CN208120817U - 一种固定化好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的一体式自养脱氮反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种固定化好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的一体式自养脱氮反应器，包括上流式反应器本体，上流式反应器本体中设有凝胶层支架，所述凝胶层支架将所述上流式反应器本体的内腔分为上下两部分，所述凝胶层支架上设有通孔，所述凝胶层支架上按照水体流动方向依次设有好氧氨氧化菌凝胶层和厌氧氨氧化菌凝胶层；所述凝胶层支架的下方设有多孔曝气管。本实用新型通过固定化技术与短程硝化‑厌氧氨氧化技术耦合，能够有效去除废水中的氨氮，无论是低浓度氨氮的市政污水还是高浓度氨氮的污泥消化液都可以采用，所述一体式自养脱氮反应器启动时间快，能耗低，无外加药剂费用，并且能够在常温环境下稳定运行。

Description

一种固定化好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的一体式自养脱氮 反应器

技术领域

本实用新型属于环境工程中氨氮废水处理的技术领域，具体涉及一种固定化好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的一体式自养脱氮反应器，利用微生物固定化技术将好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌包埋后形成短程硝化-厌氧氨氧化系统从而降解废水中氨氮。

背景技术

近年来，常用的国内外针对氨氮废水处理控制技术可分为物化处理技术和生物处理技术。物化处理技术主要包括：空气吹脱法、折点氯化法、选择性离子交换法、化学沉淀法等。采用物化技术脱氮，具有快速高效的优点，但物化法常需要消耗化学药品，费用昂贵，而且易产生二次污染。因此，只有在某些特殊情况下才采用物化技术脱氮，主流脱氮技术仍是生物处理技术，而且生物脱氮工艺的发展也在不断更新，日趋完善。其中以硝化-反硝化工艺历史最为悠久，但这些工艺对氨氮的脱除均建立在硝化-反硝化原理基础之上，自身存在高能耗(需要大量曝气以完成硝化)和高药耗(投加甲醇等有机物以完成反硝化)等不足，在大力倡导节能降耗的今天，传统工艺显然面临窘境。厌氧氨氧化工艺因为节省能耗，无二次污染逐渐得到重视，该工艺依靠厌氧氨氧化菌的特殊生理代谢机制，相比于传统生物脱氮工艺能够节约50％的电能和100％的有机碳源。由于厌氧氨氧化菌生长缓慢，目前工艺污泥流失严重，且污泥流失后难以收集，导致厌氧氨氧化菌难以在反应器内有效持留。如何获得足够量厌氧氨氧化菌是实现并维持稳定的厌氧氨氧化过程的主要技术瓶颈。利用固定化细胞技术的优点，可将选择性地筛选出的厌氧氨氧化菌加以固定，构成一种高效、快速、能连续处理的污水脱氮处理系统，同时还可以免除污泥处理的二次污染。另外，废水中氮大多以氨氮形式存在，但是厌氧氨氧化菌的基质除了氨以外，还需要亚硝酸盐作为电子受体，从而厌氧氨氧化通常需与短程硝化联用，以达到去除废水中氨氮的目的。

对于短程硝化与厌氧氨氧化的一体式组合工艺，现有CANON、OLAND、DEMON、SNAP等工艺。但目前这些工艺都是以好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌同时混合形成颗粒污泥来运行。颗粒污泥内部包裹着厌氧氨氧化菌，外部为好氧氨氧化菌，由于颗粒污泥的直径和传质系数会使得内部厌氧氨氧化菌无法得到足够的基质，从而导致反应器效果不佳。而颗粒污泥的直径又是难以控制的，因此，如何使得好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌能够协同作用去除废水中的氨氮，对于高效生物废水脱氮领域来说具有巨大的技术与工业应用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种固定化好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的一体式自养脱氮反应器，包括上流式反应器本体，所述上流式反应器本体中设有凝胶层支架，所述凝胶层支架将所述上流式反应器本体的内腔分为上下两部分，所述凝胶层支架上设有通孔，所述凝胶层支架上按照水体流动方向依次设有好氧氨氧化菌凝胶层和厌氧氨氧化菌凝胶层；所述凝胶层支架的下方设有多孔曝气管。本实用新型在单个反应器内限制曝气条件下，利用固定在凝胶层中好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌同时作用来去除废水中的氨氮，对于氨氮具有良好的去除效果，无需添加亚硝态氮和碳源，同时降低了曝气导致的能耗。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提供一种固定化好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的一体式自养脱氮反应器，包括上流式反应器本体，所述上流式反应器本体中设有凝胶层支架，所述凝胶层支架将所述上流式反应器本体的内腔分为上下两部分，所述凝胶层支架上设有通孔，所述凝胶层支架上按照水体流动方向依次设有好氧氨氧化菌凝胶层和厌氧氨氧化菌凝胶层；所述凝胶层支架的下方设有多孔曝气管，通过多孔曝气管向反应器内部通空气。

