CN106315843A - 一种低温条件下高效截留厌氧铵氧化菌的反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温条件下高效截留厌氧铵氧化菌的反应器。反应器主体下部设有旋流布水器；反应器主体内设置无纺布、筛网、搅拌桨、三相分离器和下降管；反应器主体上部设置旋流分离器；反应器主体外部设置出水管、进水管和溢流池。本发明的旋流分离器利用离心沉降原理从反应器上部悬浮物中分离粒径较大的厌氧铵氧化菌，回降至反应器内，有利于厌氧铵氧化菌与其它杂菌的分离；下降管回流可强化反应区混合，同时稀释进水提高反应器抗冲击负荷性能；所设置筛网减弱反应器产生气泡对附着菌种的干扰，减少菌种流失；反应器内中部设置持留菌种的材料（如无纺布）等，强化反应器的处理能力，缩短反应器整体启动时间；旋流布水器可以产生切向水流，保证布水均匀，有利于强化传质。

Description

一种低温条件下高效截留厌氧铵氧化菌的反应器

技术领域

本发明涉及一种低温条件下高效截留厌氧铵氧化菌的反应器，属于污水处理领域。

背景技术

我国城镇污水处理设施建设从“十一五”起已迈入跨越式发展阶段：污水处理厂数量及年处理总量不断增加，处理能力及污水处理率迅速提高，愈来愈多的污水厂出水水质已稳定达到国家一级A排放标准。然而，我国现有污水处理厂的设计及运行中依然存在诸多不足，如：(1)污水处理单位水量电耗偏高；(2)污水再生利用率不高；(3)传统的活性污泥法处理污水过程产生大量以二氧化碳为代表的温室气体。

随着传统污水脱氮方法中的问题的不断涌现，一些新型的污水脱氮方法也逐渐发展起来，其中最为主要的方法有厌氧铵氧化、短程硝化—反硝化、同步硝化反硝化、全程自养脱氮工艺等。厌氧铵氧化法因其无需供氧，无需外加有机碳源，无需外加酸碱中和试剂，大幅减少污泥产量的优点，是目前倍受青睐的生物脱氮工艺。因而，开发高效的厌氧铵氧化反应器具有其重要的现实意义。

厌氧铵氧化反应器的启动过程实际上是反应器内厌氧铵氧化菌的富集过程。厌氧铵氧化菌的生长速度极为缓慢，特别是在市政污水通常低于20℃的低温条件下，培养和增殖都很困难，所要求的反应器必须有很强的截流和分离厌氧铵氧化菌的能力。目前，尽管科学家们对厌氧铵氧化作用机理己取得初步的认识，其工业化的应用还处于起步阶段。

2014年，科学家们提出了“面向未来的中国污水概念厂”这一理念，具体的涉及到“一种厌氧铵氧化-高效厌氧消化耦合新概念污水处理技术路线”等。在该工艺路线中，污水中的碳、氮需首先通过活性污泥生物絮凝法进行初步分离，产生的低浓度氨氮低有机质污水，在低温条件下，可以通过厌氧铵氧化微生物的作用进一步脱氮，从而使得能耗与碳排放大大降低。

目前已报道的厌氧铵氧化反应器几乎都来源于传统的厌氧反应器，包括:活性污泥类反应器、生物膜类反应器。将其运用在厌氧铵氧化菌的反应主要存在以下几个突出问题：(1)低温条件下，厌氧铵氧化菌富集缓慢，污泥流失现象严重，启动时间过长，脱氮效率低下；(2) 过高的氨氮、亚硝氮浓度对厌氧铵氧化菌有抑制作用，不利于高浓度氨氮、亚硝氮废水的直接处理，同时在高负荷条件下容易出现气涌现象，进一步加剧了污泥流失问题；(3) 低温条件下，反应器 (如UASB、ASBR、IC等)仍存在一定的污泥流失问题；(4) 低温条件下，生物膜反应器抗水力负荷冲击能力较弱，填料价格昂贵，填料易堵塞； (5)UASB类反应器内，必须控制好上升流速，上升流速过大会造成颗粒污泥解体，而反应器的内部结构和高径比会直接影响氮的去除，相关问题还需进一步解决。

