CN208684532U

CN208684532U - 一种导电材料介导厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮的装置

Info

Publication number: CN208684532U
Application number: CN201820812431.1U
Authority: CN
Inventors: 蒋海明; 李侠; 王路路; 张鹏; 刘振旺; 沙浩男; 李玲
Original assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2018-05-29
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2019-04-02
Anticipated expiration: 2028-05-29

Abstract

本实用新型公开了一种导电材料介导厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮的装置，包括一废水集水池、一好氧氨氧化反应器、一脱氧沉淀池及一偶联脱氮反应器；废水集水池通过管道分别连通好氧氨氧化反应器和偶联脱氮反应器；好氧氨氧化反应器连通脱氧沉淀池；脱氧沉淀池通过管道连通偶联脱氮反应器；所述偶联脱氮反应器内设用作菌体载体的导电材料。导电材料可促进所附着菌体间的种间直接电子传递，可提高脱氮效率。本实用新型可广泛应用于低碳氮比氨氮废水的生物脱氮，在提高废水处理效果的同时，还能降低废水处理成本。

Description

一种导电材料介导厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮的装置

技术领域

本实用新型涉及一种废水处理技术，具体而言，本实用新型涉及一种导电材料介导厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮的装置。

背景技术

传统生物脱氮主要通过硝化与反硝化两个途径共同完成，硝化阶段主要依靠自养氨氧化菌在好氧条件下以氧气作为电子受体来完成，废水中有机碳含量较高会抑制生长速率慢的自养菌生长与繁殖。反硝化阶段亚硝酸盐与硝酸盐主要依靠异养菌在缺氧环境中以有机碳提供的电子来完成。传统厌氧/好氧（A/O）氨氮废水处理工艺中，有机碳的氧化与氨氮的氧化过程主要发生在好氧阶段，而氨氮氧化又主要在有机碳消耗后进行。好氧阶段形成的亚硝酸盐或硝酸盐由于缺乏电子供体有机碳无法被还原，必须回流到前置厌氧阶段，利用进水中提供的有机碳进行反硝化去除。但是低碳氮比的氨氮废水，由于缺乏足够的有机碳源难于脱氮，除非添加有机碳源，而有机碳源的添加又增加了处理成本。

针对低碳氮比的氨氮废水特点，研究者开发出了不需要有机碳源的厌氧氨氧化工艺（ANAMMOX工艺，Anaerobic Ammonium Oxidation）。利用ANAMMOX工艺可以取得氨与亚硝酸盐的高去除率。

厌氧氨氧化的基本反应为：5NH₄ ⁺+3NO₃ ^-→4N₂+9H₂O+2H⁺。除NO₃ ^-外，NO₃ ^-同样可作为NH₄ ⁺氧化的电子受体。但是厌氧氨氧化过程中水体pH不断下降，需要添加碱液以维持水体pH值。此外，厌氧氨氧化微生物生长与繁殖非常缓慢，且其生长还受到溶解氧、有机碳、氨氮及亚硝酸盐浓度的影响，工艺启动慢、运行维护较困难。

公告号为CN102372393A的中国专利，其公开了一种生物电化学偶联脱氮装置和方法，但偶联脱氮反应器内阻较大，影响了脱氮效率。此外，其好氧氨氧化反应器直接与偶联脱氮反应器的硝化室连接，来自好氧氨氧化反应器的废水含有一定的溶氧，使偶联脱氮反应器的反硝化室难以保持理想的缺氧状态，影响反硝化效果，脱氮率很难达到要求。

因此，开发高效、低耗氨氮废水生物脱氮处理工艺与装置具有十分重要的意义。

实用新型内容

针对现有低碳氮比氨氮废水脱氮工艺存在的不足，本发明提供了一种导电材料介导厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮的装置。

本实用新型提供的导电材料介导厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮的装置，包括一废水集水池、一好氧氨氧化反应器、一脱氧沉淀池及一偶联脱氮反应器；

废水集水池通过管道分别连通好氧氨氧化反应器和偶联脱氮反应器；好氧氨氧化反应器连通脱氧沉淀池；脱氧沉淀池通过管道连通偶联脱氮反应器；

所述偶联脱氮反应器内设用作菌体载体的导电材料。

作为一种具体实施方式，废水集水池包括第一壳体（2），第一壳体（2）侧面分别连接第一进水管（1）和第一出水管（6），第一壳体（2）下端连接第一排污管（3），第一排污管（3）通过第一阀门（4）连接主排污管（33），第一壳体（2）上端设有第一排气管（5）；

