CN213623709U - 一种高效富集厌氧氨氧化菌的运行装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高效富集厌氧氨氧化菌的运行装置，包括：反应装置包括下外层管和下外层管可拆卸连接的上外层管，下外层管内设置有开设有进水口富集管，上外层管内靠近富集管的一侧设置有用于内置填料且与富集管相通的填充管，富集管和填充管之间设置有隔网，上外层管内且位于填充管顶部设置有三相分离器，上外层管设置有分别与三相分离器相通出水口和排气口，搅拌装置包括搅拌棒，搅拌棒位于填充管内且底部可穿过隔网进入富集管内，恒温控制系统用于调节富集管和填充管内的温度，进水箱与进水口连通，集水箱与出水口连通。提高了厌氧氨氧化菌富集的高效性，保证了进水与污泥混合接触的充分性，使得微生物的富集及反应器的持续运行更有效率。

Description

一种高效富集厌氧氨氧化菌的运行装置

技术领域

本实用新型涉及微生物富集领域，尤其涉及一种高效富集厌氧氨氧化菌的运行装置。

背景技术

随着我国工业水平的飞速发展以及城镇化进程的不断完善，部分排放水体的氮素超标，导致氮素平衡被打破，引起水体富营养化等相关环境问题。水体富营养化会导致水体污染和水生生态系统破坏。因此，对水体氮素进行污染控制显得极其重要。

传统的处理技术以硝化作用及反硝化作用为主，但该工艺会产生大量剩余污泥，需添加有机物，对能耗需求较高。对于低C/N废水的处理，该技术不是最优的选择项。

厌氧氨氧化（anaerobic ammonia oxidation，Anammox）技术作为一种新型生物脱氮技术，是废水处理技术的研究热点。该技术不需要氧气和外源有机物，且污泥产率低，是一项应用潜力较大且“绿色”的工艺。

虽然厌氧氨氧化工艺的各类优点显著，但同样存在缺点。厌氧氨氧化菌倍增周期长，对环境中的温度、pH、溶解氧和有机物等条件很敏感，难于用传统的微生物学方法难以获得富集培养物。因此，研究厌氧氨氧化菌高效富集及持续培养的运行装置，对于推动该脱氮技术的广泛应用具有重大的意义。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高效富集厌氧氨氧化菌的运行装置，能够有效解决培养温度不合适，污泥反应不充分，微生物容易流失等问题，实现对Anammox菌的高效富集。

为解决以上的技术问题，本实用新型实施例提供一种高效富集厌氧氨氧化菌的运行装置，包括反应装置、恒温控制系统、进水箱、第一蠕动泵、搅拌装置和集水箱，

反应装置包括位于下方的下外层管和位于上方且与下外层管可拆卸连接的上外层管，下外层管内设置有富集管且富集管上开设有进水口，上外层管内靠近富集管的一侧设置有用于内置填料且与富集管相通的填充管，富集管和填充管之间设置有隔网，上外层管内且位于所述填充管顶部设置有三相分离器，上外层管设置有出水口和排气口，且出水口和排气口分别与所述三相分离器相通，

所述搅拌装置包括搅拌棒，搅拌棒位于填充管内且底部可穿过隔网进入富集管内，

所述恒温控制系统用于调节富集管和填充管内的温度，

所述进水箱通过进水管道与进水口连通，所述第一蠕动泵设置在进水管道上，

所述集水箱通过出水管道与所述出水口连通。

进一步地，还包括回流装置，所述回流装置包括回流管和第二蠕动泵，回流管连通三相分离器和进水管道，第二蠕动泵设置在回流管上。初步富集厌氧氨氧化菌时，打开第二蠕动泵，实现反应液回流到富集管中，提高了原料利用率，使得反应装置中的反应持续进行。定量研究脱氮率时，关闭第二蠕动泵，保证进水浓度恒定且已知，即为人工配水的浓度。