针对目前所采用的厌氧铵氧化反应器的上述缺陷，本发明进行了以下改进：(1)通过设置下降管回流，稀释进水，提高反应器抗冲击负荷的能力；(2)通过设置无纺布，加强菌种持留，提高微生物反应速率，缩短反应器启动时间；(3)通过设置筛网，破除反应器启动过程中产生的气泡，防止污泥随气泡大量流失；(4)通过设置旋流布水器，使进水分布均匀，强化进水与颗粒污泥之间的传质；(5)通过搅拌桨的作用，同样加强传质，防止污泥块及死区的形成；(6)通过三相分离器的作用，使泥、水、气三相得到分离，进一步净化出水，同时截留污泥防止流失；(7)旋流分离器利用离心沉降原理从悬浮物中分离粒径较大的厌氧铵氧化菌，回降至反应器内，有利于厌氧铵氧化菌的存留与杂菌的筛除。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种低温条件下高效截留厌氧铵氧化菌的反应器。

本发明提出的一种低温条件下高效截留厌氧铵氧化菌的反应器，包括反应器本体、搅拌浆4、旋流分离器14和溢流管15，其中：反应器本体内包含下部进水传质区、中部主反应区和上部三相分离区，进水传质区自下而上依次设有旋流布水器2、挡板6和出流挡板5；中部主反应区内设有筛网7、无纺布9和下降管10，下降管10竖直位于中部主反应区内，无纺布9位于下降管10两侧，筛网7呈倒漏斗型，位于下降管10和无纺布9下部；出流挡板5位于筛网7下部；上部三相分离区由三相分离器11、内循环出水孔12和导气孔13组成，三相分离器11位于下降管10的外围，且位于无纺布9上方，内循环出水孔12位于三相分离器11上部一侧，导气孔13位于反应器本体顶部；反应器本体顶部设置旋流分离器14，旋流分离器14顶部设置溢流管15，内循环出水孔12通过管道和泵连接旋流分离器14上部一侧；搅拌浆4连接搅拌轴，所述搅拌轴自上而下贯穿于中部主反应区、下部进水传质区，且位于旋流布水器2上方，搅拌轴顶部连接搅拌器驱动装置，在旋流分离器和反应器本体之间采用金属架形式放置，搅拌轴贯穿主反应区，至进水传质区旋流布水器2以上部分；旋流布水器2一侧连接进水管3；

废水经底部进水管3进入旋流布水器2，使水流均匀进入下部进水传质区，且在下方形成污泥层，通过搅拌桨4使颗粒污泥呈部分流化状态，水流到达无纺布9区域时挂膜形成生物膜，两者共同进行反应产生氮气；在初期启动阶段因颗粒污泥尚未完全形成，无纺布9有利于反应器主体保持更多厌氧铵氧化菌，随气泡上浮的大颗粒污泥经过筛网7和无纺布9时得到初步的截留，消除气涌现象；少量污泥随水流进入三相分离器11，气液固三相得以再次分离，污泥回流至反应器主体，气体经导气孔13排出；仍含有少量污泥的液体经泵进入旋流分离器14，经过进一步分离后，含有较高浓度污泥的水流返回至三相分离器11，水流经下降管10流入进水传质区稀释进水负荷，污泥则经下降管10实现在此挂膜继续沉降至主反应区实现挂膜，净化液经溢流管15排出。

本发明中，所述反应器主体两侧设有若干个取样口8。

本发明中，所述搅拌器驱动装置位于旋流分离器和中部主反应区之间，通过金属架固定于反应器主体内壁上。

本发明中，所述的反应器本体高径比H/D为4-5:1。

本发明中，所述的旋流分离器14主体直径DN=210mm；旋流器入口直径D=18mm，旋流器高度H=220mm，液相密度接近为1000kg/m³，入口速度为0.1m/s。

