專利名稱：一種快速增殖厭氧氨氧化菌的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快速增殖厭氧氨氧化菌的裝置及方法，屬于廢水生物處理技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
隨著近年來富營養(yǎng)化現(xiàn)象在世界水環(huán)境中的肆虐，如何有效地去除水體中的氮素 越來越受到學(xué)者的關(guān)注。相對于物理和化學(xué)法，目前國內(nèi)外主要采用生物脫氮技術(shù)，而應(yīng)用 較廣泛的硝化-反硝化兩段式生物脫氮工藝主要有兩個缺點。首先是能耗大，氨氮硝化需 要外加能源供給氧氣；其次，反硝化反應(yīng)需要碳源作為電子供體，而實際運行中往往因為污 水中碳源不足而需另外投加甲醇等有機碳源。隨著研究的深入，一些高效低能耗的生物脫氮技術(shù)，如短程硝化-反硝化工藝、 ΑΝΑΜΜ0Χ工藝、SHARON工藝、CANON工藝等，逐漸被人們認(rèn)識并應(yīng)用。厭氧氨氧化工藝是厭 氧氨氧化菌在厭氧條件下以氨氮為電子供體，亞硝酸鹽為電子受體進行生物脫氮過程，能 高效完全的去除含氮廢水中的氨污染物。ΑΝΑΜΜ0Χ技術(shù)縮短了脫氮途徑，除具有節(jié)省能量、 降低剩余污泥產(chǎn)量、節(jié)約投資成本和運行費用的優(yōu)勢外，還具有明顯的低碳和可持續(xù)性的 特點。厭氧氨氧化菌為革蘭氏陰性光損性球狀菌，其生長速度緩慢，倍增時間長，最快倍 增時間大約為11天，對環(huán)境條件要求較為嚴(yán)格，避光，特別要求生活環(huán)境為嚴(yán)格的厭氧環(huán) 境。正由于上述特性，導(dǎo)致目前世界上對厭氧氨氧化的研究仍停滯于實驗室研究階段。制約厭氧氨氧化工藝應(yīng)用的最大因素就是厭氧氨氧化菌生長緩慢，倍增時間太 長。如2002年在荷蘭鹿特丹DoWiaven市政污水廠建設(shè)的世界上第一座ΑΝΑΜΜ0Χ反應(yīng)器的 啟動時間長達3年半，最主要的原因就是完全依靠系統(tǒng)自我富集ΑΝΑΜΜ0Χ細菌而增殖緩慢 所致。而且，由于厭氧氨氧化菌要求嚴(yán)格厭氧，目前已見報道的國內(nèi)外厭氧氨氧化實驗裝置 大多采用UASB(升流式厭氧污泥床)反應(yīng)器、生物轉(zhuǎn)盤等固定生長活性污泥法工藝，厭氧氨 氧化菌通常以顆粒污泥狀態(tài)或附著固定狀態(tài)存在。雖然顆?；蚬讨鵂顟B(tài)可以在單位體積內(nèi) 維持較高的生物量以提高反應(yīng)器的抗沖擊負荷能力，但同時存在著傳質(zhì)困難和產(chǎn)生的氮氣 難于導(dǎo)出的問題，尤其是隨著顆粒變大和生物膜變厚，這個問題更加突出，不但影響處理效 果，也導(dǎo)致ΑΝΑΜΜ0Χ菌增殖緩慢?，F(xiàn)階段針對ΑΝΑΜΜ0Χ菌的研究主要集中于機理和工藝方面的研究，而對如何能夠 快速增殖ΑΝΑΜΜ0Χ菌的方法及其反應(yīng)裝置方面的研究較少。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有ΑΝΑΜΜ0Χ菌培養(yǎng)技術(shù)中存在的菌種培養(yǎng)緩慢的問題，本發(fā)明的目的是提 供一種能夠快速增殖厭氧氨氧化菌的裝置及工藝。該裝置設(shè)有塔式反應(yīng)器和沉淀池兩部分。塔式反應(yīng)器配有進水泵、攪拌裝置、溫度 控制裝置，進水口在反應(yīng)器底部，出水溢流口設(shè)置在上部；沉淀池中設(shè)有減速攪拌刮泥裝置和豎流導(dǎo)水沉淀管，沉淀池底部設(shè)有回流口和污泥排放口。塔式反應(yīng)器和沉淀池均為密閉 反應(yīng)器，塔式反應(yīng)器中水溫由溫度控制裝置在線自動調(diào)控，出水溢流至沉淀池；沉淀池中有 刮泥裝置，并靠回流系統(tǒng)將沉淀池中富集的細菌回流至塔式反應(yīng)器。