进一步地，还包括尾气处理装置，尾气处理装置的进气口与排气口连通。反应装置在培养微生物时生成的气体经三相分离器排出后进入尾气处理装置，实现微生物产气的回收并处理。

进一步地，所述富集管上设置有取样口。当需要研究富集管中污泥的性质时，直接打开取样口进行取样即可。

进一步地，富集管上设置有第一连接部且第一连接部向外延伸到下外层管的外侧，填充管上有第二连接部且第二连接部向外延伸到上外层管的外侧，通过螺丝穿过第一连接部和第二连接部使下外层管和上外层管之间螺纹连接。下外层管和上外层管之间螺纹连接实现两者之间的可拆卸连接。

进一步地，填充管内填充的填料为多孔低密度材料。

进一步地，下外层管和上外层管外壁均设置有保温棉。避免光线直射。

进一步地，所述搅拌装置还包括外接电机，所述外接电机的输出轴与所述搅拌棒连接以驱动所述搅拌棒转动。将外接电机通电，即可带动搅拌棒转动，进而可以使得来自进水箱的水样与富集管内的活性污泥充分接触，能够更好地保证污泥的匀质性。

进一步地，在搅拌装置和上外层管之间、搅拌装置和填充管之间均设置有橡胶圈。保证气密性。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少如下：

恒温控制系统能够为厌氧氨氧化反应提供合适且稳定的温度，保证了微生物富集的高效性；带孔隔网起到第一次过滤的作用，避免大量污泥进入到上方填充管，在填充管中填充填料后，能有效过滤较小的污泥颗粒，起到了第二次过滤的作用；搅拌装置使得活性污泥与进水充分接触，保证了污泥匀质性；富集管和填充管之间可拆卸连接，方便进行拆卸换泥，具有较高的便捷性；产生的气体经三相分离器排出，总体而言，该反应装置是绿色的，也是高效的。

附图说明

图1是本实用新型的各部分主体结构示意图；

图2是本实用新型的反应装置上、下部分的贴合面示意图；

图3是本实用新型的反应装置中接连搅拌棒的板型和结构示意图。

图中，进水箱1；第一蠕动泵2；取样口3；搅拌棒4；反应装置5，上外层管51，填充管511，下外层管52，富集管521，隔网53，三相分离器54；尾气处理装置7；排气口8；回流装置9，回流管91，第二蠕动泵92；集水箱10；恒温控制系统11；进水管道12；出水管道13。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1和图2所示，本实施例提供一种高效富集厌氧氨氧化菌的运行装置，包括反应装置、恒温控制系统11、进水箱1、第一蠕动泵2、三相分离器54、搅拌装置4、集水箱10、回流装置9和尾气处理装置7。

反应装置5包括位于下方的下外层管52和位于上方且与下外层管52可拆卸连接的上外层管51，下外层管52和上外层管51的外壁均裹上一层2cm厚的黑色保温棉以避免光线直射，可以有效减少热量的损失，减少了恒温控制系统的能耗。下外层管52内设置有富集管521且富集管521上开设有进水口，上外层管51内靠近富集管521的一侧设置有用于内置填料且与富集管521相通的填充管511，富集管521和填充管511之间设置有隔网53，上外层管51内且位于所述填充管511顶部设置有三相分离器54，上外层管51顶部设置有排气口8，且排气口8与三相分离器54连通，排气口8的关闭通过排气口阀门开关控制，三相分离器用于分离出水、气体和少量污泥颗粒。

富集管521从上到下等距设置3个取样口3。本实施例中取样口3通过连通管伸到下外层管52外侧，且取样口3的开闭通过取样口阀门开关控制。本实施例中设置等距取样口用于研究富集管内不同位置活性污泥的生物化学性质，可依次定性分析在搅拌棒的作用下活性污泥是否具有匀质性。

本实施例中，富集管521的顶部向外固定设置有第一连接部，填充管522的底部向外固定设置有第二连接部，第一连接部和第二连接部上均开设有内有外螺纹的安装通孔，且第一连接部向外延伸到下外层管52的外侧，第二连接部向外延伸到上外层管51的外侧，通过螺丝依次拧入第一连接部和第二连接部上安装通孔即可固定下外层管和上外层管。两者之间可拆卸连接可便于给富集管和填充管进行加料、换料操作。

