一种利用纤维素类生物质制备反硝化碳源的组合装置的制作方法

本实用新型涉及环境保护水处理技术领域，具体是涉及一种利用纤维素类生物质制备反硝化碳源的组合装置。

背景技术：

反刍动物对日粮的消化与其它单胃哺乳动物不同，反刍动物共有四个胃，分别为瘤胃、网胃、瓣胃和皱胃。单胃哺乳动物主要通过胃酸及其它脏器分泌的酶对食物消化，营养主要在小肠被吸收。反刍动物饲料经过简单咀嚼后经食道首先进入瘤胃，通过瘤胃内微生物水解酸化后产生的单糖和挥发性脂肪酸(VFAs)被胃壁吸收。

瘤胃微生物在瘤胃内对底物进行厌氧发酵，复杂的多聚体有机物被各种微生物所分泌的胞外与胞内酶分解转化为中间体或单体，部分由瘤胃壁吸收进入血液，部分由微生物所摄取参与其细胞代谢，剩余则在肠道被继续降解吸收。无论何种可被微生物降解的底物，都会先被瘤胃细菌、真菌等分泌的酶降解成多糖或单糖，最终被发酵成挥发性脂肪酸(VFAs)。研究表明挥发性脂肪酸(VFAs)，特别是乙酸、丙酸在反硝化系统中可以作为微生物很好的反硝化碳源。

生物脱氮的基本原理是：在将有机氮转化为氨氮的基础上，通过硝化菌的作用，将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化作用将硝态氮转化为氮气，从而达到从污水中脱氮的目的。反硝化菌在缺氧情况下可以利用硝酸盐中氮作为电子受体，氧化有机物，将硝酸盐中的氮还原成氮气(N2)，从而完成污水的脱氮过程，其能量来源于废水中的碳源。从理论上讲，C/N≥2.86就能进行脱氮，但一般认为，C/N≥3.5才能进行有效脱氮。对于总氮含量高的废水，碳氮失衡，碳源不足，需要外加碳源，常规采用甲醇、乙酸钠、葡萄糖等容易降解有机物作为碳源，但运行成本高，因此，经济可行的碳源成为制约污水脱氮处理的制约因素。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，旨在提供一种利用纤维素类生物质制备反硝化碳源的组合装置，用以高效率、低成本处理污水脱氮。

具体技术方案如下：

一种利用纤维素类生物质制备反硝化碳源的组合装置，包括：粉碎机用于粉碎固相纤维素类生物质地设置在预处理槽的一侧，预处理槽与调质调湿槽的一侧连通，调质调湿槽的另一侧与厌氧发酵罐通过泵连通，厌氧发酵罐内添加有瘤胃功能菌剂，厌氧发酵罐还与沉淀中间池连通，沉淀中间池与脱水机连通。

上述的一种利用纤维素类生物质制备反硝化碳源的组合装置中，还具有这样的特征，厌氧发酵罐为改良型CSTR(continuous stirred tank reactor连续搅拌反应器系统)厌氧发酵反应器。

上述的一种利用纤维素类生物质制备反硝化碳源的组合装置中，还具有这样的特征，预处理槽内还添加有预处理药剂。

上述的一种利用纤维素类生物质制备反硝化碳源的组合装置中，还具有这样的特征，调质调湿槽的底部设置有加热盘管，调质调试槽的顶部设置有搅拌电机、温度探头以及激光液位计。

上述的一种利用纤维素类生物质制备反硝化碳源的组合装置中，还具有这样的特征，泵为螺杆泵，螺杆泵与调质调湿槽之间还设置有管道破碎机。

上述的一种利用纤维素类生物质制备反硝化碳源的组合装置中，还具有这样的特征，还包括回流管道，沉淀中间池还与回流管道的一端连通，回流管道的另一端与调质调湿槽连通。

上述的一种利用纤维素类生物质制备反硝化碳源的组合装置中，还具有这样的特征，脱水机包括脱水设备包括带式压滤机、离心脱水机、叠螺脱水机、板框脱水机，带式压滤机、离心脱水机、叠螺脱水机以及板框脱水机依次连通。

上述技术方案的积极效果是：

本实用新型提供的一种利用纤维素类生物质制备反硝化碳源的组合装置，利用生物秸秆等纤维素类生物质制备挥发性脂肪酸(VFAs)的组合装置，挥发性脂肪酸(VFAs)作为反硝化碳源，降低运行成本。瘤胃微生物作为自然界降解纤维素类生物质最快、功能最全的微生物菌群之一，该制备装置挥发性脂肪酸(VFAs)产率高、反应速率快；其中生物秸秆等可再生资源为原料，制备碳源的成本明显低于其他方式，能够降低污水处理运行成本；发酵制备的挥发性脂肪酸(VFAs)作为反硝化碳源，微生物容易利用，反硝化速率快，污泥产量更少，在废水脱氮处理应用上具有明显的经济优势。

