一种利用反硝化和厌氧氨氧化包埋颗粒进行联合脱氮的方法及装置制造方法及图纸

一种利用反硝化和厌氧氨氧化包埋颗粒进行联合脱氮的方法及装置，属于污水领域。将分离的反硝化菌和厌氧氨氧化菌利用水性聚氨酯(WPU)材料分别进行包埋，把反硝化包埋颗粒置于流离球中，厌氧氨氧化包埋颗粒置于鲍尔环内或漂浮水中，两者在装置内出于不完全混合状态。该装置包括水浴恒温系统、密封装置、流离球和鲍尔环等。两种菌包埋后活性不仅没有影响，还提高了系统内厌氧氨氧化菌和反硝化菌的菌量，减少菌量流失，弥补了厌氧氨氧化工艺中由于厌氧氨氧化菌生长缓慢，生长环境要求苛刻的问题，同时联合脱氮方式提高了系统脱氮效率。由于装置内两种包埋出于不完全混合状态，因此可根据水质灵活的调节各自的投加比例。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于污水处理领域，尤其涉及通过以反硝化包埋颗粒和厌氧氨氧化包埋颗粒为载体的水处理反应器及运行方法。
技术介绍
包埋固定化技术是现代生物工程领域的一项新兴技术，指用化学或物理的手段将酶、微生物细胞、动植物细胞、细胞器等生物催化剂限定于某一特定空间区域内，并使其保持固有的催化活性，能被重复和连续使用。固定化微生物技术研究初期，主要用于发酵工业生产，将酶固定于载体内以提高生产效率。至20世纪60年代，固定化技术发展到将细胞直接固定于载体内，既不需要把酶从细胞中提取出来，也不需要加以纯化，因而酶活力损失少，特别是当反应需要辅因子或多种酶成分参与时，固定化细胞更具有优越性。随着环境污染的日益严重，研究高效微生物处理技术的要求也越来越迫切，人们开始考虑采用固定化微生物技术取代传统的活性污泥法，用于各种污染物的转化和降解。利用固定化细胞技术处理废水相对传统活性污泥法有以下优势：(1)反应器内保持较高的微生物浓度，通常为常规活性污泥法的7～8倍。反应器启动快、反应速率高，反应设备小型化；(2)固定化颗粒很容易与水分离，这样反应器中细胞浓度就不再受二沉池分离效率的限制，反应过程操作控制简便，降低了成本；(3)细胞固定化后，一般对热、pH值等的稳定性提高，对抑制剂的敏感性下降，在受到冲击负荷及环境条件骤变仍能保持较高的活性；(4)利用细胞固定化技术，把筛选培育出的优势菌种加以固定，可以构成一种高效的针对某些特定的难降解废水的处理系统。1995年，荷兰学者Mulder等首先在一个处理酵母废水的反硝化中试装置内发现了厌氧氨氧化反应，此后诸多学者在各个自然环境中陆续的检测出此反应，受到研究者的高度关注。但厌氧氨氧化菌是一种自养型生物，生长缓慢，世代周期长，且伴随着反应会生成硝态氮，导致脱氮不完全；在这厌氧氨氧化反应发现于反硝化反应器中，而在研究反硝化过程中，诸多学者发现会有亚硝态氮的产生。因此如果反硝化产生的亚硝态氮能被厌氧氨氧化所利用，而厌氧氨氧化产生的硝态氮又被反硝化所利用，实现两者的耦合作用，也弥补了厌氧氨氧化在处理有机含氮废水中的缺陷。
技术实现思路
为克服厌氧氨氧化工艺在处理有机含氮废水中由于有机物干扰而造成活性低、脱氮不完全的问题，提供一种以反硝化包埋颗粒和厌氧氨氧化包埋颗粒进行联合脱氮的装置以及运行方法。主要的创新点在于将已培养完成的反硝化包埋颗粒和厌氧氨氧化包埋颗粒放于同一反应装置中，但两者并没有完全混合，反硝化包埋颗粒置于流离球中，厌氧氨氧化包埋颗粒置于鲍尔环空隙中或飘于水中，两种包埋颗粒可根据条件灵活的调控投加比例，为厌氧氨氧化包埋工艺应用于有机含氮废水中提供了一种良好的方法，减少有机物厌氧氨氧化造成的影响，同时提高了脱氮效率。一种利用反硝化和厌氧氨氧化包埋颗粒进行联合脱氮的装置，其特征在于，包括如下：包括：反应装置、反应器进水管(1)、反应器出水管(2)、水浴进水管(3)、水浴回流管(4)、保温遮光罩(6)、密封装置(7)、格网(8)、鲍尔环(9)、厌氧氨氧化包埋颗粒(10)、流离球(11)、反硝化包埋颗粒(12)、配水桶(13)、水浴恒温桶(14)；反应装置为圆柱形，分内外两层独立的区域，内层区域为反应区，外层区域为水浴区(5)，水浴区为反应区保持反应温度，水浴区外侧为反应装置的保温遮光罩(6)；配水桶(13)通过反应区的进水管(1)、进水蠕动泵与反应区连接，反应区进水管通入反应区的底部；反应区上部的出口通过格网(8)与反应区出水管(2)相连；反应区内的厌氧氨氧化包埋颗粒(10)嵌于鲍尔环(9)内或者漂于反应区内，反硝化包埋颗粒(12)置于流离球(11)中，厌氧氨氧化包埋颗粒(10)和反硝化包埋颗粒(12)不完全混合，有利于调节各自的比例；反应装置外层的水浴区底部设有水浴进水管(3)，上部设有水浴回流管(4)又重新流入水浴恒温桶(14)内；水浴进水管(3)和水浴回流管(4)均与水浴恒温桶(14)连接，水浴进水管(3)或/和水浴回流管(4)经由泵与水浴恒温桶(14)连接；反应装置的上端采用密封装置(7)进行密封。