一種適用于厭氧氨氧化反應(yīng)的嚴格厭氧反應(yīng)裝置與運行方法
【專利摘要】一種適用于厭氧氨氧化反應(yīng)的嚴格厭氧反應(yīng)裝置與運行方法涉及污水處理領(lǐng)域，針對厭氧氨氧化(Anammox)反應(yīng)的嚴格厭氧式的反應(yīng)裝置以及運行方法。裝置包括嚴格厭氧反應(yīng)器、中間水箱、溫控探頭、電導(dǎo)率探頭、集氣瓶、蠕動泵、三通閥門Ⅰ、三通閥門Ⅱ、三通閥門Ⅲ、加熱磁力攪拌器、磁力轉(zhuǎn)子。厭氧氨氧化反應(yīng)中常因進氣帶入一定量的溶解氧使好氧菌增長，反應(yīng)受到抑制甚至遭到破壞。所述的運行方法是通過中間水箱向嚴格厭氧反應(yīng)器中進水排水，使反應(yīng)處于完全不受溶解氧抑制的嚴格厭氧環(huán)境，在此條件下厭氧氨氧化菌能夠更高效的富集純化，同時，通過電導(dǎo)率探頭實時監(jiān)控電導(dǎo)率的變化，判斷反應(yīng)的進程，及時進水排水提高運行效率。
【專利說明】
一種適用于厭氧氨氧化反應(yīng)的嚴格厭氧反應(yīng)裝置與運行方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于厭氧氨氧化反應(yīng)的嚴格厭氧反應(yīng)裝置與運行方法，屬于污水生物處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著城市的快速發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及生活污水中氮元素的含量逐漸增大。大量含氮的廢水直接排入自然水體從而導(dǎo)致水污染的日益嚴重，藍藻、赤潮等現(xiàn)象頻頻出現(xiàn)，因此如何處理水中氮元素的問題已成為人們研究的熱點。傳統(tǒng)生物脫氮方法為硝化一反硝化工藝，通過硝化菌在好氧條件下將氨氮氧化為硝態(tài)氮，通過反硝化菌在缺氧條件下將硝態(tài)氮還原為氮氣。此工藝能夠?qū)U水有一定的處理效果，但也有很多缺陷，需要為硝化過程提供好氧環(huán)境，在反硝化時需要投加外碳源將硝態(tài)氮還原為氮氣。曝氣提高了工藝的能耗、外加碳源的投加提高了工藝的成本。
[0003]隨著研究的不斷深入，厭氧氨氧化脫氮工藝作為一種新工藝進入人們的視線，它的出現(xiàn)很好的解決了傳統(tǒng)脫氮工藝存在的問題。作為脫氮新途徑，厭氧氨氧化的反應(yīng)方程式為:NH/+1.32N02—+0.066HCO3—+0.13H+— I.02Ν2+0.26N03—+0.066CH2O0.5N0.1s+2.03H20，厭氧氨氧化菌在厭氧條件下以NH/-N為電子供體，N02—-N為電子受體將污水中的N元素轉(zhuǎn)化成氮氣，從而實現(xiàn)脫氮的目的。與傳統(tǒng)的硝化-反硝化工藝相比，厭氧氨氧化工藝無需外加碳源、無需曝氣耗能、產(chǎn)泥量少等顯著優(yōu)點使其具有良好的應(yīng)用前景。但自身的限制條件也影響了它的廣泛應(yīng)用:厭氧氨氧化菌污泥齡長，傳統(tǒng)工藝的氨氧化細菌和亞硝酸鹽氧化菌的世代時間約為5-8天，而厭氧氨氧化菌的世代時間則長達11天以上。厭氧氨氧化反應(yīng)要在厭氧條件下進行，一定濃度的溶解氧將會使厭氧氨氧化菌活性受到抑制甚至受損，從而影響出水水質(zhì)，使出水難以達到排放標準。因此，如何保證厭氧氨氧化反應(yīng)在厭氧環(huán)境中進行且不受到溶解氧的影響，使厭氧氨氧化菌有效地富集成為此工藝的重難點。為了解決上述難點，本發(fā)明針對厭氧氨氧化反應(yīng)設(shè)計了嚴格厭氧的反應(yīng)器以及運行方法，使厭氧氨氧化反應(yīng)處于最佳的厭氧條件，不受溶解氧的影響，從而實現(xiàn)厭氧氨氧化菌的富集和純化，達到高效脫氮的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決溶解氧對厭氧氨氧化反應(yīng)的抑制、厭氧氨氧化菌難以富集純化的問題，為其提供一個嚴格厭氧的生長環(huán)境，從而實現(xiàn)富集純化的目的。
