取样口(4)、中取样口(5)和上取样口(6)，内部上端对称设有加泥口(7)，上部与三相分离区(Ⅳ)贯通；三相分离区(Ⅳ)罐体内壁设有侧分离挡板(9)，内部上端设置主分离挡板(10)，主分离挡板(10)上端连接分离排气口(12)，罐体外壁自下而上依次设有出水口(11)和第一排气口(13)；

反应罐(A)与种子罐(B)隔断，通过外设流加管(8)连接，流加管(8)下端相接加泥口(7)，中部设有流加阀门(14)，上端相接第二排泥口(17)；

种子罐(B)自下而上依次设有储液区(Ⅴ)、育种区(Ⅵ)和蓄能区(Ⅶ)；储液区(Ⅴ)下部设有半球储液器(15)，半球储液器(15)上端连接交换管(16)，交换管(16)顶端安装滤网(19)并伸入育种区(Ⅵ)；育种区(Ⅵ)主体为育种罐(18)，其下端固定在交换管(16)中部侧壁，育种罐(18)下部设有第二排泥口(17)与流加管(8)上端相接，育种罐(18)上部罐体外壁设置第二排气口(20)；蓄能区(Ⅶ)包括储能管(21)、蓄能罐(22)和第三排气口(23)，储能管(21)穿过育种罐(18)，下端伸入半球储液器(15)，上端连接蓄能罐(22)，蓄能罐(22)上部中心处设置第三排气口(23)。

2.根据权利要求1所述的一种菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置，其特征在于反应罐(A)和种子罐(B)体积比为1:1；反应罐(A)中排泥区(Ⅰ)、布水区(Ⅱ)、反应区(Ⅲ)和三相分离区(Ⅳ)的体积之比为1:1:10:6；种子罐(B)中储液区(Ⅴ)、育种区(Ⅵ)和蓄能区(Ⅶ)的体积之比为1:1:1。

3.根据权利要求1所述的一种菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置，其特征在于反应罐(A)内第一排泥口(1)垂直设置，口径与反应罐(A)的内径之比为3:10，方便排泥。

4.根据权利要求1所述的一种菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置，其特征在于反应罐(A)内布水器(3)侧边打孔，保证布水均匀，同时防止堵塞；孔呈长方形，长40mm，宽10mm，孔与孔之间间距为8mm。

5.根据权利要求1所述的一种菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置，其特征在于种子罐(B)内储能管(21)高出育种罐(18)94mm，高出部分占铁盐脱氮反应装置总高的1/10。

6.根据权利要求1所述的一种菌种自流加式高效铁盐脱氮反应装置，其特征在于流加管(8)与育种罐(18)底板垂直，夹角α为90°。

7.一种使用权利要求1所述装置的菌种自流加方法，其特征在于，步骤如下：

反应罐(A)连续进水，含硝氮和亚铁的废水经进水口(2)进入反应装置布水区，经布水器(3)均匀布水后进入反应区Ⅲ完成铁盐脱氮；污泥随水流上浮，气液固混合物于三相分离区(Ⅳ)分离，污泥下沉，气体经分离排气口(12)溢出，达标水经出水口(11)排放；随着时间的推移，反应罐(A)内铁盐脱氮污泥逐步“老化”，活性降低，铁盐脱氮效能下降，打开第一排泥口(1)使反应罐(A)下部“老化”污泥排出反应装置；种子罐(B)采用续批培养，打开第二排气口(20)，使育种区(Ⅵ)与大气连通；种泥培养液由蓄能罐(22)加入，经储能管(21)流入半球储液器(15)，进而经交换管(16)和滤网(19)进入育种罐(18)将种泥淹没，液面逐渐升至第二排气口(20)下端，此时储能管(21)与育种罐(18)内液面持平；关闭第二排气口(20)，育种罐(18)完全密封，罐内种泥代谢产气，推动培养液经由交换管(16)、半球储液器(15)回流入储能管(21)，使得储能管(21)内液面上升，此时储能管(21)内液面逐步高出育种罐(18)内液面，形成势差；待储能管(21)内液面上升至蓄能罐(22)下端时，打开流加阀门(14)，使“新生”种泥在压差作用下经流加管(8)流入反应罐(A)，完成菌种自流加过程；反应装置通过定期“排泥”和“加泥”，完成反应装置反应区铁盐脱氮污泥的更新换代，保证反应装置铁盐脱氮高效能。