附图说明

图1为本实用新型的一种利用纤维素类生物质制备反硝化碳源的组合装置的实施例的结构示意图。

附图中：1、粉碎机；2、预处理槽；3、预处理药剂；4、加热盘管；5、搅拌电机；6、温度探头；7、激光液位计；8、管道破碎机；9、螺杆泵；10、厌氧发酵罐；11、沉淀中间池；12、脱水机。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图1对本实用新型提供的一种利用纤维素类生物质制备反硝化碳源的组合装置作具体阐述。

图1为本实用新型的一种利用纤维素类生物质制备反硝化碳源的组合装置的实施例的结构示意图，在本实施例中，该利用纤维素类生物质制备反硝化碳源的组合装置主要包括粉碎机1、预处理槽2、预处理药剂3、加热盘管4、搅拌电机5、温度探头6、激光液位计7、管道破碎机8、螺杆泵9、厌氧发酵罐10、沉淀中间池11、脱水机12。

利用纤维素类生物质制备反硝化碳源的组合装置包括粉碎机1、预处理槽2、调质调湿槽、厌氧发酵罐10、沉淀中间池11以及脱水机12，粉碎机1设置在预处理槽2的一侧，固相纤维素类生物质经粉碎机1粉碎后放入预处理槽2进行预处理，固相纤维素类生物质优选为玉米秸秆，预处理槽2与调质调湿槽的一侧连通，调质调湿槽的另一侧与厌氧发酵罐10通过泵连通，厌氧发酵罐10内添加有瘤胃功能菌剂，其中瘤胃功能菌剂来源于反刍动物瘤胃内，经培养加工制得，具有快速水解酸化纤维素类生物质能力，厌氧发酵罐10还与沉淀中间池11连通，沉淀中间池11与脱水机12连通，水解酸化预处理后的固相纤维素类生物质产挥发性脂肪酸(VFAs)，发酵液脱水后上清液作为反硝化碳源，残渣与污水处理厂剩余污泥共同处理。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，厌氧发酵罐10为改良型CSTR(continuous stirred tank reactor连续搅拌反应器系统)厌氧发酵反应器。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，预处理槽2内还添加有预处理药剂3，预处理药剂3用于预处理固相纤维素类生物质，预处理药剂3优选为氢氧化钠。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，调质调湿槽的底部设置有加热盘管4，保证调质调湿槽内的进料温度，调质调试槽的顶部设置有搅拌电机5、温度探头6以及激光液位计7，其中搅拌电机5还连接有搅拌器保证调质调湿槽内的物质均匀，温度探头6用于实时监测调质调湿槽内的温度，激光液位计7用于实时监测调质调湿槽内的液位高度。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，泵为螺杆泵9，螺杆泵9与调质调湿槽之间还设置有管道破碎机8，保证调质调湿槽与厌氧发酵罐10之间的管路不堵塞。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，还包括回流管道，沉淀中间池还与回流管道的一端连通，回流管道的另一端与调质调湿槽连通，根据厌氧发酵罐10内的厌氧发酵效果，厌氧发酵罐10内的物质以0％～200％的部分回流至调质调湿槽。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，脱水机12包括脱水设备包括带式压滤机、离心脱水机、叠螺脱水机、板框脱水机，带式压滤机、离心脱水机、叠螺脱水机以及板框脱水机依次连通。

以下，以一种具体的实施方式进行说明，需要指出的是，以下实施方式中所描述之结构、工艺、选材仅用以说明实施方式的可行性，并无限制本实用新型保护范围之意图。

该利用纤维素类生物质制备反硝化碳源的组合装置的工作原理，首先利用进料系统将瘤胃功能菌剂打入厌氧发酵罐。之后利用粉碎机将收集的玉米秸秆粉碎后，玉米秸秆通过铲车加入至预处理槽，通过在预处理槽内添加氢氧化钠(NaOH)对玉米秸秆进行预处理。预处理后的玉米秸秆再加入至调质调湿槽，调质调湿槽配备一套加热盘管保证进料温度与厌氧发酵温度相近，一台搅拌电机保证所有秸秆均质，在调质调湿槽上下两端分别安装两套温度探头以监测温度，通过激光液位计控制温度。调质调湿完成后，物料首先经过管道破碎机进一步破碎保证进料中无大块杂质，利用螺杆泵将物料打入厌氧发酵罐。厌氧发酵后的发酵液中含有大量挥发性脂肪酸(VFAs)，首先自流入沉淀中间池，调整回流比为0％。之后进入离心脱水机脱水，清液即可直接作为污水处理厂反硝化碳源，残渣与二沉池污泥混合压滤后外运处置。

以上仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。