CN113735248A - 耦合厌氧氨氧化和三维电极膜生物工艺的一体式分段反应器 - Google Patents

耦合厌氧氨氧化和三维电极膜生物工艺的一体式分段反应器 Download PDF

Info

Publication number
CN113735248A
CN113735248A CN202110938179.5A CN202110938179A CN113735248A CN 113735248 A CN113735248 A CN 113735248A CN 202110938179 A CN202110938179 A CN 202110938179A CN 113735248 A CN113735248 A CN 113735248A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dimensional electrode
anaerobic ammonia
ammonia oxidation
reaction zone
electrode membrane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110938179.5A
Other languages
English (en)
Inventor
陈达颖
赵林
黄梦露
李一晗
姜乃琪
高敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN202110938179.5A priority Critical patent/CN113735248A/zh
Publication of CN113735248A publication Critical patent/CN113735248A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/005—Combined electrochemical biological processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2866—Particular arrangements for anaerobic reactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/16—Nitrogen compounds, e.g. ammonia

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Abstract

本发明是耦合厌氧氨氧化和三维电极膜生物工艺的一体式分段反应器。壳体下部的厌氧氨氧化反应区包括多孔布水器、温度/溶解氧/氧化还原电位测定仪器、三相分离器、外回流***、气体收集袋；壳体上部的三维电极膜生物反应区包括筛板法兰、多孔布水器、阴极、阳极、海绵铁和活性炭填充层、直流电源；阴极和阳极之间填充海绵铁和活性炭填充层在污废水的介质下形成三维电极结构。利用高浓度氨氮作为电子供体脱氮形成氮气和硝氮，氮气通过三相分离器排出反应器，硝氮则进入三维电极膜生物反应区利用电极电解废水产生氢气，提供电子供体和强氧化性的中间体进水反硝化作用，进一步去除水体中的硝态氮，具有能耗低，效率高，结构简单的优点。

Description

耦合厌氧氨氧化和三维电极膜生物工艺的一体式分段反应器
技术领域
本发明属于水污染控制领域，主要涉及低碳氮比高浓度氨氮废水处理领域，具体涉及一种耦合厌氧氨氧化和三维电极膜生物工艺的一体式分段反应器。
背景技术
随着社会的不断发展，工农业废水和城市生活污水中氮素的含量越来越高。大量含氮污水的排放导致一系列严重的环境问题。比如，氮磷超标所引起的水体严重的富营养化，会造成藻类大量繁殖，鱼虾大量死亡，进一步污染水生态。农业上大量氮肥的利用亦严重污染的地下水安全。工业领域中，印染废水的尿素、电镀废水的氨水，钢铁行业的硝酸等等均有一定程度的毒性，不利于微生物生长发育，亦会通过食物链富集进一步威胁着人类的健康，同时也严重制约着社会的可持续发展。各类污水不仅氮元素含量高，且多数情况下C/N比失调，对污水的无害化处理带来诸多困境。
在污水厂中，传统的生物脱氮工艺以活性污泥法或膜生物法为反应主体，通过控制溶解氧，有机物浓度，水力停留时间等来提供处理效果。常见的工艺包括A2O活性污泥法，膜生物法，氧化沟，生物转盘和生物流化床等。传统处理工艺在反硝化段需要有充足的碳源，以保证整体的脱氮效果。因此低碳氮比废水对传统生物脱氮工艺带来了一定的挑战。
厌氧氨氧化工艺不需要外加碳源则完成脱氮过程，其反应原理如下公式所示。
Figure BDA0003213678230000011
可知该工艺是在厌氧条件下以NH4 +-N为电子供体，NO2 --N为电子受体，将NH4 +-N和NO2 --N转化N2。相比于传统脱氮工艺，该工艺不需外加碳源，无需曝气，产泥量低，具有较高的脱氮效率。但每消耗1mol NH4 +-N和1.32NO2 --N除了生成1.02mol/L N2的同时，也会残留0.26mol/L NO3 —N。
