CN1935694A - 同时硝化厌氧氨氧化工艺的无纺布生物转盘反应器 - Google Patents
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Abstract
一种同时硝化厌氧氨氧化工艺的无纺布生物转盘反应器，属于水处理设备技术领域。其特征在于：它由盘片、反应容器、曝气装置、温度控制装置、驱动及传动装置组成，反应容器是密闭装置，顶端设有溶解氧控制孔，盘片采用无纺布，并由不锈钢盘片架固定。本发明的效果是微生物的附着良好，基质以及气液固三相混合均匀，溶解氧的控制简便，容易达到工艺运行所需的操作参数，盘片无纺布有较大的孔隙度(孔径为3微米)，表面粗糙，适合于生长缓慢的厌氧氨氧化菌的附着，同时其造价低、质量轻的特性节省了工艺的成本和运行费用。无纺布生物转盘反应器适用于同时硝化厌氧氨氧化工艺，是一种市场应用前景广阔的新型生物脱氮反应器。
Description
技术领域
本发明属于水处理设备技术领域。
背景技术
随着排放标准的日趋严格，废水中氨氮的脱除日益引起人们的关注。传统的先硝化后反硝化的生物脱氮工艺一直是国内外广泛采用的废水脱氮工艺，如A/O工艺、A2/O工艺等，都能有效地去除废水中的氮。其基本原理是首先利用硝化菌将废水中的氨氮转化为亚硝酸氮并进而氧化为硝酸氮，然后再利用反硝化菌将硝酸氮转化为亚硝酸氮，最终转化为氮气。但是这些工艺都普遍存在着基建投资和运行费用高、运行控制复杂、能耗大等缺点，不符合国家提倡的可持续发展目标。
同时硝化厌氧氨氧化工艺(Simultaneous Nitrite Anammox Process，S.N.Anammox P.)是指在一个反应器中同时进行亚硝化和厌氧氨氧化(ANaerobicAMMonium Oxidation，ANAMMOX)的工艺。在有氧条件下，亚硝化菌将氨氮部分氧化成亚硝酸氮，产生的亚硝酸氮与剩余的氨氮在随后的无氧条件下被ANAMMOX菌利用，发生ANAMMOX反应生成氮气。以S.N.Anammox P.工艺为代表的新型生物脱氮工艺及其运行系统是一个新兴的研究方向，是含氮废水生物处理技术领域的新兴工艺。与传统生物脱氮工艺相比，S.N.Anammox P.工艺由于具有硝化进程短、需氧量少、不需要有机碳源、剩余污泥的排放量少等特点而具有节省基建投资，减少能耗，降低运行费用等优点。
由于运行此工艺的关键菌种之一ANAMMOX菌的生长速率很低，最大比生长速率小于0.1d-1，所以要求反应器有良好的生物吸附能力。溶解氧的浓度是此工艺运行的关键因素，有效的控制溶解氧的浓度，提高氧气的传递效率，是运行S.N.Anammox P.工艺的反应器所必须的。目前国内外运行S.N.Anammox P.工艺的反应器主要有：固定床反应器、流化床反应器、序批式反应器、气提式反应器等，但这些反应器在运行过程中都存在一些问题：如流化床反应器运行时挂膜不均匀，固定床反应器、序批式反应器的氧气传递速率差，气提式反应器生成的氮气使污泥颗粒上浮堵塞出水管等。
生物转盘是一种生物膜法废水处理技术，开创于二十世纪五六十年代。生物转盘可以生长世代时间较长的微生物、污泥龄长，有较强的耐冲击负荷能力，处理效果好，在工艺和维护运行方面具有微生物浓度高、生物相分级、污泥勿需回流等优点，因此动力消耗低，运行费用低，在废水处理中有较广泛的应用前景。采用生物转盘反应器运行S.N.Anammox P.工艺，可以同时通过调整转速和盘片浸没百分比来有效的控制反应器中溶解氧，提高氧气的传递速率；此外，盘片在机械力的作用下不断的转动，促进基质以及气液固三相的混合，避免了挂膜不均匀或基质混合不均匀造成的处理效率下降等现象。