所述的塔式反應(yīng)器主體為圓柱形U-PVC材質(zhì)制成，徑高比為1 4。頂部密封蓋為 無色透明有機玻璃制成，由不銹鋼螺絲通過密封墊圈與塔式反應(yīng)器連接。攪拌裝置設(shè)置在 塔式反應(yīng)器的正中心，并將其固定在密封蓋上，攪拌桿的底部和中部各設(shè)置一片攪拌漿。塔 式反應(yīng)器中水溫由溫度控制裝置在線自動調(diào)控，熱傳感器由反應(yīng)塔頂部插入水中，并將信 號傳回溫控裝置進行自動加熱。進水通過進水泵由底部進水口泵入，由上部的溢流口自動 溢流至沉淀池，塔式反應(yīng)器底部中心處設(shè)有排泥口，塔體中部不同高度處設(shè)有兩個取樣口。沉淀池有效容積為塔式反應(yīng)器的八分之一，柱體和錐體的高度比為1 1，沉淀池 主體通過支架與底座相連。減速攪拌刮泥裝置安裝在密封蓋正中心，攪拌桿穿過豎流導(dǎo)水 沉淀管深入椎體底部，刮泥板由橡膠片制成，安裝高度為刮泥板恰與錐體壁面接觸。沉淀池 依靠溢流出水，回流口和排泥口設(shè)置在錐體底部，出口方向相反。利用上述裝置實現(xiàn)厭氧氨氧化菌快速增殖的方法，包括以下步驟(1)控制塔式反應(yīng)器內(nèi)溫度為30-35°C、pH7. 5_8、無溶解氧，底部進水上端出水， 避免進水基質(zhì)出現(xiàn)短流現(xiàn)象；利用攪拌裝置將進水中的污染物快速分散均勻，使污染物能 與呈分散流化狀態(tài)的污泥充分接觸，提高傳質(zhì)效率。(2)運行培養(yǎng)過程中，利用高強度的攪拌速度保持塔式反應(yīng)器內(nèi)厭氧氨氧化菌的 高度流化狀態(tài)，控制塔式反應(yīng)器中的污泥層為總高度的五分之四左右，減少厭氧氨氧化菌 的溢出。以小粒徑狀態(tài)存在而不形成顆粒污泥，充分提高厭氧氨氧化菌與基質(zhì)的接觸面積， 提高傳質(zhì)效率和反應(yīng)速率。(3)在出水基質(zhì)達到要求后，則提高進水基質(zhì)濃度，控制塔式反應(yīng)器中的厭氧氨氧 化菌始終保持在較高的污泥負荷，使厭氧氨氧化菌處于代謝過程的對數(shù)生長期，實現(xiàn)高反 應(yīng)速率和反應(yīng)效率。(4)沉淀池的回流污泥的回流比為0. 05-0. 2，控制沉淀池中污泥層高度在三分之 一沉淀池錐體高度處以下。發(fā)明的效果和益處(1)用攪拌裝置實現(xiàn)快速攪拌，可以使塔式反應(yīng)器中的微生物呈高度的流化分散 狀態(tài)而不是堆積在底部，使充分與污染物接觸，同時高強度的攪拌使污泥的粒徑較小，提高 了細菌與基質(zhì)的接觸面積，起到強化傳質(zhì)的作用，同時也有利于反應(yīng)產(chǎn)生的氮氣從液相中 溢出從而促進反應(yīng)向產(chǎn)氣的方向進行；(2)較高的徑高比可以控制塔式反應(yīng)器中的污泥層為總高度的五分之四左右，溢 出的菌量較少，維持反應(yīng)塔中較高的細菌量進行厭氧氨氧化反應(yīng)，同時較高的徑高比還可 以避免進水中污染物的短流，較高的水壓也可以提高反應(yīng)產(chǎn)生氮氣的排出速度，促進反應(yīng) 進行，保證出水處理效果；(3)連續(xù)進出水方式和污泥回流有效的降低塔式反應(yīng)器中的進水基質(zhì)濃度，提高 了反應(yīng)裝置抗沖擊負荷能力；(4)通過強化傳質(zhì)效果和及時排出產(chǎn)生的氣體，可以有效提高厭氧氨氧化菌的反 應(yīng)速率和污泥負荷，保持厭氧氨氧化菌的高反應(yīng)活性，使其處于代謝過程中的對數(shù)生長期，實現(xiàn)厭氧氨氧化菌的快速增殖；(5)裝備結(jié)構(gòu)簡單，便于操作控制，造價低廉，培養(yǎng)方法簡單易行，效果明顯。