三维电极生物膜工艺是在传统的二维电极设备中的阳极和阴极之间投加颗粒或碎片状的填料作为第三电极，在电场的作用下，这些装载的填料表面带电并产生极化。同时，这些填料的表面吸附了大量的微生物，构成三维电极生物膜反应器。其原理如下所示：
电解过程阳极表面主要发生的反应：
C+2H2O→CO2+4H++4e-......................................式(1-2)
H2O→1/2O2+2H++2e-………………………式(1-3)
电解过程阴极表面主要发生的反应：
1/2O2+H2O+2e-→2OH-………………………式(1-4)
2H2O+2e-→2H2+2OH-……………………式(1-5)
氢自养反硝化脱氮过程：
8NO3 -+5CH3COO-→10HCO3-+H2O+4N2+3OH-…………式(1-6)
2.5H2+10NO3 -→0.5N2+2H2O+OH-………………式(1-7)
由上可知三维电极可通过电解水作用，产生H2和O2，其中阴极产生的H2为生长附着在电极表面和填料上的氢自养微生物的反硝化过程提供电子供体，将NO3 --N还原为N2。同时，当利用碳棒作为阳极的时候，阳极在电解作用下产生的CO2作为无机碳源可以为自养微生物提供能源物质，并且产生的CO2溶于水产生CO3 2-和HCO3 -。在电流的作用下也能提高微生物活性，促进反硝化过程。
但是厌氧氨氧化细菌对环境要求严苛，如：温度，溶解氧等，易受有毒有害物影响，污泥形态难以维持颗粒化，且脱氮生成硝氮，无法实现完全脱氮。三维电极膜生物工艺，是利用微电流下的三维电极和氢自养微生物进行污水净化，具有清洁无二次污染的优点，但该体系无法经受高浓度污废水的冲击，会造成体系的崩溃，因此不适用于处理高浓度的氨氮废水。
发明内容
针对上述所涉及的工艺原理，本发明旨在设计一种能耦合厌氧氨氧化工艺和三维电极膜生物工艺优点的生物反应器，合理的利用厌氧氨氧化工艺和三维电极膜生物工艺的优缺点，开发出一种可用于低碳比高氨氮废水的处理装置，本发明是耦合厌氧氨氧化和三维电极膜生物工艺的一体式分段反应器。壳体下部的厌氧氨氧化反应区包括多孔布水器、温度/溶解氧/氧化还原电位测定仪器、三相分离器、外回流***、气体收集袋；壳体上部的三维电极膜生物反应区包括筛板法兰、多孔布水器、阴极、阳极、海绵铁和活性炭填充层、直流电源；阴极和阳极之间填充海绵铁和活性炭填充层在污废水的介质下形成三维电极结构。利用高浓度氨氮作为电子供体脱氮形成氮气和硝氮，氮气通过三相分离器排出反应器，硝氮则进入三维电极膜生物反应区利用电极电解废水产生氢气，提供电子供体和强氧化性的中间体进水反硝化作用，进一步去除水体中的硝态氮，具有能耗低，效率高，结构简单的优点；为新型高效脱氮反应器的开发奠定基础。
本发明的技术方案如下：
一种耦合厌氧氨氧化和三维电极膜生物工艺的一体式分段反应器，在反应器壳体(41)内由筛板法兰(16)分为底部的厌氧氨氧化反应区和顶部的三维电极膜生物反应区；厌氧氨氧化反应区多点布水器(20)设置在反应器底部；底部侧面开孔连接数显屏幕(17)和高灵敏的温度/溶解氧/氧化还原电位探头(19)，底部厌氧氨氧化反应区上端放置三相分离器(5)通过密闭橡胶塞(8)固定于壳体(41)顶盖；筛板法兰(16)上端放置三维电极膜生物反应区多点布水器(15)和阴极(14)，在阴极(14)上设置有海绵铁和活性炭填料层(13)，在填料层上放置阳极(12)；阳极(12)、阴极(14)通过电线和直流电源(11)相连接，组成三维电极；水浴进水口(2)位于壳体(41)下端，水浴出水口(10)位于壳体(41)上端，壳体(41)侧壁设置采样口，分别为厌氧氨氧化反应区底部采样口(31)、厌氧氨氧化反应区顶部采样口(32)、三维电极膜生物反应区底部采样口(33)、三维电极膜生物反应区顶部采样口(34)。
所述的反应器，回流出水口(6)和回流进水口(23)分别设置在反应器上端和下端在在回流出水口(6)和回流进水口(23)之间设置整体蠕动泵(1-1)；在厌氧氨氧化反应区底部采样口(31)和厌氧氨氧化反应区顶部采样口(32)之间设置厌氧氨氧化反应区蠕动泵(1-2)；在三维电极膜生物反应区底部采样口(33)和三维电极膜生物反应区顶部采样口(34)之间设置三维电极膜生物反应区蠕动泵(1-3)；使用布水管和四个相同的三通阀(24)连接厌氧氨氧化反应区底部采样口(31)、厌氧氨氧化反应区顶部采样口(32)、三维电极膜生物反应区底部采样口(33)、三维电极膜生物反应区顶部采样口(34)、回流出水口(6)和回流进水口(23)；布水管将进水桶(18)进水泵(21)和壳体(41)底部的进水口(22)相连接；在壳体(41)外设置水浴保温层(42)。
本发明的应器的循环***分别为整体外循环***、厌氧氨氧反应段外循环***、三维电极膜生物反应段外循环***；整体外循环***通过调整四个三通阀(24)，使整体蠕动泵(1-1)、回流出水口(6)和回流进水口(23)构成一个循环；厌氧氨氧段外循环***通过调整四个三通阀，使厌氧氨氧化反应区蠕动泵(1-2)、厌氧氨氧化反应区顶部采样口(32)和厌氧氨氧化反应区底部采样口(31)构成一个循环；三维电极膜生物反应段外循环***通过调整四个三通阀，使三维电极膜生物反应区蠕动泵(1-3)、三维电极膜生物反应区顶部采样口(34)和三维电极膜生物反应区底部采样口(33)构成一个循环。
