CN112897835B - 一种将厌氧消化污泥驯化为Feammox功能污泥的制备装置及驯化方法 - Google Patents
一种将厌氧消化污泥驯化为Feammox功能污泥的制备装置及驯化方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种将厌氧消化污泥驯化为Feammox功能污泥的制备装置及驯化方法;厌氧铁氨氧化工艺的反应装置由进水曝气单元、活性污泥反应单元、控温单元组成;进水曝气单元能够长时间保持工艺所需进水厌氧条件;活性污泥反应单元设有搅拌装置及三相分离器,能够实现活性污泥与进水的充分混合,并实现出水的泥、水、气分离,防止活性污泥随出水流出,有效持留污泥;控温单元所设置的水浴夹层与超级恒温水浴能够满足反应温度条件。同时在反应过程中,通过不断变化进水的铁离子浓度,在驯化到70天左右时就可以培养出成熟稳定的Feammox功能污泥,而且种泥取自污水厂厌氧池,成本低廉,材料易得。本发明的污泥来源具有更高的成本优势,且驯化时间与传统工艺相差不大。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域,特别涉及一种将厌氧消化污泥驯化为Feammox功能污泥的制备装置及训话方法。
背景技术
我国处于工业化和城市化“双快速”发展阶段,污染物排放增量压力巨大带来的环境问题已经让人难以忽视。在全国实施“控源减排”后,废水有机污染得到有效治理,氮磷污染上升为主要环境问题,所引起的水体富营养化是最典型且基本不可逆的水环境污染问题,不但严重威胁到人类及其他生命体的健康和安全,而且由此引发的水资源短缺问题也已成为严重影响和制约我国经济高速发展的重要因素之一。高耗低效的传统生物脱氮工艺已经无法满足实际需求,迫切需要开发低能耗、高效且稳定的可持续发展的污水自养生物脱氮处理技术。
厌氧铁氨氧化(Ferric Ammonium Oxidation,Feammox)是在铁还原条件下微生物介导的厌氧氨氧化,它是近年来新发现的一种氮循环方式,其是地球氮循环与铁循环的结合,并普遍存在于河岸、湿地、水稻田等环境中。厌氧铁氨氧化工艺作为一种自养型生物脱氮工艺,符合未来污水处理发展方向,具有较高的应用前景。目前关于厌氧铁氨氧化工艺在污水处理中的应用依然处于不完善的试验阶段,在种泥的选取上普遍采用厌氧氨氧化(Anammox)污泥,厌氧氨氧化工艺易受环境因素影响,存在厌氧氨氧化菌倍增时间长的缺陷,从而导致了Anammox污泥的驯化成本较高、制备周期长等缺陷,不宜作为 Feammox种泥的最优选择;同时在反应装置的选取上普遍采用的 UASB反应器,但其存在泥水混合不充分,三相分离器易堵塞,无法长时间保持进水厌氧条件的问题,造成工艺的启动与运行过程不理想。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明目的是提供一种将厌氧消化污泥驯化为Feammox功能污泥的制备装置及训话方法;具体技术方案如下:
一种将厌氧消化污泥驯化为Feammox功能污泥的制备装置,包括进水曝气单元、活性污泥反应单元和控温单元;
所述进水曝气单元由氮气瓶、气体流量计、曝气盘、进水桶、集气袋、洗气瓶和进水泵组成;
所述氮气瓶先连接所述气体流量计后再通过气动PU管由小孔进入进水桶中,并连接曝气盘;
所述的集气袋与洗气瓶通过三通球阀与进水桶相连,并分置于三通球阀两端;
所述进水泵一端连接进水桶,另一端与活性污泥反应单元相连。
所述的一种将厌氧消化污泥驯化为Feammox功能污泥的制备装置,其优选方案为所述活性污泥反应单元由CSTR反应器、三相分离器、调速器和出水池组成;
所述CSTR反应器包括顶盖、底盖、电机、搅拌桨,主要材料为有机玻璃;
所述顶盖、底盖、电机均采用法兰连接,搅拌桨利用不锈钢联轴器连接于电机下端;
所述CSTR反应器下方设有进水口与排泥口,中部有效反应区设有3个取样口,中上部设有出水口,上方设有排气口,进水口设止回阀,排泥口、取样口、出水口设球阀;出水口上的球阀连接PVC软管,出水由PVC软管流入出水池;
所述电机带动搅拌桨对泥水进行搅动,调速器连接电机用于控制搅拌速度;
所述三相分离器与CSTR顶盖下方相粘合。