[0005]1.—種適用于厭氧氨氧化反應(yīng)的嚴格厭氧反應(yīng)裝置，其特征在于:
[0006]該裝置包括嚴格厭氧反應(yīng)器10、中間水箱5、溫控探頭1、電導(dǎo)率探頭2、集氣瓶3、蠕動栗4、三通閥門16、三通閥門Π 7、三通閥門ΙΠ8、加熱磁力攪拌器9、磁力轉(zhuǎn)子11;其特征在于:將磁力轉(zhuǎn)子11加入嚴格厭氧反應(yīng)器10中并置于加熱磁力攪拌器9上，插上溫控探頭1、電導(dǎo)率探頭2、集氣管集氣瓶3通過集氣管與嚴格厭氧反應(yīng)器10相連，中間安裝三通閥門ΙΠ8，嚴格厭氧反應(yīng)器10通過橡膠管與蠕動栗4連接，接入三通閥門Π 7，橡膠管一端插入嚴格厭氧反應(yīng)器10，膠管另一端插入中間水箱5底部，嚴格厭氧反應(yīng)器10與中間水箱5用橡膠管相連，橡膠管末端中間連接三通閥門16形成回路;嚴格厭氧反應(yīng)器10與中間水箱5以及集氣瓶3相連通且與外界隔絕，形成一個封閉式的系統(tǒng)。
[0007]2.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的嚴格厭氧反應(yīng)裝置的運行方式特征在于:
[0008]①系統(tǒng)啟動階段:將污泥濃度為3000±100mg/L的厭氧氨氧化反應(yīng)泥加入嚴格厭氧反應(yīng)器10，進行污泥接種;利用鹽酸調(diào)節(jié)pH為7.5，控制溫度為35°C;通過氮氣瓶向嚴格厭氧反應(yīng)器10中通氮氣，除去污泥中的溶解氧;將嚴格厭氧反應(yīng)器10放在加熱磁力攪拌器9上并放入磁力轉(zhuǎn)子11，完成反應(yīng)器系統(tǒng)的啟動污泥的接種；
[0009]②嚴格厭氧裝置的運行步驟:進水連通三通閥門Π7通過蠕動栗4打入中間水箱5，中間水箱5內(nèi)的氣體通過三通閥門16排出；進完水后將氮氣瓶與三通閥門16相接，向中間水箱5內(nèi)曝氮氣，保證進水中的溶解氧被完全去除，廢氣從三通閥門16排出；此后通過三通閥門16、三通閥門Π 7將嚴格厭氧反應(yīng)器10、中間水箱5相連通，通過蠕動栗4將中間水箱5內(nèi)已除氧基質(zhì)的進水打入嚴格厭氧反應(yīng)器10中進行厭氧氨氧化反應(yīng);在厭氧氨氧化反應(yīng)過程中，嚴格厭氧反應(yīng)器10與中間水箱5以及集氣瓶3相連通且與外界隔絕，形成一個封閉式的系統(tǒng)，集氣瓶3用于收集反應(yīng)所產(chǎn)生的氮氣；當(dāng)反應(yīng)結(jié)束，電導(dǎo)率波動范圍不超過lOOyS/cm。
[0010]更為具體的:
[0011]在運行反應(yīng)裝置之前，首先要向反應(yīng)器中接種啟動泥。將污泥濃度為3000±100mg/L的厭氧氨氧化反應(yīng)泥加入嚴格厭氧反應(yīng)器中。將氮氣瓶通過三通閥門I與嚴格厭氧反應(yīng)器相連，關(guān)閉三通閥門π，轉(zhuǎn)動三通閥門m使嚴格厭氧反應(yīng)器與大氣相通。打開氮氣瓶，向嚴格厭氧反應(yīng)器中通氮氣，除去接種污泥中的氧基質(zhì)，廢氣通過三通閥門m排出。轉(zhuǎn)動三通閥門m使集氣瓶與嚴格厭氧反應(yīng)器相連接，收集反應(yīng)產(chǎn)生的氮氣，關(guān)閉三通閥門I π防止進空氣。將嚴格厭氧反應(yīng)器放在加熱磁力攪拌器上并放入轉(zhuǎn)子，完成反應(yīng)器系統(tǒng)啟動污泥的接種。
[0012]3.嚴格厭氧反應(yīng)裝置運行的具體操作步驟是:
[0013]①通過三通閥門Π將進水打入中間水箱，打開三通閥門I使中間水箱與空氣相通，開蠕動栗向右轉(zhuǎn)，調(diào)整轉(zhuǎn)速，進水到達中間水箱體積的4/5時，關(guān)停蠕動栗，關(guān)閉三通閥門Π。在三通閥門Π上接氮氣瓶，連通氮氣瓶與中間水箱，往中間水箱中曝氮氣5min，去除氧基質(zhì)。
