CN105314733B - 一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，它的下部设有升流反应室，上部设有沉淀室，沉淀室包括缓冲释气区、中心沉淀区、出水溢流区，沉淀室顶部设有钙盐溶液引流管，升流反应室顶部设有截流挡板，截流挡板上部设有与之平行的导流隔板，截流挡板与导流隔板之间形成导流区，循环管顶端从导流区引出，底端伸入升流反应室内部，导流隔板上部与缓冲释气挡板相接，出水溢流区与中心沉淀区由倾斜分流挡板隔开。本发明充分利用高负荷厌氧氨氧化反应器的产气作用及文丘里效应，强化钙盐沉淀附着于厌氧氨氧化颗粒浮泥，实现颗粒浮泥返回反应区，从而提高反应区生物量并最终提高反应器厌氧氨氧化脱氮性能。

Description

一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器

技术领域

本发明涉及废水生物脱氮技术领域，特别涉及一种有效缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器。

背景技术

近十年来，氨氮废水的大量排放造成了严重的环境污染。氨氮进入水体，可使湖泊富营养化，造成蓝藻、绿藻等藻类爆发，耗尽水体中的溶解氧，使水生动植物死亡，水生生态系统遭到严重破坏。同时，氨氮排入水体中，可与水中其他物质反应生成多种有毒物质，严重危害水质安全。国家出台了一系列措施、制度，旨在控制水体氨氮污染。其中，“十二五”规划中已将氨氮列为约束性控制指标，成为继化学需氧量(COD)后水体污染控制中的第二个约束性控制指标。废水氮素污染控制是实现国家环保目标和保证社会可持续发展的重大环保课题。

常用的废水脱氮方法有吹脱法、沉淀法、吸附法以及折点氯化法等，但存在能耗高、二次污染严重以及操作不便等缺点，难以大规模推广应用。传统的生物脱氮技术则存在脱氮速率不高，需氧量大以及需外加有机物以提供电子供体等不足。厌氧氨氧化可在缺氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨直接氧化为氮气，该过程无需添加有机物和曝气，因而可大大降低能耗和运行费用，且剩余污泥产量少，容积效能高，其容积氮去除负荷可达77kg/(m³·d)，可大大降低废水处理成本及减少反应器的占地面积，因而被公认为迄今最具可持续发展特性的废水脱氮技术。目前已在污泥压滤液、垃圾渗滤液、味精废水、制药废水等领域获得了应用，显示了良好的应用潜力。

在厌氧氨氧化反应器的运行过程中，随着氮容积负荷的提升，氮气产生量逐渐增大，反应器内逐步出现浮于水面的颗粒污泥，且越积越多，这些颗粒污泥粒径较大，呈现鲜红色，并且在颗粒污泥表面发现吸附有气泡。另外，深入研究还发现，厌氧氨氧化颗粒污泥内部与污泥表面存在排气通道，正常情况下产生的氮气可通过该通道排出颗粒污泥内部，不至于减少颗粒污泥的密度，因而颗粒污泥能够正常沉降；然而，一些污泥的排气通过往往会被堵塞，导致气体无法有效排出而被包埋在颗粒污泥内部，使污泥的密度小于水而上浮。污泥上浮时，颗粒污泥浮于水面，其中的功能菌基本上不参与脱氮反应，因而降低了反应器内的有效生物量，导致反应器的脱氮效能不佳。同时，大量浮泥浮于水面，严重时可堵塞出水管道，导致反应器无法正常运行。

钙盐沉淀法是一种能够有效缓解厌氧氨氧化反应器运行过程中颗粒污泥上浮的方法，通过在向反应器中定向投加钙盐、磷酸盐或者碳酸盐等，可生成部分钙盐沉淀；由于厌氧氨氧化颗粒污泥表面具有丰富的胞外多聚物及有机官能团等，生成的钙盐沉淀可通过这些污泥的粘结、吸附作用附着于颗粒污泥上，从而增加其密度，提高污泥的沉降性能，显著改善厌氧氨氧化反应器的脱氮性能。