附圖是快速增值厭氧氨氧化菌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1塔式反應(yīng)器；2沉淀池；3進水泵；4進水口 ；5攪拌裝置；6溫控裝置；7出 水溢流口 ；8取樣口 ；9排泥口 ；10密封墊圈；11回流液進水口 ；12減速攪拌刮泥裝置；13沉 淀池進水口 ； 14沉淀池導(dǎo)水管；15回流液口 ； 16排泥口 ； 17出水口。
具體實施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細說明本發(fā)明裝置和方法的具體實施例。實施例本實施例的裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，由塔式反應(yīng)器1和沉淀池2兩部分組成。塔式 反應(yīng)器配有進水泵3、攪拌裝置5、溫控裝置6，進水口 4設(shè)置在反應(yīng)器底部，出水溢流口 7設(shè) 置在上部；沉淀池中設(shè)有減速攪拌刮泥裝置12和豎流導(dǎo)水沉淀管14，沉淀池底部設(shè)有回流 口 15和污泥排放口 16。塔式反應(yīng)器1為圓柱形U-PVC材質(zhì)制成，徑高比為1 4。頂部密 封蓋為無色透明有機玻璃制成，由不銹鋼螺絲通過密封墊圈10與塔式反應(yīng)器1連接。攪拌 裝置5設(shè)置在塔式反應(yīng)器1的正中心，并將其固定在密封蓋上，攪拌桿的底部和中部各設(shè)置 一片攪拌漿。塔式反應(yīng)器1中水溫由溫度控制裝置6在線自動調(diào)控，熱傳感器由反應(yīng)塔頂 部插入水中，并將信號傳回溫控裝置6進行自動加熱。進水通過進水泵3由底部進水口 4 泵入，由上部的溢流口 7自動溢流至沉淀池2，塔式反應(yīng)器1底部中心處設(shè)有排泥口 9，塔體 中部不同高度處設(shè)有兩個取樣口 8。沉淀池2有效容積為塔式反應(yīng)器1的八分之一，柱體和錐體的高度比為1 1，沉 淀池主體通過支架與底座相連。減速攪拌刮泥裝置12安裝在密封蓋正中心，攪拌桿穿過豎 流導(dǎo)水沉淀管14深入椎體底部，刮泥板由橡膠片制成，安裝高度為刮泥板恰與錐體壁面接 觸。沉淀池依靠溢流出水，回流液口 15和排泥口 16設(shè)置在錐體底部，出口方向相反。本實施例運用上述裝置的具體運行方法如下(1)控制塔式反應(yīng)器內(nèi)溫度為30_35°C、pH7. 5_8、無溶解氧，底部進水上端出水， 避免進水基質(zhì)出現(xiàn)短流現(xiàn)象；利用攪拌裝置將進水中的污染物快速分散均勻，使污染物能 與呈分散流化狀態(tài)的污泥充分接觸，提高傳質(zhì)效率。(2)運行培養(yǎng)過程中保持塔式反應(yīng)器內(nèi)厭氧氨氧化菌的高度流化狀態(tài)，控制反應(yīng) 塔中的污泥層為總高度的五分之四左右，減少厭氧氨氧化菌的溢出。(3)利用高強度的攪拌速度控制厭氧氨氧化菌的性狀，使其以小粒徑狀態(tài)存在而 不形成顆粒污泥，充分提高厭氧氨氧化菌與基質(zhì)的接觸面積，提高傳質(zhì)效率和反應(yīng)速率。(4)在出水基質(zhì)達到要求后，即提高進水基質(zhì)濃度，控制塔式反應(yīng)器中的厭氧氨氧 化菌始終保持在較高的污泥負荷，實現(xiàn)高反應(yīng)速率和反應(yīng)效率，使厭氧氨氧化菌處于代謝 過程的對數(shù)生長期。(5)沉淀池的回流污泥的回流比為0. 05-0. 2，控制沉淀池中污泥層高度在三分之 一錐體高度處以下。
依據(jù)本實施例的裝置和方法對厭氧氨氧化菌進行快速增殖實驗，進水總氮濃度由 100mg/L提高到700mg/L，水力停留時間由24h提高到6h，出水總氮濃度低于40mg/L，總氮 去除率可以穩(wěn)定在90%以上；同時厭氧氨氧化菌增殖迅速，高負荷運行下倍增時間可以達 到15d。應(yīng)用本發(fā)明的裝置和方法培養(yǎng)，可以使厭氧氨氧化菌快速增殖，提高厭氧氨氧化技 術(shù)廣泛應(yīng)用的可行性。
權(quán)利要求
