基於顆粒汙泥和生物膜的複合式厭氧氨氧化反應工藝及裝置製造方法
2023-06-13 22:38:46
基於顆粒汙泥和生物膜的複合式厭氧氨氧化反應工藝及裝置製造方法
【專利摘要】一種基於顆粒汙泥和生物膜的複合式厭氧氨氧化反應工藝，使反應器主體採用絮狀汙泥接種，通過攪拌提升水力切割力、並加入無機鹽從而形成晶核的方式，逐步形成厭氧氨氧化顆粒汙泥；反應器採用序批式反應器的運行方式，通過調節排水比的方式實現對含高濃度氨氮進水稀釋，以使得反應器內基質濃度在合適的範圍內，不造成對厭氧氨氧化的抑制，本發明能迅速從絮狀汙泥培養出厭氧氨氧化顆粒汙泥，並直接接納高濃度氨氮廢水、實現高負荷運行，還具有極強的恢復能力，能在極端基質抑制條件下迅速恢復反應器的活性，實現高負荷穩定運行，本發明還提供了相應的反應裝置，節約了佔地面積，建設和運行簡便，運行穩定高效，極大降低了運行能耗。
【專利說明】基於顆粒汙泥和生物膜的複合式厭氧氨氧化反應工藝及裝
1,17
【技術領域】
[0001]本發明屬於水處理【技術領域】，特別涉及一種基於顆粒汙泥和生物膜的複合式厭氧氨氧化反應工藝及裝置。
【背景技術】
[0002]氮素汙染會造成水體的富營養化，且隨著我國城鎮化和工業化的迅速發展，該問題日益嚴峻並引發了多次公共環境安全事件。為此，近年來國家陸續頒布並實施了新的汙水排放標準，其中尤其提高了氨氮的排放要求，並首次對出水總氮進行了限定，同時，氨氮成為了國家「十二五規劃」中新的總量控制指標。然而，我國目前還大量存在著如厭氧消化上清液、光電廢水等工業廢水難以處理的問題，這類廢水由於具有高氨氮、低碳氮比的特點，總氮去除尤為困難。
[0003]傳統的脫氮技術是硝化-反硝化技術。該技術由於需要大量氧氣用於硝化作用、大量有機碳源用於反硝化作用，在處理高氨氮、低碳氮比廢水的情況下尤為不經濟和困難。目前，國際上研究熱點開始轉向基於厭氧氨氧化的脫氮工藝。厭氧氨氧化菌是一種革蘭氏陰性球狀菌，其利用氨氮作為電子供體、亞硝酸根作為電子受體，通過氮元素之間的氧化還原反應直接生成氮氣，實現能源和碳源的節約。然而，厭氧氨氧化菌生長尤為緩慢，需要在具有較強生物持留能力的反應器中生長。序批式顆粒汙泥反應器被廣泛認為具有較強的汙泥持留能力，並且序批式反應器還具有一體化，建設、操作簡單的優點；另一方面，在實際應用中，不穩定的進水情況經常性會造成反應器的波動、從而對反應器形成抑制，因此，反應器的恢復能力也很重要。在這方面，生物膜因為具有厚實的生物結構、從而能夠抵抗衝擊負荷並迅速恢復，優於序批式反應器，但也同樣由於生物膜較厚的原因，使得傳質困難，反應器負荷難以提升。
[0004]綜上所述，現有的厭氧氨氧化反應器各具優勢、但同時各有欠缺，為了實現厭氧氨氧化反應器在高負荷、高進水濃度下、長期穩定運行並具有較強的恢復能力，尚需進一步的改進。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種基於顆粒汙泥和生物膜的複合式厭氧氨氧化反應工藝及裝置，克服了目前厭氧氨氧化反應器中存在的在高負荷長期運行條件下，抗衝擊和穩定性差、恢復能力弱的問題，其脫氮負荷高、長期運行穩定性強，在受到強烈抑制後仍具有很強的恢復能力，從而能實現經濟高效脫除總氮。
[0006]為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是:
[0007]—種基於顆粒汙泥和生物膜的複合式厭氧氨氧化反應工藝，使反應器主體採用絮狀汙泥接種，通過攪拌提升水力切割力、並加入無機鹽從而形成晶核的方式，逐步形成厭氧氨氧化顆粒汙泥；反應器採用序批式反應器的運行方式，通過調節排水比的方式實現對含高濃度氨氮進水的稀釋，以使得反應器內基質濃度在合適的範圍內，不造成對厭氧氨氧化的抑制。
[0008]在反應器內壁培養厭氧氨氧化生物膜，進一步提升反應器內汙泥濃度，並提高反應器的抗衝擊負荷能力及在受到抑制後的恢復能力。
[0009]所述無機鹽為硫酸鎂和氯化鈣，以在水溶液中形成硫酸鈣微晶體，作為顆粒汙泥的核心，逐步長成顆粒汙泥。
[0010]所述硫酸鎂溶解於進水中，濃度為200mg/L，氯化鈣溶解於進水中，濃度為300mg/L0
