專利名稱：亞硝化-厭氧氨氧化耦合共生的生物脫氮反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于廢水生物處理領(lǐng)域，涉及到利用亞硝化菌群和厭氧氨氧化菌群耦合共生 處理中低濃度含氨廢水的一種反應(yīng)裝置，它能有效地持留亞硝化-厭氧氨氧化耦合共生的微生 物種群，并能達(dá)到較高的進(jìn)水氨氮容積負(fù)荷和氨氮去除容積負(fù)荷。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于氮素的污染而導(dǎo)致的海洋、湖泊等水體的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，"水 華"、"赤潮"等污染事件履見(jiàn)不鮮。對(duì)廢水中氮素的脫除引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，鑒于物 理化學(xué)的脫氮方法的高成本、污泥易轉(zhuǎn)移等缺點(diǎn)，生物脫氮技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。隨著傳 統(tǒng)的硝化反硝化生物脫氮技術(shù)在市政污水、工業(yè)廢水處理中的廣泛應(yīng)用，相應(yīng)的產(chǎn)生了越來(lái) 越多的問(wèn)題，尤其是在含有高濃度氨氮的工業(yè)廢水的處理上，完全硝化過(guò)程中較高的供氧消 耗、反硝化過(guò)程中需投加大量的外加碳源，以及去除效率隨進(jìn)水氨氮負(fù)荷的提高而下降等缺 點(diǎn)，使得人們關(guān)注的焦點(diǎn)開(kāi)始轉(zhuǎn)向節(jié)省能源和碳源的新型生物脫氮技術(shù)。目前的新型生物脫 氮技術(shù)所采用的反應(yīng)裝置，包括流化床反應(yīng)器、SBR反應(yīng)器、氣提反應(yīng)器和固定床反應(yīng)器等。在實(shí)驗(yàn)室的研究中，流化床反應(yīng)器成功的實(shí)現(xiàn)了厭氧氨氧化的新型生物脫氮反應(yīng)。由于 流化床需要培養(yǎng)出顆粒態(tài)的亞硝化或厭氧氨氧化污泥，或者借助于可流化的栽體使亞硝化菌 或厭氧氨氧化菌附著其上達(dá)到在反應(yīng)器中流化態(tài)的運(yùn)行方式，因此實(shí)現(xiàn)起來(lái)有一定的困難。 并且由于傳質(zhì)的阻力大，使得反應(yīng)的氨氮容積負(fù)荷率不高，使得反應(yīng)裝置的體積較大，而能 夠達(dá)到的去除負(fù)荷不高。流化床反應(yīng)器多用于能夠接種到成型的顆粒污泥的厭氧氨氧化反應(yīng) 器中。SBR反應(yīng)器中氮負(fù)荷率明顯高于固定床和流化床，但低于氣提反應(yīng)器，由于SBR反應(yīng)器 是間歇運(yùn)行，反應(yīng)器的容積利用率不高，SBR反應(yīng)器的曝氣方式與傳統(tǒng)活性污泥法相似，因 此氣液兩相的接觸傳質(zhì)方式?jīng)Q定了其所能達(dá)到的進(jìn)水氨氮容積負(fù)荷受到限制。在高負(fù)荷情況 下，仍然可能出現(xiàn)污泥流失的問(wèn)題。固定床反應(yīng)器通過(guò)在反應(yīng)器中添加填料的方式，使反應(yīng)器運(yùn)行在固定床的狀態(tài)。亞硝化 菌和厭氧氨氧化菌在填料表面附著生長(zhǎng)，使得反應(yīng)器對(duì)于污泥有較強(qiáng)的持留能力，在一定范
圍內(nèi)有較好的脫氮效率。但由于氣液傳質(zhì)方式和能力的限制，使得固定床反應(yīng)器所能達(dá)到的 氨氮容積負(fù)荷率不高。因此在較大的水力負(fù)荷或較高的濃度時(shí)，脫氮效率受到明顯的影響。氣提式反應(yīng)器是一種是用于氣/液或氣/液/固相過(guò)程的接觸性反應(yīng)裝置，其獨(dú)特的幾何特 性使其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、易密封、能耗低、剪切應(yīng)力低和混合好等優(yōu)點(diǎn)。與SBR反應(yīng) 器相比，具有較高的氣液傳質(zhì)效率。在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)中，能夠達(dá)到較高的氨氮容積負(fù)荷率。 但普通的氣提式反應(yīng)器在較高的進(jìn)水量情況下，會(huì)引起分離沉降區(qū)中的泥水分離效果差，使 得隨出水流失的污泥量不斷增加，對(duì)于較長(zhǎng)的世代周期的厭氧氨氧化菌會(huì)產(chǎn)生致命性的影響。 