CN108675443B - 一种厌氧颗粒污泥膨胀床反应器及启动和运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种厌氧颗粒污泥膨胀床反应器及启动和运行方法，主要包括膨胀床反应器主体、布水装置、恒温循环水热装置、螺旋管装置和水流控制装置；膨胀床反应器主体外设有夹套层，膨胀床反应器主体上顶面设有沼气收集装置；布水装置位于膨胀床反应器主体的内底部；恒温循环水热装置主要包括控温装置、水循环室、电热装置、加热装置和控制器；螺旋管装置位于膨胀床反应器主体内中部；水流控制装置包括水泵和水流控制室。总之，本发明提高了厌氧颗粒污泥膨胀床反应器的稳定性，缩短反应时长，绿色节能的为反应器进行温度的控制，有效防止颗粒污泥堵塞阻碍进水，液面上升速度可控的优点。

Description

一种厌氧颗粒污泥膨胀床反应器及启动和运行方法

技术领域

本发明涉及厌氧生物反应器技术领域，具体是涉及一种厌氧颗粒污泥膨胀床反应器及启动和运行方法。

背景技术

厌氧膨胀床生物反应器内添加固体颗粒填料，常用的填料有石英砂、陶粒等，厌氧膨胀床生物反应器需要采用出水回流的方法使填料床在反应器内膨胀。填料床内的填料颗粒之间略有松动，填料颗粒之间的空隙增加但仍然保持相互接触的厌氧反应器称为厌氧膨胀床生物反应器。

厌氧膨胀床生物反应器的填料床内微生物浓度很高，具有较高的有机物容积负荷，水力停留时间较短，具有耐有机物冲击负荷能力强等优点。厌氧膨胀床生物反应器的缺点除了填料的膨胀流化能耗较大之外，由于现有厌氧膨胀床生物反应器依靠废水在澄清区内的沉降来确保出水悬浮物指标满足水质要求，因此，进水流量大幅度波动会对厌氧膨胀床生物反应器的出水水质产生负面影响。另外，在填料床内填料颗粒之间的摩擦会抑制附着在填料颗粒表面的生物膜厚度增加，陈旧生物膜只有在生物膜下的微生物彻底死亡后才能自行脱落，无法及时更新附着在填料颗粒表面的陈旧生物膜。

在实际使用中，厌氧氨氧化反应时需要适宜的温度，传统的厌氧膨胀床生物反应器未涉及到加热，进水口进水时容易受到污泥的堵塞，液面上升速度不稳定，而且厌氧膨胀床生物反应器的反应周期较长，效果仍然不稳定。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了改善和解决现有技术中厌氧颗粒污泥膨胀床反应器的稳定性，反应时长较长，绿色节能的为反应器进行温度的控制，防止颗粒污泥堵塞阻碍进水和控制液面上升速度的问题，提供了一种厌氧颗粒污泥膨胀床反应器及启动和运行方法。

本发明的技术方案为：一种厌氧颗粒污泥膨胀床反应器，主要包括膨胀床反应器主体、布水装置、恒温循环水热装置、螺旋管装置和水流控制装置；

所述膨胀床反应器主体呈圆柱体，所述膨胀床反应器主体下底部左侧设有进水口，所述膨胀床反应器主体下底部右侧设有回流口A，所述膨胀床反应器主体中部左侧设有螺旋管接口，所述膨胀床反应器主体上顶部左侧设有出水口，所述膨胀床反应器主体上顶部右侧设有回流口B，所述膨胀床反应器主体外设有夹套层，所述夹套层右侧下端设有注水口，所述膨胀床反应器主体上顶面设有沼气收集装置，所述沼气收集装置上顶面设有排气口，所述回流口A和所述回流口B之间通过管道连接，所述回流口A和回流口B的管道中间设有循环水泵；