[0014]②轉(zhuǎn)動三通閥門I和三通閥門Π將嚴格厭氧反應(yīng)器與中間水箱連通，使嚴格厭氧反應(yīng)器與中間水箱成為氣體相通的一體。開啟蠕動栗，栗向左轉(zhuǎn)，中間水箱內(nèi)的配水進入嚴格厭氧反應(yīng)器，5min后進水完成，關(guān)閉三通閥門1、Π。厭氧氨氧化菌在嚴格厭氧反應(yīng)器內(nèi)得到反應(yīng)基質(zhì)開始發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)。
[0015]③厭氧氨氧化反應(yīng)進行時，嚴格厭氧反應(yīng)器上的電導(dǎo)率逐漸下降，當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后電導(dǎo)率不再變化。通過電導(dǎo)率探頭判斷厭氧氨氧化反應(yīng)進行的程度，進行及時的排水，提高運行效率。
[0016]④當(dāng)電導(dǎo)率探頭顯示電導(dǎo)率不再變化，表示厭氧氨氧化反應(yīng)完全結(jié)束，沉淀40min后進行排水。打開三通閥門In，調(diào)整蠕動栗向右轉(zhuǎn)，將嚴格厭氧反應(yīng)器中的上清液排入中間水箱，避免直接從嚴格厭氧反應(yīng)器排出系統(tǒng)外而帶入空氣抑制厭氧氨氧化反應(yīng)。當(dāng)嚴格厭氧反應(yīng)器中的排水全被打入中間水箱后，關(guān)閉三通閥門1、三通閥門Π。
[0017]⑤在三通閥門Π上接一根橡膠管，用于排水。轉(zhuǎn)動三通閥門I，接通中間水箱與大氣，三通閥門π接通橡膠管與中間水箱，開蠕動栗，栗向左轉(zhuǎn)，使中間水箱中的出水順利排出。同時，空氣從三通閥門I進入中間水箱，保證內(nèi)外氣壓相同，中間水箱中的出水能夠順利的排出。重復(fù)上述運行方式不斷運行進入下一個周期。
[0018]運用嚴格厭氧反應(yīng)裝置進行厭氧氨氧化反應(yīng)的優(yōu)勢在于:
[0019]1.嚴格厭氧反應(yīng)裝置提供嚴格的厭氧環(huán)境，在這樣的環(huán)境中進行厭氧氨氧化反應(yīng)，避免空氣的進入，在溶解氧較低的狀態(tài)下，是厭氧氨氧化最適宜的生存環(huán)境，因此氨氧化細菌和亞硝酸鹽氧化菌在菌群中所占的比例也會逐漸降低。對于較難培養(yǎng)，世代時間較長的厭氧氨氧化菌來說在嚴格厭氧的反應(yīng)器中培養(yǎng)，較容易實現(xiàn)菌種的富集和純化。
[0020]2.在嚴格厭氧反應(yīng)裝置中，培養(yǎng)厭氧氨氧化菌，從開始占總菌群數(shù)的少部分，逐漸百分比上升。厭氧氨氧化菌為反應(yīng)的有效菌種，比例越高，反應(yīng)效率越高，處理同等負荷的污水所需要的時間就越短，因此在嚴格厭氧反應(yīng)裝置中進行厭氧氨氧化反應(yīng)有利于縮短反應(yīng)周期。
[0021 ] 3.在反應(yīng)器上添加電導(dǎo)率探頭，通過反應(yīng)器內(nèi)電導(dǎo)率的變化了解厭氧氨氧化反應(yīng)的進程，在反應(yīng)結(jié)束后及時排水進水。當(dāng)反應(yīng)穩(wěn)定運行后，可調(diào)整為自動控制模式，提高反應(yīng)器的運行效率。
【附圖說明】
[0022]圖1是嚴格厭氧反應(yīng)裝置示意圖:
[0023]圖1中I一溫控探頭；2—電導(dǎo)率探頭(Cond) ； 3一集氣瓶;4一婦動栗;6—二通閥丨]I; 5—中間水箱;7—三通閥門Π ; 8—三通閥門ΙΠ ;9—加熱磁力攪拌器；10—嚴格厭氧反應(yīng)器;11一磁力轉(zhuǎn)子。
[0024]圖2進出水水質(zhì)變化折線圖。
[0025]圖3典型周期內(nèi)的電導(dǎo)率變化趨勢。
【具體實施方式】
[0026]利用嚴格厭氧反應(yīng)裝置與運行方法處理污水的實例如下:
