CN106698662B - 一种利用产气调控进水量的厌氧氨氧化反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用产气调控进水量的厌氧氨氧化反应装置，包括两个或两个以上并联的UASB反应装置所述UASB反应装置旁设有进水泵（1）；所述UASB反应装置从上到下依次设为分离区（III）、填料区（II）和活性污泥区（I），所述分离区（III）内设有三相分离器（11），所述三相分离器（11）顶部的气室（10）上设有排气管（8）；所述填料区（II）内设有填料层（12）；所述活性污泥区（I）底部中心设有进水分布器（13）。本发明可根据厌氧氨氧化的产气情况对进水量进行调控，进水遵循“有反应则进基质”的原则，避免了盲目地进基质。

Description

一种利用产气调控进水量的厌氧氨氧化反应装置
技术领域
本发明属于生物脱氮反应器领域，具体涉及一种利用产气调控进水量的厌氧氨氧化反应装置。
背景技术
厌氧氨氧化菌对生长条件的要求十分苛刻，且世代周期长(11～30d)，产率低(0.11g/g NH4 +-N)富集培养困难。
厌氧氨氧化反应如下：
Figure GDA0003853474830000011
由反应式易知，氨氮与亚氮是厌氧氨氧化反应的基质，主要产物为氮气和少量的硝酸盐氮。相关文献指出，厌氧氨氧化反应的基质同时也是抑制物，即由高浓度氨氮产生的游离氨(FA)抑制以及高亚硝酸盐氮浓度产生的游离亚硝酸(FNA)抑制，其中FA对厌氧氨氧化的抑制浓度为20～25mg/L，而FNA对厌氧氨氧化菌的抑制浓度仅为0.5μg/L，且厌氧氨氧化菌一旦受到抑制，可能面临至少1个月的漫长恢复期。
目前，现有技术一般采用在线的亚氮测试仪及氨氮测试仪来监控反应出水的氨氮及亚氮浓度，以此来调控反应器的进水量，避免基质造成的抑制，比如申请号201110049157.X的一种高效厌氧氨氧化污水处理方法。但在线的亚氮测试仪及氨氮测试仪价格昂贵，并且日常的运行费用高、维护困难，令人望而却步，因此许多厌氧氨氧化反应器不设在线监测仪。
目前关于厌氧氨氧化反应器的专利较多，并没有关于利用厌氧氨氧化的产气来调控进水量，以及采用两个或两个以上的UASB反应器并联运行的研究。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种更加贴合厌氧氨氧化反应的反应规律、反应系统稳定、重启速度快的利用产气调控进水量的厌氧氨氧化反应装置。
为实现上述的目的，本发明的技术方案为：
一种利用产气调控进水量的厌氧氨氧化反应装置，包括两个或两个以上并联的UASB反应装置，所述UASB反应装置旁设有进水泵；所述UASB反应装置从上到下依次设为分离区、填料区和活性污泥区，所述分离区内设有三相分离器，所述三相分离器顶部的气室上设有排气管；所述填料区内设有填料层；所述活性污泥区底部中心设有进水分布器，所述进水分布器正上方设有进水管，所述进水管上设有控制水流量的流量控制阀，所述活性污泥区底部侧壁上设有排泥管，所述排泥管上设有排泥阀；所述分离区上方设有恒位水箱，所述进水管与恒位水箱连接，所述恒位水箱上设有连接管，所述连接管与进水泵连接，所述恒位水箱的水面处设有用于控制进水泵启动进水的电控浮球阀；所述恒位水箱内还设有产气控制进水装置，所述产气控制进水装置包括电磁排气阀、行程开关、进气软管、限位螺母、导向套、两根导向杆、气缸、排水排气口、阀芯和阀座，所述两根导向杆固定连接在恒位水箱内的进水管的管口两侧，导向杆位置在水面下；所述阀座固定在进水管的上端，所述阀芯固定在气缸底部，阀芯插接在阀座上一起构成阀门密封结构；所述气缸为中空结构，并且底部开设连通气缸内外部的排水排气口；所述导向套固定在气缸外侧，气缸通过导向套与导向杆活动连接，气缸可以上下移动；所述气缸与进气软管连接，所述进气软管与排气管连接，所述电磁排气阀设在排气管上；所述限位螺母设在导向杆上部，用于调节并限制气缸的移动距离；所述行程开关固定在恒位水箱的壁上，当气缸上浮移动到限位螺母位置时将触动行程开关；所述行程开关与电磁排气阀电连接。
