CN203112585U - 一种厌氧氨氧化菌快速富集反应设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于水污染控制领域，尤其涉及一种厌氧氨氧化菌（Anammox）快速富集反应设备。该反应设备包括反应器、蠕动泵和进水箱，反应器采用连续搅拌槽式反应器，反应器的底部设有进水口和排泥管，进水箱通过蠕动泵与进水口相连接；反应器顶部保证厌氧环境严格密封，在顶部设置有温度计探针、集气管、搅拌器轴封；反应器内设置有气-液-固三相分离器。该设备能够为厌氧氨氧化水处理工艺快速富集厌氧氨氧化菌，可降低反应器内底物浓度，从而有效提高反应器的目的产物操作收率和选择性。

Description

一种厌氧氨氧化菌快速富集反应设备

技术领域

本实用新型属于水污染控制领域，尤其涉及一种厌氧氨氧化菌（Anammox）快速富集反应设备。

背景技术

近年来，随着经济的发展，工业、农业和城市生活污水中氮磷元素（尤其是氨氮）的含量越来越高。大量的氮磷废水未经适当处理直接排入水体，严重污染了水体环境，导致大量河流湖泊严重富营养化，沿海赤潮频繁发生，对人类健康也带来了严重危害，进一步加剧了我国水资源短缺的矛盾，严重制约着可持续发展战略的实施。其中最重要的污染物氨氮来源广泛，含量大，除生活污水、畜禽养殖废水外，大量的工业废水，如炼油废水、食品工业废水、垃圾填埋场渗滤液、以及污泥脱水液等都含有大量的氨氮，很多种类的废水不仅氮素含量高，而且多数情况下C/N比很低，给氨氮的无害化处理带来了很多困难。

传统的生物脱氮方法在污水治理方面起到了一定的作用，但仍存在很多缺陷。如：氨氮完全硝化需消耗大量的氧，增加了动力消耗；对C/N比较低的废水，需外加有机碳源；整个处理工艺流程较长，占地面积大且基建投资高等。

随着污水处理的不断深入研究，几种新型的生物脱氮工艺近几年得到了发展和应用，其中的厌氧氨氧化工艺因其低能耗，无需曝气，节省碳源，污泥产量少，占地小的优点正受到越来越多的关注，但该工艺仍然存在一些问题亟待解决，如：厌氧氨氧化菌世代周期长，难以富集，导致反应器启动时间过长；厌氧氨氧化菌对废水水质条件要求苛刻，对环境条件变化敏感；反应设备的操作较复杂，生物持有量较低，运行不稳定等，其中，厌氧氨氧化菌难以富集导致厌氧氨氧化反应器启动时间过长已成为限制厌氧氨氧化工艺推广应用的瓶颈。因此，针对目前厌氧氨氧化菌难于富集的情况，研究和开发结构合理、厌氧氨氧化菌持有率高、富集快且具有较高处理能力的新设备和新技术，已成为污水脱氮处理发展的必然途径。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本实用新型专利的目的在于提供一种厌氧氨氧化菌快速富集反应设备，该设备能够为厌氧氨氧化水处理工艺快速富集厌氧氨氧化菌，可降低反应器内底物浓度，从而有效提高反应器的目的产物操作收率和选择性。

为了实现上述的目的，本实用新型采用了以下的技术方案：

一种厌氧氨氧化菌快速富集反应设备，该反应设备包括反应器、蠕动泵和进水箱，反应器采用连续搅拌槽式反应器，反应器的底部设有进水口和排泥管，进水箱通过蠕动泵与进水口相连接；反应器顶部保证厌氧环境严格密封，在顶部设置有温度计探针、集气管、搅拌器轴封；反应器内设置有气-液-固三相分离器，气-液-固三相分离器包括环形集气罩和环形挡板，环形集气罩的上部与反应器腔体顶部相连接，环形集气罩由上至下具有上、下两个阶梯式扩口，所述的环形挡板的上部设置环形集气罩内，在上、下两个阶梯式扩口的相应位置具有第一扩口和第二扩口，使环形挡板与所述的环形集气罩之间形成第一回流缝，环形挡板的下部为竖直挡板，竖直挡板的下部与反应器内壁相适配形成收口，收口与反应器内壁之间形成第二回流缝；所述的环形挡板内侧为反应区，反应区内设置有机械搅拌器，机械搅拌器上部与反应器结合部通过所述的搅拌器轴封保证反应区的密闭性，所述的进水口和排泥管设置在反应区的底部，反应区的顶部设置有集气管，集气管连接设有水封装置，水封装置连接设有湿式流量计；所述的环形集气罩、环形挡板与反应器内壁形成的空间为沉淀区，在沉淀区的侧壁上沿高度平均设有取样管，沉淀区的上部设置有出水管。