[0011]所述含高濃度氨氮進水，其進水濃度控制在650mgN/L，稀釋後控制在130mgN/L ；基質濃度為1500mgN/L，稀釋後濃度控制在300mgN/L。
[0012]本發明還提供了一種基於顆粒汙泥和生物膜的複合式厭氧氨氧化反應裝置，包括採用低活性絮狀厭氧氨氧化汙泥接種的反應器3，進水箱I通過進水泵2連接位於反應器3下部的進水口，反應器3中設置攪拌機7，排水口位於反應器3的上部，反應器3通過排水口連接出水泵6，反應器3外層設置有一水浴夾套，水浴夾套的出口連接水浴鍋5，水浴鍋5通過回流泵4接水浴夾套的回流入口。
[0013]所述進水泵2、攪拌機7和出水泵6均連接控制器，控制器控制進水泵2周期性開啟向反應器3供水，並在進水泵2啟動前30秒控制攪拌機7啟動攪拌，以加強傳質並對絮狀汙泥形成水力切割，促進顆粒化，反應完成後，控制攪拌機7停止使得汙泥沉澱。
[0014]所述攪拌機7的攪拌葉片位於反應器3的下部，以使得反應器3上部內壁生成厭氧氨氧化生物膜8。
[0015]與現有技術相比，本發明能迅速從絮狀汙泥培養出厭氧氨氧化顆粒汙泥，並直接接納高濃度氨氮廢水、實現高負荷運行。同時，由於生物膜的存在，複合式反應裝置還具有極強的恢復能力，能在極端基質抑制條件下迅速恢復反應器的活性，實現高負荷穩定運行。高負荷複合式厭氧氨氧化反應裝置節約了佔地面積、建設和運行簡便、運行穩定高效、極大降低運行能耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。
[0018]本發明的工藝原理是:反應器主體採用絮狀汙泥接種，通過攪拌提升水力切割力、並加入無機鹽從而形成晶核的方式，逐步形成厭氧氨氧化顆粒汙泥；反應器採用序批式反應器的運行方式，通過調節排水比的方式實現對含高濃度氨氮進水合理的稀釋，以使得反應器內基質濃度在合適的範圍內，不造成對厭氧氨氧化的抑制；進一步地，在反應器的內壁培養厭氧氨氧化生物膜，進一步提升反應器內汙泥濃度。
[0019]相比於顆粒汙泥，生物膜具有較厚的生物結構，從而可以承受衝擊負荷，並在反應器受到抑制後發揮較強的恢復作用。顆粒汙泥具備高負荷總氮去除能力，生物膜能夠抗衝擊負荷並發揮恢復作用，兩種生物相相輔相成，在序批式方式運行的條件下，可以直接接納極高濃度的氨氮廢水，實現長期穩定的高負荷厭氧氨氧化反應。
[0020]本發明基於顆粒汙泥和生物膜的複合式厭氧氨氧化反應裝置由配水單元、反應單元和控制單元等部分組成，如圖1所示，主要包含進水箱1、進水泵2、反應器3、攪拌機7、出水泵6、回流泵4、水浴鍋5等。進水組成為濃度50-65008 ^/1)，似勵2(濃度65-850呢釀)，唧。「濃度 15呢?/1)，(^0^(濃度 300呢/1)，18804.了酬濃度 200^/1)，版1-- (濃度400-800呢/1)，微量元素溶液I 14/1,微量元素溶液II 0.51111/1.,微量元素I主要包括硫酸亞鐵8.5^/1和20從鈉鹽58/1。微量元素II主要包括20從鈉鹽15^/[、氯化錳0.99^/[、硫酸銅0.248/1、氯化鋅0.26^/1和氯化鎳0.188凡。
[0021]進水從下方周期性進入反應器3進行反應。在反應過程中，攪拌機7不斷進行攪拌以加強傳質、並對絮狀汙泥形成水力切割，促進其顆粒化，形成顆粒汙泥9。反應完畢後，攪拌機7停止動作使得汙泥沉澱，上清液經由排水管排出至排水桶，開始下一個周期。反應器3中設置水浴夾套，水浴夾套裡面的水排入水浴鍋5，經由蠕動泵4再重新泵回水浴夾套形成水浴循環，為反應器3中的反應環境提供溫度條件。
[0022]反應器3由低活性絮狀厭氧氨氧化汙泥接種，由於進水中大量存在無機離子，這些無機離子沉澱形成小的晶核；同時由於攪拌作用形成的水力負荷，厭氧氨氧化顆粒汙泥逐步在反應器3中形成。同時，厭氧氨氧化生物膜8也在反應器3的內壁開始附著，並能達到5111111的厚度。反應器3經過200餘天的運行，進水總氮濃度達到了 1500呢凡，反應器3的容積負荷穩定在20.301? ^ 0-3(1-1,總氣去除率達到89% (厭氧氛氧化理論最聞總氣去除率同時，抑制試驗表明，反應器3在亞硝氮濃度高達650呢/1的情況下(抑制持續3小時)，能在抑制解除之後立即恢復10%的活性、3天內恢復全部活性。抑制持續72小時的情況下，顆粒汙泥發生了解體，但生物膜8由於具有很強的抗衝擊能力存活了下來，並在後續的長期運行過程中，促使顆粒汙泥的恢復。
