一種厭氧氨氧化菌快速富集培養裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種厭氧氨氧化菌快速富集培養裝置，屬于環境工程中厭氧氨氧化菌富集培養和高濃度氨氮廢水處理技術領域。本發明厭氧膜生物反應器和取樣系統為主體部分，厭氧膜生物反應器出水管(12)底端通過三通閥(8)與膜組件(7)固結，內筒筒體(6)內部設有填料(18)，取樣系統用來取出填料上的生物膜樣和懸浮液樣，降低取樣對反應器運行的影響。通過向厭氧膜生物反應器中投加填料形成生物膜，同時利用填料對膜絲的機械摩擦作用，在保證厭氧氨氧化菌高效富集時，有效減緩膜污染。本發明具有容積負荷高、出水水質好、自動化程度高、運行穩定的特點，可有效減緩污染進程，適用于厭氧氨氧化菌的富集培養及高濃度氨氮廢水處理。
【專利說明】
-種厭氧氨氧化菌快速富集培養裝置
技術領域
[0001] 本發明設及一種厭氧氨氧化菌快速富集培養裝置，屬于環境工程中厭氧氨氧化菌 富集培養和高濃度氨氮廢水處理的技術領域。
【背景技術】
[0002] 目前，國內外大多采用傳統的硝化-反硝化生物脫氮工藝處理含氮廢水，但是該工 藝存在流程長、需氧量大、需投加堿、需投加碳源、容積脫氮效率低、占地面積大等缺點，在 應用于處理高濃度氨氮廢水時，系統抗沖擊能力較弱，同時高濃度N也+和N02^會抑制硝化菌 生長，因此采用傳統的硝化-反硝化生物脫氮工藝處理含氮廢水效果差。
[0003] 厭氧氨氧化工藝由于厭氧氨氧化菌的特殊代謝機制，與傳統生物脫氮工藝相比 較，厭氧氨氧化工藝的曝氣量和投堿量大大減少，同時無需投加碳源，可W極大地削減工程 運行費用。但是由于厭氧氨氧化菌代謝條件嚴格，倍增時間長（10-30天），所W在厭氧氨氧 化菌培養過程中，富集裝置的選擇至關重要。
[0004] 常規的厭氧氨氧化菌富集裝置主要有序批式反應器(SBR)、生物轉盤、生物膜反應 器、升流式厭氧污泥床反應器、厭氧流化床反應器和氣提式反應器等，運些富集裝置雖然都 有報道成功富集厭氧氨氧化菌并啟動厭氧氨氧化工藝，但是均具有一些缺陷。比如:SBR技 術工藝繁瑣，不能連續進水，當污泥性狀不好時，出水渾濁，有污泥流失;生物膜反應器在低 負荷條件下可W快速啟動，但無法承受高負荷;升流式厭氧污泥床反應器上升流速過大時， 污泥層容易崩淸，上升流速較低時，起不到良好的水力篩分條件，不利于污泥生長;其它幾 種裝置在工藝啟動過程中泥水分離效果往往較差，污泥流失嚴重，且污泥流失后難W收集， 導致厭氧氨氧化菌難W在反應器內有效持留，使得厭氧氨氧化工藝啟動時間較長;工藝成 功啟動后，污泥上浮導致厭氧氨氧化菌流失嚴重。
[0005] 針對常規富集裝置的不足，作為一種膜分離單元與生物處理單元相結合的新型水 處理技術，厭氧膜生物反應器由于膜的截留作用能夠實現泥、水完全分離，從而實現了污泥 齡與水力停留時間的徹底分離，易于富集培養泥齡長、產率低的菌種，可W有效克服污泥流 失問題。因此，在保留和富集厭氧氨氧化菌上，厭氧膜生物反應器是一種較為理想的反應 器。例如李相昆等人發明的一種游離態厭氧氨氧化菌的富集裝置，利用內置式微濾膜在短 期內取得了不錯的效果，但未考慮長期運行過程中存在的膜污染問題。厭氧膜生物反應器 運行過程中，膜表面極易被污染物覆蓋，形成膜污染，導致膜通量下降，從而影響整個反應 器的運行性能。
