一种实现产甲烷厌氧氨氧化一体化除碳脱氮的装置与方法，属于废水处理领域。主体属生物滤池工艺，设有圆柱型反应装置、进水系统、温控系统、加药系统、pH监测系统、气体收集系统、避光保护系统。产甲烷厌氧氨氧化一体化除碳脱氮工艺的实现在本质上是在滤池中进行不同功能菌群(主要包括产甲烷相关菌群、厌氧氨氧化菌两大类)的分层培养与优化，即在不同的滤料高度培养不同的微生物，产甲烷相关菌群位于滤池下部，厌氧氨氧化菌位于上部。污水由下往上进入反应装置，先进行有机物的去除和产甲烷，再通过厌氧氨氧化菌脱氮，最终实现单一反应装置内的同时除碳脱氮产甲烷。置内的同时除碳脱氮产甲烷。
【技术实现步骤摘要】
一种实现产甲烷厌氧氨氧化一体化除碳脱氮的装置与方法
[0001]本专利技术涉及一种污水处理技术，具体是实现产甲烷厌氧氨氧化一体化除碳脱氮的装置与方法，适用于城市生活污水中有机物及氮的处理，而且能产生可利用的甲烷能源，整个处理过程保持在厌氧状态下，有利于经济有效的控制水体有机物及氮素污染，节省污水处理成本，属于废水处理方法领域。
技术介绍
[0002]随着工农业的飞速发展以及人民生活水平的提高，水环境问题越来越引起人们的关注。传统活性污泥法是目前污水处理厂普遍采用的污水脱氮方法，主要包括硝化-反硝化过程。硝化过程是指首先在氨氧化细菌(AOB)的作用下，将氨态氮转化为亚硝态氮；然后亚硝态氮在亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的作用下，转化为硝态氮。反硝化作用是指在缺氧且存在有机碳源的条件下，硝态氮和亚硝态氮在反硝化菌的作用下还原为N2的过程。整个过程既需曝气又需外加碳源。
[0003]厌氧滤池(Anaerobic Filter，AF)污水处理工艺在1969年由Young和McCarty率先提出，并逐步发展为一种先进的污水厌氧处理工艺，在不同有机浓度的废水中都得到了广泛的应用。厌氧滤池依照污水流向分为上向流滤池和下向流滤池，在上向流滤池中，微生物与污水中的微生物接触更加充分。上向流厌氧滤池处理废水的原理是：在滤池内部填充适合微生物附着生长的多孔滤料，使微生物在滤料表面大量增殖并形成生物膜，运行时污水由滤池下部进入，流经附着生物膜的滤料层，利用富集的微生物的生物化学作用、生物膜和滤料的吸附截留作用，将污水中的有机物降解转化为沼气等。
[0004]厌氧氨氧化(ANAMMOX)，指在厌氧条件下通过厌氧氨氧化菌的作用，以亚硝酸盐为电子受体，氨氮电子供体，将亚硝酸盐和氨氮同时转化为氮气的过程。M.Strous等根据化学计量和物料衡算估计厌氧氨氧化总的反应方程式如下：1NH
4+
+1.32NO
2-+0.066HCO
3-+0.13H
+
→
0.02N2+0.26NO
3-+0.066CH2O
0.5
N
0.15
+2.03H
+
。从反应方程式可以看出NH
4+-N:NO
2--
N:NO
3--
N＝1:1.32:0.26，且反应消耗0.13个单位的H
+
。利用厌氧氨氧化实现污水脱氮存在几个显著优势：
①
自养脱氮，无需氧和外碳源；
②
比传统脱氮节省60％曝气量；
③
污泥产量低，温室气体N2O少。但厌氧氨氧化菌属于化能自养的专性厌氧菌，生长缓慢。当进水中存在有机物时，异养菌增殖较快，会抑制厌氧氨氧化菌活性。所以厌氧氨氧化脱氮之前的除碳过程是必不可少的，因此有两种解决方法，一是污水经过有机物去除前处理工段后再进入厌氧氨氧化脱氮工段，将两个工段串联；另一个就是实现单一系统内厌氧除碳脱氮的耦合。相对于第一种方法来说，在单一系统装置内同时实现除碳和厌氧氨氧化脱氮则更有意义。
[0005]实现单一系统装置内同时除碳和厌氧氨氧化脱氮就要实现产甲烷相关菌群和厌氧氨氧化菌的耦合。在产甲烷与厌氧氨氧化的耦合系统中，反硝化菌的存在既会与产甲烷菌竞争COD，又会与厌氧氨氧化菌竞争NO
2--
N。有些研究在EGSB反应器中实现了厌氧氨氧化甲烷化反硝化一体化，但EGSB中三者是一个完全混合的系统。它通过菌群的调控来达到平衡，此平衡的结果是，COD和氨氮确实被去除了一部分，但仅是各菌群发挥到了各自的作用
而不是高效的发挥了作用。相当一部分COD被反硝化去除，剩余的COD才被用作产甲烷，几乎所有NO
2--
N都被去除了，但是通过反硝化去除了大部分，厌氧氨氧化抢到的部分NO
2--
N才是通过厌氧氨氧化菌去除的。这样的话虽然三种菌都能在系统中存在，但主要起作用的很可能是反硝化菌。在混合系统抑制反硝化作用而使基质流向产甲烷和厌氧氨氧化是很难的。所以考虑用分层系统而不是完全的混菌系统来耦合菌群形成一体化除碳脱氮产甲烷。为了做到不同菌群分层，实现不同菌群更高效的利用，专利技术了本专利
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是提供一种产甲烷厌氧氨氧化一体化除碳脱氮的装置与方法，在滤池中分层培养产甲烷菌群和厌氧氨氧化菌，并进行相关参数的优化，实现厌氧条件下，单一滤池系统内有机物和氮的同时有效去除，回收可利用资源甲烷。
[0007]本专利技术的技术方案是：
