专利名称：一种用于微生物处理高浓度氨氮废水的装置和方法
技术领域：
本发明属于环保技术领域，特别涉及一种用于微生物处理高浓度氨氮废水的装置。
背景技术：
随着我国经济建设的飞速发展，水污染问题日益突出，氮素污染物的排放量也日益增加，废水中的氨氮浓度也越来越高，造成了水体富营养化，扰乱了水生生态系统。水污染和水资源短缺的双重压力严重制约了中国经济社会发展。废水脱氮的方法有物理法、化学法和生物法等，其中由于生物法具有消耗能量较少、成本较为低廉、副产物少、不会对环境造成二次污染等优点，在实际工程中应用较多。在传统的生物脱氮方法中，对废水中氨氮的处理，主要是通过先硝化、后反硝化的方式，将氨氮最终转化为氮气。然而，这种方式常常需要向待处理废水中补充有机碳源，提高待处理废水的碳氮比，同时需要消耗大量的氧气，满足微生物的生长需要。针对传统生物脱氮方法的缺点，各国环保科技工作者一直在积极探索。近年来发现了一种厌氧氨氧化的方法，不需要外加有机碳源和氧气便可有效地清除废水中高浓度氨氮。厌氧氨氧化是一种以NH4+为电子供体、以N02_为电子受体的新型生物脱氮反应，在废水生物脱氮领域具有良好的开发应用前景。目前针对这种方法，已开发出多种新型生物反应器，如:《一种厌氧氨氧化反应器》(专利号ZL200520116708.X)、《上流式厌氧氨氧化生物膜反应器》(专利号ZL03255788.4)、《厌氧氨氧化菌富集装置》(专利号:ZL 200720303314.4)等。然而，这些方法大多采用上流式反应器的形式，存在活性污泥易随水排出、启动时间长、流程短、处理效果低等缺点。
发明内容
本发明的主要目的是针对现有技术中的不足，提出一种用于微生物处理高氨氮浓度废水装置和方法。本发明通过以下技术方案来实现:所述的用于微生物处理高浓度氨氮废水装置，主要由废液储箱、反应器主体、进水泵、收集桶、温控器、回流泵、废气收集器和各种管道组成，反应器主体中的填料由沸石或火山石或麦饭石等组成。高浓度氨氮待处理废水储藏在废液储箱中，根据设定的流速通过进水泵泵入到反应器主体中，被微生物分离降解后，通过反应器主体上的排液口进入集水槽。其中集水槽中的上清液由其上的出水口进入液体收集桶，下沉液由其上的回流口在回流泵的作用下按设定流速回流到反应器主体中，继续被微生物处理。反应器主体中处理液温度通过控制其外被水浴池中的水温来实现。所述的反应器主体为长方体结构，长为50 60cm，宽为20 30cm，高为20 25cm，采用透明的有机玻璃或不透明酚醛塑料等材料制成。反应器主体内部被完全分隔为3 6个相同的隔室，不同隔室之间通过隔板上端的小孔相通。每个隔室又被折形板分隔成两个大小不同区域，这两个区域通过折形板下端与主体底板间隔部分相通。不同隔室的不同区域侧面各有一个采样口，其中小区域采样口 I靠近反应器上端，大区域采样口 II靠近反应器下端。反应器主体顶部设有密封盖板，盖板上对应不同隔室大区域位置设有排气口。在反应器一侧设有进液口，另一侧设有排液口。排液口与集水槽相连。集水槽连接在反应器主体。集水槽有两个液体出口，一个为出水口、另一个为回流口。反应器主体嵌套在由有机玻璃或不透明酚醛塑料等材料制成的水浴池中。水浴池中的液体温度通过加热器和温控器控制。所述的反应器中的折形板由竖板和折板组成，折板和竖板间组成的夹角为120° 150°，其中竖板高度为18 22cm，折板长度为3 4cm。所述的密封盖板上对应不同隔室大区域位置设有排气口，盖板和反应器主体上沿中间加密封垫圈，然后用螺栓固定，确保反应器主体的密封性。所述的隔室中2个区域其长度比为1: 4 6，其中小区域在进水端、大区域在出水端。所述的隔板用来将反应器主体分隔成不同的隔室，每块隔板距反应器上沿的垂直距离I 2cm处,分布一排直径为0.2 0.4cm、数量为5 10个的过液口(10)。所述的采样口 I和采样口 II分别距反应器上沿和反应器底板的垂直距离为2 3cm,孔径均为1.0 2cm。
