CN214299467U - 一种快速提高厌氧氨氧化菌挂膜效率的反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及污水设备，公开了一种快速提高厌氧氨氧化菌挂膜效率的反应器。其包括反应器壳体，其内部自下而上设置进水区、污泥膨胀反应区、微生物挂膜区和分离区；所述进水区对应的壳体部位设置进水口，所述分离区对应的壳体部位设置出水口、回流出水口和出气口；所述污泥膨胀反应区和微生物挂膜区之间设置电场强化区；所述电场强化区内设有电场强化装置。本实用新型结构简单，培养的厌氧氨氧化生物膜在填料间密集，挂膜速度快，活性较好，脱氮效率较高。

Description

一种快速提高厌氧氨氧化菌挂膜效率的反应器

技术领域

本实用新型涉及污水处理领域，具体为一种快速提高厌氧氨氧化菌挂膜效率的反应器。

背景技术

厌氧氨氧化是一种自养生物脱氮工艺，其能在厌氧条件下，以亚硝态氮为电子受体，将氨氮直接氧化为氮气从而达到总氮去除的目的。与传统的生物脱氮工艺相比，厌氧氨氧化工艺具有不需外加碳源，节省曝气所需能耗，产泥量少，减少污泥处置费用，极少或不产生CO₂和N₂O等优点，可有效减缓目前部分污水处理厂所面临的碳源不足、剩余污泥产量大、能耗高等问题，在生物脱氮研究领域备受青睐。

目前厌氧氨氧化技术在实际运用中主要存在这三个问题，第一是厌氧氨氧化反应器往往需要现成的厌氧氨氧化活性污泥来启动，使得反应器启动的成本和难度增加；第二是厌氧氨氧化菌生长速率慢，世代周期长，使得该工艺启动时间太长，相关文献显示，厌氧氨氧化工艺的启动时间约要90天；第三是厌氧氨氧化反应器中的污泥易流失，难以有效富集厌氧氨氧化菌，延长或阻碍该工艺的启动。这三个问题制约了厌氧氨氧化工艺在实际工程中的应用，若可减少厌氧氨氧化污泥流失，并快速培养富集厌氧氨氧化菌，将大大推进该工艺在实际工程中的应用。

实用新型内容

本实用新型提供一种快速提高厌氧氨氧化菌挂膜效率的反应器。

本实用新型的目的，通过以下技术方案予以实现：

一种快速提高厌氧氨氧化菌挂膜效率的反应器，包括反应器壳体，其内部自下而上设置进水区、污泥膨胀反应区、微生物挂膜区、电场强化区、分离区；所述进水区对应的壳体部位设置进水口，所述分离区对应的壳体部位设置出水口、回流出水口和出气口；所述污泥膨胀反应区和微生物挂膜区之间设置电场强化区；所述电场强化区内设有电场强化装置。所述电场强化装置提供适宜的电场强度能够有效刺激细菌细胞的生长，提高了厌氧氨氧化菌生长速率，提高厌氧氨氧化菌活性，缩短厌氧氨氧化工艺的启动时间。

本实用新型的一个实施方式中，所述的电场强化装置为石墨铁圈环形电场装置，主要由石墨电极与环形铁电极构成，其中环形铁电极为中间镂空的环型铁线圈，石墨电极为包裹碳毡的石墨棒，置于环形铁电极的圆心位置，两者通过反应器内壁设有的有机玻璃架固定在反应器内，可通过导线与外部可调直流稳压电源连接。石墨电极和环形铁电极的高度在反应器高度的20-25％之间。由于位电压以及电流的存在，阴极石墨棒上会产生氢氧根离子，水解酸化过程中的酸会被氢氧根所中和，使pH值稳定在7.5左右，创造适合厌氧氨氧化菌的生殖条件，同时，铁电极中产生的Fe²⁺能促进厌氧氨氧化菌蛋白酶的合成，能够促进其增殖效果。

所述环形铁电极采用固定在反应器壳体内壁上的支架安装在反应器壳体内。

所述电源为恒压电源。

所述微生物挂膜区设置悬浮填料，进一步增强厌氧氨氧化菌活性，提高其在填料上的挂膜效率，达到快速富集厌氧氨氧化菌的效果。作为本实用新型的一个优选实施方式，所述悬浮填料为电气石改性聚氨酯填料。为提高厌氧氨氧化菌在填料上的挂膜效率，所述气石改性聚氨酯填料的密度≤1g/cm^-3，比表面积≥23.3m²/g，孔径2-7mm。