[0006] 針對膜污染的問題，劉思形等人在膜生物反應器中W改良的聚氨醋泡沫為微生物 固定化載體，利用載體對微生物、有機物及無機鹽離子等的吸附作用能有效減緩膜污染。然 而，對聚氨醋泡沫載體進行改性不僅耗時長而且需要消耗大量的化學藥劑，同時高達60% 的載體填充比更是進一步提高了成本;另外，運行中的生物膜樣的取樣也是個問題。
[0007] 無論是常規的富集裝置還是厭氧膜生物反應器，由于運行中需要經常從裝置中的 取泥樣進行檢測分析，而取泥樣的取樣口都是直接開在反應器的側邊或者底端，導致取樣 量難W控制，且取樣過程中空氣進入反應器中，破壞了反應器厭氧環境，從而影響反應器的 穩定運行和處理效果。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的是針對W上存在的不足，提供一種穩定運行和處理效果好的厭氧氨 氧化菌快速富集培養裝置，該裝置能夠實現較快富集培養厭氧氨氧化菌，容積脫氮效率高， 有效減緩膜污染和降低取樣對反應器運行影響等特點。
[0009] 上述目的通過W下技術方案實現：
[0010] 構成本發明裝置的主體部分厭氧膜生物反應器，其外筒筒體與內筒筒體之間的夾 層內設有溫控裝置，反應器底座下面設有磁力攬拌器，內筒筒體一側設有與外筒筒體貫通 的進水管，另一側分別設有與外筒筒體貫通的反應器進樣管和反應器出樣管，內筒筒體頂 部設有可拆卸的封閉蓋，其結構要點是:可拆卸的封閉蓋上設有液位控制器和排氣管，液位 控制器底端固結浮球，頂端固結液位繼電器，可拆卸的封閉蓋中屯、固結出水管，出水管頂端 通過出水蠕動累與出水瓶連接，出水蠕動累與液位繼電器連接，出水管底端通過=通閥與 膜組件固結，內筒筒體內部設有填料;進水管頂端通過進水蠕動累與進水瓶連接，進水蠕動 累與時間繼電器連接;反應器進樣管和反應器出樣管通過管道依次與專口設置的取樣器兩 側設有的取樣器出樣管和取樣器進樣管連接，取樣器由取樣器筒體，與取樣器筒體固結的 取樣器底座，上面設有取樣器排氣管的可拆卸的取樣封閉蓋組成，取樣時拆卸取樣器筒體 上方的取樣封閉蓋后，按需取樣，取完樣后對其曝惰性氣體，從而減小取樣對反應器運行的 影響；
[0011] 上述填料為市售的高密度聚乙締改性填料，投加量為內筒筒體體積的20%;
[0012] 上述膜組件為市售的微濾膜或超濾膜，膜絲兩端通過螺紋接口與=通閥兩端口連 接，另一端口連接貫通可拆卸的封閉蓋的出水管。
[0013] 所述的取樣器體積為內筒筒體體積的10%-15%。
[0014] 所述填料的規格為0 IOmraX8腿，比重為0.96±0.02g/cm3，生物膜附著生長后，比 重與水近似，在廢水中呈懸浮狀態。
[0015] 與現有技術相比，本發明的優點在于：
[0016] 1，由于本發明的厭氧膜生物反應器中設有高密度聚乙締改性填料，該填料一方面 作為厭氧氨氧化菌附著生長的載體形成生物膜，另一方面通過攬拌作用與膜組件形成機械 碰撞和摩擦，從而提高反應器運行性能，減緩膜污染，能夠實現較快富集培養厭氧氨氧化 菌，利用本發明裝置啟動厭氧氨氧化反應的時間只需30天左右，大約為劉思形等人的發明 的啟動時間的一半，啟動時間大為縮短。
[0017] 2,本發明高密度聚乙締改性填料便宜易得，在反應器中投加填料的投加比為20% 即可取得良好的效果，極大的降低了成本。
[0018] 3,本發明設有取樣系統，可W定量取樣，降低取樣過程對反應器運行的影響，為微 生物的生長營造更好環境，因此，提高處理效果。
