CN202164203U

CN202164203U - 一种提高厌氧产甲烷菌活性同步回收氨氮的一体化装置

Info

Publication number: CN202164203U
Application number: CN2011202156497U
Authority: CN
Inventors: 任洪强; 李秋成; 丁丽丽; 许柯; 任鑫坤
Original assignee: Nanjing University
Current assignee: Nanjing University
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2021-06-23

Abstract

本实用新型公开了一种提高厌氧产甲烷菌活性同步回收氨氮的一体化装置，属于废水处理领域。装置主体包括UASB、结晶沉淀反应器和pH调节池，其中UASB包括圆柱形罐体、进水布水器、机械搅拌器、回水布水器、三相分离器、沼气收集口和出水口；结晶沉淀反应器包括：反应搅拌混凝区、斜板出水沉淀区、结晶收集区、机械搅拌器、曝气口、结晶收集口pH调节液投加管、pH在线监测仪、Mg²⁺源及PO₄ ^3-源投加管，pH调节池包括：池体、机械搅拌器、pH调节液投加管和出水口。UASB的回流水经溢流进入反应搅拌混凝区，结晶沉淀反应器斜板出水沉淀区出水经溢流进入pH调节池，pH调节池出水回流至UASB。本实用新型能有效提高厌氧产甲烷菌活性，同时回收废水中的氨氮资源。

Description

一种提高厌氧产甲烷菌活性同步回收氨氮的一体化装置

技术领域

本实用新型涉及一种高浓度含氮有机废水厌氧处理过程中提高厌氧产甲烷菌活性同步回收氨氮的一体化装置，具体说是一种基于“UASB-磷酸铵镁结晶”废水处理组合工艺提高厌氧产甲烷菌活性并回收废水中高浓度氨氮的一体化装置。

背景技术

近年来，废水厌氧生物处理工艺技术由于其能耗低、负荷高、产泥少、可回收利用沼气资源等优势得到广泛关注和应用。在众多厌氧反应器中，上流式厌氧污泥床（UASB）工艺自上世纪70年代初问世以来，由于其结构简单、处理效能高、颗粒污泥凝聚沉淀能力强、气液固三相分离高效等特点，已成为国内外厌氧处理的主流技术之一。但随着其不断推广普及，也暴露出一些缺陷，例如高浓度含氮有机废水经厌氧消化后会产生大量氨氮，当废水中氨氮浓度超过1500mg/L时，产甲烷菌活性会受到抑制作用，降低废水处理效果。因此，解决高浓度氨氮对产甲烷菌的干扰从而提高厌氧污泥活性是十分有必要的。

高氨氮废水可通过生物法和物化法（吹脱、折点氯化、膜吸收、化学沉淀等）处理。而利用磷酸铵镁（MAP）结晶从废水中分离高浓度氨氮的化学沉淀技术其产物不仅能有效回收废水中的氮、磷资源，同时还是一种理想的农业用肥、工业原材料。因此，该技术的应用得到了广泛关注。中国专利CN 101092264A、CN 101602535A、CN 101817581A、CN 101935093A、CN 102678504U等均公布了利用MAP结晶形式回收废水中氮、磷的装置或方法。但是，目前废水中高浓度氨氮的化学沉淀去除回收多集中在厌氧生物过程的预（前）处理阶段或后处理阶段。而在废水厌氧生物处理阶段氨氮的产生和富集对产甲烷菌的抑制目前没有有效的解决途径。因此，针对厌氧反应器内高浓度氨氮干扰厌氧反应这一技术瓶颈展开研究，将厌氧反应器与MAP结晶装置一体化耦合，为有效提高产甲烷菌活性同时资源化回收废水中的氨氮提供装备化技术具有广阔前景。

实用新型内容

1、实用新型要解决的技术问题

针对高浓度含氮有机废水对厌氧反应器性能的不利影响，提高废水厌氧处理效果，同时资源化回收废水中的氨氮资源，本实用新型提供了一种基于“UASB-MAP结晶”废水处理组合工艺提高厌氧产甲烷菌活性并回收废水中高浓度氮磷的一体化装置。

2、技术方案

一种提高厌氧产甲烷菌活性同步回收氨氮的一体化装置，其包括UASB、结晶沉淀反应器和pH调节池，其中UASB与结晶沉淀反应器相连接，结晶沉淀反应器和pH调节池相通。UASB、结晶沉淀反应器和pH调节池的容积根据处理废水的具体水质水量因素确定。

UASB包括圆柱形罐体、废水进水口、进水布水器、机械搅拌器、回水布水器、三相分离器、沼气收集口和出水口，UASB底部设置进水布水器和机械搅拌器，UASB侧壁设置回水布水器，回水布水区域位于UASB下部，UASB上部设置三相分离器、沼气收集口和出水口。

