CN110668581B - 一种悬浮厌氧氨氧化菌连续流反应器及自动控制方法 - Google Patents

一种悬浮厌氧氨氧化菌连续流反应器及自动控制方法 Download PDF

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Abstract

一种悬浮厌氧氨氧化菌连续流反应器及自动控制方法，属于污水生物处理技术领域。装置涉及一种内置式膜生物反应器，包括进水水箱、注射泵、搅拌装置、出水水箱；进水箱完全密闭并设有氮气袋，连接一个海绵铁滤料除氧装置和蠕动泵，最后与进水口相接，注射泵直接与进水口连接，厌氧反应器内设有加热棒、搅拌桨、pH探头、DO探头及中空纤维膜组件，膜组件外接一负压表和蠕动泵，液位计与进出水泵连接，搅拌桨与顶盖连接处设有水封装置，pH及DO探头与在线监测主机连接，主反应器顶盖设有一氮气袋，取样口设在反应器外壁处。所述方法为厌氧氨氧化菌的富集培养方法。本发明缩短了厌氧氨氧化菌的培养时间，装置结构简单。

Description

一种悬浮厌氧氨氧化菌连续流反应器及自动控制方法
技术领域
本发明涉及一种悬浮厌氧氨氧化菌连续流反应器及自动控制方法，，属于污水生物处理技术领域，适用于厌氧氨氧化菌的培养。
背景技术
随着人类工农业的迅速发展，大量的污染物进入水体，对自然水体造成了严重污染，水体富营养化问题严重。生物脱氮技术得到了飞速发展，应用最多的工艺为传统的硝化-反硝化工艺，但其存在诸多问题，例如曝气能耗高，需要外加碳源，总氮去除率低，剩余污泥产量大，同时产生大量温室气体。
近年来，厌氧氨氧化的自养脱氮工艺越来越受人们的关注，尤其在处理高氨氮低碳氮比的废水方面优势显著。与工艺相比，厌氧氨氧化工艺可以节省大量曝气能耗，同时不需要外加碳源，剩余污泥及温室气体的产量低。
因为厌氧氨氧化工艺的诸多优势，近年来针对厌氧氨氧化菌的研究也越来越多。但如何能培养出高纯度的厌氧氨氧化菌成为了大家公认的难题。首先，厌氧氨氧化菌生长十分缓慢，倍增时间长；同时，传统的SBR及UASB反应器对厌氧氨氧化菌的污泥截留能力较弱，出水通常伴有厌氧氨氧化菌的流失，而且传统反应器的避氧能力较弱，厌氧氨氧化菌通常生活于存在溶解氧的环境内，不利于其生长；其次，传统方式培养的厌氧氨氧化菌通常混有很多杂菌，纯度较低，通常都为颗粒或生物膜形式，这种污泥形式阻碍传质，不利于进行机理性试验；最后，亚硝态氮作为厌氧氨氧化菌的基质，也可以作为一种毒物对厌氧氨氧化菌造成抑制，因此亚硝态氮浓度过高对厌氧氨氧化菌造成抑制也时常发生。
针对以上问题，提出了厌氧氨氧化菌的培养装置与方法，使用内置式膜生物反应器对生长缓慢的厌氧氨氧化菌进行污泥持留，可截留100％的污泥，同时内置式膜生物反应器内完全绝氧，使生长缓慢的厌氧氨氧化菌获得最佳的生长条件；同时监测内置式膜生物反应器内亚硝态氮浓度，当亚硝态氮浓度过高时，停止进水保护厌氧氨氧化菌。
发明内容
针对以上问题，本发明目的为提供一种悬浮厌氧氨氧化菌连续流反应器及自动控制方法，以解决传统培养方式中存在的污泥流失，难以避氧，厌氧氨氧化菌富集缓慢等问题。
本发明为解决以上问题，提出一种悬浮厌氧氨氧化菌连续流反应器及自动控制方法，其装置涉及一种内置式膜生物反应器。所述装置设有进水水箱(1)、注射泵(5)、搅拌装置(11)、出水水箱(22)等；进水箱(1)完全密闭并设有第二氮气袋(21)，然后连接一海绵铁滤料除氧装置(2)和第一蠕动泵(3)，最后与进水口(18)相接，亚硝态氮注射泵(5)直接与进水口(19)连接，内置式膜生物反应器内设有加热棒(10)、搅拌桨(11)、pH探头(8)、DO探头(9)及中空纤维膜组件(12)，膜组件(12)外接一负压表(14)和第二蠕动泵(15)，最后通至出水箱(18)，第一液位计(4)、第二液位计(16)粘在内置式膜生物反应器外壁，第二液位计(16)与第二蠕动泵(15)连接，第一液位计(4)水平高度高于第二液位计(16)3cm并与第一蠕动泵(3)连接，搅拌桨(11)与顶盖连接处设有水封装置(7)，pH(8)探头及DO探头(9)与在线监测主机(6)连接，在线监测主机(6)、第一蠕动泵(3)、第二蠕动泵(15)注射泵(5)、负压表(14)与电脑(23)连接，整套装置通过电脑自动控制运行，内置式膜生物反应器顶盖设有第一氮气袋(20)，取样口(17)设在内置式膜生物反应器外壁处。
利用该厌氧膜生物反应器培养厌氧氨氧化菌的方法，包括以下步骤：