本实施例中富集管和填充管的总高度为96cm，填料管522中的填料高度为18cm，填料为多孔低密度材料，填料可不定期更换。该填料的作用体现在对对污泥颗粒的截留效果。吸收上浮污泥可以形成微生物挂膜，对于基质具有一定的去除作用，利于厌氧氨氧化菌的富集。本实施例中的填料为多孔低密度材料为软性海绵及纱布。

搅拌装置包括搅拌棒4和外接电机，搅拌棒4底部设置有搅拌叶，搅拌棒4依次穿过上外层管51和填充管511后进入填充管522和富集管521中，在搅拌棒和上外层管51之间、搅拌棒4和填充管511之间设置橡胶圈进行密封。给外接电机充电，即可带动搅拌棒4搅拌，使得进水箱中的水样与活性污泥充分接触，保证污泥的匀质性。

下外层管52的内壁与富集管521的外壁之间、上外层管51的内壁与填充管511之间均形成空气夹层，且两空气夹层之间相通，恒温控制系统11连接空气夹层内，从而可以为微生物培养提供合适的外界温度，保证富集的高效性。恒温控制系统主要采用现有的温度控制器，其内部的温控传感器能够对工作环境的温度进行长期自动监测。当监测温度低于/高于设定温度时，温度控制器的加热/降温负载也随即启动，直至环境温度达到设定要求，保证反应器内为微生物培养维持稳定且合适的温度。

请参阅图2，在富集管521的第一连接部、填充管511的第二连接部位于空气夹层的位置处开设有空气通孔，即图中的恒温系统打孔区，设置空气通孔旨在保证空气夹层的上部分与下部分是相通，使得恒温控制系统的控制对象为整个空气夹层。

进水箱1通过进水管道12与进水口连通，第一蠕动泵2设置在进水管道12上。进水箱中储存人工配置的溶液。通过第一蠕动泵2将进水箱中的溶液送入进入富集管，在搅拌装置的作用下与活性污泥充分搅拌。

上外层管51上设置有与三相分离器54上相通的出水口，集水箱11通过出水管14与所述出水口连通。

回流装置9包括回流管91和第二蠕动泵92，三相分离器上设置有回流口，回流管一端连通回流口，另一端与进水管道12相通，在回流管上固定设置第二蠕动泵。回流装置9上设置有阀门开关。若正在进行微生物富集，则开启回流装置9，部分出水回流到反应装置进水口以提高进水原料利用率，部分出水进入集水箱10。若需要定量测定进出水离子浓度时，则通过阀门开关关闭回流装置。

尾气处理装置7的进气口与排气口8连通。本实施例中，尾气处理装置包括尾气收集管道以及尾气收集箱，尾气收集管道的一端连通排气口8，另一端连通尾气收集箱，尾气收集箱内装有尾气处理液，主要溶液为NaOH缓冲液。厌氧氨氧化反应中产生的气体经三相分离器的排气口后进入尾气收集箱中，与尾气处理液发生反应，从而实现微生物产气的回收并处理。

本实施例的工作方法如下：

①先关闭取样口阀门开关，将活性污泥加入到反应装置的富集管521中。

②将填充管511的第二连接部上的安装通孔对准富集管521的第一连接部上的安装通孔，拧入螺丝进行固定，往填充管511内加入多空低密度材料进行填充。

③在填充管522顶部固定三相分离器54，将尾气收集管道的一端与排气口8连通，另一端连通到尾气收集箱内，且在尾气收集箱内加入尾气处理液。

④往填充管511和富集管521之间的空气夹层接入恒温控制系统11。

⑤启动前，确认厌氧反应器搅拌棒与反应器连接处已经水封，各个导管已经连接，取样口阀门已关闭。

⑥上述操作完成后，为搅拌装置4接通电源，启动第一蠕动泵2开始进水，即开始了微生物的富集和培养。可根据实验目的或阶段确定是否需要打开回流装置9。若需要研究污泥的性质，则打开取样口3即可。