基于以上思路，本发明基于内循环理论及文丘里效应，通过反应器结构设计，将颗粒浮泥汇集于缓冲释气区，并设置钙盐溶液投加装置，强化钙盐沉淀有效附着于颗粒浮泥之上，最终通过重力沉降与内循环使颗粒浮泥返回反应区，提高反应区的生物量，进而提高反应器的脱氮性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，

一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，包括中空的反应器本体和循环管，反应器本体下部连接有升流反应室，升流反应室的底部设有进水管，反应器本体上部设有沉淀室，沉淀室包括平行设置的缓冲释气区、中心沉淀区和出水溢流区，沉淀室外壁设有出水管，出水溢流区设有竖直的溢流挡板，溢流挡板的底端连接出水管，沉淀室顶部设有集气管和钙盐溶液流加装置，升流反应室通过上大下小的渐扩管与沉淀室连接，升流反应室顶部设有截流挡板，截流挡板上部设有与之平行的导流隔板，截流挡板与导流隔板之间形成导流区，循环管顶端从导流区内引出至反应器本体外，底端伸入升流反应室内部，导流隔板上部连接竖直设置的缓冲释气挡板，出水溢流区与中心沉淀区由倾斜分流挡板隔开。

所述的一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，所述的截流挡板位于升流反应室顶部，全面覆盖升流反应室的横截面积，且截流挡板的面积与升流反应室的横截面积之比为1:0.3～0.7，截留挡板与渐扩管内壁形成狭小出口的截面积与缓冲释气区截面积之比为1:2～5。

所述的一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，所述的导流隔板为多孔状隔板，隔板上的小孔直径为2～5mm，隔板上小孔的总面积与导流隔板总面积之比为1:1.3～3。

所述的一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，所述的循环管的底端从升流反应室中部伸入升流反应室中心区域，循环管底端出口截面与升流反应室中心线所形成的夹角β为5～15°，循环管与升流反应室的横截面积之比为1:8～15。

所述的一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，所述的沉淀室中的缓冲释气区、中心沉淀区和出水溢流区的体积比为1:1～1.5:0.8～1.2。

所述的一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，所述的导流区的横截面积与缓冲释气区横截面积的比例为1：2～5，与循环管的横截面积比例为1:0.2～0.5。

所述的一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，所述的倾斜分流挡板位于沉淀室内并分隔中心沉降区与出水溢流区，顶部高出水面的长度占总其长度的8～15％，倾斜分流挡板底端与渐扩管内壁形成的狭缝的横截面积与沉淀室横截面积之比为1:20～40，与水面形成的夹角α为70～80°，倾斜分流挡板底端与导流隔板底端在水平面上的距离l与沉淀室直径之比为1:15～30。

所述的一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，所述的钙盐溶液流加装置位于反应器顶部、缓冲释气区上方，由引流管与3～6个喷淋头组成。

所述的一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，所述的集气管设置于缓冲释气区上方。

与现有技术相比，本发明所具有的优点：

(一)本发明充分利用高负荷厌氧氨氧化反应器产气量大的特性，通过强化文丘里效应，实现了厌氧氨氧化反应器内流体高效内循环，提高了反应器内的传质效率；

(二)本发明可在缓冲释气区收集厌氧氨氧化颗粒浮泥，通过设置钙盐溶液流加装置，将可溶性钙盐均匀地流加至缓冲释气区，充分利用缓冲释气区气体释放过程的搅拌作用，实现可溶性钙盐的沉淀反应及钙盐沉淀在颗粒浮泥上的附着，提高颗粒浮泥的密度及沉降性能。

(三)本发明充分利用产气过程所产生的气提作用及文丘里效应，不仅可提高缓冲释气区的沉淀效率，而且可强化内循环，将钙盐沉淀附着的颗粒浮泥强化回流至反应区，提高反应区的生物量。