所述布水装置位于所述膨胀床反应器主体的内底部，所述布水装置的左侧口与进水口连接，布水装置的右侧口与回流口A连接，所述布水装置包括布水管道和布水喷头，所述布水管道为多个环形管组成，所述布水喷头设有多个，均匀的安置在所述布水管道下端，所述布水喷头内设有多个左右相互错开的阻泥板，所述阻泥板向下倾斜15°，阻泥板能有效的组织颗粒污泥堵塞布水喷头，试验发现将阻泥板向下倾斜15°阻挡颗粒污泥的效果最好；

所述恒温循环水热装置主要包括控温装置、水循环室、电热装置、加热装置和控制器，所述控温装置位于所述水循环室的内左上角，所述水循环室位于所述恒温循环水热装置的内右上角，所述电热装置位于所述恒温循环水热装置的内左下角，所述加热装置位于所述恒温循环水热装置的内右下角，所述控制器位于所述水循环室的内右上角，所述控制器下设有温度传感器，所述加热装置内设有燃烧室和集气室，所述燃烧室右侧上方设有气孔，所述燃烧室位于加热装置的上部，集气室位于加热装置的下部，所述集气室上顶面中间设有喷气嘴，所述集气室和燃烧室通过喷气嘴连接，所述喷气嘴的右侧还设有点火器，所述恒温循环水热装置左侧面上端设有流水口，所述恒温循环水热装置的右顶面下端设有进气口，所述流水口通过管道与所述注水口连接，所述进气口通过管道与所述排气口连接，所述控制器与所述温度传感器、控温装置、电热装置、喷气嘴和点火器连接；

所述螺旋管装置位于所述膨胀床反应器主体内中部，并与所述螺旋管接口连接，所述螺旋管装置包括螺旋管和支管，所述支管呈月牙形，管壁布有多个细孔，所述支管设有多个，均匀的分布在所述螺旋管的下端；

所述水流控制装置包括水泵和水流控制室，所述水泵位于所述水流控制装置的左部，所述水流控制室位于所述水泵的右侧，所述水流控制室内设有流速传感器和闸门装置，所述闸门装置位于所述水流控制室的最左端，所述流速传感器位于所述闸门装置的右侧，所述流速传感器与所述闸门装置内控制器通过数据线进行连接，所述控制器用于分析流速传感器传输过来的数据对闸门进行调控。

进一步的，所述布水喷头内设有多个左右相互错开的阻泥板，所述阻泥板向下倾斜15°，阻泥板能有效的组织颗粒污泥堵塞布水喷头，试验发现将阻泥板向下倾斜15°阻挡颗粒污泥的效果最好。

进一步的，所述螺旋管接口内设有单向阀，防止在添加氯化铁溶液时出现膨胀床反应器内水外流。

进一步的，所述沼气收集装置上部分呈圆柱形，下部分呈圆台形，所述沼气收集装置的底部设有挡板，所述挡板均匀的分布有倾斜的斜板，挡板和斜板通过扩大与膨胀床反应器内的接触面积，进而辅助提高沼气收集装置的集气效率。

进一步的，所述沼气收集装置下设有筛板，所述筛板开有若干均匀分布的筛孔，所述筛板内部中空，内填有填充物，可有有效阻挡在反应过程中升流所夹带的部分淤泥。

更进一步的，所述填充物为沸石、石英石、铁屑和晴纶棉，所述沸石、石英石、铁屑和晴纶棉的填充体积比为：2:1:1.5:5，将所述晴纶棉分为上下两层并使用纯水浸泡浸湿，再将沸石、石英石和铁屑颗粒均匀混合后置于上下两层晴纶棉的中间，该填充物可以有效辅助筛板阻挡升流过程中夹杂的淤泥，有效阻挡率为99.6%。

一种厌氧颗粒污泥膨胀床反应器启动和运行方法，包括以下步骤：

启动：首先颗粒污泥用氨浓度8mmol/L的无机盐培养基进行好氧培养，富集硝化细菌，提高硝化活性；好氧运行一周后，接种150ml颗粒污泥于反应器中，转为厌氧运行；在氨浓度1.5mmol/L的无机培养基中，添加4mmol/L的亚硝酸盐和部分模拟生活废水，以促进厌氧氨氧化菌和反硝化菌的增殖；厌氧运行三周后，用含有NH4⁺6mmol/L和NO2^-4mmol/L的无机盐培养基和模拟生活废水，将COD控制在680mg/L，正式启动反应器；

