CN107381806A - 一种厌氧反应器的进水装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厌氧反应器的进水装置及方法。厌氧菌大多是严格的厌氧菌,对氧气极其敏感。而在实际中,需要每天或隔天换进水,因此控制反应器进水中的溶解氧处于较低水平变得异常重要。本发明由进水桶、进水桶盖和产气主体三部分组成。进水桶盖上设有进料口,进水桶盖与产气主体通过连接件连接。产气主体以连接件和虹吸管固定,进料口进固体物料,虹吸管进液体物料,固液混合即可发生产气反应。固体物料为碳酸盐或碳酸氢盐,液体物料为酸,产生气体为CO2,形成CO2气氛。本发明可简单有效阻隔空气中氧气持续溶解于进水中,保持进水的低氧状态,同时产生的CO2可补充自养菌所需的无机态碳源,有利于厌氧自养菌的生长和厌氧反应器的稳定运行。
Description
技术领域
本发明公开了一种厌氧反应器的进水装置及方法。
背景技术
厌氧反应器的发展已经历了三个时代:第一代反应器:以厌氧消化池为代表,废水与厌氧污泥完全混合,属低负荷系统.第二代反应器:可以将固体停留时间和水力停留时间分离,能保持大量的活性污泥和足够长的污泥龄,并注重培养颗粒污泥,属高负荷系统.第三代反应器:在将固体停留时间和水力停留时间相分离的前提下,使固、液两相充分接触,从而既能保持大量污泥又能使废水和活性污泥之间充分混合、接扩大适用范围传统的厌氧生物技术在处理高浓度有机废水方面已取得了很大的成功。经济、有效的处理低浓度生活污水是人们关心的新领域,这也为厌氧反应器的发展开辟了新的空间。
由于厌氧微生物世代时间长且自身增殖缓慢,厌氧反应器从开始启动到达到稳定处理效果所用时间较好氧处理工艺长的多,从而限制了厌氧生物技术在一些方面的应用。选择合适的接种污泥和启动方案对缩短厌氧反应器启动时间有很大帮助。其中控制进水溶解氧对于启动有重要意义。下面以厌氧氨氧化反应器为例说明。
“十二五”期间,化学需氧量排放得到有效控制,氨氮上升为地表水的主要污染物,全国地表水氨氮超标现象普遍存在,所致的水体富营养化十分严重,严重危及居民的身心健康和社会稳定。我国已将氨氮纳入“十二五”污染物总量控制体系。水体氮素污染控制已成为当前亟待解决的重大环保课题。
厌氧氨氧化是20世纪90年代发现的新型氮素转化途径,其是指在厌氧条件下,通过一类浮霉菌属细菌,以亚硝酸盐为电子受体氧化氨,最终产生氮气和少量硝酸盐的过程(式1)。
NH4 ++1.31NO2 -+0.0425CO2→1.045N2+0.22NO3 -+1.87H2O+0.09OH-+0.0425CH2O (式1)
该过程无需添加有机碳源和氧源,且污泥产量低,相比于传统生物脱氮工艺,处理成本大幅降低,被认为是迄今最具可持续发展特性的新型废水脱氮技术。
但是,厌氧氨氧化菌为自养型细菌,细胞产率很低,倍增时间很长,对环境条件(如水质、温度等)敏感,导致反应器的启动过程十分缓慢。在启动过程中,进水氧气浓度稍高就会对厌氧氨氧化菌的富集培育过程产生抑制作用,进一步导致了厌氧氨氧化反应器的启动时间过长,限制了该工艺的工程化应用。
厌氧氨氧化反应器如UASB、MBR,反应器启动过程中一旦漏气进氧,反应器内溶解氧浓度偏高,运行性能就会迅速下降,氨氮转换率下降,同时硝态氮的转换率会上升,导致厌氧氨氧化启动时间的延长。据文献报导,厌氧氨氧化的溶解氧抑制浓度低于2mg/L,而普通进水中的溶解氧达到4-8mg/L,因此,控制进水溶解氧对厌氧氨氧化的稳定运行具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种厌氧反应器的进水装置及方法。