结晶沉淀反应器包括反应搅拌混凝区、斜板出水沉淀区、结晶收集区、机械搅拌器、曝气口、结晶收集口、pH调节液投加管、pH在线监测仪、Mg²⁺源和PO₄ ^3-源投加管，反应搅拌混凝区底部、斜板出水沉淀区底部与结晶收集区上部相连通，反应搅拌混凝区上部设置pH调节液投加管、pH在线监测仪、Mg²⁺源和PO₄ ^3-源投加管。

pH调节池包括池体、机械搅拌器、pH调节液投加管和出水口。

结晶沉淀反应器的反应搅拌混凝区与UASB相连，UASB的回流水通过溢流进入反应搅拌混凝区，斜板出水沉淀区的出水通过溢流进入pH调节池，pH调节池出水回流至UASB。

UASB反应器中回水布水区域高度为圆柱形罐体高度的1/3～2/3，布水口数量按照不同回流比设置。

结晶沉淀反应器中，反应搅拌混凝区和斜板出水沉淀区的高度为结晶沉淀反应器整体高度的2/3～3/4，结晶收集区的高度为结晶沉淀反应器整体高度的1/4～1/3，斜板出水沉淀区斜面与垂直面形成的锐角角度为15°～30°。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型提供了一种提高厌氧产甲烷菌活性同步回收氨氮的一体化装置，将UASB与MAP结晶反应器耦合，

（1）有效回收废水中的氨氮资源；

（2）稀释UASB中氨氮浓度，补充厌氧微生物所需碳源，消除由于废水中氨氮浓度过高导致厌氧污泥活性下降的现象，提高了UASB的运行效果和甲烷产率；（3）缩短处理时间、节约处理成本，增大能源回收效率。

附图说明

附图1为本实用新型装置结构示意图，图中各部分名称如下：

UASB反应器A、结晶沉淀反应器B（其中反应搅拌混凝区B₁、斜板出水沉淀区B₂、结晶收集区B₃）、pH调节池C；

UASB反应器A：废水进水口1、进水布水器2、机械搅拌器3、回水布水器4、三相分离器5、沼气收集口6、出水口7；

结晶沉淀反应器B： pH在线监测仪8、pH调节液投加管9、Mg²⁺源及PO₄ ^3-源投加管10、机械搅拌器11、曝气口12、结晶收集口13；

pH调节池C：机械搅拌器14、pH调节液投加管15、出水口16。

具体实施方式

本实用新型为一种提高厌氧产甲烷菌活性同步回收氨氮的一体化装置，装置结构如附图1所示，提高厌氧产甲烷菌活性同步回收氨氮的一体化装置，其包括UASB反应器A、结晶沉淀反应器B和pH调节池C，其中UASB与结晶沉淀反应器相连接，结晶沉淀反应器和pH调节池相通。

UASB包括圆柱形罐体、废水进水口1、进水布水器2、机械搅拌器3、回水布水器4、三相分离器5、沼气收集口6和出水口7，UASB底部设置进水布水器和机械搅拌器；UASB侧壁设置回水布水器4，回水布水区域位于UASB下部，UASB上部设置三相分离器5、沼气收集口6以及出水口7。

结晶沉淀反应器B包括反应搅拌混凝区B₁、斜板出水沉淀区B₂、结晶收集区B₃、机械搅拌器11、曝气口12、结晶收集口13、pH调节液投加管9、pH在线监测仪8、Mg²⁺源和PO₄ ^3-源投加管10，反应搅拌混凝区B₁底部、斜板出水沉淀区B₂底部与结晶收集区B₃上部相连通，反应搅拌混凝区上部设置pH调节液投加管9、pH在线监测仪8、Mg²⁺源和PO₄ ^3-源投加管10；pH调节池C包括池体、机械搅拌器14、pH调节液投加管15和出水口16。

结晶沉淀反应器B的反应搅拌混凝区B₁与UASB相连，UASB的回流水通过溢流进入反应搅拌混凝区B₁，斜板出水沉淀区的出水通过溢流进入pH调节池，pH调节池出水回流至UASB。

实施例1

装置构造如附图1所示，下表为高浓度含氮有机废水指标：

水质指标	COD（mg/L）	总氮（mg/L）	氨氮（mg/L）	pH
					范围变化	3740～4110	2650～3080	1120～1730	6.9～7.6

采用本实用新型装置的废水处理工艺，其具体运行过程步骤如下：

（1）将废水经进水布水管2通入UASB反应器A，开启机械搅拌器3（转速为50rpm），废水与厌氧颗粒污泥充分混合接触。降解产物经三相分离器5分离后，沼气通过沼气收集口6收集，厌氧颗粒污泥沉降至UASB反应器下部，废水继续上升，70%废水进入结晶沉淀反应器B内进行脱氮回收处理，剩余30%废水通过出水口7继续处理。废水在UASB反应器内的停留时间为12h。