所述的一种将厌氧消化污泥驯化为Feammox功能污泥的制备装置,其优选方案为所述的控温单元包括水浴夹层和超级恒温水浴;
所述水浴夹层包裹于所述CSTR反应器的有效反应区外侧,上下分设两个球阀,通过PVC软管与超级恒温水浴相连,温水从超级恒温水浴由下球阀进入水浴夹层,再由上球阀回流,循环流动控制温度。
所述的一种将厌氧消化污泥驯化为Feammox功能污泥的制备装置,其优选方案为所述三相分离器呈圆柱型,材料为有机玻璃,内径为170mm。
所述的一种将厌氧消化污泥驯化为Feammox功能污泥的制备装置,其优选方案为所述CSTR反应器主要材料为有机玻璃,有效容积约为5L,内径140mm,有效高径比约为2.3﹕1,采用下进上出的过水方式。
一种将厌氧消化污泥驯化为Feammox功能污泥的驯化方法,主要包括反应装置的操作过程和进水铁离子浓度的变化添加过程;
所述的反应装置的操作过程主要分为四个主要步骤:
(1)种泥选取:反应器的接种污泥取自海城市某污水厂经芬顿工艺处理的厌氧消化污泥。将1.5L~2L的污泥接种到反应器内,水力停留时间初设为8h。
(2)进水曝气:首先将废水置于进水桶中,添加好铁离子溶液后,打开氮气瓶,调节气体流量计控制氮气流速在600L/h左右,三通球阀通向洗气瓶,氮气进入进水桶中,去除水中溶解氧,气体经由洗气瓶排出;曝气约15min后,测定水中溶解氧达到0.1mg/L左右,调节进水pH,随后调节三通球阀通向集气袋,继续曝气;当集气袋曝满后,停止曝气,三通球阀停留在通向集气袋方向;每次配水前关闭进水泵。
(3)反应方式:采用连续流方式运行,打开进水泵开始进水,以下进上出方式过水,由上方出水口球阀流出流入出水池。反应过程中,进水桶中液面降低,集气袋中氮气对其空间进行回补,保持长时间厌氧条件;搅拌装置长期运行不关闭。
(4)控温方式:超级恒温水浴设置温度在32℃左右,内具潜水泵,温水从超级恒温水浴由下球阀进入水浴夹层,再由上球阀回流,循环流动控制反应器有效反应区温度,并长期运行不关闭。
所述的进水铁离子浓度的变化添加过程主要分为五个主要阶段:
(6)阶段一:1-15天,进水中NH4 +-N浓度控制在30-50mg/L之间,Fe(Ⅲ)浓度控制在10mg/L左右;
(7)阶段二:16-26天,进水Fe(Ⅲ)浓度控制在20mg/L左右,其他元素浓度不变;
(8)阶段三:27-31天,进水Fe(Ⅲ)浓度控制在50mg/L左右,其他元素浓度不变;
(9)阶段四:32-123天,进水Fe(Ⅲ)浓度控制在70-80mg/L左右,其他元素浓度不变;
(10)阶段五:124-130天,进水Fe(Ⅲ)浓度控制在40mg/L左右,其他元素浓度不变。
本发明的有益效果:本发明反应器装置中的进水曝气单元设置的集气袋能够储存氮气,可在工艺开始进水,进行反应的过程中对进水桶内空间进行氮气回补,能够更长时间维持工艺所需进水厌氧条件;选用的CSTR反应器能够使活性污泥与进水充分混合,加装的圆柱形三相分离器能够实现出水的泥、水、气分离,防止活性污泥随出水流出,有效持留污泥;控温单元所设置的水浴夹层与超级恒温水浴能够满足反应温度条件。同时在反应过程中,通过不断变化进水的铁离子浓度,在驯化到70天左右时就可以培养出成熟稳定的Feammox功能污泥,而且种泥取自污水厂厌氧池,成本低廉,材料易得。与传统的 Anammox反应器污泥作为种泥来源相比,本发明的污泥来源具有更高的成本优势,且驯化时间与传统工艺相差不大。
附图说明
图1为厌氧铁氨氧化工艺的反应装置的结构示意图;
图2为Feammox反应器三氮含量变化图;
图3为Feammox反应器铁离子含量变化图。
图中:1、氮气瓶;2、气体流量计;3、进水桶;4、曝气盘;5、集气袋;6、洗气瓶;7、进水泵;8、搅拌桨;9、三相分离器;10、电机;11、调速器;12、出水池;13、水浴夹层;14、超级恒温水浴; 15、CSTR反应器;16、进水口;17、排泥口;18、取样口;19、出水口;20、排气口;21、有效反应区;22、顶盖;23、底盖。
具体实施方式
下面结合本发明中的附图对发明作进一步说明,但不应该理解为本发明上述主体范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段,作出各种替换和变更,均应包括在本发明的保护范围内。