运行：在水流控制装置预设水流流速，将待处理水通过管道通入水流控制装置，通过水泵泵吸将待处理水通入水流控制室，流速传感器对水流流速的检测，通过闸门装置控制水流的速度；然后进入布水装置，通过布水装置将待处理水通入膨胀床反应器颗粒污泥内；

同时通过螺旋管接口注入氯化铁溶液，通过螺旋管装置将氯化铁溶液均匀分散到膨胀床反应器内；

同时通过沼气收集装置将膨胀床反应器内反应产生的沼气收集并通过管道通入恒温循环水热装置，沼气进入集气室通过喷气嘴配合点火器将沼气燃烧产生热量，预设好膨胀床反应器所需温度，控制器通过水温传感器的检测对加热装置、电热装置和控温装置进行指令，当沼气不足时启用电热装置辅助加热，当温度过高时将启动控温装置稳定当前温度在预设温度，达到保持夹套层内水温恒定的要求。

进一步的，所述氯化铁溶液的铁浓度为0.14mmol/L，铁离子的加入可以提高厌氧氨氧化反应的容积率等，提高厌氧氨氧化的反应效率，试验发现在0.14mmol/L的铁离子浓度下效果最显著。

本发明的有益效果为：

（1）本装置设置的螺旋管装置和配合添加铁离子，提高了膨胀床反应器的出水水质和缩短了反应时间，出水水质相比传统膨胀床提高了27%，反应时间缩短了13%。

（2）本装置设置的恒温循环水热装置和夹套层，通过利用反应器内产生的沼气燃烧产生热能为恒温循环水热装置提供部分加热能量，从而实现绿色节能地为反应器进行温度的控制。

（3）本装置设置的布水装置的布水喷头可以有效的防止颗粒污泥堵塞，阻碍进水。

（4）本装置设置的水流控制装置可以对加入的待处理水进行稳定的进水和水流速度，实现液面上升速度可控。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的恒温循环水热装置结构示意图。

图3是本发明的水流控制装置结构示意图。

图4是本发明的螺旋管结构示意图。

图5是本发明的布水管道结构示意图。

图6是本发明的布水喷头剖视图。

图7是本发明的筛板结构示意图。

其中，1-膨胀床反应器主体、11-进水口、12-回流口A、13-注水口、14-回流口B、15-出水口、16-螺旋管接口、161-单向阀、2-布水装置、21-布水管道、22-布水喷头、221-阻泥板、3-恒温循环水热装置、31-水循环箱、32-电热装置、33-加热装置、331-集气室、3311-喷气头、3312-点火器、332-燃烧室、3321-气孔、34-控制器、341-温度传感器、35-控温装置、36-流水口、37-进气口、4-螺旋管装置、41-螺旋管、42-支管、5-水流控制装置、51-水泵、52-水流控制装置、521-闸门装置、522-流速传感器、6-沼气收集装置、61-排气口、62-挡板、621-斜板、7-筛板、71-筛孔、8-夹套层、9-循环水泵。