作为优选，该反应设备还包括加热装置，加热装置装在反应器的外表面上。作为再优选，所述的加热装置连接有温控仪。

作为优选，所述的机械搅拌器采用扇形涡轮搅拌器。

本实用新型采用混合反应区与沉淀分离区合建的一体化结构，内设气-液-固三相分离装置；通过搅拌器搅拌，使反应区内混合液处于紊流状态，减少絮凝体颗粒的界面层厚度及温度梯度，提高传质速率；采用具有一定提升能力和混合能力的扇形涡轮搅拌器，促使污泥经过回流缝回流；反应区内壁设竖向挡板，可避免由于搅拌造成混合液漩流。本实用新型专利可有效提高厌氧氨氧化污泥持有量，并利于培养颗粒污泥，从而实现厌氧氨氧化的快速富集，最终使系统达到良好的脱氮效果，相比于其他处理设备具有绝对优势。本实用新型专利具有处理效率高，结构合理，运行稳定，操作灵活，容积利用率高，生物持有量高及运行费用较低等优点。

本实用新型专利设置为圆柱形以减少水力死区，装置顶部为保证厌氧环境严格密封，顶部设置有搅拌器轴封、集气管、温度计探针。装置内部设有气-液-固三相分离装置，为反应区与沉淀区一体化结构。反应器设置有搅拌装置，搅拌器上部与反应器结合部通过轴封保证反应区的密闭性，反应设备中反应区与沉淀区的体积比设置在1.5-2.0的范围内。本实用新型专利在反应区底部设置有进水管和排泥管，反应区内壁设置竖向挡板，可避免由于搅拌造成的混合液漩流。污泥经过回流缝回流入沉淀区，沉淀区侧壁上沿高度平均设有取样管，在沉淀区上部的集水槽处设置有出水管，沉淀区底部设置为锥形以利于污泥回流并可截留老化污泥，优化出水效果。整个反应装置外部安装有加热装置，并由温控仪控制在35±1℃。人工模拟废水从配水箱泵入反应器，通过调节蠕动泵控制流量。

本实用新型专利的辅助部分

1.气体收集和传输装置

为了保证系统在处理过程中所产生的气体能够得以顺利及时的排放，同时又能保证反应设备的厌氧条件，所以气体的排放口和湿式气体流量计之间应该有一个水封装置，气体的管径应该足够大，避免气体夹带的固体（或泡沫）产生堵塞。经验表明水封中会有冷凝水的积累。因此，在水封中有一个排除冷凝水的出口是必需的，以保持罐中一定的水位。

2.排泥装置

一般随着反应器中污泥浓度的增加，处理效果会得到改善，但是污泥超过一定的浓度，应排除多余的污泥以优化出水效果。因此，设备中的反应区每隔相应时间应排泥。一般污泥排放应该遵循事先建立的规模，在一定的时间间隔（如每半月）排放一定体积的污泥，这一体积应等于这一期间所积累的量。排泥频率也可以根据污泥处理装置所能处理的量来确定，更加可靠的方法是根据确定的污泥浓度分布的曲线排泥。它应是排出低活性的污泥并将最好的高活性颗粒污泥保留在反应区中。本实用新型专利在反应区的底部设一个排泥管，同时也可以作为样品取样管。

3.气-液-固三相分离装置

本实用新型专利内部设有气-液-固三相分离装置，该装置可有效实现污泥在反应区中的滞留，实现了污泥停留时间（SRT）＞水力停留时间（HRT），从而提高了反应器内的污泥浓度，有效提高了本实用新型专利的生物持有量。

4.搅拌装置

本实用新型专利利用机械搅拌的方式使得厌氧氨氧化菌与底物充分混合，同时为了保证设备中良好的水力流态以及促使污泥回流，搅拌器采用具有一定提升能力和混合能力的扇形涡轮搅拌器。此搅拌器可有效促使污泥经回流缝回流入反应区，保证反应器中良好的水力流态。

5.材料的选用

在试验和实际生产中，可以根据具体情况选定相应的材质：实验室小试规模可选用有机玻璃或PVC板材等材料，中试或更大规模可采用钢混结构或砖混结构等。

6.加热和保温设施

考虑到本实用新型专利中的厌氧氨氧化菌在中温条件下处理效果较好，所以通过用电热线缠在设备反应器的表面加热的方式，用温控仪保持整个处理系统的温度在35±1℃的范围内。