(四)本发明设置的导流隔板，可有效阻止颗粒浮泥进入中心沉淀区及出水溢流区，并且通过倾斜分流挡板的作用，提高了沉淀池的沉淀性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为厌氧氨氧化颗粒浮泥

图3为采用本发明的实施例获得的沉降性能优良的厌氧氨氧化颗粒污泥。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步说明，而非限制本发明。

参见图1，本实施例包括中空的反应器本体和循环管，反应器本体下部连接有升流反应室，升流反应室的底部设有进水管，反应器本体上部设有沉淀室，沉淀室包括平行设置的缓冲释气区、中心沉淀区和出水溢流区，沉淀室外壁设有出水管，出水溢流区设有竖直的溢流挡板，溢流挡板的底端连接出水管，沉淀室顶部设有集气管和钙盐溶液流加装置，升流反应室通过上大下小的渐扩管与沉淀室连接，升流反应室顶部设有截流挡板，截流挡板上部设有与之平行的导流隔板，截流挡板与导流隔板之间形成导流区，循环管顶端从导流区内引出至反应器本体外，底端伸入升流反应室内部，导流隔板上部连接竖直设置的缓冲释气挡板，出水溢流区与中心沉淀区由倾斜分流挡板隔开。

本实施例的截流挡板位于升流反应室顶部，全面覆盖升流反应室的横截面积，且截流挡板的面积与升流反应室的横截面积之比为1:0.3～0.7，截留挡板与渐扩管内壁形成狭小出口的截面积与缓冲释气区截面积之比为1:2～5，这样可强化文丘里效应。

本实施例的导流隔板为多孔状隔板，隔板上的小孔直径为2～5mm，隔板上小孔的总面积与导流隔板总面积之比为1:1.3～3，其目的是为防止颗粒浮泥进入中心沉淀区。

本实施例循环管的底端从升流反应室中部伸入升流反应室中心区域，循环管底端出口截面与升流反应室中心线所形成的夹角β为5～15°，循环管与升流反应室的横截面积之比为1:8～15，以防止升流反应室底部所产生的气体及其带动的泥水混合物进入循环管。

本实施例沉淀室中的缓冲释气区、中心沉淀区和出水溢流区的体积比为1:1～1.5:0.8～1.2。

本实施例导流区的横截面积与缓冲释气区横截面积的比例为1：2～5，与循环管的横截面积比例为1:0.2～0.5，可强化导流区与循环管的文丘里效应。

本实施例倾斜分流挡板位于沉淀室内并分隔中心沉降区与出水溢流区，顶部高出水面的长度占总其长度的8～15％，倾斜分流挡板底端与渐扩管内壁形成的狭缝的横截面积与沉淀室横截面积之比为1:20～40，与水面形成的夹角α为70～80°，倾斜分流挡板底端与导流隔板底端在水平面上的距离l与沉淀室直径之比为1:15～30。

本实施例的钙盐溶液流加装置位于反应器顶部、缓冲释气区上方，由引流管与3～6个喷淋头组成。

本实施例的集气管设置于缓冲释气区上方，以便于收集释放出的气体。

参见图2、图3，采用本实施例进行操作实施如下：收集厌氧氨氧化浮泥0.3L，测得污泥粒径范围为2～6mm。首先用1mM的磷酸缓冲液(pH＝7)冲洗3次，再将其置于含碳酸氢钾浓度4g/L，磷酸二氢钠浓度0.3g/L，氯化钙浓度0.1g/L，氨氮浓度100mg/L、亚硝酸盐浓度为100mg/L的混合溶液(pH＝7.5)中，先通入氩气除氧30min，保持溶液缺氧状态，搅拌速度10r/min，搅拌24h。再重复上述步骤后将预处理后的厌氧氨氧化浮泥投入总容积1.5L的本发明的装置中，保持反应器进水中的碳酸氢钾浓度为3～4g/L，磷酸二氢钠0.05g/L，反应区顶部流加0.2g/L的氯化钙浓度，流加速度通过蠕动泵控制为12mL/(L·d)，经过150多天的运行，绝大部分厌氧氨氧化浮泥逐渐沉降至反应器底部，反应器的进水氨氮和亚硝酸盐浓度可提高为350mg/L和380mg/L，反应器的平均氨氮与亚硝酸盐去除率分别为93％和99％，显示出高效的厌氧氨氧化性能。