本实用新型可以作以下改进：所述反应器的高径比为25-30。

所述污泥膨胀反应区内装载有厌氧活性污泥。

本实用新型还包括一回流装置，该回流装置包括回流泵，该回流泵的进水端与反应器壳体上的回流出水口连通，而其出水端则与反应器壳体上进水口连通。

所述分离区和微生物挂膜区之间设置有多孔隔板，用于填料与液相和气相的分离，同时避免填料流失。优选地，所述多孔隔板的孔径为0.5-1cm。

本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型结构简单，培养的厌氧氨氧化生物膜在填料间密集，挂膜速度快，活性较好。

2.本实用新型在污泥膨胀反应区和微生物挂膜区之间设置具有电场强化装置的电场强化区，提供适宜的电场强度有效刺激细菌细胞的生长，促进厌氧氨氧化的增殖能力，提高了厌氧氨氧化菌生长速率，提高厌氧氨氧化菌活性，缩短厌氧氨氧化工艺的启动时间。

3.本实用新型中微生物挂膜区中的悬浮填料选用为电气石改性聚氨酯填料，能明显强化厌氧氨氧化菌的新陈代谢能力及其在填料的附着能力，能较好地截留污泥，减少厌氧氨氧化菌地流失，显著提高厌氧氨氧化菌在填料上的挂膜速度、存活时间及生物量。

4.本实用新型设置适当高径比，于底部进水可以获得获得较大的上升水流流速，起到反应器内部水力搅动作用，促进进入的污水与污泥有效混合，对进水形成有效稀释和混合。

附图说明

图1为本实用新型实施例的反应器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的.电场强化装置的剖面图。

图中：1.进水泵；2.进水口；3.回流泵；4.回流出水口；5.出气口；6.出水口；7.多孔隔板；8.悬浮填料；9.电场强化装置；10.反应器壳体；11.污泥膨胀反应区；12.有机玻璃架；13.环形铁电极；14.石墨电极。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

在本实用新型中，除非另有规定或者限定，需要说明的是，若有“安装”、“连接”、“相连”等术语应做广义理解，例如，可以是机械连接或者电连接或者气路连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，本实用新型反应器包括反应器壳体10，反应器壳体10内部由下至上依次设置有进水区、污泥膨胀反应区11、电场强化区、微生物挂膜区和分离区。其中，进水区对应的反应器壳体10部位设置进水口2，通过进水管与污水池连接，污泥膨胀反应区11装载厌氧活性污泥，电场强化区内设有电场强化装置9，微生物挂膜区装填悬浮填料8，微生物挂膜区和分离区之间通过多孔隔板7分隔，分离区对应的反应器壳体10部位设置出气口、出水口6和回流出水口4，即反应器壳体10顶部设置出气口5，上部侧壁上设置出水口6和回流出水口4，回流出水口4的高度低于出水口6。

电场强化装置9结构如图2所示，由石墨电极14与铁电极13构成；其中环形铁电极13为环型铁线圈，石墨电极14为包裹碳毡的石墨棒组成，置于环形铁电极13的圈中心，两者通过内壁设有的有机玻璃架12固定在反应器壳体10内，通过导线与外部可调直流稳压电源连接。石墨电极14和环形铁电极13的高度在反应器高度的20-25％之间。由于位电压以及电流的存在，阴极石墨棒上会产生氢氧根离子，水解酸化过程中的酸会被氢氧根所中和，使pH值稳定在7.5左右，创造适合厌氧氨氧化菌生存的条件，同时，铁电极中产生的Fe²⁺能促进厌氧氨氧化菌蛋白酶的合成，能够促进其增殖效果。

悬浮填料8为电气石改性聚氨酯填料。电气石改性聚氨酯填料为电气石粉负载聚氨酯填料后经60-100℃烘干所得，其密度＜1g/cm^-3，比表面积≥23.3m²/g，孔径2-7mm。在水力搅拌作用下，电气石改性聚氨酯填料能够截留水中污泥，在电气石和聚氨酯的协同作用下，厌氧氨氧化菌在填料上快速形成生物膜。

多孔隔板7的孔径在0.5-1cm之间，能截留反应器10内电气石改性聚氨酯填料8，使之与液相和气相的分离，避免流失。

本实施例还包括进水装置。该进水装置包括进水泵1以及进水管，进水泵1通过进水管与反应器壳体10的进水口2连接。

本实施例还包括回流装置。该回流装置包括回流泵3，其进水端通过回流管与反应器壳体10的回流出水口4连通，出水端则通过回流管直接与反应器壳体10的进水口2连通，也可以与进水管连接。回流泵3采用流量较大的蠕动泵。

反应器的高径比在25-30之间，采用此高径比可以获得较大的上升水流流速，有利于悬浮的电气石改性聚氨酯填料与厌氧氨氧化菌接触更充分从而达到厌氧氨氧化菌在填料上快速挂膜的效果。