本实用新型专利的启动和稳定运行部分

1.设备的组装

为了取得高的处理效率，必须把该设备和一些其他附属设施连接起来，组成一套完整的工艺。这些附属设施包括其本身的，诸如在其表面上缠绕电热丝再把其和温控仪连接起来以保证整个系统的温度恒定在35±1 ℃。还有一些是设备以外的，如用管线把配水箱、进水蠕动泵、湿式气体流量计连接起来，把这些附件组在一起从而构成了一套完整的水处理工艺。在把排气口和气体计量计连接时中间要通过一个水封瓶，水封瓶内充有一定水位的清水。

2.设备的启动

当设备组装等工作完成之后，可以准备启动反应器。反应器的启动主要是接种一定浓度的厌氧污泥，而后进水运行。设备启动时宜采用人工模拟废水以减少其他因素的影响，探明本实用新型专利启动时实现厌氧氨氧化菌快速富集的关键参数控制条件以及稳定运行时保证厌氧氨氧化菌种群优势、维持厌氧氨氧化菌活性的关键参数控制条件。

3.设备运行过程中出水指标的监测工艺参数的确定及工程调控

在设备运行过程中，一些污染物指标如COD、NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N、NO₂ ^--N、TN和产气总量等参数可反映本实用新型专利对废水的处理效果和运行状态，通过监测可从宏观判断设备中厌氧氨氧化菌的富集情况，污染物（特别是氨氮）以及随控制条件的变化情况。MLSS、SV、SVI可初步判断设备中污泥的沉降性能随控制条件的变化以及厌氧氨氧化菌在富集条件下污泥的形态和结构组成。通过对pH值、碱度、氧化还原电位（ORP）和DO等参数的调控可优化反应设备的运行状态，保证氨氮的高效去除。

4.设备的稳定运行

在反应器启动成功以后，通过稳定维护运行，保证各种运行参数稳定。之后可通过泵入短程硝化中试反应装置出水考察本实用新型专利在实际中的应用。

本实用新型专利与现有技术相比具有以下优点：

1.实现了厌氧氨氧化菌的快速富集，从而实现了处理低碳比废水的新型厌氧氨氧化工艺（如Canon工艺）的快速启动和稳定运行。本实用新型可降低反应器内底物浓度，从而有效提高反应器的目的产物操作收率和选择性；采用混合反应区与沉淀分离区合建的一体化结构，内设气-液-固三相分离装置；通过搅拌器搅拌，使反应区内混合液处于紊流状态，减少絮凝体颗粒的界面层厚度及温度梯度，提高传质速率；采用具有一定提升能力和混合能力的扇形涡轮搅拌器，促使污泥经过回流缝回流；反应区内壁设竖向挡板，可避免由于搅拌造成混合液漩流。本实用新型专利可有效提高厌氧氨氧化污泥持有量，并利于培养颗粒污泥，从而实现厌氧氨氧化的快速富集，最终使系统达到良好的脱氮效果。

2.节省有机碳源和曝气量，无需额外投加酸碱中和试剂，剩余污泥排放量少，运行费用低。本实用新型专利利用厌氧氨氧化菌进行氮素脱除，厌氧氨氧化菌在反应过程中可直接将氨氮用作反硝化反应的电子供体，因此不需要另外投加碳源，也无需供氧能耗。由于厌氧氨氧化过程中氨氧化一步完成，产酸量大为下降，产碱量则降至零，从而节省了可观的额外投加酸碱中和试剂的费用。且由于厌氧氨氧化菌世代周期长，则反应设备的剩余污泥排放量较少。

3.生物持有量高。本实用新型专利通过内部设置的气-液-固三相分离器有效实现了污泥在反应区中的滞留，实现了污泥停留时间（SRT）＞水力停留时间（HRT），从而提高了反应器内的污泥浓度，并通过N₂的剪切和扇形涡轮搅拌器的搅拌作用形成颗粒污泥进一步增强系统中的污泥截留量，并强化颗粒污泥的厌氧氨氧化功能，从而进一步增强本实用新型专利的处理效果。