本发明中，所述的搅拌桨4半径为0.05m，反应器内部设有的筛网7网格间距为5-6mm。

本发明中，所述的搅拌器设置在所述反应器本体中心离反应器底部0.15m处。

本发明为一种低温条件下高效截留菌种的厌氧铵氧化反应器，具有以下优点：

1.采用双内循环，以反应器主体下降管内循环保证反应器内污泥和废水充分接触，强化传质效果，提高耐冲击负荷能力；以旋流分离器为主体的内循环回流颗粒密度较大的厌氧铵氧化菌种，筛除杂菌，有利于菌种的存留与厌氧铵氧化反应器的快速启动；

2.通过设置无纺布，强化高活性污泥持留，减少菌种流失，加快反应器启动；

3.通过设置筛网，破除反应器启动过程中产生的气泡，防止污泥随气泡大量流失；

4.通过设置旋流布水器，使进水分布均匀，强化进水与颗粒污泥之间的传质；

5.通过搅拌桨的作用，同样加强传质，防止污泥块及死区的形成；

6.通过三相分离器的作用，使泥、水、气三相得到分离，进一步净化出水，同时截留污泥防止流失；

7.反应器优秀的污泥截留效果有利于低浓度氨氮条件下厌氧铵氧化反应器的快速启动。

附图说明

图1是低温条件下高效截留菌种有序内循环的厌氧铵氧化反应器结构示意图；

图2是本发明的旋流分离器示意图。

图中标号：1为排泥管、２为旋流布水器、３为进水管、４为搅拌桨、５为出流档板、６为挡板、７为筛网、８为取样口、９为无纺布、10为下降管、11为三相分离器、12为内循环出水孔、13为导气孔、14为旋流分离器、15为溢流管、22为旋流罩、23为旋转式布水板、24为布水口。

具体实施方式

下面将参考附图对本发明进行进一步解释。

实施例１：

模拟市政污水进水指标为：

指标	浓度（mg/L）
		COD	100
BOD	80
		TN	50
游离氨	25

参照图1所示的装置，即一种低温条件下高效截留厌氧铵氧化菌的反应器。其特征在于：反应器本体为圆柱形，所属反应器本体包含下部进水传质区，中部主反应区，上部三相分离区组成；进水传质区从下而上依次是旋流布水器2、搅拌桨4、挡板6、出流挡板5，搅拌器驱动装置在旋流分离器和反应器本体之间采用金属架形式放置，搅拌轴贯穿主反应区，至进水传质区旋流布水器2以上部分；主反应区从下到上依次是筛网7、无纺布9、下降管10，三相分离区依次是三相分离器11、内循环出水孔12，反应器上部设旋流分离器14、溢流管15，反应器外侧设有多个取样口8。所述的反应器本体高径比H/D为4-5:1。所述的旋流分离器14主体直径DN=210mm；旋流器入口直径D=18mm，旋流器高度H=220mm，液相密度接近为1000kg/m³，入口速度为0.1m/s。所述的搅拌桨4半径为0.05m，反应器内部设有的筛网7网格间距为5-6mm。所述的搅拌器设置在所述反应器本体中心离反应器底部0.15m处。

本发明的工作过程如下：

模拟生活污水经底部进水管进入旋流布水器2，使水流均匀进入传质区，且在下方形成污泥层。为防止污泥成块状形成死区，搅拌桨4加强了该区传质使得颗粒污泥呈部分流化状态，水流到达无纺布9区域时挂膜形成生物膜，两者共同进行反应产生氮气。在初期启动阶段因颗粒污泥尚未完全形成，无纺布9的存在可以帮助反应器保持更多厌氧铵氧化菌，缩短反应器启动时间至28天。随气泡上浮的大颗粒污泥经过筛网7和无纺布9时得到初步的截留，消除气涌现象的影响；少量污泥随水流进入三相分离器11，气液固三相得以再次分离，污泥回流至主反应器，气体经导气孔13排出；仍含有少量污泥的液体经外加泵进入旋流分离器14，经过进一步分离后，含有较高浓度污泥的水流返回至三相分离区11，水流经下降管流入进水传质区稀释进水负荷，污泥则经下降管实现在此挂膜继续沉降至主反应区实现挂膜，净化液经过旋流分离器14上部的溢流管15排出。反应器可持留大量高活性污泥，污泥区的MLSS可以达到3000mg/L，通过双内循环稀释进水浓度，增强抗冲击负荷能力，特别是反应器启动初期缓解高负荷冲击，消除气涌现象，缩短反应器的启动时间至28天，维持反应器启动过程中的稳定运行。