所述多孔曝气管可与装有流量计的空气泵相连，通过流量计调节反应器内部的溶解氧浓度。

凝胶层支架用于支撑所述厌氧氨氧化菌凝胶层和好氧氨氧化菌凝胶层，所述厌氧氨氧化菌凝胶层和好氧氨氧化菌凝胶层紧密拼接，置于凝胶层支架上方。

优选地，厌氧氨氧化菌凝胶层和好氧氨氧化菌凝胶层的总体积为一体式自养脱氮反应器内污水体积的8～20％，如8～15％或15～20％。

优选地，厌氧氨氧化菌凝胶层的体积和好氧氨氧化菌凝胶层为0.8：1～1.2：1，如0.8：1～1：1或1：1～1.2：1。

优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)厌氧氨氧化菌凝胶层的厚度为1～2mm，如1～1.6mm或1.6～2mm；

2)好氧氨氧化菌凝胶层的厚度为1～2mm，如1～1.67mm或1.67～2mm；

制备凝胶层可采用如下方法：将厌氧氨氧化菌和好氧氨氧化菌分别与凝胶材料混合并进行压制，采用共价化学键交联方法；

3)厌氧氨氧化菌凝胶层的凝胶材料为海藻酸钠、聚乙烯醇、透明质酸盐、壳聚糖、聚丙烯酰胺或天然纤维素；

4)好氧氨氧化菌凝胶层的凝胶材料为海藻酸钠、聚乙烯醇、透明质酸盐、壳聚糖、聚丙烯酰胺或天然纤维素；

5)厌氧氨氧化菌凝胶层的厌氧氨氧化菌为经过驯化后的厌氧污泥，用于将污水中的亚硝态氮和氨氮转化为氮气和硝态氮，可以取自市政污水厂；

6)好氧氨氧化菌凝胶层的好氧氨氧化菌为经过驯化后的好氧污泥，用于将污水中的氨氮转化为亚硝态氮，可以取自垃圾渗滤液厂；

7)所述凝胶层支架为穿孔板；

8)上流式反应器本体的侧壁上设有进水管和出水管，所述出水管设置于厌氧氨氧化菌凝胶层上方的侧壁，所述进水管设置于凝胶层支架下方的侧壁；进水管上可以设有进水阀门；出水管上可以设有出水阀门。

优选地，还包括搅拌部件，所述搅拌部件位于所述多孔曝气管的下方。

更优选地，所述搅拌部件为搅拌子。

进一步更优选地，还包括磁力搅拌器，所述上流式反应器本体设于所述磁力搅拌器上。

优选地，上流式反应器本体的顶部为可拆卸式封闭盖。

更优选地，还包括用于监测经好氧氨氧化菌凝胶层和厌氧氨氧化菌凝胶层处理后水体溶解氧的溶解氧探针和pH值的pH探针。

更优选地，所述封闭盖还设有排气管。排气管上可以设有排气阀门。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果之一：

1.利用本实用新型提供的固定化好氧氨氧化菌AOB和厌氧氨氧化菌ANAMMOX双菌种全程自养脱氮反应器可以有效得去除水中的氨氮，启动时间快，能够在五天时间能完成全程自养脱氮反应的启动，相比于目前国内外文献中实用新型启动时间缩减了三分之二；