[0027]1.嚴格厭氧反應(yīng)裝置的啟動:向反應(yīng)器中接種啟動泥。向嚴格厭氧反應(yīng)器中加入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)，污泥濃度為3100mg/L。通過三通閥門I將氮氣瓶與嚴格厭氧反應(yīng)器相連，關(guān)閉三通閥門Π，轉(zhuǎn)動三通閥門m使嚴格厭氧反應(yīng)器與大氣相通。轉(zhuǎn)動氮氣瓶閥門，向嚴格厭氧反應(yīng)器中通氮氣，除去接種污泥中的氧基質(zhì)。關(guān)閉三通閥門I防止進空氣，轉(zhuǎn)動三通閥門m使集氣瓶與嚴格厭氧反應(yīng)器相連接，以便收集反應(yīng)產(chǎn)生的氮氣。將嚴格厭氧反應(yīng)器放在加熱磁力攪拌器上并放入磁力轉(zhuǎn)子，完成反應(yīng)器系統(tǒng)的啟動污泥的接。
[0028]2.嚴格厭氧反應(yīng)裝置的實例運行:
[0029]①試驗實驗進水使用(NH4)2S04、NaN02、KHC03、MgS04、Cacl2、KHP04配置成冊4+濃度為30mg/L，N02—濃度為40mg/L的模擬廢水，用鹽酸調(diào)節(jié)pH=7.5。嚴格厭氧反應(yīng)器與中間水箱都使用5L的SBR反應(yīng)器。進水接入三通閥門Π，通過蠕動栗與中間水箱相連，三通閥門I連通中間水箱與空氣，使內(nèi)外氣壓相同，順利進水，開蠕動栗向右轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為50r/min，進水2min后，進水到達4L，液面處于中間水箱體積的4/5處，關(guān)停蠕動栗，關(guān)閉三通閥門Π。將進水管取下，接上氮氣瓶，連通氮氣瓶與中間水箱，向中間水箱中曝純氮氣5min，除氧基質(zhì)。將三通閥門I關(guān)閉，防止空氣進入，關(guān)閉氮氣瓶。
[0030]②轉(zhuǎn)動三通閥門I和三通閥門Π將嚴格厭氧反應(yīng)器與中間水箱連通，使嚴格厭氧反應(yīng)器與中間水箱成為氣體相通的一體。開啟蠕動栗，轉(zhuǎn)速為20r/min，栗向左轉(zhuǎn)，將中間水箱內(nèi)的配水打進嚴格厭氧反應(yīng)器，5min后，完成進水。厭氧氨氧化菌在嚴格厭氧反應(yīng)器內(nèi)得到反應(yīng)基質(zhì)開始發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)。
[0031]③厭氧氨氧化反應(yīng)進行時，嚴格厭氧反應(yīng)器內(nèi)的電導(dǎo)率會逐漸下降，剛完成進水時的電導(dǎo)率為1425yS/cm，當(dāng)反應(yīng)11小時后，電導(dǎo)率在1170yS/cm附近波動，表明反應(yīng)已結(jié)束，典型周期內(nèi)的電導(dǎo)率變化趨勢詳見圖3。
[0032]④當(dāng)電導(dǎo)率探頭顯示電導(dǎo)率不再變化后，厭氧氨氧化反應(yīng)完全結(jié)束，沉淀40min后進行排水，提高反應(yīng)運行效率。打開三通閥I Π，將蠕動栗轉(zhuǎn)向調(diào)整，調(diào)整為向右轉(zhuǎn)20r/min，使嚴格厭氧反應(yīng)器與中間水箱相連接，將嚴格厭氧反應(yīng)器中厭氧氨氧化反應(yīng)后的的排水打入中間水箱，這樣可以避免在排水直接從反應(yīng)器排出系統(tǒng)外時帶入空氣抑制反應(yīng)的進行。5min后嚴格厭氧反應(yīng)器中的上清液全被排入中間水箱，關(guān)閉三通閥門I Π。
[0033]⑤在三通閥門Π上接一根橡膠管用于排水。三通閥門I接通中間水箱與大氣，三通閥門Π接通橡膠管與中間水箱，開蠕動栗，調(diào)整栗向左轉(zhuǎn)，栗轉(zhuǎn)速為50r/min，經(jīng)過2min，將中間水箱中厭氧氨氧化反應(yīng)的出水順利排出。同時，空氣從三通閥門I進入中間水箱，保證內(nèi)外氣壓相同，中間水箱中的出水能夠順利的排出。完成一個周期的運行。重復(fù)上述運行方式不斷運行。
