基于顆粒污泥和生物膜的復(fù)合式厭氧氨氧化反應(yīng)工藝及裝置制造方法
【專利摘要】一種基于顆粒污泥和生物膜的復(fù)合式厭氧氨氧化反應(yīng)工藝，使反應(yīng)器主體采用絮狀污泥接種，通過攪拌提升水力切割力、并加入無機(jī)鹽從而形成晶核的方式，逐步形成厭氧氨氧化顆粒污泥；反應(yīng)器采用序批式反應(yīng)器的運(yùn)行方式，通過調(diào)節(jié)排水比的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)含高濃度氨氮進(jìn)水稀釋，以使得反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)濃度在合適的范圍內(nèi)，不造成對(duì)厭氧氨氧化的抑制，本發(fā)明能迅速從絮狀污泥培養(yǎng)出厭氧氨氧化顆粒污泥，并直接接納高濃度氨氮廢水、實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷運(yùn)行，還具有極強(qiáng)的恢復(fù)能力，能在極端基質(zhì)抑制條件下迅速恢復(fù)反應(yīng)器的活性，實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，本發(fā)明還提供了相應(yīng)的反應(yīng)裝置，節(jié)約了占地面積，建設(shè)和運(yùn)行簡便，運(yùn)行穩(wěn)定高效，極大降低了運(yùn)行能耗。
【專利說明】基于顆粒污泥和生物膜的復(fù)合式厭氧氨氧化反應(yīng)工藝及裝
1,17

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于顆粒污泥和生物膜的復(fù)合式厭氧氨氧化反應(yīng)工藝及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]氮素污染會(huì)造成水體的富營養(yǎng)化，且隨著我國城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的迅速發(fā)展，該問題日益嚴(yán)峻并引發(fā)了多次公共環(huán)境安全事件。為此，近年來國家陸續(xù)頒布并實(shí)施了新的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，其中尤其提高了氨氮的排放要求，并首次對(duì)出水總氮進(jìn)行了限定，同時(shí)，氨氮成為了國家“十二五規(guī)劃”中新的總量控制指標(biāo)。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(yè)廢水難以處理的問題，這類廢水由于具有高氨氮、低碳氮比的特點(diǎn)，總氮去除尤為困難。
[0003]傳統(tǒng)的脫氮技術(shù)是硝化-反硝化技術(shù)。該技術(shù)由于需要大量氧氣用于硝化作用、大量有機(jī)碳源用于反硝化作用，在處理高氨氮、低碳氮比廢水的情況下尤為不經(jīng)濟(jì)和困難。目前，國際上研究熱點(diǎn)開始轉(zhuǎn)向基于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(yīng)直接生成氮?dú)猓瑢?shí)現(xiàn)能源和碳源的節(jié)約。然而，厭氧氨氧化菌生長尤為緩慢，需要在具有較強(qiáng)生物持留能力的反應(yīng)器中生長。序批式顆粒污泥反應(yīng)器被廣泛認(rèn)為具有較強(qiáng)的污泥持留能力，并且序批式反應(yīng)器還具有一體化，建設(shè)、操作簡單的優(yōu)點(diǎn)；另一方面，在實(shí)際應(yīng)用中，不穩(wěn)定的進(jìn)水情況經(jīng)常性會(huì)造成反應(yīng)器的波動(dòng)、從而對(duì)反應(yīng)器形成抑制，因此，反應(yīng)器的恢復(fù)能力也很重要。在這方面，生物膜因?yàn)榫哂泻駥?shí)的生物結(jié)構(gòu)、從而能夠抵抗沖擊負(fù)荷并迅速恢復(fù)，優(yōu)于序批式反應(yīng)器，但也同樣由于生物膜較厚的原因，使得傳質(zhì)困難，反應(yīng)器負(fù)荷難以提升。