所述的进液口和排液口的孔径均为1.0 2cm，距反应器上沿的垂直距离分别为I 2cm和2 3cm。所述的反应器主体中装填的填料为粒径0.1 0.5cm的沸石或麦饭石或火山石等，不仅可为微生物提供生长的载体和养分，而且还可截留住微生物，防止微生物随水流失。所述的水浴池中的水温通过温控器调节加热棒的工作状态加以控制，确保反应器主体中的微生物环境温度为30 40°C。所述的回流泵中液体流速和进液泵中液体流速比值为2 5: I。所述的回流泵和进液泵类型为蠕动泵。所述的待处理高浓度氨氮废水在反应器主体中的流程为:待处理液由进液口进入反应器主体第一隔室小区域，由于折形板的阻挡，水流先从隔室顶端向下，沿折形板方向，由折形板与反应器底板间的空隙进入隔室另一部分大区域。在此，由于有隔板的阻挡，处理液向上流，到达隔室上部，通过隔板上端的一排小孔，到达第二隔室。每个隔室中的水流方向相同。在反应器主体最末端隔室，处理液由其上的排液口进入到集水槽。处理液在集水槽沉淀，上清液通过出水口进入收集桶，从而获得最终处理产物。下沉液在回流泵的作用下由回流口回流到反应器主体中，其中的有机物和氨氮被微生物进一步降解处理。所述的采样口可用来实时采集样品，从而可掌握废水处理过程中水质的动态变化。所述的排气口可用来收集废水处理过程中产生的废气，通过分析可了解产生废气组成和各组分含量。 所述的待处理高浓度氨氮废水中的铵态氮含量为200 500mg/L，ΝΗ4+-Ν/Ν02_-Ν的浓度比为I 1.5: 1，ρΗ7.0 8.5。所述的环境条件是指:进水NH/-N/NCV-N的浓度比为I 1.5: 1，处理过程中温度为30 40°C，pH为7.0 8.5，进水泵流速设为5 10L/d，回流比设为2 5: I。本发明与现有技术相比的优点在于:1、通过试验筛选出粒径0.1 0.5cm的沸石或麦饭石或火山石等天然矿物作为反应器主体填料，不仅可为微生物提供生长的载体和养分，而且还可截留住微生物，防止微生物随水流失，提高反应器的处理效率。2、内置竖向导流板，将反应器分隔成串联的几个反应室，水流由导流板引导上下折流前进，逐个通过反应室内的污泥床层，提高了单位体积内待处理废水在反应器中的路径，增加了废水与微生物接触时间，进水中的底物与微生物充分接触而得以降解去除，提高了氨氮的降解效率。3、应用该技术后，废水的氨氮脱氮效率高，可直接将氨氮转化为氮气而得以去除，有利于污水的再生利用，防止水体富营养化。4、相比较于传统生物脱氮工艺，该技术不需要氧气，大大减少了反应器的容积和因曝气所产生的费用。5、该技术可处理低碳氮比废水，不需外加碳源，节省了运行成本。
图1为微生物处理高浓度氨氮废水装置工作流程图。图2为本发明的反应器主体结构示意图。
具体实施例方式如图1所示的 微生物处理高浓度氨氮废水装置工作流程，废液储箱18、进水泵24、反应器主体21、处理液收集桶20通过管道依次串联，组成废水处理的流程。回流泵19并联在反应器主体21上，形成处理液在反应器主体21内循环流动，即处理液回流到反应器主体21中。待处理液在反应器主体内的流程为:由进液口 4进入反应器主体21第一隔室小区域，由于折形板8的阻挡，水流先从隔室顶端向下，沿折形板方向，由折形板6与反应器底板3间的空隙进入隔室另一部分大区域。在此，由于有隔板7的阻挡，处理液向上流，到达隔室上部，通过隔板上端的一排小孔10，到达第二隔室。每个隔室中的水流方向相同。在反应器主体21的最末端隔室，处理液由其上的排液口 25进入到集水槽11。处理液在集水槽11沉淀，上清液通过出水口 12进入收集桶20，从而获得最终处理产物。下沉液在回流泵19的作用下由回流口 13回流到反应器主体21中，其中的有机物和氨氮被微生物进一步降解处理。通过调节进水泵24和回流泵19的流速，控制回流比在2 5: I。在反应器主体21中装填有粒径为0.1 0.5cm的沸石或麦饭石或火山石等，不仅可为微生物提供生长的载体和养分，而且还可截留住微生物，防止其随水流失。反应器主体21为长方体结构，长为50 60cm，宽为20 30cm，高为20 25cm，采用透明的有机玻璃或不透明酚醛塑料等材料制成。反应器主体21内部被隔板7完全分隔为3 6个相同的隔室，不同隔室之间通过隔板上端的小孔10相通。每个隔室又被折形板8分隔成两个大小不同区域，这两个区域通过折形板下端与主体底部间隔部分相通。不同隔室的不同区域侧面各有一个采样口，其中小区域采样口 I 5靠近反应器上端，大区域采样口 II 9靠近反应器下端。