2.本实用新型采用海藻酸钠固定化技术，对微生物无毒性，能够使好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌在很好的在胶体能截留，无需通过MBR膜技术或是SBR复杂的自动化控制系统就能保持较低的水力停留时间和高泥龄，这对于反应器初期高效启动具有显著的帮助，和MBR、SBR等技术相比降低了成本；

3.本实用新型采用的海藻酸钠固定化技术，能够使固定在其中的好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌能够在恶劣环境下稳定运行；由于厌氧氨氧化菌对于温度非常敏感，在目前现有技术里，温度和pH对于一体化短程硝化-厌氧氨氧化运行效果的影响非常大，而本实用新型的反应器能够在十五度左右的温度下运行，同时游离亚硝酸和游离氨的影响也被削弱，降低了反应器加热的成本；

4.使用本实用新型反应器和传统硝化-反硝化生物脱氮工艺相比，采用二氧化碳作为碳源，消耗温室气体，无需外加碳源；同时由于短程硝化反应与厌氧氨氧化反应酸碱中和，可以有效得降低投加调节pH的药剂费用；

5.使用本实用新型反应器相比传统工艺，不再需要消耗大量的能源进行曝气，只需控制溶解氧在较低的浓度下完成短程硝化即可，和目前国内外文献中溶解氧的浓度相比缩减了一半，目前常规硝化好氧反硝化传统工艺中溶解氧浓度的范围在2～6mg/L，而本专利中溶解氧浓度为1～3mg/L；

6.本实用新型采用固定化技术，凝胶传质效果优于传统颗粒污泥，并且可以根于进水氨氮浓度调节凝胶厚度，使氧气和基质进入反应区更加易于控制。

附图说明

图1为本实用新型固定化好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的一体式自养脱氮反应器的结构示意图。

图中：

1－溶解氧探针；2－pH探针；3－排气管；4－排气阀门；5－出水管；6－出水阀门；7－上流式反应器本体；8－多孔曝气管；9－搅拌子；10－磁力搅拌器；11－进水阀门；12－进水管；13－凝胶层支架；14－好氧氨氧化菌凝胶层；15－厌氧氨氧化菌凝胶层；16－封闭盖。

图2为本实用新型反应器在处理模拟高浓度废水时两个凝胶层内部溶解氧和pH变化示意图。

图中：

纵坐标DO－溶解氧浓度；横坐标Depth－DO探针的深度；Liquid－反应器内混合液；AOB Gel－好氧氨氧化菌凝胶层；ANAMMOX Gel－厌氧氨氧化菌凝胶层。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

一种固定化好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的一体式自养脱氮反应器污水处理工艺，为通过上述固定化好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的一体式自养脱氮反应器进行污水处理，所述污水处理工艺包括以下步骤：污水自下而上流动，依次经过多孔曝气管、凝胶层支架、好氧氨氧化菌凝胶层和厌氧氨氧化菌凝胶层后排出。

优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)污水中氨氮负荷与厌氧氨氧化菌凝胶层的厌氧氨氧化菌和好氧氨氧化菌凝胶层的好氧氨氧化菌的挥发性悬浮物浓度的比为0.4～0.6：1gN/gVSS-day，例如每天进水氨氮负荷为2000mg/L，则厌氧氨氧化菌凝胶层的厌氧氨氧化菌和好氧氨氧化菌凝胶层的好氧氨氧化菌的挥发性悬浮物浓度为3.33～5g/L，可以为0.4～0.5：1gN/gVSS-day或0.4～0.5：1gN/gVSS-day；