反应器三相分离器(5)构成固液气分离***，三相分离器(5)位于厌氧氨氧化反应区的顶部；导气管延伸穿过三维电极膜生物反应区并通过位于壳体(41)顶部的密闭橡胶塞(8)固定，通过气体收集袋(7)收集气体，液体通过回流出水口(6)和出水口(9)排出，污泥被三相分离器(5)截留保存在厌氧氨氧化反应区。
所述的反应器由壳体(41)、水浴保温层(42)、水浴进水口(2)和水浴出水口(10)构成加热和保温***，通过将水浴循环加热的方式，维持***温度。
优选反应器底部厌氧氨氧化反应区和顶部三维电极膜生物反应区的体积比为1:1。
优选反应器筛板法兰(16)孔径设置为截留三维电极膜生物反应区的微生物从填充层表面脱落进入底部的厌氧氨氧化反应区。
优选反应器高径比为30。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明有效的利用三维电极膜生物反应区处理厌氧氨氧化反应段脱氮所产生的硝氮，通过厌氧氨氧化细菌，氢自养微生物和三维电极的相互作用提高了低碳氮比废水整体的脱氮效率。
本发明能实时监测厌氧氨氧化反应区温度，溶解氧和氧化还原电位，及时调整运行参数。
本发明设置有整体外循环***可降低污染负荷，提高水力剪切力，有利于厌氧氨氧化颗粒污泥的形成，也可根据出水水质情况单独选择厌氧氨氧化反应段循环***和三维电极膜生物反应段循环***，进一步提高反应器的脱氮能力。
本发明选用高纯度的中孔石墨碳板为阳极材料，通过电解可产生CO2可为了自养微生物提供无机碳源，溶于水也有利于***的pH值。
本发明选用高纯度的中孔石墨碳板为阴极材料，通过电解可产生H2可为了氢自养微生物提供电子供体，将NO3 --N还原为N2。
本发明在阴极和阳极之间填充活性炭和石墨填料，填料带电极化构成第三维电极，亦可作为自养微生物的载体。
附图说明
图1是本发明的结构图
图2是启动过程进出水水质和化学计量比变化图
图3是本发明与普通UASB反应器脱氮率对比图
其中：整体蠕动泵(1-1)、厌氧氨氧化反应区蠕动泵(1-2)、三维电极膜生物反应区蠕动泵(1-3)、水浴进水口(2)、厌氧氨氧化反应区底部采样口(31)、厌氧氨氧化反应区顶部采样口(32)、三维电极膜生物反应区底部采样口(33)、三维电极膜生物反应区顶部采样口(34)、壳体(41)、水浴保温层(42)、三相分离器(5)、回流出水口(6)、气体收集袋(7)、密闭橡胶塞(8)、出水口(9)、水浴出水口(10)、直流电源(11)、阳极(12)、铁碳和活性炭填充物(13)、阴极(14)、三维电极膜生物反应区多点布水器(15)、筛板法兰(16)、数显屏幕(17)、进水桶(18)、高灵敏的温度/溶解氧/氧化还原电位探头(19)、厌氧氨氧化反应区多点布水器(20)、进水泵(21)、进水口(22)、回流进水口(23)、四个三通阀(24)。
具体实施方式
采用的试验装置示意图如图1所示，结合图1对本发明的实施方式进行说明：
本发明提供了一种耦合厌氧氨氧化和三维电极膜生物工艺的一体式分段反应器，包括整体蠕动泵(1-1)、厌氧氨氧化反应区蠕动泵(1-2)、三维电极膜生物反应区蠕动泵(1-3)、水浴进水口(2)、厌氧氨氧化反应区底部采样口(31)、厌氧氨氧化反应区顶部采样口(32)、三维电极膜生物反应区底部采样口(33)、三维电极膜生物反应区顶部采样口(34)、壳体(41)、水浴保温层(42)、三相分离器(5)、回流出水口(6)、气体收集袋(7)、密闭橡胶塞(8)、出水口(9)、水浴出水口(10)、直流电源(11)、阳极(12)、铁碳和活性炭填充物(13)、阴极(14)、三维电极膜生物反应区多点布水器(15)、筛板法兰(16)、数显屏幕(17)、进水桶(18)、高灵敏的温度/溶解氧/氧化还原电位探头(19)、厌氧氨氧化反应区多点布水器(20)、进水泵(21)、进水口(22)、回流进水口(23)、四个三通阀(24)；该反应器被筛板法兰(16)分为底部的厌氧氨氧化反应区和顶部的三维电极膜生物反应区；底部厌氧氨氧化反应区：通过布水管将进水桶(18)进水泵(21)和壳体(41)底部的进水口(22)相连接，厌氧氨氧化反应区多点布水器(20)粘贴于反应器底部。底部侧面开孔连接数显屏幕(17)和高灵敏的温度/溶解氧/氧化还原电位探头(19)，底部厌氧氨氧化反应区上端放置三相分离器(5)通过密闭橡胶塞(8)固定于壳体(41)顶盖；顶部的三维电极膜生物反应区：筛板法兰(16)上端放置三维电极膜生物反应区多点布水器(15)和阴极(14)，在阴极(14)上方添加海绵铁和活性炭(13)填料，在填充物上端放置阳极(12)；阳极(12)、阴极(14)通过电线和直流电源(11)相连接，组成三维电极；出水通过重力作用经出水口(9)流出。