如图1-3所示,本发明目的是提供一种将厌氧消化污泥驯化为 Feammox功能污泥的制备装置,包括进水曝气单元、活性污泥反应 单元和控温单元;
所述进水曝气单元由氮气瓶1、气体流量计2、曝气盘4、进水桶3、集气袋5、洗气瓶6和进水泵7组成;
所述氮气瓶1先连接所述气体流量计2后再通过气动PU管由小孔进入进水桶3中,并连接曝气盘4;
所述的集气袋5与洗气瓶6通过三通球阀与进水桶3相连,并分置于三通球阀两端;
所述进水泵7一端连接进水桶3,另一端与活性污泥反应单元相连。
所述活性污泥反应单元由CSTR反应器15、三相分离器9、调速器11和出水池12组成;
所述CSTR反应器15包括顶盖22、底盖23、电机10、搅拌桨8,主要材料为有机玻璃;
所述顶盖22、底盖23、电机10均采用法兰连接,搅拌桨8利用不锈钢联轴器连接于电机10下端;
所述CSTR反应器15下方设有进水口16与排泥口17,中部有效反应区21设有3个取样口18,中上部设有出水口19,上方设有排气口20,进水口16设止回阀,排泥口17、取样口18、出水口19设球阀;出水口19上的球阀连接PVC软管,出水由PVC软管流入出水池12;
所述电机10带动搅拌桨8对泥水进行搅动,调速器11连接电机 10用于控制搅拌速度;
所述三相分离器9与CSTR顶盖下方相粘合。
所述的控温单元包括水浴夹层13和超级恒温水浴14;
所述水浴夹层13包裹于所述CSTR反应器的有效反应区外侧,上下分设两个球阀,通过PVC软管与超级恒温水浴14相连,温水从超级恒温水浴14由下球阀进入水浴夹层13,再由上球阀回流,循环流动控制温度。
所述三相分离器9呈圆柱型,材料为有机玻璃,内径为170mm。
所述CSTR反应器主要材料为有机玻璃,有效容积约为5L,内径 140mm,有效高径比约为2.3﹕1,采用下进上出的过水方式。
一种将厌氧消化污泥驯化为Feammox功能污泥的驯化方法,主要包括反应装置的操作过程和进水铁离子浓度的变化添加过程;
所述的反应装置的操作过程主要分为四个主要步骤:
(5)种泥选取:反应器的接种污泥取自海城市某污水厂经芬顿工艺处理的厌氧消化污泥。将1.5L~2L的污泥接种到反应器内,水力停留时间初设为8h。
(6)进水曝气:首先将废水置于进水桶中,添加好铁离子溶液后,打开氮气瓶,调节气体流量计控制氮气流速在600L/h左右,三通球阀通向洗气瓶,氮气进入进水桶中,去除水中溶解氧,气体经由洗气瓶排出;曝气约15min后,测定水中溶解氧达到0.1mg/L左右,调节进水pH,随后调节三通球阀通向集气袋,继续曝气;当集气袋曝满后,停止曝气,三通球阀停留在通向集气袋方向;每次配水前关闭进水泵。
(7)反应方式:采用连续流方式运行,打开进水泵开始进水,以下进上出方式过水,由上方出水口球阀流出流入出水池。反应过程中,进水桶中液面降低,集气袋中氮气对其空间进行回补,保持长时间厌氧条件;搅拌装置长期运行不关闭。
(8)控温方式:超级恒温水浴设置温度在32℃左右,内具潜水泵,温水从超级恒温水浴由下球阀进入水浴夹层,再由上球阀回流,循环流动控制反应器有效反应区温度,并长期运行不关闭。
所述的进水铁离子浓度的变化添加过程主要分为五个主要阶段:
(11)阶段一:1-15天,进水中NH4 +-N浓度控制在30-50mg/L 之间,Fe(Ⅲ)浓度控制在10mg/L左右;
(12)阶段二:16-26天,进水Fe(Ⅲ)浓度控制在20mg/L左右,其他元素浓度不变;
(13)阶段三:27-31天,进水Fe(Ⅲ)浓度控制在50mg/L左右,其他元素浓度不变;
(14)阶段四:32-123天,进水Fe(Ⅲ)浓度控制在70-80mg/L左右,其他元素浓度不变;
(15)阶段五:124-130天,进水Fe(Ⅲ)浓度控制在40mg/L左右,其他元素浓度不变。
实施例1
本实施例中Feammox反应器三氮含量变化如图2所示,在130 天的运行过程中,氨氮去除率最高达24.76%,氨氮去除速率最高为 0.057kgN/(m3·d),在后期出水亚硝氮含量几乎为0mg/L,且出水产物主要为硝态氮和氮气,说明本发明工艺成功将厌氧消化污泥驯化成 Feammox功能污泥。
