CN103508564A - 一种包埋固定化微生物深度脱氮反应器装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种包埋固定化微生物深度脱氮反应器和方法，属于污水处理领域。装置特征在于：立方块固定化颗粒投入反应器内，反应器由底部进水，内部设置搅拌装置，使固定化颗粒与二级出水充分混合，顶部设置格网，防止包埋颗粒随出水漏失，保持反应器内固定化颗粒数量维持固定值；立方块固定化颗粒填充率为20%-30%，用于外加碳源的配药箱通过用投药泵连接反应器，进水箱通过进水泵连接反应器。反应器内固定化包埋颗粒填充20%，HRT=20min时，能够将二级出水TN降低到5mg/L，脱氮率在85%以上。本装置同等底物转化率下所需容积较反硝化生物滤池的容积小，比反硝化生物滤池的脱氮效率更高，且不需反冲洗，不需要额外的高程，适合污水处理厂将其设置于处理工艺末端，进行升级改造。

Description

一种包埋固定化微生物深度脱氮反应器装置和方法

技术领域

本发明涉及一种包埋固定化微生物深度脱氮反应器，属于污水处理领域。

背景技术

随着环保意识的逐渐增强，为了改善人们的生活环境，国家对污水的排放指标不断提出更高的要求，国内很多污水处理厂都面临着如何在有限的空间和有限的自然净化能力下，以最适合的方法和工艺来实现对污水深度处理的难题。目前国内外采用工艺在废水深度处理方面起到了一定的作用，但仍存在着许多问题，如传统的生物脱氮技术通常利用微生物培养物直接对含氮废水进行处理，由于微生物游离在水中，脱氮处理后还需要沉淀、凝集、过滤等后续处理步骤。而且，由于硝化细菌是一种无机化能自养细菌，增殖速度慢、世代周期长、对环境因子变化敏感、极易被处理***淘汰、难以维持较高生物浓度，因此造成***总水力停留时间较长，增加了基建投资和运行费用。因此，开发使用新的处理技术势在必行。

固定化微生物技术是现代生物工程领域中的一项新兴技术，是废水生物处理由生物自然净化、人工培养微生物絮体到人工强化高效高浓度微生物絮体的必然发展阶段。它将游离细胞或者酶定位于限定的区域，使其保持活性并可反复利用的方法。上世纪70年代，固定化技术应用于水处理行业。污水处理厂普遍采用的是生物处理技术处理污水，而强化生物处理工艺的效果是目前污水处理研究的主要方向之一。固定化技术保持了效率高、稳定性强、能纯化和保持高效菌种的优点，并具有反应启动快、固液分离简单、耐毒害能力强、污水设备小型化等优点。包埋固定化是目前固定化技术中研究最多，也是最有前途的方法之一。

与其他脱氮工艺相比，固定化微生物技术具有以下优点：(a)能在生物处理装置内维持高浓度的生物量，提高处理能力，反应启动快，减少处理装置容积；(b)污泥产量少，固定化细胞的剩余污泥产量仅为普通活性污泥法的1/5～1/4；(c)可选择性地固定优势高效菌种，提高降解效率；(d)具有较强的抵抗有毒污染物毒性冲击的能力；(e)对pH等水质条件变化有较好的稳定性；(f)固液分离效果好，不需要专门的固液分离装置；(g)运行稳定，耐负荷冲击，不会发生污泥膨胀等运行问题；(h)为生长缓慢的硝化细菌提供了一种良好的滞留方法，微生物不易流失；(i)细胞经固定化后增大了机械强度。

发明内容

本发明的目的为解决污水处理厂二级出水TN浓度较高的问题；同时就目前水厂改造过程中，用地紧张和基建费用较高的问题，提出固定化包埋颗粒深度脱氮装置及方法。

一种包埋固定化微生物深度脱氮反应器，其特征在于：体积为3×3×3mm的立方块固定化颗粒投入反应器内，反应器由底部进水，内部设置搅拌装置，使固定化颗粒与二级出水充分混合，顶部设置格网，防止包埋颗粒随出水漏失，保持反应器内固定化颗粒数量维持固定值；立方块固定化颗粒填充率为20%-30%，配药箱通过用投药泵连接反应器，进水箱通过进水泵连接反应器；

所用固定化颗粒的制备方法：

1）将预聚物聚乙二醇和促进剂四甲基乙二胺溶于水，得到混合液A；

2）将混合液A和已经富集培养的反硝化污泥混合；

3）加入引发剂过硫酸钾，启动聚合；

4）聚合完成后，所形成的凝胶状固体切成3×3×3mm的立方块；

所获得的立方块中100毫升中含有10克聚乙二醇，0.5克促进剂，0.25克引发剂和0.4克经富集培养的反硝化污泥。

应用所述的一种包埋固定化微生物深度脱氮反应器的方法，其特征在于

进水为污水厂二级出水，进水TN负荷1.8kg/（m³·d），反应器水力停留时间为20min；采用外加碳源的方式补充有机物，控制水中COD值为130mg/L。

本装置具有以下几个特点：

1）启动快速。固定化颗粒对于污水的处理需要时间来适应，在水温25℃左右，pH7.2左右，HRT为70min的条件下，填充30%包埋颗粒（v/v）在反应器内，7～9天能够达到驯化成功，包埋颗粒不仅对污水中的硝氮、TN有很好的处理效果，并且在感观上发现明显的改变。