2)溶解氧浓度为1～3mg/L，如1～2mg/L或2～3mg/L；pH无需调节。

实施例1

一种固定化好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的一体式自养脱氮反应器，包括上流式反应器本体7，所述上流式反应器本体7中设有凝胶层支架13，所述凝胶层支架13将所述上流式反应器本体7的内腔分为上下两部分，所述凝胶层支架13上设有通孔，所述凝胶层支架上按照水体流动方向依次设有好氧氨氧化菌凝胶层14和厌氧氨氧化菌凝胶层15；所述凝胶层支架13的下方设有多孔曝气管8，通过多孔曝气管向反应器内部通空气，所述多孔曝气管与装有流量计的空气泵相连，通过流量计调节反应器内部的溶解氧浓度；所述凝胶层支架13为穿孔板；还包括搅拌部件和磁力搅拌器10，所述搅拌部件位于所述多孔曝气管8的下方，所述搅拌部件为搅拌子9，所述上流式反应器本体7设于所述磁力搅拌器10上；上流式反应器本体7的顶部为可拆卸式封闭盖16；还包括用于监测经好氧氨氧化菌凝胶层14和厌氧氨氧化菌凝胶层15处理后水体溶解氧的溶解氧探针1和pH值的pH探针2，所述溶解氧探针1和pH探针2贯穿所述封闭盖16；所述封闭盖16还设有排气管3，排气管3上设有排气阀门4；上流式反应器本体7的侧壁上设有进水管12和出水管5，所述出水管5设置于厌氧氨氧化菌凝胶层15上方的侧壁，所述进水管12设置于凝胶层支架13下方的侧壁；进水管12上设有进水阀门11；出水管5上设有出水阀门6。

厌氧氨氧化菌凝胶层15和好氧氨氧化菌凝胶层14的总体积为一体式自养脱氮反应器内污水体积的20％；厌氧氨氧化菌凝胶层15的厚度为1mm；好氧氨氧化菌凝胶层14的厚度为1mm，厌氧氨氧化菌凝胶层15和好氧氨氧化菌凝胶层14的体积比为1：1；厌氧氨氧化菌凝胶层15的凝胶材料为海藻酸钠；好氧氨氧化菌凝胶层14的凝胶材料为海藻酸钠；厌氧氨氧化菌凝胶层15的厌氧氨氧化菌为经过驯化后的厌氧污泥，用于将污水中的亚硝态氮和氨氮转化为氮气和硝态氮，可以取自市政污水厂；好氧氨氧化菌凝胶层14的好氧氨氧化菌为经过驯化后的好氧污泥，用于将污水中的氨氮转化为亚硝态氮，可以取自垃圾渗滤液厂。

采用本实用新型固定化好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的一体式自养脱氮反应器处理低碳氮比，高氨氮废水，如厌氧消化过后的垃圾渗滤液，或剩余污泥消化液，进水氨氮浓度约为800mg/L，COD约为1000mg/L，C/N比约为1.25。

本实施例中两种菌种的凝胶层厚度分别为两毫米，溶解氧浓度设置为2mg/L，水力停留时间设置为24小时，厌氧氨氧化菌和好氧氨氧化菌的挥发性悬浮物浓度为1.6g/L，污水中氨氮负荷与厌氧氨氧化菌凝胶层的厌氧氨氧化菌和好氧氨氧化菌凝胶层的好氧氨氧化菌的挥发性悬浮物浓度的比为0.5：1gN/gVSS-day。

本实施例中反应器启动前三十天，废水在进入反应器前要稀释，从50mg/L到800mg/L依次递增进水浓度。三十天后出水氨氮浓度约为30mg/L，COD浓度变化不大。

本实施例中反应器正常运行包含步骤：(1)进水泵开启，从底部连续进水，磁力搅拌开启；(2)曝气系统启动，多孔曝气管开始向反应器内充入氧气，通过溶解氧探头和pH探头实时监测内部溶解氧浓度和pH变化。(3)液位到达指定高度后自动从出水管排出。

本实施例中若反应器运行过程中亚硝酸盐浓度应该维持在50mg/L以下，若亚硝酸盐浓度上升超过100mg/L，立即关闭曝气系统，同时稀释进水，直到亚硝酸盐浓度恢复正常。