具体实施方式

下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明，以更好地体现本发明的优势。

如图1，一种厌氧颗粒污泥膨胀床反应器，主要包括膨胀床反应器主体1、布水装置2、恒温循环水热装置3、螺旋管装置4和水流控制装置5；

如图1和7所示，膨胀床反应器主体1呈圆柱体，膨胀床反应器主体1下底部左侧设有进水口11，膨胀床反应器主体1下底部右侧设有回流口A 12，膨胀床反应器主体1中部左侧设有螺旋管接口16，螺旋管接口16内设有单向阀161，防止在添加氯化铁溶液时出现膨胀床反应器内水外流。膨胀床反应器主体1上顶部左侧设有出水口15，膨胀床反应器主体1上顶部右侧设有回流口B 14，膨胀床反应器主体1外设有夹套层8，夹套层8右侧下端设有注水口13，膨胀床反应器主体1上顶面设有沼气收集装置6，沼气收集装置6上顶面设有排气口61，沼气收集装置6上部分呈圆柱形，下部分呈圆台形，沼气收集装置6的底部设有挡板62，挡板62均匀的分布有倾斜的斜板621，挡板62和斜板621通过扩大与膨胀床反应器内的接触面积，进而辅助提高沼气收集装置6的集气效率。沼气收集装置6下设有筛板7，筛板7开有若干均匀分布的筛孔71，筛板7内部中空，内填有填充物，可有有效阻挡在反应过程中升流所夹带的部分淤泥。回流口A 12和回流口B 14之间通过管道连接，回流口A 12和回流口B 14的管道中间设有循环水泵9；

如图5和6所示，布水装置2位于膨胀床反应器主体1的内底部，布水装置2的左侧口与进水口11连接，布水装置2的右侧口与回流口A 12连接，布水装置2包括布水管道21和布水喷头22，布水管道21为多个环形管组成，布水喷头22设有多个，均匀的安置在布水管道21下端；

如图2所示，恒温循环水热装置3主要包括控温装置35、水循环室31、电热装置32、加热装置33和控制器34，控温装置35位于水循环室31的内左上角，水循环室31位于恒温循环水热装置3的内右上角，电热装置32位于恒温循环水热装置3的内左下角，加热装置33位于恒温循环水热装置3的内右下角，控制器34位于水循环室31的内右上角，控制器34下设有温度传感器341，加热装置33内设有燃烧室332和集气室331，燃烧室332右侧上方设有气孔3321，燃烧室332位于加热装置33的上部，集气室331位于加热装置33的下部，集气室331上顶面中间设有喷气嘴3311，集气室331和燃烧室332通过喷气嘴3311连接，喷气嘴3311的右侧还设有点火器3312，恒温循环水热装置3左侧面上端设有流水口36，恒温循环水热装置3的右顶面下端设有进气口37，流水口36通过管道与注水口13连接，进气口37通过管道与排气口61连接，控制器34与温度传感器341、控温装置35、电热装置32、喷气嘴3311和点火器3312连接；

如图4所示，螺旋管装置4位于膨胀床反应器主体1内中部，并与螺旋管接口16连接，螺旋管装置4包括螺旋管41和支管42，支管42呈月牙形，管壁布有多个细孔，支管42设有多个，均匀的分布在螺旋管41的下端；

如图3所示，水流控制装置5包括水泵51和水流控制室52，水泵51位于水流控制装置5的左部，水流控制室52位于水泵51的右侧，水流控制室52内设有流速传感器522和闸门装置521，闸门装置521位于水流控制室52的最左端，流速传感器522位于闸门装置521的右侧，流速传感器522与闸门装置521内控制器通过数据线进行连接，控制器用于分析流速传感器522传输过来的数据对闸门进行调控。

一种厌氧颗粒污泥膨胀床反应器启动和运行方法，包括以下步骤：

启动：首先颗粒污泥用氨浓度8mmol/L的无机盐培养基进行好氧培养，富集硝化细菌，提高硝化活性；好氧运行一周后，接种150ml颗粒污泥于反应器中，转为厌氧运行；在氨浓度1.5mmol/L的无机培养基中，添加4mmol/L的亚硝酸盐和部分模拟生活废水，以促进厌氧氨氧化菌和反硝化菌的增殖；厌氧运行三周后，用含有NH4⁺6mmol/L和NO2^-4mmol/L的无机盐培养基和模拟生活废水，将COD控制在680mg/L，正式启动反应器；

运行：在水流控制装置5预设水流流速，将待处理水通过管道通入水流控制装置5，通过水泵51泵吸将待处理水通入水流控制室52，流速传感器522对水流流速的检测，通过闸门装置521控制水流的速度；然后进入布水装置2，通过布水装置2将待处理水通入膨胀床反应器颗粒污泥内；