优选厌氧氨氧化包埋颗粒为立方体颗粒，立方体颗粒为3×3×3mm，包埋颗粒的密度为1.0-1.05g/cm3。一种利用上述反应器实现反硝化和厌氧氨氧化包埋颗粒对生活污水进行联合脱氮的方法，其也正在于，包括以下几个步骤：(一)反硝化包埋颗粒的制备及培养(1)反硝化细菌的分离选取：取污水处理厂二沉池的回流污泥，通过30目尼龙网过滤，过滤后除去较大的杂志颗粒，之后用质量百分比0.9％的生理盐水洗涤离心2-3次(优选每次离心的转速4000r/min，每次10min)，将富集的活性污泥用配制的模拟硝氮废水驯化培养，模拟废水组成成分为：NaNO3:75mg/L，CH3COONa:300mg/L，KH2PO3:12.8mg/L，MgSO4:10mg/L，ZnSO4˙7H2O:3.5mg/L，CaCL2˙2H2O:7.8mg/L，FeCL2˙2H2O:1.26mg/L。以硝酸钠作为硝氮来源以及反硝化菌生长所必须的营养物质配水，培养并纯化反硝化细菌，培养一个月后，离心浓缩得反硝化细菌浓缩液，置于冰箱内在4℃下恒温保存；(2)反硝化包埋颗粒的制备制备反硝化包埋颗粒：首先将反硝化细菌浓缩液与水性聚氨酯乳液在模具中充分混合，然后依次加入质量百分比浓度0.5％的N,N-亚甲基双丙烯酰胺水溶液和质量浓度1.0％过硫酸钾(KPS)水溶液后，迅速搅拌均匀，静置30min，待凝胶聚合成型后，从模具中取出，用去离子水反复冲洗几遍后放入切粒机中切成小立方体，再用去离子水彻底洗清洗干净，将未交联的单体和未固定的反硝化菌洗除，浸泡于去离子水中，低温保存；优选反硝化细菌浓缩液：水性聚氨酯乳液：0.5％的N,N-亚甲基双丙烯酰胺水溶液：1.0％过硫酸钾(KPS)水溶液为100g：(10-20)g：(0.5-1.0)ml：(1.0-2.0)ml。制备得到的反硝化包埋立方体颗粒(优选为3×3×3mm的立方体颗粒)，以水溶性聚氨酯(WPU)为包埋材料，呈黄褐色，表面光滑，触感柔软且富有弹性，机械强度好，无明显气味，制备得到的包埋颗粒的密度7.0-1.05g/cm3，因此能协同流体运动。(3)活性恢复：先将反硝化包埋颗粒按体积填充率15％-20％加入反硝化反应器中，保持反应器内处于缺氧状态，进行间歇培养，以实际待处理的生活污水为进水(如硝态氮为75mg/L，COD为300mg/L，初始pH保持在7-8(优选7.8)，每天四个周期(6h/T)，测定每天进出水硝氮、COD含量，待反硝化效果达到总氮去除率90％以上即驯化结束；(二)厌氧氨氧化包埋颗粒的制备及培养(1)厌氧氨氧化菌的选取：厌氧氨氧化菌取自培养3-5年的厌氧氨氧化反应器中，厌氧氨氧化反应器采用模拟废水，组成成分为：NH4Cl:40-70mgNH4+-N/L,NaNO2:50-100mgNO2--N/L，NaHCO3:427mg/L，CaCl2:120mg/L，KH2PO4：25mg/L，MgSO4˙7H2O:260mg/L，微量元素Ⅰ溶液：1ml/L，微量元素Ⅱ溶液：1ml/L，其中微量元素Ⅰ溶液组成：FeSO4˙7H2O：5g/L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用反硝化和厌氧氨氧化包埋颗粒进行联合脱氮的装置，其特征在于，包括：反应装置、反应器进水管(1)、反应器出水管(2)、水浴进水管(3)、水浴回流管(4)、保温遮光罩(6)、密封装置(7)、格网(8)、鲍尔环(9)、厌氧氨氧化包埋颗粒(10)、流离球(11)、反硝化包埋颗粒(12)、配水桶(13)、水浴恒温桶(14)；反应装置为圆柱形，分内外两层独立的区域，内层区域为反应区，外层区域为水浴区(5)，水浴区为反应区保持反应温度，水浴区外侧为反应装置的保温遮光罩(6)；配水桶(13)通过反应区的进水管(1)、进水蠕动泵与反应区连接，反应区进水管通入反应区的底部；反应区上部的出口通过格网(8)与反应区出水管(2)相连；反应区内的厌氧氨氧化包埋颗粒(10)嵌于鲍尔环(9)内或者漂于反应区内，反硝化包埋颗粒(12)置于流离球(11)中，厌氧氨氧化包埋颗粒(10)和反硝化包埋颗粒(12)不完全混合，有利于调节各自的比例；反应装置外层的水浴区底部设有水浴进水管(3)，上部设有水浴回流管(4)又重新流入水浴恒温桶(14)内；水浴进水管(3)和水浴回流管(4)均与水浴恒温桶(14)连接，水浴进水管(3)或/和水浴回流管(4)经由泵与水浴恒温桶(14)连接；反应装置的上端采用密封装置(7)进行密封。...