微生物培养及装置实施效果：

向富集管521投入混合污泥，其混合比例为V（厌氧絮状污泥）：V（厌氧污泥颗粒）：V（亚硝化污泥）=1：1：3，体积为1.20L。进水箱中的溶液采用人工配水，采用NH₄Cl和NaNO₂为厌氧氨氧化菌的氮源，c（NO₂ ^-）：c（NH₄ ^-）=1.2，采用NaHCO₃为碳源。使用HCl和Na₂CO₃调节溶液PH为7.5左右，控制HRT（水力停留时间）约为8小时。考虑到厌氧氨氧化菌的最佳培养温度为30~40℃，设定恒温控制系统的温度为35℃。

测定出水中各离子的浓度，可得氨氮和亚硝态氮的去除率。在35℃环境下进行培养，且培养时间达到80天时，反应器逐渐出现红色颗粒污泥。氨氮去除率约为95%，亚硝态氮去除率为88%，此时∆NO₂ ^-：∆NH₄ ⁺：∆NO₃ ^-接近于厌氧氨氧化反应的理论计量比（1.15：1.00：0.17），表明了该运行装置高效地启动了厌氧氨氧化反应，实现了厌氧氨氧化菌的富集。

本实用新型不局限于本实施例，任何在本实用新型披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种高效富集厌氧氨氧化菌的运行装置，其特征在于，包括反应装置（5）、恒温控制系统（11）、进水箱（1）、第一蠕动泵（2）、搅拌装置和集水箱（10），

反应装置（5）包括位于下方的下外层管（52）和位于上方且与下外层管（52）可拆卸连接的上外层管（51），下外层管（52）内设置有富集管（521）且富集管（521）上开设有进水口，上外层管（51）内靠近富集管（521）的一侧设置有用于内置填料且与富集管（521）相通的填充管（511），富集管（521）和填充管（511）之间设置有隔网（53），上外层管（51）内且位于所述填充管（511）顶部设置有三相分离器（54），上外层管（51）设置有出水口和排气口（8），且出水口和排气口（8）分别与所述三相分离器（54）相通，

所述搅拌装置包括搅拌棒（4），搅拌棒（4）位于填充管（511）内且底部穿过隔网（53）进入富集管（521）内，

所述恒温控制系统（11）用于调节富集管（521）和填充管（511）内的温度，

所述进水箱（1）通过进水管道（12）与进水口连通，所述第一蠕动泵（2）设置在进水管道（12）上，

所述集水箱（10）通过出水管道（13）与所述出水口连通。

2.根据权利要求1所述的一种高效富集厌氧氨氧化菌的运行装置，其特征在于：还包括回流装置，所述回流装置（9）包括回流管（91）和第二蠕动泵（92），回流管（91）连通三相分离器（54）和进水管道（12），第二蠕动泵（92）设置在回流管（91）上。

3.根据权利要求1所述的一种高效富集厌氧氨氧化菌的运行装置，其特征在于，还包括尾气处理装置（7），尾气处理装置的进气口与所述排气口（8）相通。

4.根据权利要求1所述的一种高效富集厌氧氨氧化菌的运行装置，其特征在于：所述富集管（521）上设置有取样口（3）。

5.根据权利要求1所述的一种高效富集厌氧氨氧化菌的运行装置，其特征在于：富集管（521）上设置有第一连接部且第一连接部向外延伸到下外层管（52）的外侧，填充管（511）上设置有第二连接部且第二连接部向外延伸到上外层管（51）的外侧，通过螺丝穿过第一连接部和第二连接部使下外层管（52）和上外层管（51）之间螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的一种高效富集厌氧氨氧化菌的运行装置，其特征在于：填充管（511）内填充的填料为多孔低密度材料。

7.根据权利要求1所述的一种高效富集厌氧氨氧化菌的运行装置，其特征在于：下外层管（52）和上外层管（51）外壁均设置有保温棉。

8.根据权利要求1所述的一种高效富集厌氧氨氧化菌的运行装置，其特征在于：所述搅拌装置还包括外接电机，所述外接电机的输出轴与所述搅拌棒（4）连接以驱动所述搅拌棒（4）转动。

9.根据权利要求1所述的一种高效富集厌氧氨氧化菌的运行装置，其特征在于：在搅拌装置和上外层管（51）之间、搅拌装置和填充管（511）之间均设置有橡胶圈。

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