2）脱氮效率高。在水温25℃左右，pH7.2左右，填充固定化颗粒为20%（v/v），HRT为20min的条件下，进水TN负荷为1.8kg/(m³·d)时，固定化包埋颗粒能够将进水25mg/L左右的硝氮降低到1mg/L以下，TN平均去除率达到86.6%。进水TN负荷为2.5kg/(m³·d)时，仍能达到65%TN平均去除率。同样条件下，反硝化生物滤池将TN降低到5mg/L以下，能够接受的TN负荷为1.2kg/(m³·d)，低于本实验确定的1.8kg/(m³·d)TN负荷。

3）容易控制。利用乙酸钠为外加碳源的固定化颗粒反应在15min时，能够将硝氮降低到0.84mg/L；在整个反硝化过程中，pH先升高后不再变化，15min出现拐点；ORP不断降低；pH的拐点出现，以及在稳定运行中发现出水pH普遍比进水高0.6～0.8，可以用在线pH监测设备作为作为实际反应器反硝化效果完成的控制参数。

4）占地面积较小。本工艺装置，填充固定化颗粒是人工强化高效高浓度微生物絮体，处理TN负荷较高，越能够达到节能、降耗和降低成本的目的。

附图说明

图1是本发明的示意图

图中，1—进水水箱，2—配药箱，3—进水蠕动泵，4—投药蠕动泵，5—固定化包埋颗粒，6—格网，7—搅拌器，8—出水箱。

图2包埋颗粒驯化后表面经SEM电镜观测到的丰富的微生物。

具体实施方式

固定化包埋反应装置，采用有机玻璃制成。反应器高0.7m，其中底部0.2m为倒三角圆锥体，反应器内直径为200mm，有效体积为17L。反应池中装填3×3×3mm的立方块，填充比例为20%（v/v），反应器内填料，固定化包埋颗粒颜色偏黑；呈规则立方体，边角分明；密度（1.04）接近于水；载体为聚乙二醇；构成聚合物的分子链呈三维的网状结构，其网孔尺寸为纳米级（7nm)，细菌在其中高密度增殖并充分挥发其活性。如图2所示。

经富集培养的反硝化污泥的培养方法如下：

污泥取自高碑店污水处理厂二沉池回流污泥，放入SBR反应器中培养，其中每天运行2个周期，每个周期搅拌3小时，其余时间静置。采用乙酸钠作为碳源，维持COD=300mg/L,碳氮比4:1的情况下运行3周所得到的污泥。

富集培养是一个常规技术，并不局限于上述具体参数培养出来的反硝化污泥。

参见说明书附图1所示，本发明的具体实施流程为：

由配药箱2投加乙酸钠碳源，由投药泵3和进水泵4分别将二级出水和碳源泵入反应器，反应器内填充20%（v/v）固定化颗粒5，经搅拌器7混合均匀，反应器顶部出水，设置格网6防止固定化颗粒5漏失。出水先进入出水箱8后排出，出水箱8是防止意外事故发生，固定颗粒从反应器内漏失，在8处得到静沉，是防止固定化颗粒漏失的第二道保护措施。本试验通过控制进水泵流速来控制反应器的HRT，其特点是一周内完成驯化期，出水稳定，启动成功；在较高的TN进水负荷下能够达到深度脱氮的目的。

本装置具有驯化快，脱氮效率高，生物量大，污泥产量少，对水质变化有一定的耐受性的优点。

实施实例：以某大型城市污水处理厂的二级出水为研究对象，对二级出水、反应器进水及出水取样检测分析，试验结果表明：***经过连续运行，可获得稳定的工艺性能：

（1）填充率是影响反应器脱氮效果的重要因素，试验期间改变固定化包埋颗粒的填充率，由30%逐渐降低到20%时，TN去除率能达到80%以上；填充率低于20%时，TN去除率随着填充率的减少而下降。试验确定包埋固定化颗粒的最佳填充率为20%。

（2）驯化成功后，在水温25℃左右，pH7.2左右，填充固定化颗粒为20%（v/v），HRT为20min，投加乙酸钠碳源，控制水中COD值为130mg/L左右，保证微生物能够利用的有机物充足。进水硝氮浓度平均25.5mg/L，出水硝氮浓度低于1mg/L，TN进水浓度平均为27mg/L左右，出水能控制在5mg/L以内，TN平均去除率达到86.6%。

Claims (2)

1.一种包埋固定化微生物深度脱氮反应器，其特征在于：体积为3×3×3mm的立方块固定化颗粒投入反应器内，反应器由底部进水，内部设置搅拌装置，使固定化颗粒与二级出水充分混合，顶部设置格网，防止包埋颗粒随出水漏失，保持反应器内固定化颗粒数量维持固定值；立方块固定化颗粒填充率为20%-30%，用于外加碳源的配药箱通过用投药泵连接反应器，进水箱通过进水泵连接反应器；

所用固定化颗粒的制备方法：

1）将预聚物聚乙二醇和促进剂四甲基乙二胺溶于水，得到混合液A；

2）将混合液A和已经富集培养的反硝化污泥混合；

3）加入引发剂过硫酸钾，启动聚合；

4）聚合完成后，所形成的凝胶状固体切成3×3×3mm的立方块；

所获得的立方块中100毫升中含有10克聚乙二醇，0.5克促进剂，0.25克引发剂和0.4克经富集培养的反硝化污泥。

2.应用权利要求1所述的一种包埋固定化微生物深度脱氮反应器的方法，其特征在于：

进水为污水厂二级出水，进水TN负荷1.8kg/（m³·d），反应器水力停留时间为20min；采用外加碳源的方式补充有机物，控制水中COD值为130mg/L。

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