[0008]一种实现产甲烷厌氧氨氧化一体化除碳脱氮的装置，其特征在于：在滤池系统中实现功能菌群的分层培养，发挥不同菌群的最大作用，以火山岩为滤料，设有圆柱型反应装置、进水系统、温控系统、加药系统、pH监测系统、气体收集系统、避光保护系统；
[0009]圆柱型反应装置内部火采用山岩作为填充滤料，圆柱型反应装置内部进行功能区域分层，上部分对应的是厌氧氨氧化功能区域部分，下部分对应的是产甲烷功能区域部分；圆柱形反应装置外部缠绕加热带，加热带缠绕在对应的有滤料的部分即可，保证发生生物反应部分的温度在所需的温度范围内，即25-30℃。
[0010]厌氧氨氧化功能区域与产甲烷功能区域的体积比为1:1，即高度比为1:1。
[0011]进水系统为：进水箱依次通过蠕动泵、进水管与圆柱型反应器底部连通；在圆柱型反应器顶部处设有溢流口，出水口采用U形管结构与出水箱链接，U形管结构保证装置内的厌氧状态；
[0012]温控系统：温度探头伸入到圆柱型反应器上部即产甲烷功能区域部分上部与处理后的水接触，加热带和温度探头均与温控装置连接，进行反应温度监测与调控；
[0013]加药系统：滤料中部，即产甲烷功能区与厌氧氨氧化功能区交界处设有加药口，加药口连接一外径25mm、厚度2mm、长度等于反应装置内径的一根加药管，加药管位于反应装置内产甲烷功能区与厌氧氨氧化功能区交界处，加药管为穿孔管，管子上部设有一排直径2mm的圆孔，配好的溶液由圆孔向上流出；厌氧氨氧化所需亚硝溶液通过蠕动泵从加药口进入加药管，进而注入反应装置，与由下而上流过来的滤料下半部分处理过的只含氨氮和难降解有机物的水混合，一同进入厌氧氨氧化反应区；
[0014]pH监测系统：pH探头伸入到圆柱型反应器内，位于温度探头正对侧，用手持数字多参数计(WTW)pH探头监测出水pH的变化，以便及时发现由系统崩溃产生的pH异常，及时调控运行状况，出水pH在6.5-7.8范围内为正常；
[0015]气体收集系统：反应器顶部密封盖上设有一根出气管，出气管口通过管子与集气袋相连，进行气体的收集，收集到的气体为沼气和氮气，可部分被利用；
[0016]反应装置外壁用铝箔胶带包裹，进行避光。
[0017]上述的装置实现产甲烷厌氧氨氧化一体化除碳脱氮的运行方法，设有以下步骤：
[0018]1)产甲烷部分启动阶段：在圆柱形装置底部放入直径2-3cm的鹅卵本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种实现产甲烷厌氧氨氧化一体化除碳脱氮的装置，其特征在于：在滤池系统中实现功能菌群的分层培养，发挥不同菌群的最大作用，以火山岩为滤料，设有圆柱型反应装置、进水系统、温控系统、加药系统、pH监测系统、气体收集系统、避光保护系统；圆柱型反应装置内部火采用山岩作为填充滤料，圆柱型反应装置内部进行功能区域分层，上部分对应的是厌氧氨氧化功能区域部分，下部分对应的是产甲烷功能区域部分；圆柱形反应装置外部缠绕加热带，加热带缠绕在对应的有滤料的部分即可，保证发生生物反应部分的温度在所需的温度范围内，即25-30℃；厌氧氨氧化功能区域与产甲烷功能区域的体积比为1:1，即高度比为1:1；进水系统为：进水箱依次通过蠕动泵、进水管与圆柱型反应器底部连通；在圆柱型反应器顶部处设有溢流口，出水口采用U形管结构与出水箱链接，U形管结构保证装置内的厌氧状态；温控系统：温度探头伸入到圆柱型反应器上部即产甲烷功能区域部分上部与处理后的水接触，加热带和温度探头均与温控装置连接，进行反应温度监测与调控；加药系统：滤料中部，即产甲烷功能区与厌氧氨氧化功能区交界处设有加药口，加药口连接一外径25mm、厚度2mm、长度等于反应装置内径的一根加药管，加药管位于反应装置内产甲烷功能区与厌氧氨氧化功能区交界处，加药管为穿孔管，管子上部设有一排直径2mm的圆孔，配好的溶液由圆孔向上流出；厌氧氨氧化所需亚硝溶液通过蠕动泵从加药口进入加药管，进而注入反应装置，与由下而上流过来的滤料下半部分处理过的只含氨氮和难降解有机物的水混合，一同进入厌氧氨氧化反应区；pH监测系统：pH探头伸入到圆柱型反应器内，位于温度探头正对侧，用手持数字多参数计(WTW)pH探头监测出水pH的变化，以便及时发现由系统崩溃产生的pH异常，及时调控运行状况，出水pH在6.5-7.8范围内为正常；气体收集系统：反应器顶部密封盖上设有一根出气管，出气管口通过管子与集气袋相连，进行气体的收集，收集到的气体为沼气和氮气，可部分被利用；反应装置外壁用铝箔胶带包裹，进行避光。2.采用权利要求1所述的装置实现产甲烷厌氧氨氧化一体化除碳脱氮的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：1)产甲烷部分启动阶段：在圆柱形装置底部放入直径2-3cm的鹅卵石作为承托层，然后先填入占总滤料体积1/4的粒径3-5mm的火山岩滤料即先填滤料的高度为...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆，刘润雨，刘秀红，赵晓荫，武文君，张塽，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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