反应器主体21顶部设有密封盖板1，盖板I上对应不同隔室大区域位置设有排气口 14。在反应器一侧设有进液口 4，另一侧设有排液口 25。排液口25与集水槽11相连。集水槽11连接在反应器主体21上。集水槽11有两个液体出口，一个为出水口 12、另一个为回流口 13。反应器主体21嵌套在由有机玻璃或不透明酚醛塑料等材料制成的水浴池15中。反应器主体21中的处理液温度，通过温控器22控制反应器主体21外被的水浴池15中的加热棒16的工作状态来实现。此外，在水浴池15中放置一个小型潜水泵17，通过潜水泵17实现水浴池15中的水循环，从而实现水温均匀一致。本实例中折形板8由竖板26和折板6组成，折板6和竖板26间组成的夹角为120° 150°，其中竖板26高度为18 22cm，折板6长度为3.0 4.0cm。本实例中密封盖板I上对应不同隔室大区域位置设有排气口 14，盖板I和反应器主体上沿2中间加密封垫圈，然后用螺栓固定，确保反应器主体21的密封性。本实例中采样口 I 5和采样口 II 9分别距反应器上沿2和反应器底板的垂直距离为2.0 3.0cm,孔径均为1.0 2.0cm。本实例中进液口 4和排液口 25的孔径均为1.0 2.0cm，距反应器上沿2的垂直距离分别为1.0 2.0cm和2.0 3.0cm。下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。1、选取城市污水处理厂曝气池活性污泥为接种污泥，接种污泥浓度为MLSS = 5 10kgMLSS/m3。
2、将反应器主体21外被水浴池15的温度设定并控制在30 35°C。3、将配制的模拟废水(其中NH4+-N/N02_-N的浓度比为I 1.5: 1，pH为7.0
8.5，反应器启动NH/-N浓度为50mg/L，2个月后NH4+-N浓度逐步提高到为300mg/L)装入到废液储箱18，按5 10L/d的流量由进液泵24将模拟废水泵入到反应器主体21中。同时开启回流泵19，设定流速为10 30L/d。4、通过排气口 14收集反应器主体21释放的气体。5、通过反应器主体21上不同位置的采样口实时采集液体样品。6、通过出水口 12采集最终出水，测定其中的NH/-N、Ν02_-Ν等物质的浓度。7、装置启动2个月后，模拟废水中NH/-N浓度300mg/L时，测定出水中的NH4+_N和Ν02_-Ν均低于10mg/L，表明反应器中的厌氧氨氧化反应得以实现和维持。
权利要求
1.用于微生物处理高浓度氨氮废水的装置和方法，其特征在于:该装置主要由废液储箱(18)、进水泵(24)、反应器主体(21)、回流泵(19)、收集桶(20)、温控器(22)、废气收集器(23)和各种管道组成。通过设定环境条件，实现高浓度氨氮废水的降解处理。
所述的反应器主体(21)为长方体结构，采用透明的有机玻璃或不透明的酚醛塑料等材料制成。反应器主体(21)内部被隔板(10)完全分隔为3 6个相同的隔室，不同隔室之间通过隔板(10)上端的小孔相通。每个隔室又被折形板(8)分隔成两个大小不同区域，这两个区域通过折形板下端与主体底部间隔部分相通。不同隔室的不同区域侧面各有一个采样口，其中小区域采样口 1(5)靠近反应器上端，大区域采样口 11(9)靠近反应器下端。反应器主体(21)顶部设有密封盖板(1)，盖板(I)上对应不同隔室大区域位置设有排气口(14)。在反应器一侧设有进液口(4)，另一侧设有排液口(25)。排液口(25)与集水槽(11)相连。集水槽(11)连接在反应器主体(21)。集水槽(11)有两个液体出口，一个为出水口(12)、另一个为回流口(13)。反应器主体(21)嵌套在由有机玻璃或酚醛塑料等材料制成的水浴池(15)中。水浴池(15)中的水温通过温控器(22)控制加热器(16)的工作状态得以实现。在水浴池(15)中放置一微型潜水泵(17)实现水浴池(15)中的水进行内循环，从而保证水浴池(15)中的水温均匀一致。
所述的高浓度氨氮待处理废水储存在废液储箱(18)中，通过进水泵(24)进入反应器主体(21)，被微生物分离降解后，通过排液口(25)进入集水槽(11)。集水槽(11)中的上清液由出水口(12)进入液体收集桶(20)，下沉液由回流口(13)通过回流泵(19)回流到反应器主体(21)中。