好氧氨氧化反应器包括第二壳体（12）以及设于第二壳体（12）内的空气分布器（16），第二壳体（12）下端连接第二排污管（13），第二排污管（13）通过第二阀门（14）连接主排污管（33）；

脱氧沉淀池包括第三壳体（17）以及设于第三壳体（17）内的折射挡板（18），第三壳体（17）下端连接第三排污管（19），第三排污管（19）通过第三阀门（20）连接主排污管（33），第三壳体（17）上端设有第二排气管（22），第三壳体（17）侧面连接第二出水管（23）；

偶联脱氮反应器包括第四壳体（27）以及设于第四壳体（27）内的导电材料（28），第四壳体（27）下端连接第三进水管（26），第四壳体（27）上端设有第三排气管（29），第四壳体（27）侧面连接第三出水管（30），第三进水管（26）通过第四阀门（31）连接主排污管（33）；

第一壳体（2）的第一出水管（6）通过分流管分别连接第二壳体（12）的第二进水管（11）和第四壳体（27）的第三进水管（26）；

第三壳体（17）的第二出水管（23）通过管道连接第四壳体（27）的第三进水管（26）。

作为优选，导电材料上附着有电活性硝酸盐还原菌和/或电活性亚硝酸盐还原菌、以及电活性厌氧氨氧化菌所形成的互营养微生物。

作为优选，所述导电材料为颗粒活性炭、炭/碳导电材料、碳布、氨气改性的颗粒活性炭、氨气改性的炭/碳导电材料、氨气改性的碳步、或四氧化三铁。

和现有技术相比，本实用新型具有以下特点和有益效果：

（1）本实用新型可广泛应用于低碳氮比氨氮废水的生物脱氮，具有成本低廉，操作运行简单，工程启动快，处理效果好等优点，在提高废水处理效果的同时能降低废水处理成本。

（2）本实用新型通过在偶联脱氮反应器中加入颗粒活性炭、炭/碳导电材料、氨气改性的颗粒活性炭、氨气改性的炭/碳导电材料等，以促进电活性厌氧氨氧化菌与电活性硝酸盐还原菌、电活性亚硝酸盐还原菌间的种间直接电子传递的效率，从而提高脱氮效率和污水处理效果。

附图说明

图1为实施例中导电材料介导厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮的装置的具体结构示意图。

图中，1-第一进水管；2-第一壳体；3-第一排污管；4-第一阀门；5-第一排气管； 6-第一出水管；7a-第一水管；7b-第二水管；8-第一泵；9-第三水管；10-第二泵；11-第二进水管；12-第二壳体；13-第二排污管；14-第二阀门；15-第四水管；16-空气分布器；17-第三壳体；18-折射挡板；19-第三排污管；20-第三阀门；21-第五水管；22-第二排气管；23-第二出水管；24-第三泵；25-第六水管；26-第三进水管；27-第四壳体；28-导电材料；29-第三排气管；30-第三出水管；31-第四阀门；32-第七水管；33-主排污管。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型和/或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要注意的是，文中出现的斜线 “/”均表示“或”含义。

参见图1，所示为导电材料介导厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮的装置的具体结构示意图，图中污水指氨氮废水。下面将结合图1，对本实用新型的具体实施方式及其技术效果进行详细说明。

本具体实施方式中，导电材料介导厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮的装置主要包括一废水集水池、一好氧氨氧化反应器、一脱氧沉淀池及一偶联脱氮反应器。废水集水池包括第一壳体2，第一壳体2侧面分别连接第一进水管1和第一出水管6，第一壳体2下端连接第一排污管3，第一排污管3通过第一阀门4与主排污管33连接，第一壳体2上端设有第一排气管5。

好氧氨氧化反应器包括第二壳体12，第二壳体12下端与第二排污管13相连，第二排污管13通过第二阀门14及第四水管15与主排污管33连接，第二壳体12内设置有空气分布器16，空气分布器16与压缩空气管连接，空气分布器16用来使好氧氨氧化反应器内的氨氮废水中富含氧气。