[0023]為對上述工藝進行驗證，提供實施例如下:
[0024]將模擬廢水貯存於進水桶中，每天更新一次以免進水水質發生改變。進水從進水箱1，經由進水泵2泵入反應器3中，進行反應。在每次進水泵2啟動之前30秒，反應器3的攪拌機7開始動作，將反應器3中沉澱狀態的汙泥重新懸浮起來，使得反應器3中實現均一狀態，以免高濃度的進水泵入反應器3後，因傳質不均造成局部抑制作用。進水完畢後，攪拌機7繼續工作直到反應結束。反應結束後，攪拌機7停止工作，顆粒汙泥開始沉降，而上面的生物膜8附著在內壁無需沉降。沉降完畢後，排水系統動作、上清液經由排水泵排出，反應周期結束。根據反應器3運行情況，可調節進水桶中進水水質和每個反應周期的運行時間，從而調節反應器3的體積負荷。同時，通過控制合理的攪拌速度，可以實現反應器內均勻的傳質和促進顆粒汙泥的形成。反應器3的顆粒汙泥相和生物膜相之間還存在著強烈的共同促進的關係:生物膜8周期性的脫落提高了顆粒汙泥相的汙泥濃度，而顆粒汙泥9不斷吸附到生物膜8上又促進了生物膜8的再生。採用的序批式運行方式，實現了兩種生物相的有效持留、並且對高濃度的進水起到了很好的稀釋效果，使得厭氧氨氧化反應不受抑制。
【權利要求】
1.一種基於顆粒汙泥和生物膜的複合式厭氧氨氧化反應工藝，其特徵在於，使反應器主體採用絮狀汙泥接種，通過攪拌提升水力切割力、並加入無機鹽從而形成晶核的方式，逐步形成厭氧氨氧化顆粒汙泥；反應器採用序批式反應器的運行方式，通過調節排水比的方式實現對含高濃度氨氮進水稀釋，以使得反應器內基質濃度在合適的範圍內，不造成對厭氧氨氧化的抑制。
2.根據權利要求1所述的基於顆粒汙泥和生物膜的複合式厭氧氨氧化反應工藝，其特徵在於，在反應器內壁培養厭氧氨氧化生物膜，進一步提升反應器內汙泥濃度。
3.根據權利要求1所述的基於顆粒汙泥和生物膜的複合式厭氧氨氧化反應工藝，其特徵在於，所述無機鹽為硫酸鎂和氯化鈣，以在水溶液中形成硫酸鈣微晶體，作為顆粒汙泥的核心，逐步長成顆粒汙泥。
4.根據權利要求3所述的基於顆粒汙泥和生物膜的複合式厭氧氨氧化反應工藝，其特徵在於，所述硫酸鎂溶解於進水中，濃度為200mg/L，氯化鈣溶解於進水中，濃度為300mg/L0
5.根據權利要求1所述的基於顆粒汙泥和生物膜的複合式厭氧氨氧化反應工藝，其特徵在於，所述含高濃度氨氮進水濃度控制在650mgN/L，稀釋後控制在130mgN/L ;基質濃度為1500mgN/L，稀釋後濃度控制在300mgN/L。
6.一種基於顆粒汙泥和生物膜的複合式厭氧氨氧化反應裝置，其特徵在於，包括採用低活性絮狀厭氧氨氧化汙泥接種的反應器(3)，進水箱(I)通過進水泵(2)連接位於反應器(3)下部的進水口，反應器(3)中設置攪拌機(7)，反應器(3)中設置出水泵(6)，位於反應器(3)上部設置有排水口，反應器(3)中設置有一水浴夾套，水浴夾套的出口連接水浴鍋(5)，水浴鍋(5)通過回流泵⑷接水浴夾套的回流入口。
7.根據權利要求6所述的基於顆粒汙泥和生物膜的複合式厭氧氨氧化反應裝置，其特徵在於，所述進水泵(2)、攪拌機(7)和出水泵(6)均連接控制器，控制器控制進水泵(2)周期性開啟向反應器(3)供水，並在進水泵(2)啟動前30秒控制攪拌機(7)啟動攪拌，以加強傳質並對絮狀汙泥形成水力切割，促進顆粒化，反應完成後，控制攪拌機(7)停止使得汙泥沉澱。
8.根據權利要求6所述的基於顆粒汙泥和生物膜的複合式厭氧氨氧化反應裝置，其特徵在於，所述攪拌機(7)的攪拌葉片位於反應器(3)的下部，以使得反應器(3)上部內壁生成厭氧氨氧化生物膜(8)。
【文檔編號】C02F101/16GK104386812SQ201410640486
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】左劍惡, 趙健, 林甲, 李彭 申請人:清華大學