氣提式反應(yīng)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)亞硝化與厭氧氨氧化過(guò)程時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相互矛盾的影響，較高的亞硝化 水平需要較大的供氣量，從而可能使混合液的溶解氧升高到抑制厭氧氨氧化的水平，從而降 低厭氧氨氧化菌的活性，使氮的去除能力受到限制。綜上所述，在新型生物脫氮方面的技術(shù) 多集中于厭氧氨氧化反應(yīng)的試驗(yàn)裝置的組成、啟動(dòng)方法以及菌種的培養(yǎng)方法等方面，對(duì)于能 夠應(yīng)用于實(shí)際廢水的脫氮生物處理方面的裝置還存在不足。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了 一種能符合實(shí)際應(yīng)用的亞硝化-厭氧氨氧化 耦合共生的生物脫氮反應(yīng)裝置，它能夠促進(jìn)并實(shí)現(xiàn)亞硝化-厭氧氨氧化耦合共生生物脫氮反 應(yīng)，在較大范圍中變化的環(huán)境因素下適用，所需的控制性因素或控制條件少，易于穩(wěn)定實(shí)現(xiàn) 對(duì)高含氨廢水的生物脫氮處理。這種裝置對(duì)于溫度、溶解氧、亞硝酸鹽氮、進(jìn)水的氨氮濃度、 有機(jī)物濃度等因素的適應(yīng)性更強(qiáng)，能夠達(dá)到較高的容積去除負(fù)荷，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是在柱狀的或長(zhǎng)方體狀的主體結(jié)構(gòu)中設(shè) 有由中心上升流區(qū)與外部環(huán)型下降流區(qū)組成的內(nèi)循環(huán)反應(yīng)區(qū)，固液分離沉降區(qū)，分離沉淀區(qū) 及設(shè)置在本反應(yīng)裝置的上部、由中心筒向上延伸到本反應(yīng)裝置外的氣液分離區(qū)，由進(jìn)水桶、 進(jìn)水泵及設(shè)置在柱狀的或長(zhǎng)方體狀的主體結(jié)構(gòu)上的進(jìn)水口所組成的該裝置的進(jìn)水區(qū)，空氣泵 及設(shè)置在柱狀的或長(zhǎng)方體狀的主體結(jié)構(gòu)上進(jìn)氣口組成的曝氣區(qū)，在該裝置的下部設(shè)置有剩余 污泥排放口，上部設(shè)置有溢流口，在所述的的下降流區(qū)中部設(shè)置松散填料區(qū)，在所述分離沉 淀區(qū)中設(shè)有密實(shí)填料區(qū)，將分離沉淀區(qū)分為密實(shí)填料區(qū)和沉降出水區(qū)，并在分離沉淀區(qū)上部 -沒(méi)有出水堰，回流泵與回流進(jìn)水口和回流取水口所組成的回流裝置；作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，在反應(yīng)裝置的下端設(shè)置回流進(jìn)水口，在分離沉淀區(qū)的中上 部設(shè)置回流泵的取水口 ，部分混合液用回流泵進(jìn)行回流；
作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述密實(shí)填料區(qū)設(shè)置在分離沉淀區(qū)的中下部，所述出水堰 的底部設(shè)有出水堰排泥口 ，上部設(shè)有出水口 ，松散填料區(qū)設(shè)置在下降流區(qū)的中部；作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述生物脫氮反應(yīng)裝置的高徑(寬)比為2: 1 5: 1, 進(jìn)水口位置設(shè)置在所述反應(yīng)裝置的底部或下三分之一處；作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述啄氣區(qū)的進(jìn)氣口設(shè)置在所述生物脫氮反應(yīng)裝置的底部，曝氣器的形式采用穿孔管曝氣器；作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述固液分離沉降區(qū)為一倒錐體狀區(qū)域，錐面相對(duì)于水平面的傾斜角度為55-60度；作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氣液分離區(qū)由反應(yīng)區(qū)中心筒上沿向下4~6 cm處向上 延伸到本反應(yīng)裝置外8~12cm處。