同时通过螺旋管接口16注入铁浓度为0.14mmol/L的氯化铁溶液，通过螺旋管装置4将氯化铁溶液均匀分散到膨胀床反应器内，铁离子的加入可以提高厌氧氨氧化反应的容积率等，提高厌氧氨氧化的反应效率，试验发现在0.14mmol/L的铁离子浓度下效果最显著；

同时通过沼气收集装置6将膨胀床反应器内反应产生的沼气收集并通过管道通入恒温循环水热装置3，沼气进入集气室331通过喷气嘴3311配合点火器3312将沼气燃烧产生热量，预设好膨胀床反应器所需温度，控制器通过水温传感器341的检测对加热装置33、电热装置32和控温装置35进行指令，当沼气不足时启用电热装置32辅助加热，当温度过高时将启动控温装置35稳定当前温度在预设温度，达到保持夹套层8内水温恒定的要求。

填充物为沸石、石英石、铁屑和晴纶棉，沸石、石英石、铁屑和晴纶棉的填充体积比为：2:1:1.5:5，将晴纶棉分为上下两层并使用纯水浸泡浸湿，再将沸石、石英石和铁屑颗粒均匀混合后置于上下两层晴纶棉的中间，该填充物可以有效辅助筛板阻挡升流过程中夹杂的淤泥，有效阻挡率为99.6%。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种厌氧颗粒污泥膨胀床反应器，其特征在于，主要包括膨胀床反应器主体（1）、布水装置（2）、恒温循环水热装置（3）、螺旋管装置（4）和水流控制装置（5）；

所述膨胀床反应器主体（1）呈圆柱体，所述膨胀床反应器主体（1）下底部左侧设有进水口（11），所述膨胀床反应器主体（1）下底部右侧设有回流口A（12），所述膨胀床反应器主体（1）中部左侧设有螺旋管接口（16），所述膨胀床反应器主体（1）上顶部左侧设有出水口（15），所述膨胀床反应器主体（1）上顶部右侧设有回流口B（14），所述膨胀床反应器主体（1）外设有夹套层（8），所述夹套层（8）右侧下端设有注水口（13），所述膨胀床反应器主体（1）上顶面设有沼气收集装置（6），所述沼气收集装置（6）上顶面设有排气口（61），所述回流口A（12）和所述回流口B（14）之间通过管道连接，所述回流口A（12）和回流口B（14）的管道中间设有循环水泵（9）；

所述布水装置（2）位于所述膨胀床反应器主体（1）的内底部，所述布水装置（2）的左侧口与进水口（11）连接，布水装置（2）的右侧口与回流口A（12）连接，所述布水装置（2）包括布水管道（21）和布水喷头（22），所述布水管道（21）为多个环形管组成，所述布水喷头（22）设有多个，均匀的安置在所述布水管道（21）下端；

所述恒温循环水热装置（3）主要包括控温装置（35）、水循环室（31）、电热装置（32）、加热装置（33）和控制器（34），所述控温装置（35）位于所述水循环室（31）的内左上角，所述水循环室（31）位于所述恒温循环水热装置（3）的内右上角，所述电热装置（32）位于所述恒温循环水热装置（3）的内左下角，所述加热装置（33）位于所述恒温循环水热装置（3）的内右下角，所述控制器（34）位于所述水循环室（31）的内右上角，所述控制器（34）下设有温度传感器（341），所述加热装置（33）内设有燃烧室（332）和集气室（331），所述燃烧室（332）右侧上方设有气孔（3321），所述燃烧室（332）位于加热装置（33）上部，集气室（331）位于加热装置（33）下部，所述集气室（331）上顶面中间设有喷气嘴（3311），所述集气室（331）和燃烧室（332）通过喷气嘴（3311）连接，所述喷气嘴（3311）的右侧还设有点火器（3312），所述恒温循环水热装置（3）左侧面上端设有流水口（36），所述恒温循环水热装置（3）的右顶面下端设有进气口（37），所述流水口（36）通过管道与所述注水口（13）连接，所述进气口（37）通过管道与所述排气口（61）连接，所述控制器（34）与所述温度传感器（341）、控温装置（35）、电热装置（32）、喷气嘴（3311）和点火器（3312）连接；