[0019] 4,本發明設有控制系統，防止反應器內部的水位的驟變，降低了容積負荷對污泥 中微生物的沖擊，實現了自動化進出水，有效地提高反應器運行的穩定性和可操作性。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發明裝置的結構示意圖。
[0021] 圖2本發明1#反應器進出水氨氮、亞硝氮、硝氮濃度變化示意圖。
[0022] 圖3為對比例2#反應器的進出水氨氮、亞硝氮、硝氮濃度變化示意圖。
[0023] 圖4為本發明1#反應器氨氮、亞硝氮去除率變化示意圖。
[0024] 圖5為對比例2#反應器氨氮、亞硝氮去除率變化示意圖。
[0025] 圖6為本發明1#反應器的跨膜壓差變化示意圖。
[00%]圖7為對比例2#反應器的跨膜壓差變化示意圖。
[0027]圖1中，1-反應器底座;2-進水管;3-進水管閥口；4-外筒筒體;5-溫控裝置； 6-內筒筒體;7-膜組件;8-=通閥；9-浮球；10-反應器封閉蓋；11-液位控制器；12- 出水管；13-反應器排氣管；14-反應器排氣管閥口； 15-氣體區；16-反應器進樣管閥口； 17-反應器進樣管；18-填料；19-反應區；20-反應器出樣管閥口；21-反應器出樣管； 22-取樣器進樣管；23-取樣器排氣管；24-取樣封閉蓋;25-取樣器筒體;26-取樣器出 樣管；27-取樣器底座；28-磁力攬拌器;bl-進水瓶;Pl-進水蠕動累;M-真空壓力表； p2-出水蠕動累;b2-出水瓶。
【具體實施方式】 [002引請看圖1。
[0029] 本發明的厭氧膜生物反應器和取樣系統為本發明的主體部分。主體部分制作時， 厭氧膜生物反應器和取樣系統可分開制作。厭氧膜生物反應器的外筒筒體4的外形為方形， 內筒筒體6的外形為圓柱形，W匹配反應器底座1下方的磁力攬拌器28的尺寸和保持反應器 良好的穩定性(防止側翻）。厭氧膜生物反應器應首先制作反應器底座1、內筒筒體6、外筒筒 體4,然后用粘合劑將內筒筒體6、外筒筒體4粘接固定在反應器底座1上;接著制作可拆卸的 反應器封閉蓋10、液位控制器11、出水管12、反應器排氣管13、反應器排氣管閥口 14,其中液 位控制器11、出水管12、反應器排氣管13固定在可拆卸的反應器封閉蓋10上。將進水管2、進 水管閥口 3、反應器進樣管17和反應器出樣管21、反應器進樣管閥口 16和反應器出樣管閥口 20依次安裝妥當，將膜組件7通過=通閥8連接在出水管12上，溫控裝置5固定在外筒筒體4 和內筒筒體6的夾層間。
[0030] 取樣系統中的取樣器筒體25外形為圓柱形，設有取樣器進樣管22和取樣器出樣管 26,取樣器體積為內筒筒體(6)體積的10%-15%，一般低于15%即可。取樣器可拆卸的取樣 封閉蓋24上設有取樣器排氣管23,取樣器排氣管23上連接一個化的氣袋。反應器出樣管21 和取樣器進樣管22通過軟管相連，取樣器出樣管26和反應器進樣管17通過軟管相連。先制 作取樣器底座27、取樣器筒體25、取樣器進樣管22和取樣器出樣管26,取樣器進樣管22和取 樣器出樣管26固定在取樣器筒體25上;然后制作取樣器可拆卸的取樣封閉蓋24、取樣器排 氣管23,取樣器排氣管23固定在取樣器可拆卸的取樣封閉蓋24上。最后管路連接反應器進 樣管17和取樣器出樣管26,反應器出樣管21和取樣器進樣管22。