氣液分離的中心筒截面積占反應(yīng)裝置頂部的截面面積的 1/6~1/3;作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述密實(shí)填料區(qū)設(shè)置在固液分離沉降區(qū)的上部3 5cm處， 填料高度與沉降出水區(qū)相等。填料的添加方式為環(huán)繞生物脫氮反應(yīng)裝置的氣液分離筒的外部 直到生物脫氮反應(yīng)裝置的內(nèi)壁。填料呈較為密實(shí)的狀態(tài)，使得內(nèi)循環(huán)反應(yīng)區(qū)密實(shí)填料區(qū) 沉淀區(qū)=3: 1: 1~5: 1: 1。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的松散填料區(qū)設(shè)置在下降流區(qū)的中三分之一處，填 料的添加方式為環(huán)繞上升流區(qū)的中心筒外，填料呈較松散的狀態(tài)，以能夠使懸浮態(tài)的污泥自 由通過(guò)填料層為宜。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的回流進(jìn)水口設(shè)置在反應(yīng)裝置的下部，回流取水口 設(shè)置在倒錐型的分離沉淀區(qū)的中上部。本實(shí)用新型的運(yùn)行原理立足于亞硝化和厭氧氨氧化菌兩類微生物的基本代謝特性，在同 一反應(yīng)器中，采用懸浮污泥和載體污泥實(shí)現(xiàn)氨氮直接轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾拿摰^(guò)程。其基本過(guò)程如 下(1)亞硝化過(guò)程
廢水中的氨氮在自養(yǎng)的亞硝化菌的作用下，以無(wú)機(jī)碳(碳酸根離子)為碳源進(jìn)行生長(zhǎng)代 謝，發(fā)生亞硝化反應(yīng)。通過(guò)控制反應(yīng)過(guò)程中的工藝條件，如溶解氧，pH等，將硝化過(guò)程控制在亞硝化階段，只產(chǎn)生亞硝酸鹽，而不發(fā)生硝酸鹽的積累。 NH4++1.502+2HC03 —一〉 N02—+2C02+3H20 (2 )厭氧氨氧化過(guò)程廢水中的氨氮和亞硝酸鹽氮在厭氧氨氧化菌的作用下，進(jìn)行厭氧的自養(yǎng)生長(zhǎng)代謝，發(fā)生 厭氧氨氧化反應(yīng)，等比例的去除氨氮和亞硝酸鹽氮。在此過(guò)程中，不需要有機(jī)物為碳源，而 是以碳酸氫根離子為碳源，以氨氮為電子供體，亞硝酸鹽為電子受體，反應(yīng)需要維持閉光、 嚴(yán)格厭氧，較高的溫度(25—35C)等環(huán)境條件。<formula>formula see original document page 7</formula>(3 )耦合共生的亞硝化一厭氧氨氧化過(guò)程接種了亞硝化菌與厭氧氨氧化菌共生體的反應(yīng)裝置在連續(xù)運(yùn)行中，亞硝化菌生首先出現(xiàn) 了較大的增殖，亞硝化菌對(duì)于曝氣所充入混合液中的溶解氧消耗較多，使得反應(yīng)器的溶解氧 水平不斷下降。由于此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)充分，供氧充足，使得亞硝化菌處于生長(zhǎng)繁殖的對(duì) 數(shù)增長(zhǎng)期，亞硝化菌的生長(zhǎng)代謝分泌出較多的粘性產(chǎn)物，使得亞硝化菌不斷的粘接在一起， 形成絮體，同時(shí)也將受抑制的厭氧氨氧化菌包裹其中。亞硝化菌以混合液中的溶解氧為電子 受體，將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮，混合液中的亞硝酸鹽氮濃度開(kāi)始上升，在亞硝化-厭氧氨氧 化共生體的菌團(tuán)內(nèi)外形成了濃度梯度，亞硝酸鹽開(kāi)始向共生體內(nèi)部擴(kuò)散。被包裹的厭氧氨氧 化菌在低溶解氧的微生物環(huán)境中，活性開(kāi)始恢復(fù)，開(kāi)始利用擴(kuò)散進(jìn)來(lái)的氨和亞硝酸鹽進(jìn)行厭 氧氨氧化反應(yīng)，生成氮?dú)?，達(dá)到脫氮的目的。由此，開(kāi)始產(chǎn)生了亞硝化-厭氧氨氧化共生反應(yīng)， 亞硝化菌利用混合液中的溶解氧進(jìn)行亞硝化反應(yīng)，使得亞硝化-厭氧氨氧化共生體的微環(huán)境中 的溶解氧下降到很低的水平，厭氧氨氧化菌則在此條件下利用氨和亞硝酸鹽進(jìn)行厭氧氨氧化 反應(yīng)，使得亞硝化-厭氧氨氧化共生體的微環(huán)境中的亞硝酸鹽濃度維持在一定的范圍內(nèi)不再升 高，從而減小了過(guò)高的亞硝酸鹽濃度形成的游離亞硝酸對(duì)于亞硝化菌和厭氧氨氧化菌的抑制 性影響，維持菌群的正常生理活性。在亞硝化菌與厭氧氨氧化菌的共代謝作用下，宏觀上發(fā) 生了氨氮轉(zhuǎn)化為氮氧的生物脫氮反應(yīng)。而在反應(yīng)器的宏觀環(huán)境中，混合液溶解氧能夠持續(xù)在 0. 5mg/L以下，混合液中的亞硝酸鹽濃度維持在10mg/L以下，總氮的去除率不斷升高。