所述螺旋管装置（4）位于所述膨胀床反应器主体（1）内中部，并与所述螺旋管接口（16）连接，所述螺旋管装置（4）包括螺旋管（41）和支管（42），所述支管（42）呈月牙形，管壁布有多个细孔，所述支管（42）设有多个，均匀的分布在所述螺旋管（41）的下端；

所述水流控制装置（5）包括水泵（51）和水流控制室（52），所述水泵（51）位于所述水流控制装置（5）的左部，所述水流控制室（52）位于所述水泵（51）的右侧，所述水流控制室（52）内设有流速传感器（522）和闸门装置（521），所述闸门装置（521）位于所述水流控制室（52）的最左端，所述流速传感器（522）位于所述闸门装置（521）的右侧，所述流速传感器（522）与所述闸门装置（521）内控制器通过数据线进行连接，所述控制器用于分析流速传感器（522）传输过来的数据对闸门进行调控。

2.根据权利要求1所述的一种厌氧颗粒污泥膨胀床反应器，其特征在于，所述布水喷头（22）内设有多个左右相互错开的阻泥板（221），所述阻泥板（221）向下倾斜15°。

3.根据权利要求1所述的一种厌氧颗粒污泥膨胀床反应器，其特征在于，所述螺旋管接口（16）内设有单向阀（161）。

4.根据权利要求1所述的一种厌氧颗粒污泥膨胀床反应器，其特征在于，所述沼气收集装置（6）上部分呈圆柱形，下部分呈圆台形，所述沼气收集装置（6）的底部设有挡板（62），所述挡板（62）均匀的分布有倾斜的斜板（621）。

5.根据权利要求1所述的一种厌氧颗粒污泥膨胀床反应器，其特征在于，所述沼气收集装置（6）下设有筛板（7），所述筛板（7）开有若干均匀分布的筛孔（71），所述筛板（7）内部中空，内填有填充物。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种厌氧颗粒污泥膨胀床反应器的启动和运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

启动：首先颗粒污泥用氨浓度8mmol/L的无机盐培养基进行好氧培养，富集硝化细菌，提高硝化活性；好氧运行一周后，接种150ml颗粒污泥于反应器中，转为厌氧运行；在氨浓度1.5mmol/L的无机培养基中，添加4mmol/L的亚硝酸盐和部分模拟生活废水，以促进厌氧氨氧化菌和反硝化菌的增殖；厌氧运行三周后，用含有NH₄ ⁺6mmol/L和NO₂ ^-4mmol/L的无机盐培养基和模拟生活废水，将COD控制在680mg/L，正式启动反应器；

运行：在水流控制装置（5）预设水流流速，将待处理水通过管道通入水流控制装置（5），通过水泵（51）泵吸将待处理水通入水流控制室（52），流速传感器（522）对水流流速的检测，通过闸门装置（521）控制水流的速度；然后进入布水装置（2），通过布水装置（2）将待处理水通入膨胀床反应器颗粒污泥内；

同时通过螺旋管接口（16）注入氯化铁溶液，通过螺旋管装置（4）将氯化铁溶液均匀分散到膨胀床反应器内；

同时通过沼气收集装置（6）将膨胀床反应器内反应产生的沼气收集并通过管道通入恒温循环水热装置（3），沼气进入集气室（331）通过喷气嘴（3311）配合点火器（3312）将沼气燃烧产生热量，预设好膨胀床反应器所需温度，控制器通过水温传感器（341）的检测对加热装置（33）、电热装置（32）和控温装置（35）进行指令，当沼气不足时启用电热装置（32）辅助加热，当温度过高时将启动控温装置（35）稳定当前温度在预设温度，达到保持夹套层（8）内水温恒定的要求。

7.根据权利要求6所述的一种厌氧颗粒污泥膨胀床反应器的启动和运行方法，其特征在于，所述亚硝酸盐的浓度为4mmol/L。

8.根据权利要求6所述的一种厌氧颗粒污泥膨胀床反应器的启动和运行方法，其特征在于，所述氯化铁溶液的铁浓度为0.14mmol/L。

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