作为进一步的技术方案，以上所述分离区上设有溢流堰，所述溢流堰与分离区内壁形成溢流槽，所述溢流槽底部设有排水管。
作为进一步的技术方案，以上所述填料层填料可以为球形填料、弹性填料或者组合填料，填料的充填量为填料层体积的60％～80％。
作为进一步的技术方案，以上所述阀芯为锥阀阀芯或球阀阀芯。
作为进一步的技术方案，以上所述分离区、填料区和活性污泥区的高度比为1：(1～20)：(1～20)。
作为进一步的技术方案，以上所述恒位水箱的设计高度≥50cm，产气控制进水装置的设计高度≥20cm，进水管直径≥2cm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明可根据厌氧氨氧化的产气情况对进水量进行调控，进水遵循“有反应则进基质”的原则，避免了盲目地进基质。盲目地进基质，一种情况是基质进多了，所进基质超过厌氧氨氧化反应消耗的基质量，基质会逐步积累，当积累浓度达到抑制浓度时，则厌氧氨氧化菌(AAOB)受到抑制，受到抑制后恢复困难，严重时导致系统崩溃。另一种情况是基质进少了，反应器处理能力低下。
以往的专利中一般都是采用在线氨氮、亚氮测试仪实时检测出水基质浓度以调控进水量或者将短程硝化与厌氧氨氧化融为一体的方式，一边短程硝化产生亚氮一边厌氧氨氧化消耗亚氮，避免基质对厌氧氨氧化菌的抑制现象，前者造价高昂、运行维护费用高，后者将两种反应耦合又会面临很多新的问题，比如溶解氧(DO)对厌氧氨氧化细菌的抑制问题、异养菌过度增殖问题等等。
本发明利用产气调控进水量的避免了这一现象。“有反应则进基质”更加贴合了厌氧氨氧化反应的反应规律。具体的，有反应则有气体(氮气)产生，有气体产生则驱动进水，进水则厌氧氨氧化细菌继续正常工作，反应器呈现出良好的循环状态。同时可以通过观察进水量的变化，较早的预判系统是否出现了故障，便于及时解决。
2、本发明中采用并联两个或两个以上UASB的运行模式，便于解决反应器运行不稳定导致系统崩溃的情况。当其中一个UASB出现故障时，可以及时从另外的反应器接种污泥进行恢复，大大减少了系统崩溃后重启的时间。
3、本发明的分离区为保证出水水质，分离区设置三相分离器以及溢流堰。三相分离器的设置再次对出水进行了固液气的分离(一次分离是通过填料区的填料的截留作用)，最大程度的截留厌氧氨氧化污泥。经过三相分离后，上清液经溢流堰、排水管外排。特别的，厌氧氨氧化产生的氮气经气室进行收集，用以参与完成产气控制进水过程。
附图说明
图1为本发明一种利用产气调控进水量的厌氧氨氧化反应装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1的产气控制进水装置的结构示意图；
图3为本发明实施例2的产气控制进水装置的结构示意图。
附图标记：I-活性污泥区，II-填料区，III-分离区，1-进水泵，2-连接管，3-进水管，4-流量控制阀，5-恒位水箱，6-电控浮球阀，7-产气控制进水装置，7.1-电磁排气阀，7.2-行程开关，7.3-进气软管，7.4-限位螺母，7.5-导向套，7.6-导向杆，7.7-气缸，7.8-排水排气口，7.9-阀芯，7.10-阀座，8-排气管，9-溢流堰，10-气室，11-三相分离器，12-球形填料，13-进水分布器，14-排泥管，15-排泥阀，16-排水管。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不局限于实施例表示的范围。