本發(fā)明的裝置所依賴的是亞硝化菌群與厭氧氨氧化菌群兩類菌群的共生代謝作用，以及 亞硝化菌與厭氧氨氧化菌共生體發(fā)生的亞硝化反應(yīng)與厭氧氨氧化反應(yīng)兩種反應(yīng)的耦合。在本裝置中，有利的實(shí)現(xiàn)了亞硝化菌群與厭氧氨氧化菌群的共生代謝作用，同時(shí)共生污泥的持留 問(wèn)題得到較好的解決。本裝置的運(yùn)行條件本裝置適合處理的廢水為含有中低濃度的氨氮(濃度小于 400mgNH4-N/L),而水中的有機(jī)物含量(C0^值)不高(濃度小于300mgCODer/L )，水溫達(dá)到常 溫條件的廢水。本反應(yīng)裝置運(yùn)行在常溫條件下，無(wú)需加熱等操作。在常溫范圍中，溫度對(duì)于 亞硝化-厭氧氨氧化耦合反應(yīng)不起決定作用，只起到加速或減緩的作用。通常，較高的溫度會(huì) 促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。對(duì)于進(jìn)水中的溶解氧無(wú)需控制。進(jìn)水中所含的懸浮物(SS)不過(guò)高(濃度 小于100mg/L),對(duì)于較高懸浮物的廢水可預(yù)先進(jìn)行沉淀等操作。本反應(yīng)裝置的進(jìn)氣位置為底 部，進(jìn)氣的形式可以采用穿孔管等形式。本反應(yīng)裝置的進(jìn)水位置可以為底部，也可為本反應(yīng) 裝置側(cè)壁多點(diǎn)進(jìn)水。本反應(yīng)裝置為連續(xù)進(jìn)水連續(xù)出水的運(yùn)行方式。在較低進(jìn)水容積負(fù)荷下運(yùn) 行，可采用單一報(bào)氣提本反應(yīng)裝置，從本反應(yīng)裝置上部的沉淀區(qū)直接出水的形式；對(duì)于較高 進(jìn)水容積負(fù)荷條件下，可以采用兩級(jí)本反應(yīng)裝置形式，并增加出水的沉淀池，進(jìn)行污泥回流 的操作。本反應(yīng)裝置無(wú)需避光、密封等操作。本實(shí)用新型的有益效果是與傳統(tǒng)的氣提式反應(yīng)器相比，本裝置具有較強(qiáng)的污泥持留能 力，由于在分離沉淀區(qū)加入的密實(shí)填料上可以形成動(dòng)態(tài)的生物膜，并以此對(duì)出水中的懸浮物 進(jìn)行有效的截留，使得世代周期長(zhǎng)的厭氧氨氧化菌能有效在持留在本反應(yīng)裝置中，使得本反 應(yīng)裝置中的生物量可以維持在設(shè)定的水平。在下降流區(qū)所設(shè)置的松散纏繞絲填料層則增加了 亞硝化-厭氧氨氧化耦合共生菌群的自適應(yīng)生長(zhǎng)，由于填料較為松散，不對(duì)循環(huán)污泥產(chǎn)生截留 作用，但亞硝化-厭氧氨氧化共生體對(duì)松散填料具有很強(qiáng)的附著能力，由此在填料層產(chǎn)生較強(qiáng) 的亞硝化-厭氧氨氧化耦合反應(yīng)，而且松散的填料在較強(qiáng)的循環(huán)流剪切力的作用下產(chǎn)生較快的 表面更新速率，能夠保持較高的反應(yīng)活性。另外，出水堰的設(shè)計(jì)使得出水中攜帶的污泥量進(jìn) 一步的降低，出水堰下部的排泥口可以定期排放污泥并回流到本反應(yīng)裝置中，使本反應(yīng)裝置 中有足夠的生物量。與流化床反應(yīng)器和固定床相比，本裝置無(wú)需培養(yǎng)出顆粒態(tài)的污泥，也無(wú) 需添加可流化的填料以培養(yǎng)生物膜，而是直接以懸浮態(tài)的亞硝化-厭氧氨氧化共生污泥進(jìn)行反 應(yīng)，因此裝置的啟動(dòng)過(guò)程迅速，尤其是反應(yīng)暫停后的再起動(dòng)恢復(fù)過(guò)程十分迅速同時(shí)本裝置所 能達(dá)到的反應(yīng)容積負(fù)荷率也較高。本裝置采用連續(xù)運(yùn)行方式，運(yùn)行管理簡(jiǎn)便，并且能根據(jù)需 求達(dá)到較高的進(jìn)水氨氮容積負(fù)荷和總氮去除負(fù)荷。

