一种全程自养脱氮颗粒污泥的制备装置和制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种全程自养脱氮颗粒污泥的制备装置，包括由内腔体和外腔体组成的反应器以及与反应器内腔体连通的进水箱和排水箱，还包括pH调节箱、调速电机和水浴锅，pH调节箱的探测头伸入反应器内腔体中，调速电机连接搅拌桨，搅拌桨伸入反应器内腔体中，水浴锅通过管道与反应器外腔体形成循环回路；内腔体分为排水区和沉积区。本发明还公开了一种全程自养脱氮颗粒污泥的制备方法。本发明装置采用机械曝气，使混合液液面不断更新与空气接触，有效增加了水中的溶解氧，形成大气复氧来对反应器进行充氧，同时使废水与污泥充分混合，具有极高的经济性；本发明方法能够快速形成外层好氧内层厌氧的颗粒污泥，且脱氮效率高达79.40％。
【专利说明】
-种全程自养脱氮颗粒污泥的制备装置和制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种机械曝气式全程自养脱氮颗粒污泥的制备装置，还设及采用上述 装置制备全程自养脱氮颗粒污泥的方法，属于城市污水处理与资源化领域。
【背景技术】
[0002] 氮素含量是水质控制的重要指标。水体中的氮素含量会引起严重的富营养化，危 害水生生态系统等。高氨氮废水成分复杂，可生化性差，无法达标排放仍是水处理的难点。
[0003] 高氨氮系统容易实现短程硝化，系统通过游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)联合抑 制实现短程硝化。目前国内外对高氨氮废水的处理研究主要是最经济、高效的短程硝化与 Anammox (厌氧氨氧化)联合工艺。
[0004] 全程自养脱氮工艺将短程硝化和Anammox结合，在单一反应器中实现，节省空间， 全程自养脱氮工艺能耗降低了 63%、碳源减少100%、污泥量减少90%，优势巨大。随之而 来，全程自养脱氮工艺需要严格控制曝气，保证部分短程硝化的效果，形成氨氮与亚硝氮约 为1:1的比例。
[0005] 传统的全程自养脱氮工艺均采用鼓风曝气，胡石等人在中国环境科学2014,34 (1):111-117期刊中发表的"一体化全程自养(CANON)工艺效能及污泥特性"一文中，在氨氮 浓度梯度升高的条件下，通过控制DO等方式在一体化CSTR反应器中实现了一体化全程自养 脱氮，试验期间无亚硝态氮的积累，反应器后期在高氨氮进水下最高氨氮去除率84.4%，最 高去除负荷〇.42kg/(m3 · d)，最高总氮去除率72.0%，最高去除负荷0.35kg/(m3 · d);李冬 等在中国环境科学2015，35( 1): 72~79期刊中发表的"机械揽拌对CANON污泥快速颗粒化的 影响"一文中，采用单纯依靠曝气的SBR反应器与曝气和机械揽拌联合的SBR反应器作对比， 研究了不同控制方式对CANON污泥颗粒化影响，表明采用曝气和机械揽拌的SBR更快实现颗 粒化，且颗粒化期平均总氮去除率更高，为83.07%，平均总氮容积负荷为0.26kgN/m3·d， 说明增加了揽拌作用，能快速实现CANON工艺启动，提升脱氮效率。鼓风曝气增大了能耗，且 曝气量很难控制，在经济性上有待提高。因此一种采用机械曝气式制备全程自养脱氮污泥 颗粒的装置和方法的开发很有必要。
【发明内容】
[0006] 发明目的:本发明所要解决的技术问题是提供一种机械曝气式全程自养脱氮颗粒 污泥的制备装置。
[0007] 本发明还要解决的技术问题是提供采用上述机械曝气式全程自养脱氮装置制备 脱氮颗粒污泥的方法。
[000引为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