实施例1：
如图1和2所示，一种利用产气调控进水量的厌氧氨氧化反应装置，包括两个并联的UASB反应装置，UASB反应装置旁设有进水泵1；UASB反应装置从上到下依次设为分离区III、填料区II和活性污泥区I，分离区III内设有三相分离器11，三相分离器11顶部的气室10上设有排气管8；填料区II内设有填料层12；活性污泥区I底部中心设有进水分布器13，进水分布器13正上方设有进水管3，进水管3上设有控制水流量的流量控制阀4，活性污泥区I底部侧壁上设有排泥管14，排泥管14上设有排泥阀15；分离区III上方设有恒位水箱5，进水管3与恒位水箱5连接，恒位水箱5上设有连接管2，连接管2与进水泵1连接，恒位水箱5的水面处设有用于控制进水泵1启动进水的电控浮球阀6；恒位水箱5内还设有产气控制进水装置7，产气控制进水装置7包括电磁排气阀7.1、行程开关7.2、进气软管7.3、限位螺母7.4、导向套7.5、两根导向杆7.6、气缸7.7、排水排气口7.8、阀芯7.9和阀座7.10，两根导向杆7.6固定连接在恒位水箱5内的进水管3的管口两侧，导向杆7.6位置在水面下；阀座7.10固定在进水管3的上端，阀芯7.9固定在气缸7.7底部，阀芯7.9插接在阀座7.10上一起构成阀门密封结构；气缸7.7为中空结构，并且底部开设连通气缸内外部的排水排气口7.8；导向套7.5固定在气缸7.7外侧，气缸7.7通过导向套7.5与导向杆7.6活动连接，气缸7.7可以上下移动；气缸7.7与进气软管7.3连接，进气软管7.3与排气管8连接，电磁排气阀7.1设在排气管8上；限位螺母7.4设在导向杆7.6上部，用于调节并限制气缸7.7的移动距离；行程开关7.2固定在恒位水箱5的壁上，当气缸7.7上浮移动到限位螺母7.4位置时将触动行程开关7.2；行程开关7.2与电磁排气阀7.1电连接。分离区III上设有溢流堰9，溢流堰9与分离区III内壁形成溢流槽，溢流槽底部设有排水管16。填料层12为弹性填料，弹性填料的充填量为填料层体积的60％。阀芯7.9锥阀阀芯。分离区III、填料区II和活性污泥区I的高度比为1：3：2。恒位水箱5的设计高度为60cm，产气控制进水装置7的设计高度为25cm，进水管直径为2.5cm。
实施例2：
如图1和2所示，一种利用产气调控进水量的厌氧氨氧化反应装置，包括两个并联的UASB反应装置，UASB反应装置旁设有进水泵1；UASB反应装置从上到下依次设为分离区III、填料区II和活性污泥区I，分离区III内设有三相分离器11，三相分离器11顶部的气室10上设有排气管8；填料区II内设有填料层12；活性污泥区I底部中心设有进水分布器13，进水分布器13正上方设有进水管3，进水管3上设有控制水流量的流量控制阀4，活性污泥区I底部侧壁上设有排泥管14，排泥管14上设有排泥阀15；分离区III上方设有恒位水箱5，进水管3与恒位水箱5连接，恒位水箱5上设有连接管2，连接管2与进水泵1连接，恒位水箱5的水面处设有用于控制进水泵1启动进水的电控浮球阀6；恒位水箱5内还设有产气控制进水装置7，产气控制进水装置7包括电磁排气阀7.1、行程开关7.2、进气软管7.3、限位螺母7.4、导向套7.5、两根导向杆7.6、气缸7.7、排水排气口7.8、阀芯7.9和阀座7.10，两根导向杆7.6固定连接在恒位水箱5内的进水管3的管口两侧，导向杆7.6位置在水面下；阀座7.10固定在进水管3的上端，阀芯7.9固定在气缸7.7底部，阀芯7.9插接在阀座7.10上一起构成阀门密封结构；气缸7.7为中空结构，并且底部开设连通气缸内外部的排水排气口7.8；导向套7.5固定在气缸7.7外侧，气缸7.7通过导向套7.5与导向杆7.6活动连接，气缸7.7可以上下移动；气缸7.7与进气软管7.3连接，进气软管7.3与排气管8连接，电磁排气阀7.1设在排气管8上；限位螺母7.4设在导向杆7.6上部，用于调节并限制气缸7.7的移动距离；行程开关7.2固定在恒位水箱5的壁上，当气缸7.7上浮移动到限位螺母7.4位置时将触动行程开关7.2；行程开关7.2与电磁排气阀7.1电连接。