实施例2

一种固定化好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的一体式自养脱氮反应器，包括上流式反应器本体7，所述上流式反应器本体7中设有凝胶层支架13，所述凝胶层支架13将所述上流式反应器本体7的内腔分为上下两部分，所述凝胶层支架13上设有通孔，所述凝胶层支架上按照水体流动方向依次设有好氧氨氧化菌凝胶层14和厌氧氨氧化菌凝胶层15；所述凝胶层支架13的下方设有多孔曝气管8，通过多孔曝气管向反应器内部通空气，所述多孔曝气管与装有流量计的空气泵相连，通过流量计调节反应器内部的溶解氧浓度；所述凝胶层支架13为穿孔板；还包括搅拌部件和磁力搅拌器10，所述搅拌部件位于所述多孔曝气管8的下方，所述搅拌部件为搅拌子9，所述上流式反应器本体7设于所述磁力搅拌器10上；上流式反应器本体7的顶部为可拆卸式封闭盖16；还包括用于监测经好氧氨氧化菌凝胶层14和厌氧氨氧化菌凝胶层15处理后水体溶解氧的溶解氧探针1和pH值的pH探针2，所述溶解氧探针1和pH探针2贯穿所述封闭盖16；所述封闭盖16还设有排气管3，排气管3上设有排气阀门4；上流式反应器本体7的侧壁上设有进水管12和出水管5，所述出水管5设置于厌氧氨氧化菌凝胶层15上方的侧壁，所述进水管12设置于凝胶层支架13下方的侧壁；进水管12上设有进水阀门11；出水管5上设有出水阀门6。

厌氧氨氧化菌凝胶层15和好氧氨氧化菌凝胶层14的总体积为一体式自养脱氮反应器内污水体积的8％；厌氧氨氧化菌凝胶层15的厚度为1.6mm；好氧氨氧化菌凝胶层14的厚度为2mm，厌氧氨氧化菌凝胶层15和好氧氨氧化菌凝胶层14的体积比为0.8：1；厌氧氨氧化菌凝胶层15的凝胶材料为聚乙烯醇；好氧氨氧化菌凝胶层14的凝胶材料为聚乙烯醇；厌氧氨氧化菌凝胶层15的厌氧氨氧化菌为经过驯化后的厌氧污泥，用于将污水中的亚硝态氮和氨氮转化为氮气和硝态氮，可以取自市政污水厂；好氧氨氧化菌凝胶层14的好氧氨氧化菌为经过驯化后的好氧污泥，用于将污水中的氨氮转化为亚硝态氮，可以取自垃圾渗滤液厂。

采用本实用新型固定化好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的一体式自养脱氮反应器处理低浓度氨氮废水，如日常市政废水，进水氨氮浓度约为40mg/L，COD约为160mg/L，C/N比约为4。

本实施例中两种菌种的凝胶层厚度分别为一毫米，溶解氧浓度设置为1mg/L，水力停留时间设置为12小时，厌氧氨氧化菌和好氧氨氧化菌的挥发性悬浮物浓度为0.2g/L，污水中氨氮负荷与厌氧氨氧化菌凝胶层的厌氧氨氧化菌和好氧氨氧化菌凝胶层的好氧氨氧化菌的挥发性悬浮物浓度的比为0.4：1gN/gVSS-day。

本实施例所指低浓度氨氮废水是指模拟日常市政废水本实施例中反应器启动直接加入模拟日常废水，无需稀释。五天后出水氨氮浓度约为5mg/L，COD浓度变化不大。

本实施例中反应器正常运行包含步骤：(1)进水泵开启，从底部连续进水，磁力搅拌开启；(2)曝气系统启动，多孔曝气管开始向反应器内充入氧气，通过溶解氧探头和pH探头实时监测内部溶解氧浓度和pH变化。(3)液位到达指定高度后自动从出水管排出。

本实施例中若反应器运行过程中亚硝酸盐浓度应该维持在10mg/L以下，若亚硝酸盐浓度上升超过100mg/L，立即关闭曝气系统，同时稀释进水，直到亚硝酸盐浓度恢复正常。