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有的厭氧氨氧化反應(yīng)器各具優(yōu)勢、但同時(shí)各有欠缺，為了實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化反應(yīng)器在高負(fù)荷、高進(jìn)水濃度下、長期穩(wěn)定運(yùn)行并具有較強(qiáng)的恢復(fù)能力，尚需進(jìn)一步的改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于顆粒污泥和生物膜的復(fù)合式厭氧氨氧化反應(yīng)工藝及裝置，克服了目前厭氧氨氧化反應(yīng)器中存在的在高負(fù)荷長期運(yùn)行條件下，抗沖擊和穩(wěn)定性差、恢復(fù)能力弱的問題，其脫氮負(fù)荷高、長期運(yùn)行穩(wěn)定性強(qiáng)，在受到強(qiáng)烈抑制后仍具有很強(qiáng)的恢復(fù)能力，從而能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效脫除總氮。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種基于顆粒污泥和生物膜的復(fù)合式厭氧氨氧化反應(yīng)工藝，使反應(yīng)器主體采用絮狀污泥接種，通過攪拌提升水力切割力、并加入無機(jī)鹽從而形成晶核的方式，逐步形成厭氧氨氧化顆粒污泥；反應(yīng)器采用序批式反應(yīng)器的運(yùn)行方式，通過調(diào)節(jié)排水比的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)含高濃度氨氮進(jìn)水的稀釋，以使得反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)濃度在合適的范圍內(nèi)，不造成對(duì)厭氧氨氧化的抑制。
[0008]在反應(yīng)器內(nèi)壁培養(yǎng)厭氧氨氧化生物膜，進(jìn)一步提升反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度，并提高反應(yīng)器的抗沖擊負(fù)荷能力及在受到抑制后的恢復(fù)能力。
[0009]所述無機(jī)鹽為硫酸鎂和氯化鈣，以在水溶液中形成硫酸鈣微晶體，作為顆粒污泥的核心，逐步長成顆粒污泥。
[0010]所述硫酸鎂溶解于進(jìn)水中，濃度為200mg/L，氯化鈣溶解于進(jìn)水中，濃度為300mg/L0
[0011]所述含高濃度氨氮進(jìn)水，其進(jìn)水濃度控制在650mgN/L，稀釋后控制在130mgN/L ；基質(zhì)濃度為1500mgN/L，稀釋后濃度控制在300mgN/L。
[0012]本發(fā)明還提供了一種基于顆粒污泥和生物膜的復(fù)合式厭氧氨氧化反應(yīng)裝置，包括采用低活性絮狀厭氧氨氧化污泥接種的反應(yīng)器3，進(jìn)水箱I通過進(jìn)水泵2連接位于反應(yīng)器3下部的進(jìn)水口，反應(yīng)器3中設(shè)置攪拌機(jī)7，排水口位于反應(yīng)器3的上部，反應(yīng)器3通過排水口連接出水泵6，反應(yīng)器3外層設(shè)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(jìn)水泵2、攪拌機(jī)7和出水泵6均連接控制器，控制器控制進(jìn)水泵2周期性開啟向反應(yīng)器3供水，并在進(jìn)水泵2啟動(dòng)前30秒控制攪拌機(jī)7啟動(dòng)攪拌，以加強(qiáng)傳質(zhì)并對(duì)絮狀污泥形成水力切割，促進(jìn)顆?；磻?yīng)完成后，控制攪拌機(jī)7停止使得污泥沉淀。
[0014]所述攪拌機(jī)7的攪拌葉片位于反應(yīng)器3的下部，以使得反應(yīng)器3上部內(nèi)壁生成厭氧氨氧化生物膜8。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能迅速從絮狀污泥培養(yǎng)出厭氧氨氧化顆粒污泥，并直接接納高濃度氨氮廢水、實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷運(yùn)行。同時(shí)，由于生物膜的存在，復(fù)合式反應(yīng)裝置還具有極強(qiáng)的恢復(fù)能力，能在極端基質(zhì)抑制條件下迅速恢復(fù)反應(yīng)器的活性，實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。高負(fù)荷復(fù)合式厭氧氨氧化反應(yīng)裝置節(jié)約了占地面積、建設(shè)和運(yùn)行簡便、運(yùn)行穩(wěn)定高效、極大降低運(yùn)行能耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0018]本發(fā)明的工藝原理是:反應(yīng)器主體采用絮狀污泥接種，通過攪拌提升水力切割力、并加入無機(jī)鹽從而形成晶核的方式，逐步形成厭氧氨氧化顆粒污泥；反應(yīng)器采用序批式反應(yīng)器的運(yùn)行方式，通過調(diào)節(jié)排水比的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)含高濃度氨氮進(jìn)水合理的稀釋，以使得反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)濃度在合適的范圍內(nèi)，不造成對(duì)厭氧氨氧化的抑制；進(jìn)一步地，在反應(yīng)器的內(nèi)壁培養(yǎng)厭氧氨氧化生物膜，進(jìn)一步提升反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度。