分离区III上设有溢流堰9，溢流堰9与分离区III内壁形成溢流槽，溢流槽底部设有排水管16。填料层12为组合填料，组合填料的充填量为填料层体积的80％。阀芯7.9为球阀阀芯。分离区III、填料区II和活性污泥区I的高度比为1：2：2。恒位水箱5的设计高度为80cm，产气控制进水装置7的设计高度为30cm，进水管3的直径为3cm。
实施例3：
如图1和2所示，一种利用产气调控进水量的厌氧氨氧化反应装置，包括两个并联的UASB反应装置，UASB反应装置旁设有进水泵1；UASB反应装置从上到下依次设为分离区III、填料区II和活性污泥区I，分离区III内设有三相分离器11，三相分离器11顶部的气室10上设有排气管8；填料区II内设有填料层12；活性污泥区I底部中心设有进水分布器13，进水分布器13正上方设有进水管3，进水管3上设有控制水流量的流量控制阀4，活性污泥区I底部侧壁上设有排泥管14，排泥管14上设有排泥阀15；分离区III上方设有恒位水箱5，进水管3与恒位水箱5连接，恒位水箱5上设有连接管2，连接管2与进水泵1连接，恒位水箱5的水面处设有用于控制进水泵1启动进水的电控浮球阀6；恒位水箱5内还设有产气控制进水装置7，产气控制进水装置7包括电磁排气阀7.1、行程开关7.2、进气软管7.3、限位螺母7.4、导向套7.5、两根导向杆7.6、气缸7.7、排水排气口7.8、阀芯7.9和阀座7.10，两根导向杆7.6固定连接在恒位水箱5内的进水管3的管口两侧，导向杆7.6位置在水面下；阀座7.10固定在进水管3的上端，阀芯7.9固定在气缸7.7底部，阀芯7.9插接在阀座7.10上一起构成阀门密封结构；气缸7.7为中空结构，并且底部开设连通气缸内外部的排水排气口7.8；导向套7.5固定在气缸7.7外侧，气缸7.7通过导向套7.5与导向杆7.6活动连接，气缸7.7可以上下移动；气缸7.7与进气软管7.3连接，进气软管7.3与排气管8连接，电磁排气阀7.1设在排气管8上；限位螺母7.4设在导向杆7.6上部，用于调节并限制气缸7.7的移动距离；行程开关7.2固定在恒位水箱5的壁上，当气缸7.7上浮移动到限位螺母7.4位置时将触动行程开关7.2；行程开关7.2与电磁排气阀7.1电连接。分离区III上设有溢流堰9，溢流堰9与分离区III内壁形成溢流槽，溢流槽底部设有排水管16。填料层12为弹性填料，弹性填料的充填量为填料层体积的60％。阀芯7.9锥阀阀芯。分离区III、填料区II和活性污泥区I的高度比为1：1：1。恒位水箱5的设计高度为50cm，产气控制进水装置7的设计高度为20cm，进水管直径为2cm。
实施例4：
如图1和2所示，一种利用产气调控进水量的厌氧氨氧化反应装置，包括两个并联的UASB反应装置，UASB反应装置旁设有进水泵1；UASB反应装置从上到下依次设为分离区III、填料区II和活性污泥区I，分离区III内设有三相分离器11，三相分离器11顶部的气室10上设有排气管8；填料区II内设有填料层12；活性污泥区I底部中心设有进水分布器13，进水分布器13正上方设有进水管3，进水管3上设有控制水流量的流量控制阀4，活性污泥区I底部侧壁上设有排泥管14，排泥管14上设有排泥阀15；分离区III