[0009] -种全程自养脱氮颗粒污泥的制备装置，包括由内腔体和外腔体组成的反应器W 及与反应器内腔体连通的进水箱和排水箱，还包括抑调节箱、调速电机和水浴锅，所述pH调 节箱的探测头伸入反应器内腔体中，所述调速电机连接揽拌奖，所述揽拌奖伸入反应器内 腔体中，所述水浴锅通过管道与反应器外腔体形成循环回路;所述内腔体纵向上依次分为 排水区和沉积区。
[0010] 其中，还包括溫控器，所述溫控器的探测头伸入水浴锅中。
[0011] 其中，所述排水区呈圆柱形，所述沉积区呈圆锥形。
[0012] 其中，所述排水区内设有4个长方形挡板，4个挡板两两之间相互对称设置。
[0013] -种全程自养脱氮颗粒污泥的制备方法，包括如下步骤：
[0014] 步骤1，向反应器中接种一定量的Anammor污泥和市政好氧池污泥；
[0015] 步骤2,通过进水累将进水箱中的人工高氨氮废水引入反应器中，采用抑调节箱调 节进水的抑为7~8;通过溫控器调节反应器的水溫为30~32°C;
[0016] 步骤3,启动揽拌，反应一段时间后停止揽拌，将沉淀后的上清液排入排水箱中；
[0017] 步骤4,多次重复步骤2~3的操作，重复过程中逐步增加揽拌速率；
[0018] 步骤5,经过培养驯化，得到外层包覆有短程硝化菌的Anammox颗粒污泥。
[0019] 其中，步骤1中，所述Anammor污泥接种量为0.化，其浓度为4.005g/L;所述市政好 氧池污泥接种量为0.化，其污泥浓度为4.097g/L。
[0020]其中，步骤2中，所述人工高氨氮废水的氨氮浓度为400mg/L。
[002。 其中。步骤3中，反应过程中往水中加入2.5g/L~3g/L的K肥03。
[0022] 其中，步骤3中，初始揽拌速度为40r/min。
[0023] 其中，所述进水时间为20min，所述反应时间为23h，所述沉淀时间为20min，所述排 水时间为20min。
[0024] 与现有技术相比，本发明技术方案具有的有益效果是：
[0025] 首先，本发明装置采用机械曝气，使混合液液面不断更新与空气接触，有效增加了 水中的溶解氧，形成大气复氧来对反应器进行充氧，同时使废水与污泥充分混合，具有极高 的经济性；
[0026] 其次，其实现了在机械曝气条件下同一反应器内部分短程硝化和Anammox的同时 进行，节省了空间和能耗；
[0027] 最后，本发明的全程自养脱氮颗粒污泥制备方法能够快速形成外层好氧内层厌氧 的颗粒污泥，且脱氮效率高达79.40%。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明全程自养脱氮污泥颗粒制备装置的结构原理图；
[0029] 图2为本发明全程自养脱氮颗粒污泥制备方法运行过程中脱氮效率的变化图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步详细说明。
[0031] 如图1~2所示，本发明机械曝气式全程自养脱氮颗粒污泥的制备装置，包括由内 腔体11和外腔体2组成的反应器(SBRHW及与反应器内腔体11连通的进水箱5和排水箱8; 本发明机械曝气式全程自养脱氮装置还包括抑调节箱12、调速电机4和水浴锅9,抑调节箱 12的探测头伸入反应器内腔体11中，pH调节箱12实时在线监测反应器内腔体11内液体的 pH，通过添加 Imol/L的化0H或HC1来调节液体的抑;调速电机4连接揽拌奖3,揽拌奖3伸入反 应器内腔体11中，揽拌奖3的揽拌速率通过调速电机4进行调速;水浴锅9通过管道与反应器 外腔体2形成循环回路，水浴锅9通过溫控器10探测锅内水的溫度，溫控器10的探测头伸入 水浴锅9中，溫控器10保持水浴锅9中水溫为30~32°C，水浴锅与反应器外腔体2连通，从而 保证反应器的溫度也为30~32°C;内腔体11纵向上依次分为排水区和沉积区，排水区呈圆 柱形，沉积区呈圆锥形；排水区内设有4个长方形挡板13,4个挡板13两两之间相互对称设 置，反应器1内水流在揽拌浆3的揽动下，由于4个挡板13的阻挡作用，会使反应器1内水流剧 烈揽动，形成水跃，并使混合液液面不断更新与空气接触，来增加水中的溶解氧。