盘片是生物转盘的主要组成部分，它的选择与生物转盘的处理效率直接相关。目前国内常用的盘片材料有：泡沫塑料板、玻璃钢、硅藻土、不锈钢以及聚氯乙烯等，这些盘片材料都存在挂膜性能差、单位面积生物量低等缺点。由于ANAMMOX菌生长缓慢，要求盘片有较强的生物吸附和固定的能力，故以这些材料作为盘片的生物转盘都不适用于S.N.Anammox P.工艺的运行。ANAMMOX菌生长条件严格，生长和代谢所需的最佳温度为30～40℃，反应器内需要有温度控制装置，普通的生物转盘只由盘片、反应池、驱动装置和传动装置所构成，不能根据需要调控工艺的温度参数。微量的氧气对ANAMMOX菌产生可逆抑制的作用，在运行S.N.Anammox P.工艺的第一步——进行ANAMMOX菌的纯培养时需要较严格的厌氧环境，普通的生物转盘的反应池不是密闭的装置，不能进行厌氧培养和厌氧反应。为了更好的运行S.N.Anammox P.工艺，必须对普通的生物转盘进行改型，以建造一个适用S.N.Anammox P.工艺运行的新型生物转盘反应器。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型无纺布生物转盘(Non-woven RotatingBiological Contactor，NRBC)反应器，以适用于S.N.Anammox P.工艺的运行。
实现本发明的技术方案是：采用无纺布作为生物转盘的盘片；在保留传统生物转盘的驱动及传动装置的同时，将反应池变成密闭的反应容器，容器的上端设有溶解氧控制孔；另设有曝气装置和温度控制装置。
运行S.N.Anammox P.工艺的无纺布生物转盘反应器如附图所示：它主要由盘片8、反应容器6、曝气装置1、2、14、温度控制装置11、12、13、驱动及传动装置5、7所组成，反应器的顶端设有溶解氧控制孔9，盘片采用无纺布16，并由不锈钢盘片架17固定。其中的温度控制装置由温度控制仪11、加热水箱12、加热水回流泵13、水浴加热夹套15组成，其作用在于给微生物生长和代谢创造稳定适宜的温度条件。反应容器侧面根据工艺的需要设有高度位置不同的多个出水口10，控制从不同的出水口出水可调整个反应容器内液面的高度，进而调整盘片浸入水中部分的比例，配合曝气装置1、2、14及溶解氧控制孔9可在同一个反应器实现厌氧或是间歇好氧厌氧的条件。反应容器的底部平行于中轴并位于其正下方设有一根曝气管14，管上设有一排曝气孔，它和气体流量计1、气泵2一起构成了反应器的曝气装置，其作用一方面在于厌氧培养厌氧氨氧化菌时曝氮气创造厌氧环境，另一方面，微氧运行S.N.Anammox P.工艺如需调整生物膜的厚度时曝一定流量的空气，形成气体剪切力，使多余的生物膜脱落。反应容器的顶端设有直径占反应器三分之一长度的圆形溶解氧控制孔9，配有适宜大小的胶塞，当厌氧培养厌氧氨氧化菌时，塞紧胶塞使反应器内部处于密闭状态保持厌氧环境，微氧运行S.N.Anammox P.工艺时，打开胶塞使空气进入反应容器，从而使水面上的盘片暴露在空气中。
S.N.Anammox P.工艺的整个运行过程为：当反应器需要在厌氧条件下培养ANAMMOX菌时，从高度位置最高的出水管出水(其余的出水管此时处于关闭状态)，这时反应容器内的液体处于近乎充满状态使得盘片8全部浸入反应容器内的废水中，由容器底部曝气管14以一定流量曝入氮气排净空气后，塞紧溶解氧控制孔9的胶塞，在反应器内形成厌氧环境，与此同时，在电动机的驱动下，转盘的转轴5通过传动装置7带动转盘一起以一定的线速度转动，以促使盘片的均匀挂膜以及基质的均匀混合。达到一定的菌体浓度后，向反应器中接入亚硝化细菌，拔出溶解氧控制孔9上的胶塞，并改为从位置相对低的出水口10出水，反应容器内液面降低，转盘部分浸入反应容器内的废水中，水面上的盘片暴露在空气中。转盘的转动使得附着其上的菌体间歇的处于厌氧和好氧环境中，以此来间歇的进行厌氧和好氧反应，通过调整转速和出水口的位置、转盘的浸入比来调整菌群的好氧反应和厌氧反应时间。当转盘转入废水中时，生物膜吸附废水中的底物，完成厌氧氨氧化过程；转盘转出废水时，空气不断的溶解到水膜中去，增加其溶解氧，完成半硝化过程。生物膜交替的与废水和空气接触，实现了在一个反应器中同时进行半硝化和厌氧氨氧化反应。