接种悬浮态厌氧氨氧化污泥至内置式膜生物反应器内，保证初始污泥浓度为2000-3000mg/L，维持内置式膜生物反应器温度为35℃，DO浓度小于0.05mg/L，配制氨氮和亚硝态氮基质至进水水箱，曝氮气除氧使进水水箱DO浓度小于0.05mg/L，进水基质进入内置式膜生物反应器后通过厌氧氨氧化反应后生成氮气，由于该反应过程会导致pH值的升高，因此配制质量分数3％稀盐酸置于注射泵上，通过连续注射稀盐酸使内置式膜生物反应器pH维持在7.6-8.0之间，在运行过程中，内置式膜生物反应器HRT设定为12h，膜组件以恒定通量的模式运行，该通量与进水流量匹配一致，注射泵及进出水泵都通过电脑自动控制，当压力表示数超过0.05MPa时，应及时清洗或更换膜组件，第一氮气袋和第二氮气袋的作用为平衡内置式膜生物反应器及进水箱气压，防止氧气混入系统中，当消耗完毕时应及时补充。
此后通过取样口取样测定内置式膜生物反应器内氨氮及亚硝态氮浓度，当内置式膜生物反应器内亚硝态氮浓度积累超过4mg/L时，降低20mg/L进水基质浓度，当内置式膜生物反应器内亚硝态氮浓度连续3天处于1mg/L以下时，增加20mg/L的进水基质浓度。通过此方法避免亚硝态氮积累对厌氧氨氧化菌活性造成抑制，并提高内置式膜生物反应器负荷使厌氧氨氧化菌在适宜的环境中处增殖。
本发明为一种厌氧氨氧化菌的培养装置和方法，具有以下优势：
反应装置与电脑连接，运行过程通过电脑自动控制；使用中空纤维膜作为出水方式，可使用悬浮态厌氧氨氧化菌进行培养，并将厌氧氨氧化菌完全截留在内置式膜生物反应器内，避免污泥流失；对内置式膜生物反应器运行条件的控制，使得厌氧氨氧化菌处于最佳生长状态，缩短了厌氧氨氧化菌的培养富集时间。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明，如图1所示，本实施方式的生物反应器包括一种悬浮厌氧氨氧化菌连续流反应器及自动控制方法，其装置涉及一种内置式膜生物反应器。所述装置设有进水水箱(1)、注射泵(5)、搅拌装置(11)、出水水箱(22)等；进水箱(1)完全密闭并设有第二氮气袋(21)，然后连接一海绵铁滤料除氧装置(2)和第一蠕动泵(3)，最后与进水口(18)相接，亚硝态氮注射泵(5)直接与进水口(19)连接，内置式膜生物反应器内设有加热棒(10)、搅拌桨(11)、pH探头(8)、DO探头(9)及中空纤维膜组件(12)，膜组件(12)选择海科滤膜中空纤维膜组件，孔径为0.1μm，膜面积为0.085㎡，
膜组件(12)外接一负压表(14)和第二蠕动泵(15)，最后通至出水箱(18)，第一液位计(4)、第二液位计(16)粘在内置式膜生物反应器外壁，第二液位计(16)与第二蠕动泵(15)连接，第一液位计(4)水平高度高于第二液位计(16)3cm并与第一蠕动泵(3)连接，搅拌桨(11)与顶盖连接处设有水封装置(7)，pH(8)探头及DO探头(9)与在线监测主机(6)连接，在线监测主机(6)、第一蠕动泵(3)、第二蠕动泵(15)注射泵(5)、负压表(14)与电脑(23)连接，整套装置通过电脑自动控制运行，内置式膜生物
反应器顶盖设有第一氮气袋(20)，取样口(17)设在内置式膜生物反应器外壁处。
工作原理：第二液位计(16)与第二蠕动泵(15)连接，当内置式膜生物反应器内液位随着进水到达第二液位计(16)所处水平位置时，第二出水泵(15)开启，当出水流量大于进水流量时，此时液位下降，当下降至第二液位计(16)所处水平位置下方2-3cm处时，第二出水泵(15)关闭，此时内置式膜生物反应器液位再次上升，第一液位计(4)水平高度高于第二液位计(16)3cm并与第一蠕动泵(3)连接，当膜组件(12)因为膜污染出水流量小于进水流量时，由于第一进水泵(3)的运行，内置式膜生物反应器内液位超过第二液位计(16)继续上升，当上升至第一液位计(4)所处水平位置时，第一进水泵(3)关闭，此时液位不再升高。
具体操作过程如下：
接种悬浮态厌氧氨氧化污泥至内置式膜生物反应器内，保证初始污泥浓度为2000-3000mg/L，维持内置式膜生物反应器温度为35℃，DO浓度小于0.05mg/L，配制氨氮和亚硝态氮基质至进水水箱，曝氮气除氧使进水水箱DO浓度小于0.05mg/L，进水基质进入内置式膜生物反应器后通过厌氧氨氧化反应后生成氮气，由于该反应过程会导致pH值的升高，因此配制质量分数3％稀盐酸置于注射泵上，通过连续注射稀盐酸使内置式膜生物反应器pH维持在7.6-8.0之间，在运行过程中，内置式膜生物反应器HRT设定为12h，膜组件以恒定通量的模式运行，该通量与进水流量匹配一致，注射泵及进出水泵都通过电脑自动控制，当压力表示数超过0.05MPa时，应及时清洗或更换膜组件，第一氮气袋和第二氮气袋的作用为平衡内置式膜生物反应器及进水箱气压，防止氧气混入系统中，当消耗完毕时应及时补充。
此后通过取样口取样测定内置式膜生物反应器内氨氮及亚硝态氮浓度，当内置式膜生物反应器内亚硝态氮浓度积累超过4mg/L时，降低20mg/L进水基质浓度，当内置式膜生物反应器内亚硝态氮浓度连续3天处于1mg/L以下时，增加20mg/L的进水基质浓度。通过此方法避免亚硝态氮积累对厌氧氨氧化菌活性造成抑制，并提高负荷使厌氧氨氧化菌在适宜的环境中处增殖。