为了实现上述技术目的,本发明的技术方案是,
一种厌氧反应器的进水装置,包括进水桶、进水桶盖、产气主体和溶氧测定装置;进水桶内装有低溶氧水,进水桶盖覆盖在进水桶顶部并设有出气口和用于投入固体物料的进料口,产气主体位于进水桶内,且悬空设置在进水桶低溶氧水的液面上方,所述的产气主体包括产气容器和用于供给液态物料的供液装置,产气容器设置于进水桶盖的进料口正下方并通过连接件悬挂于进水桶内液面上方;供液装置设置于进水桶外并连接至产气容器,溶氧仪测定装置伸入至进水桶内并测定进水桶内液体的溶氧量。
所述的一种厌氧反应器的进水装置,所述的供液装置包括液体物料容器和虹吸管,虹吸管用于连通桶外的液体物料容器和桶内的产气容器,所述的液体物料容器为设有刻度的量筒。
所述的一种厌氧反应器的进水装置,所述的虹吸管一端连接至产气容器的底部,另一头伸入至液体物料容器的液面以下至少5cm。
所述的一种厌氧反应器的进水装置,所述的溶氧测定装置包括溶氧测定探头和用于显示溶氧量的溶氧仪,所述的溶氧测定探头伸入至进水桶液面以下至少2cm,并通过管线通信连接至设置于进水桶外的溶氧仪。
所述的一种厌氧反应器的进水装置,所述的进水桶盖上设有2~6个出气口和1个进料口,进料口位于桶盖中心,且位于产气容器正上方,出气口位于桶盖边缘平均分布;进料口和出气口均分别配有用于密封的密封塞。
所述的一种厌氧反应器的进水装置,所述的固体物料为碳酸盐或碳酸氢盐,液体物料为酸。
一种厌氧反应器的进水方法,采用如权利要求1-7任一所述的装置,包括以下步骤:
步骤一,在进水桶中注入液面不高于产气容器底部的进水溶液,然后通惰性气体,使溶液中溶解氧浓度低于1.5mg/L;
步骤二,向液体物料容器和产气容器中注入酸,并通过虹吸原理保持两者液面持平;
步骤三,通过进料口向产气容器中投入固体物料,随即用密封塞密封进料口,同时打开出气口的密封塞;
步骤四,通过溶氧仪监测桶内溶液中溶解氧含量,当溶液中溶解氧含量不再升高,且保持稳定时,停止投入固体物料,并密封所有的出气口;
步骤五,静置,通过溶氧仪监测桶内溶液中溶解氧含量,当溶解氧含量大于阈值时,重复前四步。
所述的一种厌氧反应器的进水方法,所述的氧含量阈值为4mg/L。
本发明的技术效果在于,1)通过产气(CO2)反应,可有效阻隔空气进入进水中,保持进水中的溶解氧浓度处于较低水平。2)CO2密度大于空气,可沉于进水表面,在隔绝氧气的同时,还可增加进水中的HCO3 -浓度,有助于补充无机碳源,有利于厌氧氨氧化菌的生长;3)设计主体简单,制作容易;4)虹吸管设计简单,只需调节量筒液面高度,改变管在量筒内的位置可迅速调节产气主体中的液面高度,产气反应快速,因此产气控制方便,同时液面高度变化可控制产气主体中酸的溢流量;5)形成的CO2,气体层比空气密度大,可自动沉降至水面上方以阻隔空气,同时可为进水提供更多无机碳作为厌氧氨氧化的无机碳源。6)有溶氧仪实时监测进水装置中水体氧气含量变化,可由此确定添加物料量。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的截面图;
图3为采用本发明前后进水中的溶解氧浓度;
图4为厌氧氨氧化反应器的控制溶解氧进水装置溶液的pH变化;
其中1为进水桶盖、2为溶氧仪、3为出气口、4为进料口、5为虹吸管、6为连接件、7为产气容器、8为量筒、9为低溶氧水、10为溶氧测定探头。
具体实施方式