1.一種快速增殖厭氧氨氧化菌的裝置，其特征在于它由塔式反應(yīng)器(1)(和沉淀池 (2)兩部分組成；塔式反應(yīng)器配有進水泵(3)、攪拌裝置(5)、溫度控制裝置(6)，進水口(4) 設(shè)置在反應(yīng)器底部，出水溢流口(7)設(shè)置在上部；沉淀池中設(shè)有減速攪拌刮泥裝置(12)和 豎流導(dǎo)水沉淀管(14)，沉淀池底部設(shè)有回流口(1 和污泥排放口(16)；塔式反應(yīng)器和沉淀 池均為密閉反應(yīng)器，塔式反應(yīng)器中水溫由溫度控制裝置在線自動調(diào)控，出水溢流至沉淀池； 沉淀池中有刮泥裝置，并靠回流系統(tǒng)將沉淀池中富集的細菌回流至塔式反應(yīng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種所述的裝置，其特征在于塔式反應(yīng)器主體為圓柱形 U-PVC材質(zhì)制成，徑高比為1 4;頂部密封蓋為無色透明有機玻璃制成，并由不銹鋼螺絲通 過密封墊圈與塔式反應(yīng)器連接；攪拌裝置設(shè)置在塔式反應(yīng)器的正中心，并將其固定在密封 蓋上，攪拌桿的底部和中部各設(shè)置一片攪拌漿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種所述的3裝置，其特征在于沉淀池有效容積為塔式反 應(yīng)器的八分之一，柱體和錐體的高度比為1 1，沉淀池主體通過支架與底座相連；減速攪 拌刮泥裝置安裝在密封蓋正中心，攪拌桿穿過豎流導(dǎo)水沉淀管深入椎體底部，刮泥板由橡 膠片制成，安裝高度為刮泥板恰與錐體壁面接觸。
4.使用權(quán)利要求1、2或3所述裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)控制塔式反應(yīng)器內(nèi)溫度為30-35°C、pH7.5_8、無溶解氧，底部進水上端出水，避免 進水基質(zhì)出現(xiàn)短流現(xiàn)象；利用攪拌裝置將進水中的污染物快速分散均勻，使污染物能與呈 分散流化狀態(tài)的污泥充分接觸；(2)運行培養(yǎng)過程中，利用高強度的攪拌速度保持塔式反應(yīng)器內(nèi)厭氧氨氧化菌的高度 流化狀態(tài)，控制塔式反應(yīng)器中的污泥層為總高度的五分之四左右；(4)在出水基質(zhì)達到要求后，則提高進水基質(zhì)濃度，控制反應(yīng)塔中的厭氧氨氧化菌的污 泥負荷，使厭氧氨氧化菌處于代謝過程的對數(shù)生長期；(5)沉淀池的回流污泥的回流比為0.05-0. 2，控制沉淀池中污泥層高度在三分之一錐 體高度處以下。
全文摘要
一種快速增殖厭氧氨氧化菌的裝置及方法，屬于廢水生物處理技術(shù)領(lǐng)域。該裝置設(shè)有塔式反應(yīng)器、沉淀池、機械攪拌裝置、溫度控制裝置、回流系統(tǒng)，塔式反應(yīng)器和沉淀池均為密閉反應(yīng)器。塔式反應(yīng)器中水溫由溫度控制裝置在線自動調(diào)控，出水溢流至沉淀池；沉淀池中有刮泥裝置，并靠回流系統(tǒng)將沉淀池中富集的細菌回流至塔式反應(yīng)器。所述方法包括控制塔式反應(yīng)器內(nèi)溫度為30-35℃、pH7.5-8、無溶解氧，利用攪拌裝置將進水中的污染物快速分散，污染物與呈分散流化狀態(tài)的污泥充分接觸。運行培養(yǎng)過程中保持厭氧氨氧化菌的高度流化狀態(tài)，控制沉淀池中污泥層高度在三分之一錐體以下。本發(fā)明使厭氧氨氧化菌快速增殖，提高厭氧氨氧化技術(shù)的推廣。
文檔編號C02F3/28GK102145940SQ201110043759
公開日2011年8月10日 申請日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月23日
發(fā)明者安鵬, 徐曉晨, 李子音, 楊鳳林 申請人:大連理工大學(xué)