实施例3

一种固定化好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的一体式自养脱氮反应器，包括上流式反应器本体7，所述上流式反应器本体7中设有凝胶层支架13，所述凝胶层支架13将所述上流式反应器本体7的内腔分为上下两部分，所述凝胶层支架13上设有通孔，所述凝胶层支架上按照水体流动方向依次设有好氧氨氧化菌凝胶层14和厌氧氨氧化菌凝胶层15；所述凝胶层支架13为穿孔板；还包括搅拌部件和磁力搅拌器10，所述搅拌部件位于所述多孔曝气管8的下方，所述搅拌部件为搅拌子9，所述上流式反应器本体7设于所述磁力搅拌器10上；上流式反应器本体7的顶部为可拆卸式封闭盖16；还包括用于监测经好氧氨氧化菌凝胶层14和厌氧氨氧化菌凝胶层15处理后水体溶解氧的溶解氧探针1和pH值的pH探针2，所述溶解氧探针1和pH探针2贯穿所述封闭盖16；所述封闭盖16还设有排气管3，排气管3上设有排气阀门4；上流式反应器本体7的侧壁上设有进水管12和出水管5，所述出水管5设置于厌氧氨氧化菌凝胶层15上方的侧壁，所述进水管12设置于凝胶层支架13下方的侧壁；进水管12上设有进水阀门11；出水管5上设有出水阀门6。

厌氧氨氧化菌凝胶层15和好氧氨氧化菌凝胶层14的总体积为一体式自养脱氮反应器内污水体积的15％；厌氧氨氧化菌凝胶层15的厚度为2mm；好氧氨氧化菌凝胶层14的厚度为1.67mm，厌氧氨氧化菌凝胶层15和好氧氨氧化菌凝胶层14的体积比为1.2：1；厌氧氨氧化菌凝胶层15的凝胶材料为聚丙烯酰胺；好氧氨氧化菌凝胶层14的凝胶材料为聚丙烯酰胺；厌氧氨氧化菌凝胶层15的厌氧氨氧化菌为经过驯化后的厌氧污泥，用于将污水中的亚硝态氮和氨氮转化为氮气和硝态氮，可以取自市政污水厂；好氧氨氧化菌凝胶层14的好氧氨氧化菌为经过驯化后的好氧污泥，用于将污水中的氨氮转化为亚硝态氮，可以取自垃圾渗滤液厂。

采用本实用新型固定化好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的一体式自养脱氮反应器处理低碳氮比，高氨氮废水，如剩余污泥消化液，进水氨氮浓度约为600mg/L，COD约为600mg/L，C/N比约为1。

本实施例中两种菌种的凝胶层厚度分别为两毫米，溶解氧浓度设置为3mg/L，水力停留时间设置为24小时，厌氧氨氧化菌和好氧氨氧化菌的挥发性悬浮物浓度为1g/L，污水中氨氮负荷与厌氧氨氧化菌凝胶层的厌氧氨氧化菌和好氧氨氧化菌凝胶层的好氧氨氧化菌的挥发性悬浮物浓度的比为0.6：1gN/gVSS-day。

本实施例中反应器启动前二十五天，废水在进入反应器前要稀释，进水浓度从50mg/L到600mg/L依次递增。二十五天后出水氨氮浓度约为25mg/L，COD浓度变化不大。

本实施例中反应器正常运行包含步骤：(1)进水泵开启，从底部连续进水，磁力搅拌开启；(2)曝气系统启动，多孔曝气管开始向反应器内充入氧气，通过溶解氧探头和pH探头实时监测内部溶解氧浓度和pH变化。(3)液位到达指定高度后自动从出水管排出。

本实施例中若反应器运行过程中亚硝酸盐浓度应该维持在40mg/L以下，若亚硝酸盐浓度上升超过100mg/L，立即关闭曝气系统，同时稀释进水，直到亚硝酸盐浓度恢复正常。

工作原理

本实用新型提供的一体式自养脱氮反应器包括两个部分：(1)搅拌均匀，可以控制溶解氧的上流式反应器外壳；(2)内部固定好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的凝胶层。

本实用新型的核心在于将AOB和ANAMMOX两种微生物以一个最佳的空间结构固定在上流式反应器内部。通过海藻酸钠将好氧氨氧化菌固定在离曝气管更近的下方位置，同时在好氧氨氧化菌凝胶层上方是厌氧氨氧化菌凝胶层。并且，凝胶层的存在减少了厌氧氨氧化菌避免外界条件的影响，使得反应器能在低温，高游离氨，高游离亚硝酸的情况下继续稳定运行。