参见图1,本实施例装置包括进水桶、进水桶盖、产气主体和溶氧测定装置;进水桶内装有低溶氧水,进水桶盖覆盖在进水桶顶部并设有出气口和用于投入固体物料的进料口,产气主体位于进水桶内,且悬空设置在进水桶低溶氧水的液面上方,产气主体包括产气容器和用于供给液态物料的供液装置,产气容器设置于进水桶盖的进料口正下方并通过连接件悬挂于进水桶内液面上方;供液装置设置于进水桶外并连接至产气容器,溶氧仪测定装置伸入至进水桶内并测定进水桶内液体的溶氧量。
其中供液装置包括液体物料容器和虹吸管,虹吸管用于连通桶外的液体物料容器和桶内的产气容器,液体物料容器为设有刻度的量筒。虹吸管一端连接至产气容器的底部,另一头伸入至液体物料容器的液面以下至少5cm。
溶氧测定装置包括溶氧测定探头和用于显示溶氧量的溶氧仪,溶氧测定探头伸入至进水桶液面以下至少2cm,并通过管线通信连接至设置于进水桶外的溶氧仪。
在进水桶盖上设有2~6个出气口和1个进料口,进料口位于桶盖中心,且位于产气容器正上方,出气口位于桶盖边缘平均分布;进料口和出气口均分别配有用于密封的密封塞。
为了产生CO2气体,固体物料为碳酸盐或碳酸氢盐,液体物料为酸。
本实施例所采用的方法,采用前述装置,包括以下步骤:
步骤一,在进水桶中注入液面不高于产气容器底部的进水溶液,然后通惰性气体,使溶液中溶解氧浓度低于1.5mg/L;
步骤二,向液体物料容器和产气容器中注入酸,并通过虹吸原理保持两者液面持平;
步骤三,通过进料口向产气容器中投入固体物料,随即用密封塞密封进料口,同时打开出气口的密封塞;
步骤四,通过溶氧仪监测桶内溶液中溶解氧含量,当溶液中溶解氧含量不再升高,且保持稳定时,停止投入固体物料,并密封所有的出气口;
步骤五,静置,通过溶氧仪监测桶内溶液中溶解氧含量,当溶解氧含量大于阈值时,重复前四步,阈值设为4mg/L。
该进水装置的供液装置通过虹吸原理调控外部量筒内一定浓度的酸溶液的高度来调控产气容器内酸的量进而调控产气量,也可通过该装置调控进水的pH。产气容器正上方处(桶盖上)有一进料口,进料口一般用橡胶塞堵住,产气的固体物料为碳酸盐或碳酸氢盐,本实施例采用的是碳酸氢钠,也可根据需要采用其他的碳酸盐或碳酸氢盐,当固体物料不足时通过进料口补充物料。考虑到在实际应用时可能会根据需要而选择相应大小的进水桶,为使产生气体更加均匀的释放,产气容器径高比在1:1~1:1.5内为宜,有利于酸与碳酸盐或碳酸氢盐迅速反应来产生足够CO2形成CO2气体缓冲层(其分子量大于空气静置后处于气体下层),一方面可为进水提供自养细菌的基质,一方面有效防止空气层与水面接触,在低强度扰动下不会造成空气与进水有直接接触。
产气容器中的固体物料添加是在上方进料口处添加,根据产气量添加定量物料。虹吸管既有固定作用同时又有控制液体物料添加的作用,本实施例采用的酸溶液为盐酸,也可根据需要采用其他酸溶液,酸溶液的添加可通过调节量筒内盐酸液面高度由虹吸作用加入产气主体,简单快捷。综合经济因素(产气量)以及最终效果(气层需足够厚)设计桶的径高比为1:1.5~1:2.5,该装置可极大减弱气流扰动,使桶内空气保持稳定状态,随着进水减少,缓冲气体层可稳定下降保持进水与空气的零接触。连接件将桶盖与产气主体相连,连接件可采用硬质的连接臂或者软质的连接带,根据需要确定即可。
产气主体材料采用塑料或有机玻璃制作均可,该装置通过添加盐酸到量筒通过虹吸作用引至产气主体,盐酸与碳酸氢钠迅速反应,以1:1的比例产生二氧化碳气体,产生的二氧化碳充满整个装置,形成足够的气体缓冲层,可较好的防止空气与低溶氧水的接触。该装置控制溶解氧方式简单有效,比传统方法如抽真空负压除氧控氧、通惰性气体除氧控氧更加经济,运用起来也更加简便。
