UMABR反应器促进亚硝化‑厌氧氨氧化颗粒化的装置与方法与流程

本发明涉及umabr反应器促进亚硝化-厌氧氨氧化颗粒化的装置与方法，属于废水生物脱氮技术领域，适用于废水的亚硝化-厌氧氨氧化生物脱氮。

背景技术：

随着氮素对水环境的污染，氨氮的去除工艺也在日益更新。亚硝化-厌氧氨氧化是一种新型的脱氮工艺，在可持续污水处理技术中亚硝化-厌氧氨氧化工艺是一个比较有前景的脱氮技术。但是这项工艺仍有待继续研究。其中亚硝化过程是利用氨氧化菌(aob)将进水中56％的nh4⁺-n氧化为no2-n，厌氧氨氧化是将剩余的nh4⁺-n和生成的no2-n反应生成n2。因此，亚硝化-厌氧氨氧化具有节省碳源、节省耗氧量、污泥产率低等优点而成为目前脱氮研究的热点。颗粒污泥具良好的沉淀性能，耐冲击负荷，较长的污泥停留时间，可持留大量生物体，无污泥膨胀，可以保证反应器的长期稳定运行等优点而倍受国内外的青睐。但是短期内实现污泥的颗粒化却是个研究难点。

膜曝气生物反应器(mabr)通常也叫做膜生物反应器(mbfr)，其能够有效的对氧进行传递或者说其他需要的气体可以通过具有疏水性的可透气性的渗透膜作为一种生物支撑对于细菌的固定来说。由于传递的逆扩散所以允许膜生物反应器独立控制电子供体和电子受体，相比于传统的曝气将会有一个更高的气体转换效率和基质的利用率。氧可以穿透生物膜在细胞膜表面建制，形成一个氧浓度梯度。一个较高的氧水平在靠近膜的表面而在本体溶液中氧气是缺乏的。膜生物反应器有利于氨氧化菌(aob)或者厌氧氨氧化菌通过氧控制策略来抑制亚硝酸盐氧化菌(nob)的生长活性，包括在生物膜界面o/n的表面负荷，溶解氧浓度梯度，膜内部的气压。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出umabr反应器促进亚硝化-厌氧氨氧化颗粒化的装置与方法，即通过在进水为实际生活污水或配水条件下实现亚硝化-厌氧氨氧化在umabr反应器(umabr)中稳定运行，最终实现umabr反应器促进亚硝化-厌氧氨氧化颗粒化的装置与方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

umabr反应器促进亚硝化-厌氧氨氧化颗粒化的装置，其特征在于：所述装置设有原水水箱、umabr反应器、氧气供给装置、气体收集装置、溢流瓶；原水水箱中间设有加热水箱及温控加热装置，umabr反应器顶部放置一个玻璃漏斗来分离气体和液体从而减少生物质的流失，玻璃漏斗气体分离器后面接有气体收集装置，氧气供给装置和反应器之间设有气体压力表、针形阀来控制氧的供给速率，出水处设有溢流瓶，使部分出水通过回流泵与进水混合，溢流瓶中设有do、ph、orp在线监测装置；

umabr反应器为圆柱体，通过蠕动泵连续进水，反应器顶部放置一个玻璃漏斗来分离气体和液体从而减少生物质的流失，微孔不渗透的硅凝胶膜安装在反应器的内部，该膜为长条形上面有微小的孔洞，膜具有一定的厚度，膜环绕在圆柱形不锈钢平台上，膜的内部连接有纯氧，致使在反应器中每单位体积的膜区大大增加。

利用上述装置进行umabr反应器促进亚硝化-厌氧氨氧化颗粒化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：启动umabr反应器：以实验室运行稳定的sbr反应器中的絮状厌氧氨氧化污泥作为接种污泥注入umabr反应器，污泥浓度为2000-7000kgmlss/m³；以实际生活污水厂a/0除磷的生活污水或配水为原液，注入到原水水箱，并通过投加nahco3于原水水箱，将进水ph维持在7.2-8.2，通过进水蠕动泵将原水泵入umabr反应器，随后启动曝气，调节针形阀来使溶解氧浓度维持在0.8-1.5mg/l，并通过调节进水流量量维持进水氨氮负荷alr＝0.3-0.6kgnh4⁺-n/m³d范围内，通过维持曝气、ph、alr在上述范围内变化，使umabr反应器中的平均游离氨fa浓度在1-10mg/l，在上述条件下运行umabr反应器，当反应器氨氮去除率大于90％，说明umabr反应器亚硝化-厌氧氨氧化启动成功；

步骤二：umabr反应器促进亚硝化-厌氧氨氧化颗粒化：继续运行启动成功的亚硝化-厌氧氨氧化umabr反应器，通过进水蠕动泵将原水泵入umabr反应器，随后启动曝气，通过调节针形阀逐步增加反应器中的溶解氧浓度为1-2.5mg/l，进水ph与启动过程保持一致，缩短水力停留时间1-3h，维持进水氨氮负荷alr＝1.2-2.4kgnh4⁺-n/m³d，通过维持曝气、ph、alr在上述范围内变化，在上述条件下运行亚硝化-厌氧氨氧化umabr反应器，当反应器氨氮去除率大于90％，总氮去除率维持在80％，总氮去除负荷在0.96-1.92kg/(m³d)，,平均颗粒粒径为0.8-1.2mm，表明umabr反应器亚硝化-厌氧氨氧化颗粒化成功。