壳体(41)表面覆盖水浴保温层(42)，水浴进水口(2)位于壳体(41)下端，水浴出水口(10)位于壳体(41)上端，壳体(41)侧壁设置采样口，分别为厌氧氨氧化反应区底部采样口(31)、厌氧氨氧化反应区顶部采样口(32)、三维电极膜生物反应区底部采样口(33)、三维电极膜生物反应区顶部采样口(34)；其中，厌氧氨氧化反应区底部采样口(31)位于厌氧氨氧化区的底端，厌氧氨氧化反应区顶部采样口(32)位于厌氧氨氧化区的上端，三号采样口(33)位于三维电极膜生物反应区的底端，三维电极膜生物反应区顶部采样口(34)位于三维电极膜生物反应区的上端；回流出水口(6)和回流进水口(23)分别设置在反应器右侧上端和下端。使用布水管和四个相同的三通阀(24)连接厌氧氨氧化反应区底部采样口(31)、厌氧氨氧化反应区顶部采样口(32)、三维电极膜生物反应区底部采样口(33)、三维电极膜生物反应区顶部采样口(34)、回流出水口(6)和回流进水口(23)；整体蠕动泵(1-1)连接在回流出水口(6)和回流进水口(23)之间；厌氧氨氧化反应区蠕动泵(1-2)连接在厌氧氨氧化反应区底部采样口(31)和厌氧氨氧化反应区顶部采样口(32)之间；三维电极膜生物反应区蠕动泵(1-3)连接在三维电极膜生物反应区底部采样口(33)和三维电极膜生物反应区顶部采样口(34)之间。
反应器循环***包括整体外循环***、厌氧氨氧反应段外循环***、三维电极膜生物反应段外循环***；整体外循环***通过调整四个三通阀，使整体蠕动泵(1-1)、回流出水口(6)和回流进水口(23)构成一个循环；厌氧氨氧段外循环***通过调整四个三通阀，使厌氧氨氧化反应区蠕动泵(1-2)、厌氧氨氧化反应区顶部采样口(32)和厌氧氨氧化反应区底部采样口(31)构成一个循环；三维电极膜生物反应段外循环***通过调整四个三通阀，使三维电极膜生物反应区蠕动泵(1-3)、三维电极膜生物反应区顶部采样口(34)和三维电极膜生物反应区底部采样口(33)构成一个循环；
固液气分离***由三相分离器(5)构成，其位于厌氧氨氧化反应区的顶部；导气管延伸穿过三维电极膜生物反应区并通过位于壳体(41)顶部的密闭橡胶塞(8)固定，通过气体收集袋(7)收集气体，液体通过回流出水口(6)和出水口(9)排出，污泥被三相分离器(5)截留保存在厌氧氨氧化反应区。
在线监测***由数显屏幕(17)、高灵敏的温度/溶解氧/氧化还原电位探头(19)构成，探头安装在壳体(41)的厌氧氨氧化反应区底部区域；
三维电极膜生物反应区由直流电源(11)、阳极(12)、铁碳和活性炭填充物(13)、阴极(14)、三维电极膜生物反应区多点布水器(15)和筛板法兰(16)构成；筛板法兰(16)位于反应器中部；三维电极膜生物反应区多点布水器(15)置与筛板法兰(16)上端；三维电极膜生物反应区多点布水器(15)上端放置阴极(14)；在阴极(14)填充铁碳和活性炭(13)并接种厌氧微生物；在填充物上端放置阳极(12)；阳极(12)、阴极(14)通过电线和直流电源(11)相连接，组成三维电极。
加热和保温***由壳体(41)、水浴保温层(42)、水浴进水口(2)和水浴出水口(10)构成。通过将水浴循环加热的方式，将***温度维持在35℃左右。
污废水存放在进水桶(17)中通过进水泵(20)和进水口(21)泵入反应器内，在出水口(9)通过重力作用排出反应器；
反应器底部厌氧氨氧化反应区和顶部三维电极膜生物反应区的体积比维持在1:1；筛板法兰(16)孔径为2mm，用于截留三维电极膜生物反应区的微生物从填充层表面脱落进入底部的厌氧氨氧化反应区。按照1：1的比例接种厌氧氨氧化微生物和厌氧颗粒污泥，驯化形成厌氧氨氧化反应区；活性炭(粒径4～6mm)和海绵铁(粒径6～8mm)按照8:1的比例被选择作为颗粒填料，颗粒填料附着生长生物膜。
反应器总有效体积为10L,高径比为30；厌氧氨氧化反应段有效体积为5L；三维电极膜生物反应区有效体积为5L。
三维电极膜生物反应区选择圆柱中孔形的高纯度石墨板做为阴极和阳极材料。
采用上述优选的条件进行如下实施例操作：
(一)打开进水泵(21)和进水口(22)将水桶(18)中的污废水泵入反应器，调节进水泵(21)的转速进行进水流量设置，污废水通过厌氧氨氧化反应区多点布水器(20)均匀的进入厌氧氨氧化反应区；
(二)开启数显屏幕(17)和高灵敏的温度/溶解氧/氧化还原电位探头(19)在线监测厌氧氨氧化反应区的理化指标，通过监测反馈，对反应器运行参数进行调控；
(三)在厌氧氨氧化反应区顶部采样口(32)收集厌氧氨氧化反应段的出水，监测出水水质。厌氧氨氧化反应区所产生的气体通过三相分离器(5)分离，被气体收集袋(7)所收集，通过气相色谱检测气体成分和含量；
(四)厌氧氨氧化反应区出水通过三维电极膜生物反应区多点布水器(15)均匀进入三维电极膜生物反应段；
(五)阳极(12)、阴极(14)通过电线和直流电源(11)相连接，在水的作用下与填料层形成三维电极，实现氢自养反硝化反应；
(六)在三维电极膜生物反应区顶部采样口(34)收集三维电极膜生物反应段的出水，监测出水水质。；
(七)在出水口(10)收集整体反应器出水，监测出水水质；
(八)回流操作：厌氧氨氧化反应段和三维电极膜生物反应段均设有独立回流***，分别根据两段出水水质的情况进行回流调控：