[0034]⑥每天兩個周期，按照上述運行方式。兩天檢測一次進出水水質(zhì)狀況，通過厭氧氨氧化反應(yīng)去除NH4+、N02—的能力判斷反應(yīng)器內(nèi)厭氧氨氧化菌的生長情況。檢測的指標有NH4'N02—、NO3'Cond。
[0035]連續(xù)反應(yīng)20天，40個周期后，從出水NH4+、N02—的濃度可知，脫氮效果明顯變好。第17天之后，出水NH4+濃度小于5mg/L，N02—濃度小于lmg/L，且能穩(wěn)定出水水質(zhì)。進出水變化趨勢詳見圖2。
【主權(quán)項】
1.一種適用于厭氧氨氧化反應(yīng)的嚴格厭氧反應(yīng)裝置，其特征在于: 該裝置包括嚴格厭氧反應(yīng)器(10)、中間水箱(5)、溫控探頭(1)、電導(dǎo)率探頭(2)、集氣瓶(3)、蠕動栗(4)、三通閥門I (6)、三通閥門Π (7)、三通閥門ΙΠ (8)、加熱磁力攪拌器(9)、磁力轉(zhuǎn)子(I I);其特征在于:將磁力轉(zhuǎn)子(I I)加入嚴格厭氧反應(yīng)器(10)中并置于加熱磁力攪拌器(9)上，插上溫控探頭(1)、電導(dǎo)率探頭(2)、集氣管集氣瓶(3)通過集氣管與嚴格厭氧反應(yīng)器(10)相連，中間安裝三通閥門ΙΠ(8)，嚴格厭氧反應(yīng)器(10)通過橡膠管與蠕動栗(4)連接，接入三通閥門Π (7)，橡膠管一端插入嚴格厭氧反應(yīng)器(10)，膠管另一端插入中間水箱(5)底部，嚴格厭氧反應(yīng)器(10)與中間水箱(5)用橡膠管相連，橡膠管末端中間連接三通閥門I(6)形成回路;嚴格厭氧反應(yīng)器(10)與中間水箱(5)以及集氣瓶(3)相連通且與外界隔絕，形成一個封閉式的系統(tǒng)。2.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的嚴格厭氧反應(yīng)裝置的運行方式特征在于: ①系統(tǒng)啟動階段:將污泥濃度為3000±100mg/L的厭氧氨氧化反應(yīng)泥加入嚴格厭氧反應(yīng)器(10)，進行污泥接種;利用鹽酸調(diào)節(jié)pH為7.5，控制溫度為35°C;通過氮氣瓶向嚴格厭氧反應(yīng)器(10)中通氮氣，除去污泥中的溶解氧;將嚴格厭氧反應(yīng)器(10)放在加熱磁力攪拌器(9)上并放入磁力轉(zhuǎn)子(11)，完成反應(yīng)器系統(tǒng)的啟動污泥的接種； ②嚴格厭氧裝置的運行步驟:進水連通三通閥門Π(7)通過蠕動栗(4)打入中間水箱(5)，中間水箱(5)內(nèi)的氣體通過三通閥門I (6)排出；進完水后將氮氣瓶與三通閥門I (6)相接，向中間水箱(5)內(nèi)曝氮氣，保證進水中的溶解氧被完全去除，廢氣從三通閥門I (6)排出；此后通過三通閥門I (6)、三通閥門Π (7)將嚴格厭氧反應(yīng)器(1)、中間水箱(5)相連通，通過蠕動栗(4)將中間水箱(5)內(nèi)已除氧基質(zhì)的進水打入嚴格厭氧反應(yīng)器(10)中進行厭氧氨氧化反應(yīng);在厭氧氨氧化反應(yīng)過程中，嚴格厭氧反應(yīng)器(10)與中間水箱(5)以及集氣瓶(3)相連通且與外界隔絕，形成一個封閉式的系統(tǒng)，集氣瓶(3)用于收集反應(yīng)所產(chǎn)生的氮氣；當(dāng)反應(yīng)結(jié)束，電導(dǎo)率波動范圍不超過100yS/cm。
【文檔編號】C02F101/16GK105906042SQ201610405940
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月9日
【發(fā)明人】彭永臻, 張向暉, 賈方旭, 韓金浩, 王淑瑩
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)