脱氧沉淀池包括第三壳体17，第三壳体17内设置折射挡板18，折射挡板18用来除去进水中的氧气；第三壳体17下端与第三排污管19连接，第三排污管19通过第三阀门20及第五水管21与主排污管33连接，第三壳体17上端设有第二排气管22，第三壳体17侧面与第二出水管23连接。

偶联脱氮反应器包括第四壳体27，第四壳体27下端与第三进水管26连接，第四壳体27内设置有导电材料28，第四壳体27上端设有第三排气管29，第四壳体27侧面与第三出水管30连接。第三进水管26通过第四阀门31、第七水管32连接主排污管33。

第一壳体2依次通过第一出水管6、第一水管7a、第一泵8、第三水管9、第三进水管26连接第四壳体27；第一壳体2依次通过第一出水管6、第二水管7b、第二泵10、第二进水管11连接第二壳体12；第三壳体17依次通过第二出水管23、第三泵24、第六水管25、第三进水管26连接第四壳体27。

本具体实施方式中，第一壳体2、第二壳体12、第三壳体17、第四壳体27内液位通过污水流量控制阀和出水控制阀来实现调节；所述污水流量控制阀即第一阀门4、第二阀门14、第三阀门20和第四阀门31；所述出水控制阀（未在图中画出）分设于第一出水管6、第二出水管23、第三出水管30上。

本具体实施方式中，第一壳体2、第二壳体12、第三壳体17、第四壳体27均采用钢筋混凝土或碳钢制成；偶联脱氮反应器的导电材料28包括但不限于颗粒活性炭、炭/碳导电材料、碳布、氨气改性的颗粒活性炭、氨气改性的炭/碳导电材料、氨气改性的碳布、或四氧化三铁。

上述装置的工作原理如下：

氨氮废水通过第一进水管1进入废水集水池进行自然脱氧，废水集水池的出水分别通过第二进水管11和第三进水管26进入好氧氨氧化反应器与偶联脱氮反应器。脱氧后的氨氮废水在好氧氨氧化反应器内进行好氧氨氧化，生成含亚硝酸根离子和/或硝酸根离子的废水。好氧氨氧化反应器的出水溢出至脱氧沉淀池进行脱氧，然后通过第三进水管26进入偶联脱氮反应器。附着在偶联脱氮反应器中导电材料28上的电活性硝酸盐还原菌和/或电活性亚硝酸盐还原菌、以及电活性厌氧氨氧化菌所形成的互营养微生物耦合，将铵根离子氧化，将硝酸盐和/或亚硝酸盐还原，生成氮气被去除。电活性厌氧氨氧化菌、电活性硝酸盐还原菌、电活性亚硝酸盐还原菌可实现电子传递。本发明中，导电材料的加入促进了电活性厌氧氨氧化菌与电活性硝酸盐还原菌、电活性亚硝酸盐还原菌之间的种间直接电子传递，有利于铵根离子的氧化和硝酸根离子、亚硝酸根离子的还原。

下面将提供利用上述装置对氨氮废水进行脱氮处理的具体工艺，包括：

（a）偶联脱氮反应器启动。

偶联脱氮反应器启动过程中，需不断加入新鲜的氢氧化铁胶体、氧化铁和新鲜铁粉等铁基电子受体。更具体的，在偶联脱氮反应器中加入已脱氧的、含氨氮以及硝酸盐和/或亚硝酸盐的氨氮废水、以及铁基电子受体，例如氢氧化铁胶体（Fe(OH)₃），并接种水稻田泥、Thiobacillus denitrificans、厌氧氨氧化活性污泥及污水处理厂具有反硝化活性的活性污泥厌氧培养，具有反硝化活性的活性污泥也可采用铁基质硝酸盐还原菌替换。培养期间多次换水补充新鲜培养液、铁基电子受体，培养液采用硝酸盐还原菌培养基；待电活性厌氧氨氧化菌以及电活性硝酸盐还原菌和/或电活性亚硝酸盐还原菌，在偶联脱氮反应器中导电材料上形成稳定的互营养微生物co-culture，且负荷达到预定值，偶联脱氮反应器启动完成。启动完成后，偶联脱氮反应器内则有厌氧氨氧化菌、电活性厌氧氨氧化菌、以及电活性硝酸盐还原菌和/或电活性亚硝酸盐还原菌；当采用铁基质硝酸盐还原菌替换具有反硝化活性的活性污泥时，则启动完成的偶联脱氮反应器内还会有铁基质硝酸盐还原菌。