[0019]相比于顆粒污泥，生物膜具有較厚的生物結(jié)構(gòu)，從而可以承受沖擊負(fù)荷，并在反應(yīng)器受到抑制后發(fā)揮較強(qiáng)的恢復(fù)作用。顆粒污泥具備高負(fù)荷總氮去除能力，生物膜能夠抗沖擊負(fù)荷并發(fā)揮恢復(fù)作用，兩種生物相相輔相成，在序批式方式運(yùn)行的條件下，可以直接接納極高濃度的氨氮廢水，實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定的高負(fù)荷厭氧氨氧化反應(yīng)。
[0020]本發(fā)明基于顆粒污泥和生物膜的復(fù)合式厭氧氨氧化反應(yīng)裝置由配水單元、反應(yīng)單元和控制單元等部分組成，如圖1所示，主要包含進(jìn)水箱1、進(jìn)水泵2、反應(yīng)器3、攪拌機(jī)7、出水泵6、回流泵4、水浴鍋5等。進(jìn)水組成為濃度50-65008 ^/1)，似勵(lì)2(濃度65-850呢釀)，唧?！皾舛?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(jìn)水從下方周期性進(jìn)入反應(yīng)器3進(jìn)行反應(yīng)。在反應(yīng)過程中，攪拌機(jī)7不斷進(jìn)行攪拌以加強(qiáng)傳質(zhì)、并對(duì)絮狀污泥形成水力切割，促進(jìn)其顆?；?，形成顆粒污泥9。反應(yīng)完畢后，攪拌機(jī)7停止動(dòng)作使得污泥沉淀，上清液經(jīng)由排水管排出至排水桶，開始下一個(gè)周期。反應(yīng)器3中設(shè)置水浴夾套，水浴夾套里面的水排入水浴鍋5，經(jīng)由蠕動(dòng)泵4再重新泵回水浴夾套形成水浴循環(huán)，為反應(yīng)器3中的反應(yīng)環(huán)境提供溫度條件。
[0022]反應(yīng)器3由低活性絮狀厭氧氨氧化污泥接種，由于進(jìn)水中大量存在無機(jī)離子，這些無機(jī)離子沉淀形成小的晶核；同時(shí)由于攪拌作用形成的水力負(fù)荷，厭氧氨氧化顆粒污泥逐步在反應(yīng)器3中形成。同時(shí)，厭氧氨氧化生物膜8也在反應(yīng)器3的內(nèi)壁開始附著，并能達(dá)到5111111的厚度。反應(yīng)器3經(jīng)過200余天的運(yùn)行，進(jìn)水總氮濃度達(dá)到了 1500呢凡，反應(yīng)器3的容積負(fù)荷穩(wěn)定在20.301? ^ 0-3(1-1,總氣去除率達(dá)到89% (厭氧氛氧化理論最聞總氣去除率同時(shí)，抑制試驗(yàn)表明，反應(yīng)器3在亞硝氮濃度高達(dá)650呢/1的情況下(抑制持續(xù)3小時(shí))，能在抑制解除之后立即恢復(fù)10%的活性、3天內(nèi)恢復(fù)全部活性。抑制持續(xù)72小時(shí)的情況下，顆粒污泥發(fā)生了解體，但生物膜8由于具有很強(qiáng)的抗沖擊能力存活了下來，并在后續(xù)的長期運(yùn)行過程中，促使顆粒污泥的恢復(fù)。
[0023]為對(duì)上述工藝進(jìn)行驗(yàn)證，提供實(shí)施例如下:
[0024]將模擬廢水貯存于進(jìn)水桶中，每天更新一次以免進(jìn)水水質(zhì)發(fā)生改變。進(jìn)水從進(jìn)水箱1，經(jīng)由進(jìn)水泵2泵入反應(yīng)器3中，進(jìn)行反應(yīng)。在每次進(jìn)水泵2啟動(dòng)之前30秒，反應(yīng)器3的攪拌機(jī)7開始動(dòng)作，將反應(yīng)器3中沉淀狀態(tài)的污泥重新懸浮起來，使得反應(yīng)器3中實(shí)現(xiàn)均一狀態(tài)，以免高濃度的進(jìn)水泵入反應(yīng)器3后，因傳質(zhì)不均造成局部抑制作用。進(jìn)水完畢后，攪拌機(jī)7繼續(xù)工作直到反應(yīng)結(jié)束。反應(yīng)結(jié)束后，攪拌機(jī)7停止工作，顆粒污泥開始沉降，而上面的生物膜8附著在內(nèi)壁無需沉降。沉降完畢后，排水系統(tǒng)動(dòng)作、上清液經(jīng)由排水泵排出，反應(yīng)周期結(jié)束。根據(jù)反應(yīng)器3運(yùn)行情況，可調(diào)節(jié)進(jìn)水桶中進(jìn)水水質(zhì)和每個(gè)反應(yīng)周期的運(yùn)行時(shí)間，從而調(diào)節(jié)反應(yīng)器3的體積負(fù)荷。