（2）步骤（1）中处理后的废水进入结晶沉淀反应器B后，开启pH调节液投加管9和Mg²⁺源及PO₄ ^3-源投加管10，向废水中投加NaOH、MgCl·6H₂O和Na₂HPO₄，控制反应搅拌混凝区B₁中进水Mg²⁺、NH₄ ⁺与PO₄ ^3-的摩尔比为1.5:1:1、pH值维持在9.0。选择机械搅拌（转速为60r/min）使废水中的Mg²⁺、NH₄ ⁺和PO₄ ^3-充分混凝生成MAP结晶，反应结束后上清液通过斜板出水沉淀区B2出水溢流至pH调节池C，产生的沉淀在结晶收集区B3富集并通过结晶收集口13回收。

（3）结晶沉淀反应器B分离出的上清液进入pH调节池C后用乙酸调节pH值为7.5，出水经出水口16传送后通过布水管4进入UASB反应器A回用，回流比为300%。

经过本实用新型装置处理后的废水，COD去除率达到70%，出水氨氮大幅下降，总氮去除率超过60%，同时产甲烷菌活性大幅提高，甲烷产率提高约30%。

实施例2

装置结构和运行过程同实施例1， UASB中回水布水区域高度为圆柱形罐体高度的1/3，布水口数量按照不同回流比设置，结晶沉淀反应器中，反应搅拌混凝区和斜板出水沉淀区的高度为反应器整体高度的2/3，结晶收集区的高度为反应器整体高度的1/4。斜板出水沉淀区斜面与垂直面形成的锐角角度为15°。

经过实施例二中装置和运行过程处理后的废水，COD去除率达到75%，出水氨氮大幅下降，总氮去除率超过60%；同时产甲烷菌活性大幅提高，甲烷产率提高约35%。

实施例3

装置结构和运行过程同实施例1， UASB中回水布水区域高度为圆柱形罐体高度的2/3，布水口数量按照不同回流比设置，结晶沉淀反应器中，反应搅拌混凝区和斜板出水沉淀区的高度为反应器整体高度的3/4，结晶收集区的高度为反应器整体高度的1/3。斜板出水沉淀区斜面与垂直面形成的锐角角度为30°。

经过实施例二中装置和运行过程处理后的废水，COD去除率达到70%，出水氨氮大幅下降，总氮去除率超过65%；同时产甲烷菌活性大幅提高，甲烷产率提高约30%。

通过上述实施例中实用新型装置和其在废水处理过程中所取得的效果，相对于现有技术，本实用新型有效回收废水中的氨氮资源；稀释UASB中氨氮浓度，补充厌氧微生物所需碳源，消除由于废水中氨氮浓度过高导致厌氧污泥活性下降的现象，提高了UASB的运行效果和甲烷产率。

Claims

1.一种提高厌氧产甲烷菌活性同步回收氨氮的一体化装置，其特征在于，包括UASB、结晶沉淀反应器和pH调节池，其中UASB与结晶沉淀反应器相连接，结晶沉淀反应器和pH调节池相通。

2.根据权利要求1所述的提高厌氧产甲烷菌活性同步回收氨氮的一体化装置，其特征在于UASB包括圆柱形罐体、废水进水口、进水布水器、机械搅拌器、回水布水器、三相分离器、沼气收集口和出水口，UASB底部设置进水布水器和机械搅拌器，UASB侧壁设置回水布水器，回水布水区域位于UASB下部，UASB上部设置三相分离器、沼气收集口和出水口。

3.根据权利要求1所述的提高厌氧产甲烷菌活性同步回收氨氮的一体化装置，其特征在于结晶沉淀反应器包括反应搅拌混凝区、斜板出水沉淀区、结晶收集区、机械搅拌器、曝气口、结晶收集口、pH调节液投加管、pH在线监测仪、Mg²⁺源及PO₄ ^3-源投加管，其中反应搅拌混凝区底部、斜板出水沉淀区底部与结晶收集区上部相连通，反应搅拌混凝区上部设置pH调节液投加管、pH在线监测仪、Mg²⁺源及和PO₄ ^3-源投加管。

4.根据权利要求1所述的提高厌氧产甲烷菌活性同步回收氨氮的一体化装置，其特征在于pH调节池包括池体、机械搅拌器、pH调节液投加管和出水口。

5.根据权利要求3所述的提高厌氧产甲烷菌活性同步回收氨氮的一体化装置，其特征在于结晶沉淀反应器的反应搅拌混凝区与UASB相连，UASB的回流水通过溢流进入反应搅拌混凝区，斜板出水沉淀区的出水通过溢流进入pH调节池，pH调节池出水回流至UASB。

6.根据权利要求3所述的提高厌氧产甲烷菌活性同步回收氨氮的一体化装置，其特征在于结晶沉淀反应器中，反应搅拌混凝区和斜板出水沉淀区的高度为结晶沉淀反应器整体高度的2/3～3/4，结晶收集区的高度为结晶沉淀反应器整体高度的1/4～1/3，斜板出水沉淀区斜面与垂直面形成的锐角角度为15°～30°。