待处理废水经进水泵1控制从进水口2均匀地进入进水区内，在沿水平面流动的同时均匀上升，起到水力搅拌作用。随着废水增多，依次进入污泥膨胀反应区11、电场强化区、微生物挂膜区和分离区，在污泥膨胀反应区11、电场强化区、微生物挂膜区完成厌氧氨氧化反应，经处理后的废水进入分离区进行三相分离，气体自出气口5排出，上层澄清的水经出水口6流出，中下层的液体则经回流装置回流至进水区进行二次处理。回流操作中，通过控制回流泵3的流量来控制反应器内上升水流流速，回流出水口4的出水回到进水区，起到稀释进水浓度以及提高反应器内水流上升速度的作用。在控制流速的同时，有利于反应器内各个角落污水处于流动状态，避免反应器内出现死水沟流区域，同时还能够使得进入的污水能够较快地与污泥接触。

在实际应用中，先在反应器中投加适当数量厌氧活性污泥，使得反应器内厌氧氨氧化污泥MLSS(混合液悬浮固体浓度)＝7550mg/L左右。采用试验配水进水，其中试验配水成分为0.11-0.38g/L NH₄CL、0.15-0.49g/L NaNO₂、0.3g/L MgSO₄、0.5g/L KHCO₃、0.5g/LKH₂PO₄、0.18g/L CaCl₂。电场强化装置9在电压区间0.2-2V以每0.2V的间隔设置了10个梯度，探究其对厌氧氨氧化菌增殖效果。

本反应器启动阶段采用间歇进水模式，试验配水经进水泵1进入反应器10，水流自下而上流过反应器，经过回流出水口4从回流管进入反应器主体10，经过第一出水口6出水，电气石改性聚氨酯填料8被多孔隔板7截留在反应器内，反应产生的气体通过出气口5排除。

间歇进水一段时间后，转换为连续进水模式，根据出水NO³-N和△NH4⁺-N调节进水流量和回流进水流量，在此过程中，厌氧氨氧化菌在悬浮填料中附着不断繁殖，生物量不断增加。运行100d后，反应器容积氮负荷达到3.39kg·N/(m3·d)，系统内的厌氧氨氧化菌主要为Candidatus Kuenenia，丰度达到49.66％。试验结果显示当电场强化装置9施加电压时，相对于0V条件下，厌氧氨氧化菌活性得到提高。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种快速提高厌氧氨氧化菌挂膜效率的反应器，包括反应器壳体(10)，其内部自下而上设置进水区、污泥膨胀反应区(11)、微生物挂膜区和分离区；其特征在于：所述进水区对应的反应器壳体(10)部位设置进水口(2)，所述分离区对应的反应器壳体(10)部位设置出水口(6)、回流出水口(4)和出气口(5)；所述污泥膨胀反应区(11)和微生物挂膜区之间设置电场强化区；所述电场强化区内设有电场强化装置(9)。

2.根据权利要求1所述的快速提高厌氧氨氧化菌挂膜效率的反应器，其特征在于：所述电场强化装置(9)由石墨电极(14)和环形铁电极(13)构成。

3.根据权利要求2所述的快速提高厌氧氨氧化菌挂膜效率的反应器，其特征在于：所述石墨电极(14)和环形铁电极(13)通过在反应器壳体(10)内壁上的支架(12)安装在反应器壳体内。

4.根据权利要求2所述的快速提高厌氧氨氧化菌挂膜效率的反应器，其特征在于：所述石墨电极(14)和环形铁电极(13)的高度在反应器高度的20-25％之间。

5.根据权利要求1所述的快速提高厌氧氨氧化菌挂膜效率的反应器，其特征在于：所述微生物挂膜区设置悬浮填料(8)。

6.根据权利要求5所述的快速提高厌氧氨氧化菌挂膜效率的反应器，其特征在于：所述悬浮填料为电气石改性聚氨酯填料，所述电气石改性聚氨酯填料的密度≤1g/cm^-3，比表面积≥23.3m²/g，孔径2-7mm。

7.根据权利要求1所述的快速提高厌氧氨氧化菌挂膜效率的反应器，其特征在于：所述反应器的高径比为25-30。

8.根据权利要求1所述的快速提高厌氧氨氧化菌挂膜效率的反应器，其特征在于：还包括回流装置，所述回流装置包括回流泵(3)；回流泵(3)的进水端与反应器壳体(10)上的回流出水口(4)连通，出水端与反应器(19)壳体上进水口(2)连通。

9.根据权利要求1所述的快速提高厌氧氨氧化菌挂膜效率的反应器，其特征在于：所述污泥膨胀反应区(11)内装载有厌氧活性污泥。

10.根据权利要求1所述的快速提高厌氧氨氧化菌挂膜效率的反应器，其特征在于：所述分离区和微生物挂膜区之间设置有多孔隔板(7)。

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