[0032] 进水箱5中的水通过进水累則尋进水输送至反应器内腔体11中，当反应完全后，停 止揽拌作用，使反应器1内污泥沉淀一段时间，然后打开出水阀7,出水自流进入排水箱8, W 此为1个周期。
[0033] 本发明全程自养脱氮颗粒污泥的制备方法，包括如下步骤：
[0034] 步骤1，向反应器中接种0.5L浓度为4.005g/L的Anammox污泥和0 .化浓度为 4.097g/L的市政好氧池污泥；
[0035] 步骤2,通过进水累将进水箱中的人工高氨氮废水引入反应器中，采用抑调节箱调 节进水的抑为7~8;通过溫控器调节反应器的水溫为30~32°C;其中，人工高氨氮废水的氨 氮浓度为400mg/l;
[0036] 步骤3，启动揽拌，往水中加入2.5g/L~3g/L的KHC03，反应一段时间后停止揽拌， 将沉淀后的上清液排入排水箱中；
[0037] 步骤4,多次重复步骤2~3的操作，重复过程中逐步增加揽拌速率；
[0038] 步骤5,经过培养驯化，得到外层包覆有短程硝化菌的Anammox颗粒污泥。
[0039] 本发明方法的实施过程为:采用人工配置的高氨氮废水(使用人工配置污水能够 减轻装置的负荷，使系统更加稳定），在进水累的作用下进入反应器内，反应器内接种有 Anammox颗粒污泥和市政好氧池污泥，在揽拌作用下进行反应，揽拌有利于废水与污泥的完 全混合，随着揽拌速率增加，剪切力和水中溶解氧的量也随之增大，有助于形成密实饱满的 全程自养脱氮颗粒污泥。
[0040] 操作过程中反应器通过水浴锅保持在30~32°C下运行，由于Anammor污泥需在严 格厌氧条件下生存，因此本发明采用逐步增大揽拌转速来提高进水中溶解氧的浓度，使得 Anammor污泥逐渐适应高浓度溶解氧和高剪切应力环境，从而有助于密实颗粒污泥外部好 氧保护层的形成;在启动过程中，设置进水氨氮浓度为400mg/L，在较高浓度游离氨存在下， 可抑制其他微生物的生长，利于短程硝化，同时，在反应过程中，往进水中添加 2.5g/L~3g/ L KH(X)3,有助于颗粒污泥的迅速形成，通过P的周节箱读取反应器内的抑值，采用Imol/L的 NaOH和肥1调节反应器内的抑使其维持在7.5~8。
[0041] 2个月后，颗粒状的Anammor污泥外层会形成兼氧保护层。当装置高效稳定运行后， 在进水中添加实际废水，当运行稳定后，逐步增大进水中实际废水所占比例，直至进水全为 实际废水。
[0042] 实施例1
[0043] 反应器1内部有效容积化(圆柱形排水区1L，圆锥型沉淀区1L)，反应器内腔体11底 部与外腔体2底部的距离为0.04m，反应器1的外径尺寸为0.1m，内径尺寸为0.08m，反应器1 外径与高度尺寸比为1:2,揽拌浆3半径0.06m，距反应器内腔体11底部的距离为0.063m，挡 板13高度高于正常水面0.03111，向反应器1内接种4]1曰1111]1〇方污泥0.化(污泥浓度:4.005旨/1)和 市政好氧池污泥Ο.化(污泥浓度:4.097g/L)。
[0044] 本发明配置的人工高氨氮废水成分见表1:
[0045] 表1试验模拟废水组成
[0046]
?