反应原理：(1)在限氧条件下，下层AOB凝胶层将部分氨氮氧化成亚硝态氮，消耗氧气为之后上层ANAMMOX凝胶层提供所需的厌氧环境(2)产生的亚硝氮作为电子受体，二氧化碳作为无机碳源，与剩余的氨氮传送到上层ANAMMOX凝胶层反应生成氮气和少量硝酸盐。通过海藻酸钠凝胶层对氧气的传质阻力和AOB对氧气消耗的速率，能够使两种菌种在特定的溶解氧浓度下，以最大活性进行反应。根据图2，溶解氧和pH微电极探针对凝胶层穿刺测量后发现，溶解氧在AOB凝胶层中基本消耗完毕，ANAMMOX凝胶层中处于几乎厌氧的状态。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种固定化好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的一体式自养脱氮反应器，其特征在于，包括上流式反应器本体(7)，所述上流式反应器本体(7)中设有凝胶层支架(13)，所述凝胶层支架(13)将所述上流式反应器本体(7)的内腔分为上下两部分，所述凝胶层支架(13)上设有通孔，所述凝胶层支架上按照水体流动方向依次设有好氧氨氧化菌凝胶层(14)和厌氧氨氧化菌凝胶层(15)；所述凝胶层支架(13)的下方设有多孔曝气管(8)。

2.如权利要求1所述的一体式自养脱氮反应器，其特征在于，厌氧氨氧化菌凝胶层(15)和好氧氨氧化菌凝胶层(14)的总体积为一体式自养脱氮反应器内污水体积的8～20％。

3.如权利要求1所述的一体式自养脱氮反应器，其特征在于，厌氧氨氧化菌凝胶层(15)和好氧氨氧化菌凝胶层(14)的体积比为0.8：1～1.2：1。

4.如权利要求1所述的一体式自养脱氮反应器，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)厌氧氨氧化菌凝胶层(15)的厚度为1～2mm；

2)好氧氨氧化菌凝胶层(14)的厚度为1～2mm；

3)厌氧氨氧化菌凝胶层(15)的凝胶材料为海藻酸钠、聚乙烯醇、透明质酸盐、壳聚糖、聚丙烯酰胺或天然纤维素；

4)好氧氨氧化菌凝胶层(14)的凝胶材料为海藻酸钠、聚乙烯醇、透明质酸盐、壳聚糖、聚丙烯酰胺或天然纤维素；

5)厌氧氨氧化菌凝胶层(15)的厌氧氨氧化菌为经过驯化后的厌氧污泥，用于将污水中的亚硝态氮和氨氮转化为氮气和硝态氮；

6)好氧氨氧化菌凝胶层(14)的好氧氨氧化菌为经过驯化后的好氧污泥，用于将污水中的氨氮转化为亚硝态氮；

7)所述凝胶层支架(13)为穿孔板；

8)上流式反应器本体(7)的侧壁上设有进水管(12)和出水管(5)，所述出水管(5)设置于厌氧氨氧化菌凝胶层(15)上方的侧壁，所述进水管(12)设置于凝胶层支架(13)下方的侧壁。

5.如权利要求1所述的一体式自养脱氮反应器，其特征在于，还包括搅拌部件，所述搅拌部件位于所述多孔曝气管(8)的下方。

6.如权利要求5所述的一体式自养脱氮反应器，其特征在于，所述搅拌部件为搅拌子(9)。

7.如权利要求6所述的一体式自养脱氮反应器，其特征在于，还包括磁力搅拌器(10)，所述上流式反应器本体(7)设于所述磁力搅拌器(10)上。

8.如权利要求1所述的一体式自养脱氮反应器，其特征在于，上流式反应器本体(7)的顶部为可拆卸式封闭盖(16)。

9.如权利要求8所述的一体式自养脱氮反应器，其特征在于，还包括用于监测经好氧氨氧化菌凝胶层(14)和厌氧氨氧化菌凝胶层(15)处理后水体溶解氧的溶解氧探针(1)和pH值的pH探针(2)。

10.如权利要求8所述的一体式自养脱氮反应器，其特征在于，所述封闭盖(16)还设有排气管(3)。