上方设有恒位水箱5，进水管3与恒位水箱5连接，恒位水箱5上设有连接管2，连接管2与进水泵1连接，恒位水箱5的水面处设有用于控制进水泵1启动进水的电控浮球阀6；恒位水箱5内还设有产气控制进水装置7，产气控制进水装置7包括电磁排气阀7.1、行程开关7.2、进气软管7.3、限位螺母7.4、导向套7.5、两根导向杆7.6、气缸7.7、排水排气口7.8、阀芯7.9和阀座7.10，两根导向杆7.6固定连接在恒位水箱5内的进水管3的管口两侧，导向杆7.6位置在水面下；阀座7.10固定在进水管3的上端，阀芯7.9固定在气缸7.7底部，阀芯7.9插接在阀座7.10上一起构成阀门密封结构；气缸7.7为中空结构，并且底部开设连通气缸内外部的排水排气口7.8；导向套7.5固定在气缸7.7外侧，气缸7.7通过导向套7.5与导向杆7.6活动连接，气缸7.7可以上下移动；气缸7.7与进气软管7.3连接，进气软管7.3与排气管8连接，电磁排气阀7.1设在排气管8上；限位螺母7.4设在导向杆7.6上部，用于调节并限制气缸7.7的移动距离；行程开关7.2固定在恒位水箱5的壁上，当气缸7.7上浮移动到限位螺母7.4位置时将触动行程开关7.2；行程开关7.2与电磁排气阀7.1电连接。分离区III上设有溢流堰9，溢流堰9与分离区III内壁形成溢流槽，溢流槽底部设有排水管16。填料层12为弹性填料，弹性填料的充填量为填料层体积的60％。阀芯7.9锥阀阀芯。分离区III、填料区II和活性污泥区I的高度比为1：20：20。恒位水箱5的设计高度为60cm，产气控制进水装置7的设计高度为25cm，进水管直径为2.5cm。
本发明的工作原理为：
(1)废水在进水泵1的作用下，经由连接管2泵入恒位水箱5，恒位水箱5的液位恒定，当水位降低时，由电控浮球阀6控制进水泵1启动补充废水至恒定水位，在产气控制进水装置7的作用下，遵循“有反应则进基质”的原则向反应器内进水。
(2)废水通过流量控制阀4，经进水管3进入UASB反应器底部，在进水分布器13的作用下，使进水均匀分布，同时进水反向向上依次通过活性污泥区I、填料区II，完成厌氧氨氧化反应。活性污泥区I主要分布的厌氧氨氧化菌种形态为絮状或颗粒状。
(3)废水继续向上进入分离区III，为保证出水水质，分离区III设置三相分离器11以及溢流堰9。三相分离器11的设置再次对出水进行了固液气的分离(一次分离是通过填料区II的球形填料12的截留作用)，最大程度的截留厌氧氨氧化污泥。经过三相分离后，上清液经溢流堰9、排水管16外排。特别的，厌氧氨氧化产生的氮气经气室10进行收集，用以参与完成产气控制进水过程。
产气控制进水装置7的工作流程为：厌氧氨氧化反应产生的氮气使气室10的压力不断升高，当压力达到一定程度(H2>H1+管路阻力)时，被压缩的氮气将气缸7.7内的水从排水排气口7.8压出，当排出水后气缸7.7变轻，当气缸7.7的重量小于气缸7.7所受的浮力后，气缸7.7向上移动，打开锥阀密封结构或球阀密封结构，恒位水箱5的水进入进水管3，当气缸7.7上浮到限位螺母7.4位置时，触动电磁排气阀7.1的行程开关7.2，经过预定的时间后(可采用时间继电器定时)，电磁排气阀7.1开始排气，将气缸7.7、进气软管7.3、排气管8及气室10内的氮气排出，氮气压力逐步降低，最终与外界大气压相同，当浮力小于气缸7.7的重力后，锥阀密封结构或球阀密封结构关闭，完成一个进水周期，气缸7.7内再次充满水，电磁排气阀7.1关闭。等待下一次的产气循环工作。