[0047] 其中微量元素的组成W及浓度见表2:
[004引表2微量元素组成及浓度
[0049]
〇
[(K)加]采用Imol/L的NaOH和肥1调节进水抑为7~8。
[0051] 人工废水通过进水累输送至反应器内，水力停留时间分配，进水20min，反应23h， 沉淀20min，排水20min，整个周期24h，设置时间控制器，全程自动运转。初始揽拌速率稳定 为40r/min，反应器内水流剪切应力为0.0516N/m2。
[0052] 当反应器运行稳定后，逐步提高揽拌速率(每次揽拌速率增幅为20r/min)，增加反 应器内溶解氧，直至反应稳定运行；
[0053] 反应进行到55天时，揽拌速率控制为80r/min，反应器内水流剪切应力为0.146N/ m2,厌氧氨氧化污泥即Anammor污泥外已附着一层兼氧菌，维持反应器在该负荷下运行，此 时总氮去除率高达79.40% ;
[0054] 在进水中添加实际废水，当运行稳定后，逐步增大进水中实际废水所占比例，直至 进水全为实际废水。
[0055]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的 实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可W做出其 它不同形式的变化或变动，运里无需也无法对所有的实施方式予W穷举，运些引伸出的变 化或变动也处于本发明的保护范围之中。
【主权项】
1. 一种全程自养脱氮颗粒污泥的制备装置，其特征在于:包括由内腔体和外腔体组成 的反应器以及与反应器内腔体连通的进水箱和排水箱，还包括PH调节箱、调速电机和水浴 锅，所述PH调节箱的探测头伸入反应器内腔体中，所述调速电机连接搅拌桨，所述搅拌桨伸 入反应器内腔体中，所述水浴锅通过管道与反应器外腔体形成循环回路;所述内腔体纵向 上依次分为排水区和沉积区。2. 根据权利要求1所述的全程自养脱氮颗粒污泥的制备装置，其特征在于:还包括温控 器，所述温控器的探测头伸入水浴锅中。3. 根据权利要求1所述的全程自养脱氮颗粒污泥的制备装置，其特征在于:所述排水区 呈圆柱形，所述沉积区呈圆锥形。4. 根据权利要求1所述的全程自养脱氮颗粒污泥的制备装置，其特征在于:所述排水区 内设有4个长方形挡板，4个挡板两两之间相互对称设置。5. -种全程自养脱氮颗粒污泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，向反应器中接种一定量的Anammox污泥和市政好氧池污泥； 步骤2,通过进水栗将进水箱中的人工高氨氮废水引入反应器中，采用pH调节箱调节进 水的PH为7~8;通过温控器调节反应器的水温为30~32°C; 步骤3，启动搅拌，反应一段时间后停止搅拌，将沉淀后的上清液排入排水箱中； 步骤4，多次重复步骤2~3的操作，重复过程中逐步增加搅拌速率； 步骤5，经过培养驯化后得到外层包覆有短程硝化菌的Anammox颗粒污泥。6. 根据权利要求5所述的全程自养脱氮颗粒污泥的制备方法，其特征在于:步骤1中，所 述Anammox污泥接种量为0.5L，其浓度为4.005g/L;所述市政好氧池污泥接种量为0.5L，其 污泥浓度为4.097g/L。7. 根据权利要求5所述的全程自养脱氮颗粒污泥的制备方法，其特征在于:步骤2中，所 述人工高氨氮废水的氨氮浓度为400mg/L。8. 根据权利要求5所述的全程自养脱氮颗粒污泥的制备方法，其特征在于:步骤3中，反 应过程中往水中加入2.5g/L~3g/L的KHCO 3。9. 根据权利要求5所述的全程自养脱氮颗粒污泥的制备方法，其特征在于:步骤3中，初 始搅拌速度为40r/min。10. 根据权利要求5所述的全程自养脱氮颗粒污泥的制备方法，其特征在于:所述进水 时间为20min，所述反应时间为23h，所述沉淀时间为20min，所述排水时间为20min。
【文档编号】C02F3/34GK105906048SQ201610365061
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】周仕华, 李超, 操家顺, 薛朝霞, 费罗兰, 虞云霄, 姚永连
【申请人】河海大学