（b）好氧氨氧化反应器启动。

氨氮废水充入好氧氨氧化反应器，并在好氧氨氧化反应器中接种污水处理厂曝气池中具有氨氧化活性的活性污泥，启动曝气系统进行氨氧化反应，培养期间不断更换新鲜氨氮废水，当氨氧化负荷达到预定值，好氧氨氧化反应器启动完成。

（c）装置连续运行。

偶联脱氮反应器和好氧氨氧化反应器启动结束后，经废水集水池沉淀及脱氧后的氨氮废水经管道分别进入好氧氨氧化反应器和偶联脱氮反应器，经好氧氨氧化反应器处理后的废水经脱氧沉淀池脱氧后进入偶联脱氮反应器，附着在偶联脱氮反应器中导电材料上的互营养微生物（co-culture）耦合将铵根离子氧化，将硝酸盐和/或亚硝酸盐还原，生成氮气。导电材料的加入促进了电活性厌氧氨氧化菌与电活性硝酸盐还原菌和/或电活性亚硝酸盐还原菌之间的种间直接电子传递，有利于铵根离子的氧化以及硝酸根和/或亚硝酸盐根离子的还原。

通过分析好氧氨氧化反应器的出水及偶联脱氮反应器的出水中铵根离子、亚硝酸根离子和硝酸根离子的浓度，调节氧氨氧化反应器与偶联脱氮反应器的进水流量比、以及好氧氨氧化反应器中的溶氧浓度，以保证出水中铵根离子浓度与铵根离子氧化产生的硝酸根离子的浓度保持在合适的比例范围内。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型专利精神作举例说明。本实用新型专利所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型专利的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种导电材料介导厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮的装置，其特征是：

包括一废水集水池、一好氧氨氧化反应器、一脱氧沉淀池及一偶联脱氮反应器；

所述偶联脱氮反应器内设用作菌体载体的导电材料。

2.如权利要求1所述的导电材料介导厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮的装置，其特征是：

所述废水集水池包括第一壳体（2），第一壳体（2）侧面分别连接第一进水管（1）和第一出水管（6），第一壳体（2）下端连接第一排污管（3），第一排污管（3）通过第一阀门（4）连接主排污管（33），第一壳体（2）上端设有第一排气管（5）；

所述好氧氨氧化反应器包括第二壳体（12）以及设于第二壳体（12）内的空气分布器（16），第二壳体（12）下端连接第二排污管（13），第二排污管（13）通过第二阀门（14）连接主排污管（33）；

所述脱氧沉淀池包括第三壳体（17）以及设于第三壳体（17）内的折射挡板（18），第三壳体（17）下端连接第三排污管（19），第三排污管（19）通过第三阀门（20）连接主排污管（33），第三壳体（17）上端设有第二排气管（22），第三壳体（17）侧面连接第二出水管（23）；

所述偶联脱氮反应器包括第四壳体（27）以及设于第四壳体（27）内的导电材料（28），第四壳体（27）下端连接第三进水管（26），第四壳体（27）上端设有第三排气管（29），第四壳体（27）侧面连接第三出水管（30），第三进水管（26）通过第四阀门（31）连接主排污管（33）；

所述第一壳体（2）的第一出水管（6）通过分流管分别连接第二壳体（12）的第二进水管（11）和第四壳体（27）的第三进水管（26）；

所述第三壳体（17）的第二出水管（23）通过管道连接第四壳体（27）的第三进水管（26）。

3.如权利要求1所述的导电材料介导厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮的装置，其特征是：

所述导电材料上附着有电活性硝酸盐还原菌和/或电活性亚硝酸盐还原菌、以及电活性厌氧氨氧化菌所形成的互营养微生物。

4.如权利要求1所述的导电材料介导厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮的装置，其特征是：

所述导电材料为颗粒活性炭、炭/碳导电材料、碳布、氨气改性的颗粒活性炭、氨气改性的炭/碳导电材料、氨气改性的碳步、或四氧化三铁。