2.根据权利要求1的用于微生物处理高浓度氨氮废水装置，其特征在于:反应器主体(21)长为50 60cm，宽为20 30cm，高为20 25cm。
3.根据权利要求1的 用于微生物处理高浓度氨氮废水装置，其特征在于:所述的折形板⑶由竖板(26)和折板(6)组成，折板(6)和竖板(26)间组成的夹角为115° 150°，其中竖板(26)高度为18 22cm，折板(6)长度为3 4cm。
4.根据权利要求1的用于微生物处理高浓度氨氮废水装置，其特征在于:所述的密封盖板(I)上对应不同隔室大区域位置设有排气口(14)，用来收集处理过程反应器主体(21)产生的废气。盖板(I)和反应器主体上沿(2)中间加密封垫圈，然后用螺栓固定，确保反应器主体的密封性。
5.根据权利要求1的用于微生物处理高浓度氨氮废水装置，其特征在于:所述的隔室中两个区域其长度比为1: 4 6，其中小区域在进水端、大区域在出水端。
6.根据权利要求1的用于微生物处理高浓度氨氮废水装置，其特征在于:所述的隔板(7)用来将反应器主体分隔成不同的隔室，每块隔板(7)距反应器上沿(2)的垂直距离I 2cm处,分布一排直径为0.2 0.4cm、数量为5 10个的过液口(10)。
7.根据权利要求1的用于微生物处理高浓度氨氮废水装置，其特征在于:所述的采样口 1(5)和采样口 11(9)分别距反应器上沿(2)和反应器底板(3)的垂直距离为2 3cm，孔径均为1.0 2cm。
8.根据权利要求1的用于微生物处理高浓度氨氮废水装置，其特征在于:所述的进液口(4)和排液口(25)的孔径均为1.0 2cm，距反应器上沿(2)的垂直距离分别为I 2cm和2 3cm。
9.根据权利要求1的用于微生物处理高浓度氨氮废水装置，其特征在于:所述的反应器主体(21)中装填的填料为粒径0.1 0.5cm的沸石或麦饭石或火山石等，不仅可为微生物提供生长的载体和养分，而且还可截留住微生物，防止其随水流失。
10.根据权利要求1的用于微生物处理高浓度氨氮废水装置，其特征在于:所述的水浴池(15)中水的温度通过温控器(22)调节加热棒(16)的工作状态加以控制，确保反应器主体(21)中的微生物环境温度为30 40°C。
11.根据权利要求1的用于微生物处理高浓度氨氮废水装置，其特征在于:所述的回流泵(19)中液体流速和进水泵(24)中液体流速比值为2 5: 1。
12.根据权利要求1的用于微生物处理高浓度氨氮废水装置，其特征在于:所述的回流泵(19)和进水泵(24)的类型均采用蠕动泵。
13.根据权利要求1的微生物处理高浓度氨氮废水装置和方法，其特征在于:所述的待处理高浓度氨氮废水中的铵态氮含量为200 500mg/L，ΝΗ4+-Ν/Ν02__Ν的浓度比为I 1.5: 1，ρΗ7.0 8.5。
14.根据权利要求1的微生物处理高浓度氨氮废水装置和方法，其特征在于:所述的环境条件是指:进水ΝΗ4+-Ν/Ν02_-Ν的浓度比为I 1.5: 1，处理过程中温度为30 40°C，pH为7.0 8.5，进水 泵即蠕动泵II 24的流速设为5 10L/d，回流比设为2 5: I。
全文摘要
本发明公开了一种用于微生物处理高浓度氨氮废水的装置和方法。该装置由反应器主体、温控器、泵等组成。反应器主体为长方体结构，采用透明有机玻璃或酚醛塑料制成。反应器主体被分隔为3～6个相同的隔室，每个隔室又被分成两个大小不同区域，内装沸石、麦饭石等天然矿物。反应器一端有进液口，另一端有排液口和集水槽。集水槽有两个出口，分别为出水口和回流口。反应器主体嵌套在水浴池中。待处理液通过进水泵进入反应器主体，被微生物分离降解，然后通过排液口进入集水槽。集水槽中的上清液由出水口进入液体收集桶，下沉液通过回流泵回流到反应器主体。在温度30～40℃、回流比2～5∶1、pH7.0～8.5等条件下，可实现高浓度氨氮废水的降解处理。
文档编号C02F3/28GK103159321SQ20111040402
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者艾为党, 秦利锋, 郭双生, 尹永利, 唐永康, 赵成坚 申请人:中国航天员科研训练中心