本发明的效果和益处是：微生物的附着良好，基质以及气液固三相混合均匀，溶解氧的控制简便，容易达到工艺运行所需的操作参数，节省运行成本和能耗。由于盘片无纺布造价低、质量轻、孔隙度大，所需动力小，节省工艺的运行费用；此外，无纺布有较大的孔隙度，表面粗糙，有利于微生物的附着、生长与繁殖，特别适合于生长缓慢的微生物的培养及其工艺的运行。
附图说明
图1是NRBC反应器运行S.N.Anammox P.工艺流程图。
图2是NRBC反应器盘片正面结构示意图。
图3是NRBC反应器盘片侧面结构示意图。
图中：1气体流量计；2气泵；3蠕动泵；4进水箱；5转轴；6反应容器；7驱动及传动装置；8盘片；9溶解氧控制孔(配有控制塞)；10出水口；11温度控制仪；12加热水箱；13加热水回流泵；14曝气管；15水浴加热夹套；16无纺布盘片；17不锈钢盘片架。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明装置的最佳实施例：
由NRBC反应器运行S.N.Anammox P.工艺的流程示意图可以看出，反应器由盘片8、反应容器6、曝气装置1、2、14、温度控制装置11、12、13、驱动及传动装置5、7所组成，反应器的顶端设有溶解氧控制孔9，盘片采用无纺布16，并由不锈钢盘片架17固定。温度控制装置由温度控制仪11、加热水箱12、加热水回流泵13、水浴加热夹套15组成。曝气装置由气体流量计1、气泵2和反应容器底部的曝气管14组成。反应器的容积为1.2L，盘片的总面积为0.15m2，单位面积的最大生物量为0.12kg/m2，生物体的附着率为98％。当浸没百分比为80％，转速为2.5r/min，HRT为8h时，处理高氨氮废水达到的最大氮容积去除负荷为2.1g NH4 +-N/L·d，总氮去除率为92％。采用本NRBC反应器运行S.N.Anammox P.工艺高氨氮废水，脱氮效果良好，试运行以来未出现盘片故障问题和其他运行问题。无纺布生物转盘反应器适用于S.N.Anammox P.工艺，是一种市场应用前景广阔的新型生物脱氮反应器。
Claims (2)
1.一种同时硝化厌氧氨氧化工艺的无纺布生物转盘反应器，其特征在于：它由盘片(8)、反应容器(6)、曝气装置(1)、(2)、(14)、温度控制装置(11)、(12)、(13)、(15)、驱动及传动装置(5)、(7)组成；反应容器(6)是密闭装置，顶端设有溶解氧控制孔(9)；温度控制装置由温度控制仪(11)、加热水箱(12)、加热水回流泵(13)、水浴加热夹套(15)组成；曝气装置由气体流量计(1)、气泵(2)和反应容器底部的曝气管(14)组成。
2.根据权利要求1所述的一种同时硝化厌氧氨氧化工艺的无纺布生物转盘反应器，其特征在于，盘片(8)采用孔径为3微米的无纺布(16)，并由不锈钢盘片架(17)固定。
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Assignee: Beijing Wanbangda Environmental Protection Technology Co., Ltd. Assignor: Dalian University of Technology Contract record no.: 2012990000086 Denomination of invention: Nonwoven fabric rotating bio-disc reactor concurrently nitrifying anaerobic ammonia oxidation process Granted publication date: 20081217 License type: Exclusive License Open date: 20070328 Record date: 20120307 |
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