[0031] 包括進水瓶bl和進水蠕動累Pl組成了本發明進水系統。進水瓶bl W橡膠塞封口， 膠塞上貫穿連接兩根硬質管，其中一根連接一個20L氣袋(防止進水后進水瓶中產生負壓， 影響進水速度或者氧氣進入瓶中），另一根連接進水蠕動累Pl上的軟管，軟管的另一端連接 厭氧膜生物反應器的進水管2。進水蠕動累Pl的轉速可調，W適應不同的水力停留時間。
[0032] 通過磁力攬拌器28混勻反應器中的泥液和填料，溫控裝置5維持反應器溫度為35 ±rC。反應器通過進水管2經管路與進水系統連接，反應器進樣管17和反應器出樣管21經 管路與取樣系統連接，出水管12經管路與出水系統連接。反應器中的液位控制器11經導線 與控制系統連接，向反應器中投加一定量的填料18，填料18在反應器中的填充比為20 %。反 應器采用連續進水連續出水的方式運行，水力停留時間隨反應器脫氮性能變化而改變。外 筒筒體4包裹一層錫錐紙，用來避光。
[0033] 工作原理
[0034] 本發明的取樣系統主要用來取懸浮液中的泥樣和填料18上生長的生物膜樣。使用 方法如下：取樣時先打開反應器出樣管閥口 20，使反應器中的懸浮液和填料18進入取樣器 筒體25中，隨后關閉閥口20;打開取樣器可拆卸的取樣封閉蓋24,按所需樣品的量直接取 樣，取完樣后對取樣器筒體25中的懸浮液(含填料18)曝惰性氣體約20min，從而減小取樣過 程中進入的空氣對反應器的影響。取樣完成后，打開反應器進樣管閥口 16，擠壓氣袋將懸浮 液和填料18壓入厭氧膜生物反應器中，關閉閥口 16,即完成整個取樣過程。不進行取樣時， 反應器出樣管閥口 20和反應器進樣管閥口 16處于關閉狀態，取樣器排氣管23上方連接有充 滿氮氣的氣袋。
[0035] 包括真空壓力表M、出水蠕動累p2和出水瓶b2的出水系統。軟管一端與出水蠕動累 p2連接，軟管另一端與厭氧膜生物反應器的出水管12連接，出水蠕動累p2另一端通入出水 瓶b2內，真空壓力表M接在厭氧膜生物反應器和出水蠕動累p2的軟管上，用W監測跨膜壓 差。出水蠕動累p2的轉速可調，W適應不同的水力停留時間。
[0036] 控制系統主要包括液位繼電器和時間繼電器。液位繼電器與液位控制器11連接同 時作為進水蠕動累Pl的電源接入口，液位控制器11連接浮球9，浮球9上升至指定位置時即 切斷電源關閉進水蠕動累Pl，下降至指定位置時即接通電源運行進水蠕動累Pl，從而穩定 反應器中的液位。時間繼電器為出水蠕動累p2的電源接入口，可W設置出水蠕動累p2的運 行時長，進行連續出水或者間歇出水。
[0037] 進水系統包括進水瓶bl和進水蠕動累pi。進水瓶bl W橡膠塞封口，膠塞上貫穿連 接兩根硬質管，其中一根連接一個氣袋(防止進水后進水瓶中產生負壓，影響進水速度或者 氧氣進入瓶中），另一根連接進水累上的軟管，軟管的另一端連接膜生物反應器的進水管2。 進水蠕動累Pl的轉速可調，W適應不同的水力停留時間。
[003引填料18為市售的高密度聚乙締改性填料，其規格為0 X 8顧，比重（g/cm3)為 0.96±0.02,生物膜附著生長后，比重與水近似，在廢水中呈懸浮狀態。將填料往厭氧膜生 物反應器中投加，投加量為內筒筒體體積的20 %。
[0039] 本實施方式的一種厭氧氨氧化菌富集培養裝置使用方法如下：