圖l是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明如圖1所示在柱狀的或長(zhǎng)方體狀的主體結(jié)構(gòu)中設(shè)有由下降流區(qū)7和上升流區(qū)8組成的 內(nèi)循環(huán)反應(yīng)區(qū)，內(nèi)循環(huán)反應(yīng)區(qū)采用中心筒上升流的方式，中心筒與內(nèi)循環(huán)反應(yīng)區(qū)總的截面面 積控制在4: 1~9: 1，在反應(yīng)裝置的下三分之一處設(shè)置剩余污泥排放口 6,在下降流區(qū)7的 中三分之一段設(shè)置松散填料區(qū)17;在內(nèi)循環(huán)反應(yīng)區(qū)的上部是固液分離沉降區(qū)10,固液分離區(qū) IO為一倒錐體狀區(qū)域，錐面相對(duì)于水平面的傾斜角度為55 - 60度；在固液分離區(qū)10的上部 3 5cm處填加密實(shí)填料形成密實(shí)填料區(qū)13,填料的添加方式為環(huán)繞反應(yīng)器的氣液分離筒的外 部直到反應(yīng)器的內(nèi)壁，填料呈較為密實(shí)的狀態(tài)，密實(shí)填料區(qū)13的上部為沉降出水區(qū)15,密 實(shí)填料區(qū)13與沉降出水區(qū)15高度相等，密實(shí)填料區(qū)13與沉降出水區(qū)15組成分離沉淀區(qū)， 出水采用出水堰的方式，在分離沉淀區(qū)上部設(shè)有出水堰16 ，出水堰16的底部設(shè)出水堰排泥 口 14,排放的污泥回流到反應(yīng)裝置中，在出水堰上部設(shè)出水口 11;分離沉淀區(qū)的上部由中心 筒7上沿向下5cm處向上延伸到反應(yīng)器外10cm處為氣液分離區(qū)9,中心筒7截面積占反應(yīng)裝 置頂部的截面面積的1/6-1/3，在氣液分離區(qū)9，氣體與混合液進(jìn)行分離，氣體擴(kuò)散到大氣 中，而混合液在內(nèi)循環(huán)的作用下向下環(huán)流到反應(yīng)器中；本反應(yīng)裝置采用下部進(jìn)水的方式，在 柱狀的或長(zhǎng)方體狀的主體結(jié)構(gòu)的底部或下三分之一處設(shè)置進(jìn)水口 4,進(jìn)水泵2分別與進(jìn)水桶 l和進(jìn)水口4相連，組成該裝置的進(jìn)水區(qū)；本反應(yīng)裝置的膝氣方式采用穿孔管，從底部進(jìn)入 的方式，在柱狀的或長(zhǎng)方體狀的主體結(jié)構(gòu)的底部設(shè)置進(jìn)氣口 3，空氣泵5與進(jìn)氣口 3相連， 組成該裝置的曝氣裝置；在該反應(yīng)裝置的下部設(shè)置有剩余污泥排放口 6,上部設(shè)置有溢流口 12;所述生物脫氮反應(yīng)裝置的高徑(寬)比為3: 1 ~ 5: 1，各區(qū)域的容積比為內(nèi)循環(huán)反應(yīng) 區(qū)密實(shí)填料區(qū)沉淀區(qū)=3: 1: l — 5: 1: 1。反應(yīng)裝置設(shè)置了混合液回流裝置，由回流水泵 18和回流進(jìn)水口 19及回流取水口 20組成，可根據(jù)反應(yīng)的需要來(lái)增加或減少混合液的回流。 本生物脫氮反應(yīng)裝置對(duì)廢水進(jìn)行生物脫氮處理的具體運(yùn)行方法如下(1)反應(yīng)器的啟動(dòng)階段本發(fā)明的反應(yīng)器以低進(jìn)水容積負(fù)荷啟動(dòng)，達(dá)到控制要求后，逐步的提高進(jìn)水負(fù)荷以滿足 對(duì)進(jìn)水脫氮的要求。
首先在如圖1所示的反應(yīng)裝置中加入待馴化的亞硝化-厭氧氨氧化共生污泥，并加入實(shí)際 廢水與自來(lái)水比例為1: 2的混合廢水至反應(yīng)裝置的出水口 11處，保證反應(yīng)裝置中的污泥濃度 達(dá)到3-4g/L,待污泥沉降至反應(yīng)裝置的底部后，用空氣泵5從反應(yīng)裝置的底部進(jìn)氣口 3對(duì) 反應(yīng)裝置進(jìn)行曝氣充氧，曝氣器采用穿孔管曝氣，在提高充氧量的同時(shí)為反應(yīng)裝置提供足夠 的內(nèi)循環(huán)動(dòng)力，同時(shí)用進(jìn)水泵2以較低的進(jìn)水流量將進(jìn)水桶1中的混合廢水從反應(yīng)裝置下部 的進(jìn)水口 4泵入到反應(yīng)裝置中?？諝庠诜磻?yīng)裝置的上升流區(qū)8中上升，夾帶著空氣的混合液 的密度降低，向上流動(dòng)，經(jīng)過(guò)密實(shí)填料區(qū)13和沉降出水區(qū)15在反應(yīng)裝置頂部較大的氣液分 離筒9中進(jìn)行氣水分離，混合液的密度增大，在下降流區(qū)7中向下流動(dòng)，從而產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)流 動(dòng)。