图3中的数据由来:
低溶氧水为通氩气(Ar)半小时得到;
采用本装置所得数值为进水装置水桶体积20L,径高比1:1.5,桶盖配套,产气主体直径4cm,径高比1:1.5,加入2mol/L盐酸(HCl)30mL,加入足够的碳酸氢钠放置一天后得到;
未采用本装置所得数值为低溶氧水放置普通水桶内一天后得到。
低溶氧水在未采用本装置条件下放置一天溶氧量基本达到饱和约8mg/L采用本装置放置一天溶解氧量到达约3mg/L,很好的阻隔了氧气。
图4中数据由来:
采用本装置所得数值为进水装置水桶体积20L,径高比1:1.5,桶盖配套,产气主体直径4cm,径高比1:1.5,加入2mol/L盐酸(HCl)30mL,加入足够的碳酸氢钠放置30min后得到;
未采用本装置所得数值为低溶氧装置内水pH相对较小,证明二氧化碳部分溶解于装置水体内,生成了H2CO3,从而降低了水体pH值水放置普通水桶内30min后得到。
Claims (8)
1.一种厌氧反应器的进水装置,其特征在于,包括进水桶、进水桶盖、产气主体和溶氧测定装置;进水桶内装有低溶氧水,进水桶盖覆盖在进水桶顶部并设有出气口和用于投入固体物料的进料口,产气主体位于进水桶内,且悬空设置在进水桶低溶氧水的液面上方,所述的产气主体包括产气容器和用于供给液态物料的供液装置,产气容器设置于进水桶盖的进料口正下方并通过连接件悬挂于进水桶内液面上方;供液装置设置于进水桶外并连接至产气容器,溶氧仪测定装置伸入至进水桶内并测定进水桶内液体的溶氧量。
2.根据权利要求1所述的一种厌氧反应器的进水装置,其特征在于,所述的供液装置包括液体物料容器和虹吸管,虹吸管用于连通桶外的液体物料容器和桶内的产气容器,所述的液体物料容器为设有刻度的量筒。
3.根据权利要求2所述的一种厌氧反应器的进水装置,其特征在于,所述的虹吸管一端连接至产气容器的底部,另一头伸入至液体物料容器的液面以下至少5cm。
4.根据权利要求1所述的一种厌氧反应器的进水装置,其特征在于,所述的溶氧测定装置包括溶氧测定探头和用于显示溶氧量的溶氧仪,所述的溶氧测定探头伸入至进水桶液面以下至少2cm,并通过管线通信连接至设置于进水桶外的溶氧仪。
5.根据权利要求1所述的一种厌氧反应器的进水装置,其特征在于,所述的进水桶盖上设有2~6个出气口和1个进料口,进料口位于桶盖中心,且位于产气容器正上方,出气口位于桶盖边缘平均分布;进料口和出气口均分别配有用于密封的密封塞。
6.根据权利要求1所述的一种厌氧反应器的进水装置,其特征在于,所述的固体物料为碳酸盐或碳酸氢盐,液体物料为酸。
7.一种厌氧反应器的进水方法,其特征在于,采用如权利要求1-6任一所述的装置,包括以下步骤:
步骤一,在进水桶中注入液面不高于产气容器底部的进水溶液,然后通惰性气体,使溶液中溶解氧浓度低于1.5mg/L;
步骤二,向液体物料容器和产气容器中注入酸,并通过虹吸原理保持两者液面持平;
步骤三,通过进料口向产气容器中投入固体物料,随即用密封塞密封进料口,同时打开出气口的密封塞;
步骤四,通过溶氧仪监测桶内溶液中溶解氧含量,当溶液中溶解氧含量不再升高,且保持稳定时,停止投入固体物料,并密封所有的出气口;
步骤五,静置,通过溶氧仪监测桶内溶液中溶解氧含量,当溶解氧含量大于阈值时,重复前四步。
8.根据权利要求7所述的一种厌氧反应器的进水方法,其特征在于,所述的氧含量阈值为4mg/L。
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