[0040] -、人工模擬廢水的配制。在進水瓶bl(2化）中配制人工模擬廢水，各組分的成分 如下：K出P〇4的濃度為50mg/L，MgS〇4 ? 7出0的濃度為150mg/L，K肥〇3的濃度為500mg/L，CaCl2 的濃度為136mg/L，畑此1的濃度為400mg/L，化N02的濃度為600mg/L Je-EDTA溶液的濃度為 1.25ml/L，微量元素溶液的濃度為Iml/LFe-EDTA溶液中抓TA的濃度為300mg/L，FeS〇4 ? 7出0的濃度為500mg/L，出S化的濃度為0.05mL/l;微量元素溶液中抓TA的濃度為15000mg/L， 出B04的濃度為 14mg/L，MnCl2 ? 4出O的濃度為990mg/L，aiS〇4 ? 7此O的濃度為430mg/L，（NH4) 6M07O24 ? 4出0的濃度為177mg/L，CoCl2 ? 6出O的濃度為240mg/L，CuS〇4 ? 5出0的濃度為 250mg/L，NiCl2 ? 6此0的濃度為 199mg/L，化2Se〇4 ? 5此0 152mg/L，化2W〇4 ? 2此0的濃度為 50mg/L。
[0041] 在配制人工模擬廢水的過程中不斷向水中通入氮氣，通氣時間約為30min，W去除 模擬廢水中的溶解氧(00<0.2mg/L)，模擬廢水配好后，用2mol/L的肥巧日2mol/L的NaOH調節 其抑值為7.5-8.0。
[0042] 二、啟動和運行厭氧膜生物反應器。本發明裝置按上述說明連接好后，首先將高密 度聚乙締改性懸浮填料投入膜生物反應器中，填料在反應器中的填充比為20%，加入厭氧 氨氧化污泥(來自實驗室厭氧氨氨氧化反應器中的污泥與垃圾滲濾液處理工藝中具有厭氧 氨氧化活性的污泥混合形成的混合污泥），然后開始運行反應器。裝置運行時，采用磁力攬 拌器28混勻懸浮液和填料18,進水采用上述提及的調好抑的人工模擬廢水，模擬廢水經進 水蠕動累Pl通過進水管2進入反應器中；模擬廢水經污泥中的微生物利用后，通過出水蠕動 累p2經出水管12膜出水。投加填料時，打開可拆卸的反應器封閉蓋10,直接投加，投加比控 制在20%左右，然后將曝氣頭放入反應器底部曝惰性氣體30min，使反應器內部嚴格厭氧 (D0<0.2mg/L)，再通過溫控裝置5使反應器內部溫度維持在35 ± rC，為厭氧氨氧化菌的生 長提供良好的外界條件。反應器液位到達反應器屯分之六高度處時，浮球9上浮，控制系統 切斷進水蠕動累p2開關，水位下降后，金屬浮球9下沉，啟動進水蠕動累p2開關，從而將反應 器中的液位穩定在一定高度，避免水位的過高或者過低W及驟變。水樣經膜出水后直接取 樣。生物膜樣取樣時，操作方法按上述的取樣系統的使用方法即可。
[0043] 在反應器運行初期(0-6天），為防止氨氮和亞硝氮濃度偏高，抑制厭氧氨氧化菌的 生長，進水氨氮和亞硝氮濃度分別控制在lOOmg/L和120mg/L，水力停留時間為35h，運行初 期的出水氨氮和亞硝氮濃度逐漸下降，總氮去除率由60%上升至85% W上。在第7-25天，逐 步降低水力停留時間來提高氮負荷，進水氨氮和亞硝氮濃度保持不變，出水氨氮和亞硝氮 濃度均很低，總氮去除率維持在85% W上，脫氮性能顯著提高。第26天后，水力停留時間降 低至22h，此后維持運個水力停留時間不變，進水氨氮和亞硝氮濃度不變，出水氨氮和亞硝 氮濃度低于lOmg/L，總氮去除率維持在90% W上，核算消耗的氨氮和亞硝氮的比例為1: 1.2,認為反應器啟動成功，啟動時間約為30天。啟動完成時，反應器的總氮負荷約為 750mg ? L-1 ? cfi。
[0044] S、對比試驗。為了考察填料對反應器運行性能和膜污染的影響，同時平行啟動并 運行兩個反應器，一個為上述提及的投加了填料的膜生物反應器（1#)，另一個為未投加填 料的膜生物反應器(2#)，兩個反應器運行條件完全相同。