【技术特征摘要】
1.一种利用反硝化和厌氧氨氧化包埋颗粒进行联合脱氮的装置，其特征在于，包括：反应装置、反应器进水管(1)、反应器出水管(2)、水浴进水管(3)、水浴回流管(4)、保温遮光罩(6)、密封装置(7)、格网(8)、鲍尔环(9)、厌氧氨氧化包埋颗粒(10)、流离球(11)、反硝化包埋颗粒(12)、配水桶(13)、水浴恒温桶(14)；反应装置为圆柱形，分内外两层独立的区域，内层区域为反应区，外层区域为水浴区(5)，水浴区为反应区保持反应温度，水浴区外侧为反应装置的保温遮光罩(6)；配水桶(13)通过反应区的进水管(1)、进水蠕动泵与反应区连接，反应区进水管通入反应区的底部；反应区上部的出口通过格网(8)与反应区出水管(2)相连；反应区内的厌氧氨氧化包埋颗粒(10)嵌于鲍尔环(9)内或者漂于反应区内，反硝化包埋颗粒(12)置于流离球(11)中，厌氧氨氧化包埋颗粒(10)和反硝化包埋颗粒(12)不完全混合，有利于调节各自的比例；反应装置外层的水浴区底部设有水浴进水管(3)，上部设有水浴回流管(4)又重新流入水浴恒温桶(14)内；水浴进水管(3)和水浴回流管(4)均与水浴恒温桶(14)连接，水浴进水管(3)或/和水浴回流管(4)经由泵与水浴恒温桶(14)连接；反应装置的上端采用密封装置(7)进行密封。2.按照权利要求1所述的一种利用反硝化和厌氧氨氧化包埋颗粒进行联合脱氮的装置，其特征在于，厌氧氨氧化包埋颗粒为立方体颗粒。3.按照权利要求2所述的一种利用反硝化和厌氧氨氧化包埋颗粒进行联合脱氮的装置，其特征在于，立方体颗粒为3×3×3mm。4.按照权利要求1所述的一种利用反硝化和厌氧氨氧化包埋颗粒进行联合脱氮的装置，其特征在于，包埋颗粒的密度为1.0-1.05g/cm3。5.一种利用权利要求1的装置实现反硝化和厌氧氨氧化包埋颗粒对生活污水进行联合脱氮的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：(一)反硝化包埋颗粒的制备及培养(1)反硝化细菌的分离选取：取污水处理厂二沉池的回流污泥，通过30目尼龙网过滤，过滤后除去较大的杂志颗粒，之后用质量百分比0.9％的生理盐水洗涤离心2-3次，将富集的活性污泥用配制的模拟硝氮废水驯化培养，模拟废水组成成分为：NaNO3:75mg/L，CH3COONa:300mg/L，KH2PO3:12.8mg/L，MgSO4:10mg/L，ZnSO4˙7H2O:3.5mg/L，CaCL2˙2H2O:7.8mg/L，FeCL2˙2H2O:1.26mg/L；培养一个月后，离心浓缩得反硝化细菌浓缩液，置于冰箱内在4℃下恒温保存；(2)反硝化包埋颗粒的制备制备反硝化包埋颗粒：首先将反硝化细菌浓缩液与水性聚氨酯乳液在模具中充分混合，然后依次加入质量百分比浓度0.5％的N,N-亚甲基双丙烯酰胺水溶液和质量浓度1.0％过硫酸钾(KPS)水溶液后，迅速搅拌均匀，静置30min，待凝胶聚合成型后，从模具中取出，用去离子水反复冲洗几遍后放入切粒机中切成小立方体，再用去离子水彻底洗清洗干净，将未交联的单体和未固定的反硝化菌洗除，浸泡于去离子水中，低温保存；(3)活性恢复：先将反硝化包埋颗粒按体积填充率15％-20％加入反硝化反应器中，保持反应器内处于缺氧状态，进行间歇培养，以实际待处理的生活污水为进水，测定每天进出水硝氮、COD含量，待反硝化效果达到总氮去除率90％以上即驯化结束；(二)厌氧氨氧化包埋颗粒的制备及培养(1)厌氧氨氧化菌的选取：厌...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军，张伟光，曾金平，王秀杰，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11