厌氧氨氧化反应段循环操作：在厌氧氨氧化反应段出水的氨氮和亚硝酸盐氮含量超过5mg/L的情况下，调整三通阀(24)，通过布水管连接厌氧氨氧化反应区蠕动泵(1-2)、厌氧氨氧化反应区顶部采样口(32)和厌氧氨氧化反应区底部采样口(31)，构成一个循环体系，保持厌氧氨氧化反应段出水的氨氮和亚硝酸盐氮含量不超过5mg/L。
三维电极膜生物反应段循环操作：在三维电极膜生物反应段出水的硝酸盐氮含量超过5mg/L的情况下，调整三通阀(24)，通过布水管连接三维电极膜生物反应区蠕动泵(1-3)、三维电极膜生物反应区顶部采样口(34)和三维电极膜生物反应区底部采样口(33)，构成一个循环体系，保持三维电极膜生物反应段出水的硝酸盐氮含量不超过5mg/L。
整体外循环操作：在反应器出水总氮含量超过15mg/L的情况下，调整三通阀(24)，通过布水管连接整体蠕动泵(1-1)、回流出水口(6)和回流进水口(23)，构成一个循环，保持反应器出水总氮含量不超过15mg/L；
实施例1：
前期反应器底部污泥取自实验室已驯化的厌氧氨氧化污泥和从污水厂取的厌氧段污泥，两者以1：1的体积比混合。混合污泥MLSS为12.57g/L,MLVSS为4.75g/L，MLVSS/MLSS为37.78％，接种体积为2.5L,占有效容积的25％。上段接种污水厂取得厌氧段污泥，基本指标如下：MLSS为26.5g/L，MLVSS 17.69g/L。为了成功激活反应器内的厌氧氨氧化体系和自养反硝化***，前期采用低基质，高流速的启动培养方法。进水NH4 +-N负荷，经过50，60，70，80，90，100mg/L五个浓度梯度的增加，NO2 -N，经过66，79.2，92.4，105.6，118.8，132mg/L五个浓度梯度的增加，HRT经过24，20，16，12，6h五个阶段逐步缩短。其他组分如下：其他组分包括NaHCO3 1250mg/L，MgSO4·7H2O 300mg/L，KH2PO4 10mg/L，CaCl2 5.6mg/L。微量元素Ⅰ1mL/L，微量元素Ⅱ1mL/L。微量元素Ⅰ成分：EDTA 5000mg/L，FeSO4·7H2O 5000mg/L。微量元素Ⅱ成分：EDTA 5000mg/L，MnCl2·4H2O 990mg/L，CuSO4·5H2O 250mg/L，ZnSO4·7H2O 430mg/L，CoCl2·6H2O 240mg/L，Na2MoO4·2H2O 220mg/L，NiCl2·6H2O 190mg/L，H3BO4 14mg/L。
在启动阶段，启动整体外循环***：打开蠕动泵(1)、回流出水口(6)和回流进水口(23)通过布水管连接构成一个循环。根据在线监测***所反馈数据，及时调整运行参数。在60天的启动阶段，基质浓度从阶段一提升到阶段五，氨氮去除率从99.53％降低到92.1％，亚硝氮去除率从99.64％降低到94.01％，实现了稳定得氮去除(图2)。并且在整个启动期间Rs均高于1.32，Rp均低于0.26，可辅证***内发生了厌氧氨氧化***和自养反硝化作用(图2)。
实施例2
启动完成后，维持氨氮和亚硝氮浓度进水质量浓度比在1:1.32，进水浓度在氨氮100mg/L,亚硝酸盐氮132mg/L，其他营养元素维持不变。同时运行另一个普通的UASB反应器。两个反应器除构型有差异外，其余运行条件均相同。其出水总氮差异如图3所示，表明耦合厌氧氨氧化和三维电极的两段式生物反应器更具稳定性，且总氮去除率均高于厌氧氨氧化理论最大脱氮率88％，可辅证自养反硝化过程的存在(图3)。
实施例3
启动完成后，维持氨氮和亚硝氮浓度进水质量浓度比在1:1.32，进水浓度在氨氮100mg/L,亚硝酸盐氮132mg/L，其他营养元素维持不变的条件下，在进水中加入硝氮30mg/L,打开三维电极膜生物反应区外循环***，三维电极膜生物反应区蠕动泵设置1rpm/min,成功实现三维电极膜生物反应段出水的硝氮含量低于5mg/L。随后提高进水氨氮浓度至120mg/L，打开厌氧氨氧化段外循环***，成功实现厌氧氨氧化反应区出水的氨氮含量低于5mg/L。随后继续提高亚硝酸盐氮的浓度至159mg/L(进水浓度氨氮120mg/L，亚硝酸盐氮159mg/L和硝氮30mg/L)，关闭三维电极膜生物反应区外循环***和厌氧氨氧化段外循环***，打开整体外循环***，成功实现反应器出水总氮低于15mg/L。
本发明公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。本发明未尽事宜属于公知技术。

Claims (8)

1.一种耦合厌氧氨氧化和三维电极膜生物工艺的一体式分段反应器，其特征是，在反应器壳体(41)内由筛板法兰(16)分为底部的厌氧氨氧化反应区和顶部的三维电极膜生物反应区；厌氧氨氧化反应区多点布水器(20)设置在反应器底部；底部侧面开孔连接数显屏幕(17)和高灵敏的温度/溶解氧/氧化还原电位探头(19)，底部厌氧氨氧化反应区上端放置三相分离器(5)通过密闭橡胶塞(8)固定于壳体(41)顶盖；筛板法兰(16)上端放置三维电极膜生物反应区多点布水器(15)和阴极(14)，在阴极(14)上设置有海绵铁和活性炭填料层(13)，在填料层上放置阳极(12)；阳极(12)、阴极(14)通过电线和直流电源(11)相连接，组成三维电极；水浴进水口(2)位于壳体(41)下端，水浴出水口(10)位于壳体(41)上端，壳体(41)侧壁设置采样口，分别为厌氧氨氧化反应区底部采样口(31)、厌氧氨氧化反应区顶部采样口(32)、三维电极膜生物反应区底部采样口(33)、三维电极膜生物反应区顶部采样口(34)。