[0045] 測定1#和2#兩反應器接種的污泥濃度基本相同。
[0046] 測定兩反應器進出水氨氮、亞硝氮和硝氮含量的變化，從圖2和圖3中可W看出1# 和2#經過35天的運行均能成功啟動，但是1#的脫氮性能和運行狀況明顯優于2#。
[0047] 測定兩反應器的氨氮、亞硝氮去除率變化，從圖4本發明1#反應器和圖5對比例2# 反應器氨氮、亞硝氮去除率變化看出：1#的氨氮、亞硝氮去除率在第7天后雖然有較小波動 但總體穩定在85% W上，2#的氨氮、亞硝氮去除率在整個運行周期內都有較大波動，比較而 言，1#脫氮性能和運行穩定性強于2#。
[0048]測定兩反應器的跨膜壓差。從圖6和圖7可W看出，1#和2#初始跨膜壓差基本相同， 隨著反應器的運行，1#的最終跨膜壓差穩定在0.0 lSMpa ,2#的最終跨膜壓差穩定在 0.028Mpa。結果表明，使用本發明裝置能夠有效減緩膜污染。
【主權項】
1. 一種厭氧氨氧化菌快速富集培養裝置，構成該裝置的主體部分厭氧膜生物反應器的 外筒筒體(4)與內筒筒體(6)之間的夾層內設有溫控裝置(5)，反應器底座（1)下面設有磁力 攪拌器(28)，內筒筒體(6)-側設有與外筒筒體(4)貫通的進水管(2)，另一側分別設有與外 筒筒體(4)貫通的反應器進樣管（17)和反應器出樣管(21)，內筒筒體(6)頂部設有可拆卸的 反應器封閉蓋(10)，其特征是:反應器封閉蓋(10)上設有液位控制器(11)和排氣管（13)，液 位控制器(11)底端固結浮球(9)，頂端固結液位繼電器，反應器封閉蓋(10)中心固結出水管 (12)，出水管（12)頂端通過出水蠕動栗(p2)與出水瓶(b2)連接，出水蠕動栗(p2)與液位繼 電器連接，出水管（12)底端通過三通閥（8)與膜組件（7)固結，內筒筒體(6)內部設有填料 (18);進水管(2)頂端通過進水蠕動栗(pi)與進水瓶(bl)連接，進水蠕動栗(pi)與時間繼電 器連接;反應器進樣管（17)和反應器出樣管(21)通過管道依次與專門設置的取樣器兩側設 有的取樣器出樣管（26)和取樣器進樣管(22)連接，取樣器由取樣器筒體(25)，與取樣器筒 體(2 5)固結的取樣器底座(27 )，上面設有取樣器排氣管(23)的可拆卸的取樣封閉蓋(24)組 成，取樣時拆卸取樣器筒體(25)上方的取樣封閉蓋(24)后，按需取樣，取完樣后對其曝惰性 氣體，從而減小取樣對反應器運行的影響； 上述填料(18)為市售的高密度聚乙烯改性填料，投加量為內筒筒體(6)體積的20% ; 上述膜組件(7)為市售的微濾膜或超濾膜，膜絲兩端通過螺紋接口與三通閥（8)兩端口 連接，另一端口連接貫通可拆卸的反應器封閉蓋(10)的出水管（12)。2. 根據權利要求1所述的一種厭氧氨氧化菌快速富集培養裝置，其特征是:所述的取樣 器體積為內筒筒體(6)體積的10 % -15 %。3. 根據權利要求1所述的一種厭氧氨氧化菌快速富集培養裝置，其特征是：所述填料 (18)的規格為.0 1_〇1曬父_8順，.比重為0.96 ±0.02g/cm3，生物膜附著生長后，比重與水近似， 在廢水中呈懸浮狀態。
【文檔編號】C12M1/26GK105925478SQ201610443248
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月20日
【發明人】張志強, 夏四清, 呂鋒, 黃國正, 李佳苗, 關笑
【申請人】同濟大學