Claims (9)

1.一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，其特征在于，包括中空的反应器本体和循环管(4)，反应器本体下部连接有升流反应室(2)，升流反应室(2)的底部设有进水管(1)，反应器本体上部设有沉淀室(15)，沉淀室(15)包括平行设置的缓冲释气区(3)、中心沉淀区(5)和出水溢流区(6)，沉淀室(15)外壁设有出水管(7)，出水溢流区(6)设有竖直的溢流挡板，溢流挡板的底端连接出水管，沉淀室(15)顶部设有集气管(12)和钙盐溶液流加装置(13)，升流反应室(2)通过上大下小的渐扩管(14)与沉淀室(15)连接，升流反应室顶部设有截流挡板(8)，截流挡板(8)上部设有与之平行的导流隔板(9)，截流挡板(8)与导流隔板(9)之间形成导流区(16)，循环管(4)顶端从导流区(16)内引出至反应器本体外，底端伸入升流反应室(2)内部，导流隔板(9)上部连接竖直设置的缓冲释气挡板(11)，出水溢流区(6)与中心沉淀区(5)由倾斜分流挡板(10)隔开。

2.根据权利要求1所述的一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，其特征在于，所述的截流挡板(8)位于升流反应室顶部，全面覆盖升流反应室的横截面积，且截流挡板(8)的面积与升流反应室的横截面积之比为1:0.3～0.7，截流挡板(8)与渐扩管(14)内壁形成狭小出口的截面积与缓冲释气区(3)截面积之比为1:2～5。

3.根据权利要求1所述的一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，其特征在于，所述的导流隔板(9)为多孔状隔板，隔板上的小孔直径为2～5mm，隔板上小孔的总面积与导流隔板总面积之比为1:1.3～3。

4.根据权利要求1所述的一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，其特征在于，所述的循环管(4)的底端从升流反应室(2)中部伸入升流反应室中心区域，循环管(4)底端出口截面与升流反应室(2)中心线所形成的夹角β为5～15°，循环管(4)与升流反应室(2)的横截面积之比为1:8～15。

5.根据权利要求1所述的一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，其特征在于，所述的沉淀室(15)中的缓冲释气区(3)、中心沉淀区(5)和出水溢流区(6)的体积比为1:1～1.5:0.8～1.2。

6.根据权利要求1所述的一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，其特征在于，所述的导流区(16)的横截面积与缓冲释气区横截面积的比例为1：2～5，与循环管(4)的横截面积比例为1:0.2～0.5。

7.根据权利要求1所述的一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，其特征在于，所述的倾斜分流挡板(10)位于沉淀室(15)内并分隔中心沉淀区(5)与出水溢流区(6)，顶部高出水面的长度占总长度的8～15％，倾斜分流挡板(10)底端与渐扩管(14)内壁形成的狭缝的横截面积与沉淀室横截面积之比为1:20～40，与水面形成的夹角α为70～80°，倾斜分流挡板(10)底端与导流隔板(9)底端在水平面上的距离l与沉淀室直径之比为1:15～30。

8.根据权利要求1所述的一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，其特征在于，所述的钙盐溶液流加装置(13)位于反应器顶部、缓冲释气区(3)上方，由引流管与3～6个喷淋头组成。

9.根据权利要求1所述的一种缓解颗粒污泥上浮的厌氧氨氧化反应器，其特征在于，所述的集气管设置于缓冲释气区上方。