附图说明

图1是本实用新型专利的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做一个详细的说明。

如图1所示的一种厌氧氨氧化菌快速富集反应设备，该反应设备包括反应器1、加热装置15、蠕动泵3和进水箱2，反应器1采用连续搅拌槽式反应器1，反应器1的底部设有进水口9和排泥管10，进水箱2通过蠕动泵3与进水口9相连接。所述的加热装置15装在反应器1的外表面上，加热装置15连接有温控仪16，考虑到厌氧氨氧化菌在中温条件下处理效果好的特点，用温控仪16控制加热装置15的温度变化，保持反应器1的温度在35±1℃范围内。反应器1顶部保证厌氧环境严格密封，在顶部设置有温度计探针、集气管15、搅拌器轴封；反应器1内设置有气-液-固三相分离器，气-液-固三相分离器包括环形集气罩5和环形挡板6，环形集气罩5的上部与反应器1腔体顶部相连接，环形集气罩5由上至下具有上、下两个阶梯式扩口51、52，所述的环形挡板6的上部设置环形集气罩5内，在上、下两个阶梯式扩口51、52的相应位置具有第一扩口61和第二扩口62，使环形挡板6与所述的环形集气罩5之间形成第一回流缝11，环形挡板6的下部为竖直挡板63，竖直挡板63的下部与反应器1内壁相适配形成收口64，收口64与反应器1内壁之间形成第二回流缝12。所述的环形挡板6内侧为反应区7，反应区7内设置有机械搅拌器4，机械搅拌器4采用扇形涡轮搅拌器。机械搅拌器4上部与反应器1结合部通过所述的搅拌器轴封保证反应区7的密闭性，所述的进水口9和排泥管10设置在反应区7的底部，反应区7的顶部设置有集气管15，集气管15连接设有水封装置17，水封装置17连接设有湿式流量计18。所述的环形集气罩5、环形挡板6与反应器1内壁形成的空间为沉淀区8，在沉淀区8的侧壁上沿高度平均设有取样管19，沉淀区8的上部设置有出水管13。

该设备在运行过程中，通过蠕动泵3从配水箱中精确的把底物（氨氮与亚硝酸盐比例为1:1.2的人工模拟废水或者短程硝化系统出水）泵入该设备底部的进水口9，废水在设备内部的反应区7内通过机械搅拌器4的作用与厌氧氨氧化污泥充分混合，而后通过第一回流缝11回流入沉淀区，最终从该设备的排泥管10处排出。反应区7内产生的气体通过气-液-固三相分离器从装置顶部排气孔14排出，而后通过湿式气体流量计18可计量系统的产气速率。

Claims (4)

1.一种厌氧氨氧化菌快速富集反应设备，其特征在于：该反应设备包括反应器（1）、蠕动泵（3）和进水箱（2），反应器（1）采用连续搅拌槽式反应器（1），反应器（1）的底部设有进水口（9）和排泥管（10），进水箱（2）通过蠕动泵（3）与进水口（9）相连接；反应器（1）顶部保证厌氧环境严格密封，在顶部设置有温度计探针、搅拌器轴封；反应器（1）内设置有气-液-固三相分离器，气-液-固三相分离器包括环形集气罩（5）和环形挡板（6），环形集气罩（5）的上部与反应器（1）腔体顶部相连接，环形集气罩（5）由上至下具有上、下两个阶梯式扩口（51、52），所述的环形挡板（6）的上部设置环形集气罩（5）内，在上、下两个阶梯式扩口（51、52）的相应位置具有第一扩口（61）和第二扩口（62），使环形挡板（6）与所述的环形集气罩（5）之间形成第一回流缝（11），环形挡板（6）的下部为竖直挡板（63），竖直挡板（63）的下部与反应器（1）内壁相适配形成收口（64），收口（64）与反应器（1）内壁之间形成第二回流缝（12）；所述的环形挡板（6）内侧为反应区（11），反应区（11）内设置有机械搅拌器（4），机械搅拌器（4）上部与反应器（1）结合部通过所述的搅拌器轴封保证反应区（11）的密闭性，所述的进水口（9）和排泥管（10）设置在反应区（11）的底部，反应区（11）的顶部设置有集气管（14），集气管（14）连接设有水封装置（17），水封装置（17）连接设有湿式流量计（18）；所述的环形集气罩（5）、环形挡板（6）与反应器（1）内壁形成的空间为沉淀区（8），在沉淀区（8）的侧壁上沿高度平均设有取样管（19），沉淀区（8）的上部设置有出水管（13）。

2.根据权利要求1所述的一种厌氧氨氧化菌快速富集反应设备，其特征在于：该反应设备还包括加热装置（15），加热装置（15）装在反应器（1）的外表面上。

3.根据权利要求1所述的一种厌氧氨氧化菌快速富集反应设备，其特征在于：加热装置（15）连接有温控仪（16）。

4.根据权利要求1所述的一种厌氧氨氧化菌快速富集反应设备，其特征在于：机械搅拌器（4）采用扇形涡轮搅拌器。

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