在內(nèi)循環(huán)流動(dòng)過(guò)程中，廢水與亞硝化-厭氧氨氧化共生污泥充分混合接觸，在亞硝化菌和 厭氧氨氧化菌的共同作用下發(fā)生脫氮的生化反應(yīng)，將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，從而去除廢 水中的氮，在下降流區(qū)7的中三分之一段設(shè)置的松散填料區(qū)17,不對(duì)循環(huán)混合液中的污泥產(chǎn) 生截留作用，而是加強(qiáng)了下降流區(qū)的亞硝化-厭氧氨氧化共生菌群的自適應(yīng)生長(zhǎng)，其上可以附 著部分亞硝化-厭氧氨氧化共生菌群，并在循環(huán)流動(dòng)的混合液的剪切力作用下產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的更 新，始終保持較高的活性，同時(shí)松散填料區(qū)17的設(shè)置也可以有效防止過(guò)高的循環(huán)流速下可能 夾帶氣泡向下降流，影響正常的亞硝化-厭氧氨氧化耦合共生反應(yīng)的進(jìn)行。在啟動(dòng)階段初期，由于亞硝化-厭氧氨氧化共生污泥需要對(duì)進(jìn)水中的各種基質(zhì)進(jìn)行適應(yīng)性 的生長(zhǎng)代謝過(guò)程，會(huì)產(chǎn)生一定時(shí)間的停滯期，微生物的代謝水平維持在較低的階段，反應(yīng)活 性不高，特別是厭氧氨氧化菌對(duì)于環(huán)境的適應(yīng)過(guò)程較長(zhǎng)，而且由于亞硝化菌的活力也不強(qiáng)， 使其對(duì)于混合液中的溶解氧的消耗量較少，混合液的溶解氧可能會(huì)出現(xiàn)較高的水平，由此厭 氧氨氧化菌被曝露在較高的溶解氧環(huán)境下，反應(yīng)活性進(jìn)一步受到抑制。這使得反應(yīng)器的脫氮 水平不高。但隨著反應(yīng)的連續(xù)運(yùn)行，亞硝化菌的活性首先得到恢復(fù)，細(xì)菌出現(xiàn)了較大的增殖，亞硝 化菌對(duì)于曝氣所充入混合液中的溶解氧消耗較多，使得反應(yīng)器的溶解氧水平不斷下降。由于 此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)充分，供氧充足，使得亞硝化菌處于生長(zhǎng)繁殖的對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期，亞硝化菌 的生長(zhǎng)代謝分泌出較多的粘性產(chǎn)物，使得亞硝化菌不斷的粘接在一起，形成絮體，同時(shí)也將 受抑制的厭氧氨氧化菌包裹其中。亞硝化菌以混合液中的溶解氧為電子受體，將氨氮氧化為 亞硝酸鹽氮，混合液中的亞硝酸鹽氮濃度開(kāi)始上升，在亞硝化-厭氧氨氧化共生體的菌團(tuán)內(nèi)外 形成了濃度梯度，亞硝酸鹽開(kāi)始向共生體內(nèi)部擴(kuò)散。被包裹的厭氧氨氧化菌在低溶解氧的微 生物環(huán)境中，活性開(kāi)始恢復(fù)，開(kāi)始利用擴(kuò)散進(jìn)來(lái)的氨和亞硝酸鹽進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)，生成 氮?dú)?，達(dá)到脫氮的目的。由此，開(kāi)始產(chǎn)生了亞硝化-厭氧氨氧化共生反應(yīng)，亞硝化菌利用混合 液中的溶解氧進(jìn)行亞硝化反應(yīng)，使得亞硝化-厭氧氨氧化共生體的微環(huán)境中的溶解氧下降到很低的水平，厭氧氨氧化菌則在此條件下利用氨和亞硝酸鹽進(jìn)行厭氧氨氣化反應(yīng)，使得亞硝化-厭氧氨氧化共生體的微環(huán)境中的亞硝酸鹽濃度維持在一定的范圍內(nèi)不再升高，從而減小了過(guò) 高的亞硝酸鹽濃度形成的游離亞硝酸對(duì)于亞硝化菌和厭氧氨氧化菌的抑制性影響，維持菌群 的正常生理活性。在亞硝化菌與厭氧氨氧化菌的共代謝作用下，宏觀上發(fā)生了氨氮轉(zhuǎn)化為氮 氧的生物脫氮反應(yīng)。而在反應(yīng)器的宏觀環(huán)境中，混合液溶解氧能夠持續(xù)在0. 5mg/L以下，混 合液中的亞硝酸鹽濃度維持在10mg/L以下，總氮的去除率不斷升高。當(dāng)反應(yīng)器的總氮去除率開(kāi)始不斷升高時(shí)，可逐步增大含氨廢水在進(jìn)水中的比例，直至比 例達(dá)到100%,從而完成了亞硝化-厭氧氨氧化共生脫氮反應(yīng)器的啟動(dòng)過(guò)程。