本发明的umabr反应器亚硝化-厌氧氨氧化颗粒化装置与方法与现有技术相比，具有下列优点：

1)该技术将膜曝气与上升气流模式结合，发挥了各自的优势功能,通过生物膜的形成和颗粒化，促进氧气的传质，并且提高了生物量的保留。

2)该技术使用沿壁盘旋布置不渗透的硅凝胶膜，使好氧膜生物反应器内每单位面积的膜区大幅度增加，提高了有效反应区，降低了反应器体积，从而降低了占地面积。

3)该技术在相同的进水和运行条件下，出水氨氮浓度，总氮去除率，总氮去除负荷等都优于现有连续流亚硝化-厌氧氨氧化反应器。

4)该技术成熟运行后，具有节省碳源，污泥产率低，工艺流程简单，简化了管理流程，可直接用于生活污水的处理。

附图说明

图1为本发明中具体实施例的umabr反应器亚硝化-厌氧氨氧化颗粒化装置结构示意图,其中1-氧气供给装置；2-气体压力表；3-进气管；4-气液分离玻璃漏斗；5-气体收集装置；6-出水管；7-溢流管；8-do、ph在线监测器；9-orp在线监测器；10-溢流瓶；11-回流泵；12-进水管；13-进水蠕动泵；14-umabr反应器；15-微孔不渗透的硅凝胶膜；16-圆柱形不锈钢平台；17-原水水箱；18-温控加热装置；19-针形阀；20-出水管。

图2为本发明中具体实施例的进水氨氮与出水氨氮变化图

图3为本发明中具体实施例的氨氮去除率和总氮去除率变化图

图4为本发明中具体实施例的特种比和总氮去除负荷变化图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请专利作进一步说明：如图1所示，umabr生物反应器亚硝化-厌氧氨氧化颗粒化装置与方法，所述装置设有原水水箱17、umabr反应器14、氧气供给装置1、气体收集装置5、；原水水箱17中设温控加热装置18，原液通过进水管12，进水蠕动泵13进入umabr反应器14，umabr反应器14顶部设有气液分离玻璃漏斗4连接气体收集装置5，分离气体和液体从而减少生物质的流失，氧气供给装置1和umabr反应器14之间设有气体压力表2、针形阀19来控制氧的供给速率,氧气通过进气管3供给umabr反应器14，umabr反应器14内部设有圆柱形不锈钢平台16，圆柱形不锈钢平台16上缠绕有微孔不渗透的硅凝胶膜15，微孔不渗透的硅凝胶膜15的内部连接有纯氧，致使在umabr反应器14中每单位体积的膜区大大增加，umabr反应器14一侧连接有出水管6和溢流管7，溢流管7后连接有溢流瓶10和回流泵11，溢流瓶10中设有do、ph在线监测器8和orp在线监测器9，回流泵11将出水管20中的部分出水与进水管12中的原水混合进入umabr反应器14。

原水水箱17容积为20l。umabr反应器14工作体积2.5l，高0.5m，直径0.08m。umabr反应器14内安装的微孔不渗透的硅凝胶膜15长度为8m的上面有0.5mm的孔，壁厚1.0mm，致使在umabr反应器14中每单位体积就有25平方米每立方米的膜区。

取北京市某生活污水厂a/0除磷的生活污水加氯化铵提高氨氮浓度到80mg/l的配水为原液。

(1)启动umabr反应器14：以实验室运行稳定的sbr反应器中的絮状厌氧氨氧化污泥作为接种污泥注入umabr反应器14，污泥浓度为4000kgmlss/m³；原液为氨氮浓度是80mg/l的配水，注入到原水水箱17，并通过投加nahco3于原水水箱17，将进水ph维持在8，通过进水蠕动泵13将原水泵入umabr反应器14，随后启动曝气，调节针形阀19来使溶解氧浓度维持在1.0mg/l，并通过调节进水流量量维持进水氨氮负荷alr＝0.3-0.6kgnh4⁺-n/m³d范围内，通过维持曝气、ph、alr在上述范围内变化，使umabr反应器14中的平均游离氨fa浓度在1-10mg/l，在上述条件下运行umabr反应器14，当反应器氨氮去除率大于90％，说明umabr反应器亚硝化-厌氧氨氧化启动成功；

(2)umabr反应器促进亚硝化-厌氧氨氧化颗粒化：继续运行启动成功的亚硝化-厌氧氨氧化umabr反应器14，通过进水蠕动泵13将原水泵入umabr反应器14，随后启动曝气，通过调节针形阀19逐步增加反应器中的溶解氧浓度为1-2.5mg/l，进水ph与启动过程保持一致，缩短水力停留时间1-3h，维持进水氨氮负荷alr＝1.2-2.4kgnh4⁺-n/m³d，通过维持曝气、ph、alr在上述范围内变化，在上述条件下运行亚硝化-厌氧氨氧化umabr反应器，当反应器氨氮去除率大于90％，总氮去除率维持在80％，总氮去除负荷在0.96-1.92kg/(m³d),平均颗粒粒径为0.8-1.2mm，表明实现了umabr反应器亚硝化-厌氧氨氧化颗粒化。

(3)umabr反应器在20-25℃的室温下运行，进水原液的平均氨氮浓度为80mg/l，在同等的运行条件下同时运行umabr反应器和现有的连续流反应器，稳定运行的实验结果表明亚硝化-厌氧氨氧化颗粒化成功的umabr反应器氨氮去除率达到95％以上，总氮去除率达到80％以上，总氮去除负荷为0.85kgtn/m³，各项出水指标均优于现有技术，具体运行数据图见附图2，附图3,附图4。

以上是本发明的第一个具体实施例，本发明的实施例不限于此。