同時(shí)，通過控制合理的攪拌速度，可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)均勻的傳質(zhì)和促進(jìn)顆粒污泥的形成。反應(yīng)器3的顆粒污泥相和生物膜相之間還存在著強(qiáng)烈的共同促進(jìn)的關(guān)系:生物膜8周期性的脫落提高了顆粒污泥相的污泥濃度，而顆粒污泥9不斷吸附到生物膜8上又促進(jìn)了生物膜8的再生。采用的序批式運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)了兩種生物相的有效持留、并且對(duì)高濃度的進(jìn)水起到了很好的稀釋效果，使得厭氧氨氧化反應(yīng)不受抑制。
【權(quán)利要求】
1.一種基于顆粒污泥和生物膜的復(fù)合式厭氧氨氧化反應(yīng)工藝，其特征在于，使反應(yīng)器主體采用絮狀污泥接種，通過攪拌提升水力切割力、并加入無機(jī)鹽從而形成晶核的方式，逐步形成厭氧氨氧化顆粒污泥；反應(yīng)器采用序批式反應(yīng)器的運(yùn)行方式，通過調(diào)節(jié)排水比的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)含高濃度氨氮進(jìn)水稀釋，以使得反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)濃度在合適的范圍內(nèi)，不造成對(duì)厭氧氨氧化的抑制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于顆粒污泥和生物膜的復(fù)合式厭氧氨氧化反應(yīng)工藝，其特征在于，在反應(yīng)器內(nèi)壁培養(yǎng)厭氧氨氧化生物膜，進(jìn)一步提升反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于顆粒污泥和生物膜的復(fù)合式厭氧氨氧化反應(yīng)工藝，其特征在于，所述無機(jī)鹽為硫酸鎂和氯化鈣，以在水溶液中形成硫酸鈣微晶體，作為顆粒污泥的核心，逐步長成顆粒污泥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于顆粒污泥和生物膜的復(fù)合式厭氧氨氧化反應(yīng)工藝，其特征在于，所述硫酸鎂溶解于進(jìn)水中，濃度為200mg/L，氯化鈣溶解于進(jìn)水中，濃度為300mg/L0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于顆粒污泥和生物膜的復(fù)合式厭氧氨氧化反應(yīng)工藝，其特征在于，所述含高濃度氨氮進(jìn)水濃度控制在650mgN/L，稀釋后控制在130mgN/L ;基質(zhì)濃度為1500mgN/L，稀釋后濃度控制在300mgN/L。
6.一種基于顆粒污泥和生物膜的復(fù)合式厭氧氨氧化反應(yīng)裝置，其特征在于，包括采用低活性絮狀厭氧氨氧化污泥接種的反應(yīng)器(3)，進(jìn)水箱(I)通過進(jìn)水泵(2)連接位于反應(yīng)器(3)下部的進(jìn)水口，反應(yīng)器(3)中設(shè)置攪拌機(jī)(7)，反應(yīng)器(3)中設(shè)置出水泵(6)，位于反應(yīng)器(3)上部設(shè)置有排水口，反應(yīng)器(3)中設(shè)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(jù)權(quán)利要求6所述的基于顆粒污泥和生物膜的復(fù)合式厭氧氨氧化反應(yīng)裝置，其特征在于，所述進(jìn)水泵(2)、攪拌機(jī)(7)和出水泵(6)均連接控制器，控制器控制進(jìn)水泵(2)周期性開啟向反應(yīng)器(3)供水，并在進(jìn)水泵(2)啟動(dòng)前30秒控制攪拌機(jī)(7)啟動(dòng)攪拌，以加強(qiáng)傳質(zhì)并對(duì)絮狀污泥形成水力切割，促進(jìn)顆粒化，反應(yīng)完成后，控制攪拌機(jī)(7)停止使得污泥沉淀。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于顆粒污泥和生物膜的復(fù)合式厭氧氨氧化反應(yīng)裝置，其特征在于，所述攪拌機(jī)(7)的攪拌葉片位于反應(yīng)器(3)的下部，以使得反應(yīng)器(3)上部內(nèi)壁生成厭氧氨氧化生物膜(8)。
【文檔編號(hào)】C02F101/16GK104386812SQ201410640486
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】左劍惡, 趙健, 林甲, 李彭 申請(qǐng)人:清華大學(xué)