啟動(dòng)過(guò)程中，在較低的氮容積負(fù)荷率下，若曝氣裝置不能提供足夠的循環(huán)流動(dòng)的動(dòng)力， 則啟用混合液回流裝置，保證混合液在反應(yīng)器中有足夠的循環(huán)能力。(2 )運(yùn)行階段反應(yīng)裝置采用連續(xù)運(yùn)行的方式，廢水從反應(yīng)裝置的中下部的進(jìn)水口 3連續(xù)泵入，而出水 從溢流口 12中連續(xù)流出，反應(yīng)維持在穩(wěn)定的狀態(tài)。在正常反應(yīng)階段，出水中的總氮去除率達(dá) 到80 - 85%,而出水中的氨氮和亞硝酸鹽氮很低，維持在5mg/L以下。在正常的運(yùn)行階段，反應(yīng)裝置可根據(jù)處理廢水的需要進(jìn)行單級(jí)運(yùn)行和兩級(jí)串聯(lián)運(yùn)行。在 廢水中含氨氮濃度不過(guò)高或進(jìn)水量較低的情況下，即反應(yīng)器的進(jìn)水氨氮容積負(fù)荷較低時(shí)，可 直接采用單級(jí)運(yùn)行模式，推薦的進(jìn)水氨氮容積負(fù)荷在0. 9kgNH4-N/mM以下時(shí)，采用單級(jí)亞硝 化-厭氧氨氧化共生脫氮反應(yīng)的運(yùn)行模式。在廢水中含氨氮濃度較高，或進(jìn)水量較大的情況下， 進(jìn)水的氨氮容積負(fù)荷較高采用兩級(jí)串聯(lián)的亞硝化-厭氧氨氧化共生脫氮反應(yīng)運(yùn)行模式進(jìn)行處 理，此時(shí)推薦的進(jìn)水氨氮容積負(fù)荷在0. 9 ~ 5. 0kgNH4-N/m3d之間。而過(guò)高的進(jìn)水氨氮容積負(fù)荷 情況下，即大于5. 0kgNH4-N/m3d時(shí)，則應(yīng)采取適當(dāng)?shù)念A(yù)處理措施，再進(jìn)行亞硝化-厭氧氨氧化 共生脫氮處理。在正常運(yùn)行條件下，不對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行人工排泥，僅靠出水中攜帶的懸浮物來(lái)達(dá)到維持反 應(yīng)器內(nèi)污泥濃度穩(wěn)定的目的。對(duì)于反應(yīng)器的溶解氧控制較為寬泛，只要在0. 5mg/L以下即可， 無(wú)需達(dá)到0. lmg/L以下的缺氧環(huán)境。并由此來(lái)控制曝氣量的大小。
權(quán)利要求1、一種亞硝化-厭氧氨氧化耦合共生的生物脫氮反應(yīng)裝置，反應(yīng)裝置包括在柱狀的或長(zhǎng)方體狀的主體結(jié)構(gòu)中設(shè)有上升流區(qū)與下降流區(qū)組成的內(nèi)循環(huán)反應(yīng)區(qū)，固液分離沉降區(qū)，分離沉淀區(qū)及設(shè)置在本反應(yīng)裝置的上部、由中心筒向上延伸到本反應(yīng)裝置外的氣液分離區(qū)，由進(jìn)水桶、進(jìn)水泵及進(jìn)水口所組成的該裝置的進(jìn)水區(qū)，空氣泵及設(shè)置在柱狀的或長(zhǎng)方體狀的主體結(jié)構(gòu)上穿孔管曝氣器組成的曝氣區(qū)，在該裝置的下部設(shè)置有剩余污泥排放口，上部設(shè)置有溢流口，其特征在于在所述分離沉淀區(qū)中設(shè)有密實(shí)填料區(qū)，將分離沉淀區(qū)分為密實(shí)填料區(qū)和沉降出水區(qū)，并在分離沉淀區(qū)上部設(shè)有出水堰，在下降流區(qū)設(shè)置松散填料區(qū)，形成共生代謝的自適應(yīng)生長(zhǎng)區(qū)，并在柱狀的或長(zhǎng)方體狀的主體結(jié)構(gòu)上分別設(shè)置回流泵的取水口和回流進(jìn)水口，與回流泵連接組成該裝置的回流裝置。
2 、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞硝化-厭氧氨氧化耦合共生生物脫氮反應(yīng)裝置，其特征在 于部分混合液用回流泵進(jìn)行回流，回流進(jìn)水口設(shè)置在反應(yīng)裝置的下端，回流泵的取水口設(shè)置 在分離沉淀區(qū)的中上部。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞硝化-厭氧氨氧化耦合共生生物脫氮反應(yīng)裝置，其特征 在于所述密實(shí)填料區(qū)設(shè)置在分離沉淀區(qū)的中下部，所述出水堰的底部設(shè)有出水堰排泥口，上 部設(shè)有出水口 ，所述的松散填料區(qū)設(shè)置在下降流區(qū)的中部。