本实施例中Feammox反应器铁离子含量变化如图3所示,随着反应器不同阶段的运行,在第四阶段时Fe3+离子浓度增加至 70-80mg/L,体系中Fe2+离子浓度也在不断增加,Fe2+生成量最高可达 22mg/L,说明加入反应器的Fe3+中一部分参与了铁氨氧化反应并转化为Fe2+,同样说明了本发明的反应器内Feammox功能污泥的成功驯化。
Claims (3)
1.一种将厌氧消化污泥驯化为Feammox功能污泥的制备装置,其特征在于:包括进水曝气单元、活性污泥反应单元和控温单元;
所述进水曝气单元由氮气瓶、气体流量计、曝气盘、进水桶、集气袋、洗气瓶和进水泵组成;
所述氮气瓶先连接所述气体流量计后再通过气动PU管由小孔进入进水桶中,气动PU管连接进水桶中的曝气盘;
所述的集气袋与洗气瓶通过三通球阀与进水桶相连,集气袋与洗气瓶分置于三通球阀两端;
所述进水泵一端连接进水桶,另一端与活性污泥反应单元相连;
所述活性污泥反应单元由CSTR反应器、三相分离器、调速器和出水池组成;
所述CSTR反应器包括顶盖、底盖、电机、搅拌桨,CSTR反应器材料为有机玻璃;
所述顶盖、底盖、电机均采用法兰连接,搅拌桨利用不锈钢联轴器连接于电机下端;
所述CSTR反应器下方设有进水口与排泥口,中部有效反应区设有3个取样口,中上部设有出水口,上方设有排气口,进水口设止回阀,排泥口、取样口、出水口设球阀;出水口上的球阀连接PVC软管,出水由PVC软管流入出水池;
所述电机带动搅拌桨对泥水进行搅动,调速器连接电机用于控制搅拌速度;
所述三相分离器与CSTR顶盖下方相粘合;
所述的控温单元包括水浴夹层和超级恒温水浴;
所述水浴夹层包裹于所述CSTR反应器的有效反应区外侧,水浴夹层上下分别设置一个球阀,球阀通过PVC软管与超级恒温水浴相连,温水从超级恒温水浴由下球阀进入水浴夹层,再由上球阀回流,循环流动控制温度;
基于所述装置的将厌氧消化污泥驯化为Feammox功能污泥的驯化方法,方法包括反应装置的操作过程和进水铁离子浓度的变化添加过程;
所述的反应装置的操作过程分为四个步骤:
⑴种泥选取:反应器的接种污泥取自海城市某污水厂经芬顿工艺处理的厌氧消化污泥;将1.5L~2L 的污泥接种到反应器内,水力停留时间初设为8h;
⑵进水曝气:首先将废水置于进水桶中,添加好铁离子溶液后,打开氮气瓶,调节气体流量计控制氮气流速在600L/h,三通球阀通向洗气瓶,氮气进入进水桶中,去除水中溶解氧,气体经由洗气瓶排出;曝气15min后,测定水中溶解氧达到0.1mg/L,调节进水pH,随后调节三通球阀通向集气袋,继续曝气;当集气袋曝满后,停止曝气,三通球阀停留在通向集气袋方向;每次配水前关闭进水泵;
⑶反应方式:采用连续流方式运行,打开进水泵开始进水,以下进上出方式过水,由上方出水口球阀流出流入出水池;反应过程中,进水桶中液面降低时,通过集气袋中氮气对其空间进行回补,保持长时间厌氧条件;搅拌装置长期运行不关闭;
⑷控温方式:超级恒温水浴设置温度在32℃,内具潜水泵,温水从超级恒温水浴由下球阀进入水浴夹层,再由上球阀回流,循环流动控制反应器有效反应区温度,并长期运行不关闭;
所述的进水铁离子浓度的变化添加过程分为五个阶段:
⑴阶段一:1-15天,进水中NH4 +-N浓度控制在30-50mg/L之间,Fe(Ⅲ)浓度控制在10mg/L;
⑵阶段二:16-26天,进水Fe(Ⅲ)浓度控制在20mg/L,其他元素浓度不变;
⑶阶段三:27-31天,进水Fe(Ⅲ)浓度控制在50mg/L,其他元素浓度不变;
⑷阶段四:32-123天,进水Fe(Ⅲ)浓度控制在70-80mg/L,其他元素浓度不变;
⑸阶段五:124-130天,进水Fe(Ⅲ)浓度控制在40mg/L,其他元素浓度不变。
2.根据权利要求1所述的一种将厌氧消化污泥驯化为Feammox功能污泥的制备装置,其特征在于:所述三相分离器呈圆柱型,材料为有机玻璃,内径为170mm。
3.根据权利要求1所述的一种将厌氧消化污泥驯化为Feammox功能污泥的制备装置,其特征在于:所述CSTR反应器有效容积为5L,内径140mm,有效高径比为2.3﹕1,采用下进上出的过水方式。
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