Claims (1)

1.一种悬浮厌氧氨氧化菌连续流反应器进行厌氧氨氧化菌培养的方法，该反应器包括内置式膜生物反应器、进水水箱(1)、注射泵(5)、搅拌装置(11)和出水水箱(22)；进水水箱(1)完全密闭并设有第二氮气袋(21)，然后连接一海绵铁滤料除氧装置(2)和第一蠕动泵(3)，最后与进水口(18)相接，注射泵(5)直接与稀盐酸进水口(19)连接，内置式膜生物反应器内设有加热棒(10)、搅拌装置(11)、pH探头(8)、DO探头(9)及中空纤维膜组件(12)，中空纤维膜组件(12)外接一负压表(14)和第二蠕动泵(15)，最后通至出水水箱(22)，第一液位计(4)、第二液位计(16)粘在内置式膜生物反应器外壁，第二液位计(16)与第二蠕动泵(15)连接，第一液位计(4)水平高度高于第二液位计(16)3cm并与第一蠕动泵(3)连接，搅拌装置(11)与顶盖连接处设有水封装置(7)，pH探头(8)及DO探头(9)与在线监测主机(6)连接，在线监测主机(6)、第一蠕动泵(3)、第二蠕动泵（15）、注射泵(5)、负压表(14)与电脑(23)连接，整套装置通过电脑自动控制运行，内置式膜生物反应器顶盖设有第一氮气袋(20)，取样口(17)设在内置式膜生物反应器外壁处；
其特征在于，该方法包括以下步骤：
接种悬浮态厌氧氨氧化污泥至内置式膜生物反应器内，保证初始污泥浓度为2000-3000mg/L，维持内置式膜生物反应器温度为35℃，DO浓度小于0.05mg/L，配制氨氮和亚硝态氮基质至进水水箱，曝氮气除氧使进水水箱DO浓度小于0.05mg/L，进水基质进入内置式膜生物反应器后通过厌氧氨氧化反应后生成氮气，由于该反应过程会导致pH值的升高，因此配制质量分数浓度为3％稀盐酸置于注射泵上，通过连续注射稀盐酸使pH维持在7.6-8.0之间，在运行过程中，内置式膜生物反应器HRT设定为12h，中空纤维膜组件以恒定通量的模式运行，该通量与进水流量匹配一致，注射泵及进出水泵都通过电脑自动控制，当压力表示数超过0.05MPa时，应清洗或更换中空纤维膜组件，第一氮气袋、第二氮气袋的作用为平衡内置式膜生物反应器及进水水箱气压，防止氧气混入系统中，当消耗完毕时需要补充；
此后通过取样口取样测定内置式膜生物反应器内氨氮及亚硝态氮浓度，当内置式膜生物反应器内亚硝态氮浓度积累超过4mg/L时，降低20mg/L进水基质浓度，当内置式膜生物反应器内亚硝态氮浓度连续3天处于1mg/L以下时，增加20mg/L的进水基质浓度。
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