2.如权利要求1所述的反应器，其特征是，回流出水口(6)和回流进水口(23)分别设置在反应器上端和下端在在回流出水口(6)和回流进水口(23)之间设置整体蠕动泵(1-1)；在厌氧氨氧化反应区底部采样口(31)和厌氧氨氧化反应区顶部采样口(32)之间设置厌氧氨氧化反应区蠕动泵(1-2)；在三维电极膜生物反应区底部采样口(33)和三维电极膜生物反应区顶部采样口(34)之间设置三维电极膜生物反应区蠕动泵(1-3)；使用布水管和四个相同的三通阀(24)连接厌氧氨氧化反应区底部采样口(31)、厌氧氨氧化反应区顶部采样口(32)、三维电极膜生物反应区底部采样口(33)、三维电极膜生物反应区顶部采样口(34)、回流出水口(6)和回流进水口(23)；布水管将进水桶(18)进水泵(21)和壳体(41)底部的进水口(22)相连接；在壳体(41)外设置水浴保温层(42)。
3.如权利要求1或2所述的反应器，其特征是，反应器的循环***分别为整体外循环***、厌氧氨氧反应段外循环***、三维电极膜生物反应段外循环***；整体外循环***通过调整四个三通阀(24)，使整体蠕动泵(1-1)、回流出水口(6)和回流进水口(23)构成一个循环；厌氧氨氧段外循环***通过调整四个三通阀，使厌氧氨氧化反应区蠕动泵(1-2)、厌氧氨氧化反应区顶部采样口(32)和厌氧氨氧化反应区底部采样口(31)构成一个循环；三维电极膜生物反应段外循环***通过调整四个三通阀，使三维电极膜生物反应区蠕动泵(1-3)、三维电极膜生物反应区顶部采样口(34)和三维电极膜生物反应区底部采样口(33)构成一个循环。
4.如权利要求1所述的反应器，其特征是，三相分离器(5)构成固液气分离***，三相分离器(5)位于厌氧氨氧化反应区的顶部；导气管延伸穿过三维电极膜生物反应区并通过位于壳体(41)顶部的密闭橡胶塞(8)固定，通过气体收集袋(7)收集气体，液体通过回流出水口(6)和出水口(9)排出，污泥被三相分离器(5)截留保存在厌氧氨氧化反应区。
5.如权利要求1所述的反应器，其特征是，由壳体(41)、水浴保温层(42)、水浴进水口(2)和水浴出水口(10)构成加热和保温***，通过将水浴循环加热的方式，维持***温度。
6.如权利要求1所述的反应器，其特征是，底部厌氧氨氧化反应区和顶部三维电极膜生物反应区的体积比为1:1。
7.如权利要求1所述的反应器，其特征是，筛板法兰(16)孔径设置为能截留三维电极膜生物反应区的微生物从填充层表面脱落进入底部的厌氧氨氧化反应区。
8.如权利要求1所述的反应器，其特征是，反应器高径比为30。
CN202110938179.5A 2021-08-16 2021-08-16 耦合厌氧氨氧化和三维电极膜生物工艺的一体式分段反应器 Pending CN113735248A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110938179.5A CN113735248A (zh) 2021-08-16 2021-08-16 耦合厌氧氨氧化和三维电极膜生物工艺的一体式分段反应器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110938179.5A CN113735248A (zh) 2021-08-16 2021-08-16 耦合厌氧氨氧化和三维电极膜生物工艺的一体式分段反应器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113735248A true CN113735248A (zh) 2021-12-03

Family

ID=78731272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110938179.5A Pending CN113735248A (zh) 2021-08-16 2021-08-16 耦合厌氧氨氧化和三维电极膜生物工艺的一体式分段反应器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113735248A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114368835A (zh) * 2022-01-13 2022-04-19 厦门大学 一种全自养生物脱氮装置及方法
CN115043483A (zh) * 2022-06-21 2022-09-13 河南工业大学 一种去除水体中硝酸盐的升流穿越式生物电化学反应***