本发明采用静压排泥的方式进行排泥，排泥区设置反应器底部，由排泥阀15以及排泥管14连接而成。由于AAOB世代周期长，细胞产率低，工程上排泥频率并不高。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或者暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种利用产气调控进水量的厌氧氨氧化反应装置，包括两个或两个以上并联的UASB反应装置，其特征在于：所述UASB反应装置旁设有进水泵（1）；所述UASB反应装置从上到下依次设为分离区（III）、填料区（II）和活性污泥区（I），所述分离区（III）内设有三相分离器（11），所述三相分离器（11）顶部的气室（10）上设有排气管（8）；所述填料区（II）内设有填料层（12）；所述活性污泥区（I）底部中心设有进水分布器（13），所述进水分布器（13）正上方设有进水管（3），所述进水管（3）上设有控制水流量的流量控制阀（4），所述活性污泥区（I）底部侧壁上设有排泥管（14），所述排泥管（14）上设有排泥阀（15）；所述分离区（III）上方设有恒位水箱（5），所述进水管（3）与恒位水箱（5）连接，所述恒位水箱（5）上设有连接管（2），所述连接管（2）与进水泵（1）连接，所述恒位水箱（5）的水面处设有用于控制进水泵（1）启动进水的电控浮球阀（6）；所述恒位水箱（5）内还设有产气控制进水装置（7），所述产气控制进水装置（7）包括电磁排气阀（7.1）、行程开关（7.2）、进气软管（7.3）、限位螺母（7.4）、导向套（7.5）、两根导向杆（7.6）、气缸（7.7）、排水排气口（7.8）、阀芯（7.9）和阀座（7.10），所述两根导向杆（7.6）固定连接在恒位水箱（5）内的进水管（3）的管口两侧，导向杆（7.6）位置在水面下；所述阀座（7.10）固定在进水管（3）的上端，所述阀芯（7.9）固定在气缸（7.7）底部，阀芯（7.9）插接在阀座（7.10）上一起构成阀门密封结构；所述气缸（7.7）为中空结构，并且底部开设连通气缸内外部的排水排气口（7.8）；所述导向套（7.5）固定在气缸（7.7）外侧，气缸（7.7）通过导向套（7.5）与导向杆（7.6）活动连接，气缸（7.7）可以上下移动；所述气缸（7.7）与进气软管（7.3）连接，所述进气软管（7.3）与排气管（8）连接，所述电磁排气阀（7.1）设在排气管（8）上；所述限位螺母（7.4）设在导向杆（7.6）上部，用于调节并限制气缸（7.7）的移动距离；所述行程开关（7.2）固定在恒位水箱（5）的壁上，当气缸（7.7）上浮移动到限位螺母（7.4）位置时将触动行程开关（7.2）；所述行程开关（7.2）与电磁排气阀（7.1）电连接。
2.根据权利要求1所述的一种利用产气调控进水量的厌氧氨氧化反应装置，其特征在于：所述分离区（III）上设有溢流堰（9），所述溢流堰（9）与分离区（III）内壁形成溢流槽，所述溢流槽底部设有排水管（16）。
3.根据权利要求1所述的一种利用产气调控进水量的厌氧氨氧化反应装置，其特征在于：所述填料层（12）为球形填料、弹性调料或者组合填料，所述填料的充填量为填料层体积的60%~80%。
4.根据权利要求1所述的一种利用产气调控进水量的厌氧氨氧化反应装置，其特征在于：所述阀芯（7.9）为锥阀阀芯或球阀阀芯。
5.根据权利要求1所述的一种利用产气调控进水量的厌氧氨氧化反应装置，其特征在于：所述分离区（III）、填料区（II）和活性污泥区（I）的高度比为1：（1~20）：（1~20）。
6.根据权利要求1所述的一种利用产气调控进水量的厌氧氨氧化反应装置，其特征在于：所述恒位水箱（5）的设计高度≥50cm，产气控制进水装置（7）的设计高度≥20cm，进水管（3）的直径≥2cm。
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