Claims (7)

1.一种低温条件下高效截留厌氧铵氧化菌的反应器，包括反应器本体、搅拌浆(4)、旋流分离器(14)和溢流管(15)，其特征在于反应器本体内包含下部进水传质区、中部主反应区和上部三相分离区，进水传质区自下而上依次设有旋流布水器(2)、挡板(6)和出流挡板(5)；中部主反应区内设有筛网(7)、无纺布(9)和下降管(10)，下降管(10)竖直位于中部主反应区内，无纺布(9)位于下降管(10)两侧，筛网(7)呈倒漏斗型，位于下降管(10)和无纺布(9)下部；出流挡板(5)位于筛网(7)下部；上部三相分离区由三相分离器(11)、内循环出水孔(12)和导气孔(13)组成，三相分离器(11)位于下降管(10）外围，且位于无纺布(9)上方，内循环出水孔(12)位于三相分离器(11)上部一侧，导气孔(13)位于反应器本体顶部；反应器本体顶部设置旋流分离器(14)，旋流分离器(14)顶部设置溢流管(15)，内循环出水孔(12)通过管道和泵连接旋流分离器(14)上部一侧；搅拌浆(4)连接搅拌轴，所述搅拌轴自上而下贯穿于中部主反应区、下部进水传质区，且位于旋流布水器(2)上方，搅拌轴顶部连接搅拌器驱动装置，在旋流分离器和反应器本体之间采用金属架形式放置，搅拌轴贯穿主反应区，至进水传质区旋流布水器(2)以上部分；旋流布水器(2)一侧连接进水管(3)；废水经底部进水管(3)进入旋流布水器(2)，使水流均匀进入下部进水传质区，且在下方形成污泥层，通过搅拌桨(4)使颗粒污泥呈部分流化状态，水流到达无纺布(9)区域时挂膜形成生物膜，两者共同进行反应产生氮气；在初期启动阶段因颗粒污泥尚未完全形成，无纺布(9)有利于反应器主体保持更多厌氧铵氧化菌，随气泡上浮的大颗粒污泥经过筛网(7)和无纺布(9)时得到初步的截留，消除气涌现象；少量污泥随水流进入三相分离器(11)，气液固三相得以再次分离，污泥回流至反应器主体，气体经导气孔(13)排出；仍含有少量污泥的液体经泵进入旋流分离器(14)，经过进一步分离后，含有较高浓度污泥的水流返回至三相分离器(11)，水流经下降管(10)流入进水传质区稀释进水负荷，污泥则经下降管(10)实现在此挂膜继续沉降至主反应区实现挂膜，净化液经溢流管(15)排出。

2.根据权利要求１所述的低温条件下高效截留厌氧铵氧化菌的反应器，其特征在于所述反应器主体两侧设有若干个取样口(8)。

3.根据权利要求１所述的低温条件下高效截留厌氧铵氧化菌的反应器，其特征在于所述搅拌器驱动装置位于旋流分离器和中部主反应区之间，通过金属架固定于反应器主体内壁上。

4.根据权利要求１所述的低温条件下高效截留厌氧铵氧化菌的反应器，其特征在于所述的反应器本体高径比H/D为4-5:1。

5.根据权利要求1所述的低温条件下高效截留厌氧铵氧化菌的反应器，其特征在于所述的旋流分离器(14)主体直径DN=210mm；旋流器入口直径D=18mm，旋流器高度H=220mm，液相密度接近为1000kg/m3，入口速度为0.1m/s。

6.根据权利要求1所述的低温条件下高效截留厌氧铵氧化菌的反应器，其特征在于所述的搅拌桨(4)半径为0.05m，反应器内部设有的筛网(7)网格间距为5-6mm。

7.根据权利要求1所述的低温条件下高效截留厌氧铵氧化菌的反应器，其特征在于所述的搅拌器设置在所述反应器本体中心离反应器底部0.15m处。