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102491515A (zh) * 2011-11-22 2012-06-13 重庆大学 一种适用于处理低碳氮比高氨氮废水的三维电极生物膜***
CN103183402A (zh) * 2013-04-21 2013-07-03 北京工业大学 一种适用于低碳氮比再生水的强化脱氮除磷方法
CN104692525A (zh) * 2015-02-15 2015-06-10 北京工业大学 一种连续流一体式硝酸盐氮和氨氮同步去除的装置和方法
CN105174448A (zh) * 2015-10-13 2015-12-23 沈阳建筑大学 一种厌氧氨氧化与反硝化耦合装置及其控制运行方法
CN107162184A (zh) * 2017-06-07 2017-09-15 南京大学 一种利用厌氧氨氧化‑硫自养反硝化耦合脱氮的ubf反应器及其***和脱氮方法
CN110028155A (zh) * 2019-05-23 2019-07-19 天津城建大学 厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化脱氮装置及废水处理方法
CN110606575A (zh) * 2019-10-11 2019-12-24 江西省科学院能源研究所 一种污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化***及方法
CN111252887A (zh) * 2020-02-14 2020-06-09 北京化工大学 一种处理低碳氮比废水和难降解有机物的生物膜反应器
CN210710928U (zh) * 2019-05-23 2020-06-09 天津城建大学 厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化脱氮装置
CN111573830A (zh) * 2019-02-18 2020-08-25 桂林理工大学 厌氧氨氧化与氢自养反硝化耦合深度脱氮的装置与方法
CN112142199A (zh) * 2020-10-09 2020-12-29 北京工业大学 一种提高一体式部分反硝化-厌氧氨氧化耦合脱氮性能的装置及方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102491515A (zh) * 2011-11-22 2012-06-13 重庆大学 一种适用于处理低碳氮比高氨氮废水的三维电极生物膜***
CN103183402A (zh) * 2013-04-21 2013-07-03 北京工业大学 一种适用于低碳氮比再生水的强化脱氮除磷方法
CN104692525A (zh) * 2015-02-15 2015-06-10 北京工业大学 一种连续流一体式硝酸盐氮和氨氮同步去除的装置和方法
CN105174448A (zh) * 2015-10-13 2015-12-23 沈阳建筑大学 一种厌氧氨氧化与反硝化耦合装置及其控制运行方法
CN107162184A (zh) * 2017-06-07 2017-09-15 南京大学 一种利用厌氧氨氧化‑硫自养反硝化耦合脱氮的ubf反应器及其***和脱氮方法
CN111573830A (zh) * 2019-02-18 2020-08-25 桂林理工大学 厌氧氨氧化与氢自养反硝化耦合深度脱氮的装置与方法
CN110028155A (zh) * 2019-05-23 2019-07-19 天津城建大学 厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化脱氮装置及废水处理方法
CN210710928U (zh) * 2019-05-23 2020-06-09 天津城建大学 厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化脱氮装置
CN110606575A (zh) * 2019-10-11 2019-12-24 江西省科学院能源研究所 一种污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化***及方法
CN111252887A (zh) * 2020-02-14 2020-06-09 北京化工大学 一种处理低碳氮比废水和难降解有机物的生物膜反应器
CN112142199A (zh) * 2020-10-09 2020-12-29 北京工业大学 一种提高一体式部分反硝化-厌氧氨氧化耦合脱氮性能的装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
葛艳菊: "电极-生物膜反应器去除厌氧氨氧化出水中硝酸盐的性能", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114368835A (zh) * 2022-01-13 2022-04-19 厦门大学 一种全自养生物脱氮装置及方法