4 、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的亞硝化-厭氧氨氧化耦合共生生物脫氮反應(yīng)裝置，其特征 在于所述密實(shí)填料區(qū)設(shè)置在分離沉淀區(qū)的中下部，所述出水堰的底部設(shè)有出水堰排泥口，上 部設(shè)有出水口 ，所述的松散填料區(qū)設(shè)置在下降流區(qū)的中部。
5 、 根據(jù)權(quán)利要求1 、 2 、 3 、 4所述的任一種亞硝化-厭氧氨氧化耦合共生生物脫 氮反應(yīng)裝置，其特征在于所述生物脫氮反應(yīng)裝置的高徑(寬)比為2: 1~5: 1，進(jìn)水口位置 設(shè)置在所述反應(yīng)裝置的底部或下三分之一處。
6 、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的亞硝化-厭氧氨氧化耦合共生生物脫氮反應(yīng)裝置，其特征 在于所述曝氣區(qū)的進(jìn)氣口設(shè)置在所述生物脫氮反應(yīng)裝置的底部，曝氣器采用穿孔管曝氣器。
7 、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的亞硝化-厭氧氨氧化耦合共生生物脫氮反應(yīng)裝置，其特征 在于所述固液分離沉降區(qū)為一倒錐體狀區(qū)域，錐面相對(duì)于水平面的傾斜角度為55-60度。
8 、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的亞硝化-厭氧氨氧化耦合共生生物脫氮反應(yīng)裝置，其特征 在于所述氣液分離區(qū)由反應(yīng)區(qū)中心筒上沿向下4~6 cm處向上延伸到本反應(yīng)裝置外8~12cm 處。中心筒截面積占反應(yīng)裝置頂部的截面面積的1/6-1/3。
9 、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的亞硝化-厭氧氨氧化耦合共生生物脫氮反應(yīng)裝置，其特征 在于所述密實(shí)填料區(qū)設(shè)置在在固液分離沉降區(qū)的上部3 5cm處，填料高度與沉降出水區(qū)相等， 填料的添加方式為環(huán)繞生物脫氮反應(yīng)裝置的氣液分離筒的外部直到生物脫氮反應(yīng)裝置的內(nèi)壁。填料呈較為密實(shí)的狀態(tài)，使得容積比為內(nèi)循環(huán)反應(yīng)區(qū)填料區(qū)沉淀區(qū)=3: 1: 1 5: 1:1。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的亞硝化-厭氧氨氧化耦合共生生物脫氮反應(yīng)裝置，其特征 在于所述的松散填料區(qū)設(shè)置在下降流區(qū)的中段三分之一到五分之三處，填料的添加方式為環(huán) 繞上升流區(qū)中心筒外壁直到生物脫氮反應(yīng)裝置的內(nèi)壁。填料呈松散的狀態(tài)，所述松散填料區(qū) 采用松散纏繞絲填料。
專利摘要一種亞硝化-厭氧氨氧化耦合共生的生物脫氮反應(yīng)裝置，該裝置包括在柱狀的或長(zhǎng)方體狀的主體結(jié)構(gòu)中的內(nèi)循環(huán)反應(yīng)區(qū)，固液分離沉降區(qū)，分離沉淀區(qū)及氣液分離區(qū)，在該裝置的下部設(shè)有進(jìn)水口、進(jìn)氣口、回流進(jìn)水口分別與進(jìn)水泵、進(jìn)氣泵和回流泵相連，在該裝置的下部設(shè)置有剩余污泥排放口，上部設(shè)置有溢流口，在分離沉淀區(qū)中設(shè)置密實(shí)填料區(qū)，在分離沉淀區(qū)上部設(shè)有出水堰，出水堰設(shè)出水堰排泥口和出水口，在內(nèi)循環(huán)反應(yīng)區(qū)的下降流區(qū)中部設(shè)置松散填料區(qū)，本裝置可以在單一反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)基于亞硝化反應(yīng)和厭氧氨氧化反應(yīng)這兩類反應(yīng)的耦合的直接生物脫氮反應(yīng)，本裝置具有較強(qiáng)的污泥持留能力，運(yùn)行管理簡(jiǎn)便，具有較高的進(jìn)水氮容積負(fù)荷和總氮去除負(fù)荷。
文檔編號(hào)C02F3/30GK201024125SQ200720003330
公開(kāi)日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月7日
發(fā)明者然 何, 寅 劉, 司亞安, 孫艷玲, 曹建平, 兵 杜 申請(qǐng)人:北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院