CN114368835B (zh) * 2022-01-13 2023-09-22 厦门大学 一种全自养生物脱氮方法
CN115043483A (zh) * 2022-06-21 2022-09-13 河南工业大学 一种去除水体中硝酸盐的升流穿越式生物电化学反应***
CN115043483B (zh) * 2022-06-21 2024-01-12 河南工业大学 一种去除水体中硝酸盐的升流穿越式生物电化学反应***

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhao et al. Nitrate removal from groundwater by cooperating heterotrophic with autotrophic denitrification in a biofilm–electrode reactor
Zhao et al. Behavior of autotrophic denitrification and heterotrophic denitrification in an intensified biofilm-electrode reactor for nitrate-contaminated drinking water treatment
CN102491515B (zh) 一种适用于处理低碳氮比高氨氮废水的三维电极生物膜***
WO2009018686A1 (fr) Méthode d'élimination de la contamination par le c et le n utilisant des bactéries hétérotropes d'oxydation de l'ammoniac
CN101205099A (zh) 亚硝化菌-厌氧氨氧化菌固定化与中温污水处理工艺
He et al. Operation stability and recovery performance in an Anammox EGSB reactor after pH shock
CN107487840B (zh) 一种处理水中硝态氮的生物滤料
CN112142199B (zh) 一种提高一体式部分反硝化-厌氧氨氧化耦合脱氮性能的装置及方法
CN113735248A (zh) 耦合厌氧氨氧化和三维电极膜生物工艺的一体式分段反应器
CN113072251B (zh) 一种高盐高氨氮难降解有机废水的处理方法
CN109368922A (zh) 锰矿石人工湿地耦合微生物燃料电池***及应用
CN102249424A (zh) 无质子交换膜微生物燃料电池污水处理***及其应用方法
Zhang et al. A critical review of improving mainstream anammox systems: Based on macroscopic process regulation and microscopic enhancement mechanisms
CN101708929A (zh) 一种间苯二甲腈生产过程中产生废水的处理方法
CN103723829B (zh) 一种全自养脱氮颗粒污泥的培养装置及方法
CN103626302B (zh) 一种脱氮除磷菌种在线提取培养及驯化的污水处理方法
CN103787490A (zh) 一种用于处理有机氟废水的生物电化学反应器及有机氟废水的处理方法
CN205740505U (zh) 利用微生物电化学处理污水的装置
CN103373769B (zh) 一种工业循环水的生物净化方法
Luo et al. Initiating an anaerobic ammonium oxidation reactor by inoculation with starved anaerobic ammonium oxidation sludge and modified carriers
Yu et al. Novel nitrogen removal process in marine aquaculture wastewater treatment using Enteromorpha ferment liquid as carbon
JP2011251255A (ja) 廃液処理方法及び廃液処理装置
CN103880184B (zh) 一种无污泥生物球超净污水处理方法及***
Xie et al. An iron-carbon-activated carbon and zeolite composite filter, anaerobic-aerobic integrated denitrification device for nitrogen removal in low C/N ratio sewage
CN214299467U (zh) 一种快速提高厌氧氨氧化菌挂膜效率的反应器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20211203