一种高效富集反硝化菌并实现强化脱氮的运行装置的制作方法

1.本实用新型涉及微生物富集与污水的微生物处理领域，尤其涉及一种高效富集反硝化菌并实现强化脱氮的运行装置。


背景技术：

2.近年来，由于城市化及工农业的迅速发展，水体的氮素污染问题日益严重。水体含氮浓度过高，不仅会产生较高的环境风险，还会威胁到人类的健康。因此，如何高效、经济地实现污水脱氮，以满足不断提高的水质排放标准，已成为研究者们亟待解决的问题。
3.在众多方法中，生物反硝化技术是目前较为理想且运用较广的方法。该技术拥有工艺成熟、运行成本低、无需曝气等优点，在实验室中运用小型的反应器也可进行研究(专利名称：一种高效生物脱氮装置；专利号：2018110903953；申请人：浙江海洋大学；第一发明人：冯丽娟)。然而，尽管优点显著，该技术也存在着缺点。作为微生物，反硝化菌对环境中的有机物、温度、ph等条件很敏感，且倍增周期长，而传统的反应器存在着菌群富集效果差、反应启动时间长、易产生浮渣等问题。因此，研究一种反硝化菌高效富集及稳定培养、从而实现强化脱氮的运行装置，对于推动该脱氮技术的广泛应用具有重大的意义。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种经改良的、有别于传统反硝化反应器的运行装置，能够有效解决微生物易流失、环境条件不稳定、固液气三相分离不良等问题，实现生物反硝化的稳定进行与强化脱氮。
5.本实用新型的目的至少通过如下技术方案之一实现。
6.一种高效富集反硝化菌并实现强化脱氮的运行装置，包括反应系统、恒温系统、搅拌装置和出水管；
7.反应系统包括反应器筒体、进水口球阀、取样口球阀、引流口球阀和出水口球阀；反应器筒体内部从下至上为污泥区、填料区和分离区，填料区上、下侧均设有圆孔隔板隔开污泥区和分离区；分离区内设有三相分离器，用于对反应系统中的固、液、气三相进行良好的分离，通过填料区上浮到分离区的小部分污泥，会被三相分离器惯性力的阻隔作用而拦截，进而下沉到填料区或是污泥区；而从污泥区产生的气体则会对填料区的部分污泥有吹脱作用；在三相分离器中水和气的分离则可通过导流板加以分离；污泥区正下方设置有进水口，污泥区、填料区和分离区侧方分别设置有取样口、引流口与出水口；三相分离器与出水口相通；填料区中设置有填料；
8.进水口、取样口、引流口与出水口分别由进水口球阀、取样口球阀、引流口球阀和出水口球阀控制；出水管相接于出水口；
9.恒温系统包括包裹在反应器筒体外部的保温隔层与伸入分离区的温度计，用以保证反应系统内温度保持恒定，确定反硝化菌实现强化脱氮的适宜条件；
10.保温隔层和反应器筒体顶部、三相分离器和圆孔隔板的中部皆设有通孔；搅拌装
置包括搅拌棒，搅拌棒可拆卸，搅拌棒底部通过保温隔层和反应器筒体顶部、三相分离器和圆孔隔板的中部设有的通孔伸入污泥区内，对进水后的污泥进行搅拌，以保证反应物充分混合与微生物的高效富集。
11.进一步地，还包括进样系统，进样系统包括进水桶、进水管和微型蠕动泵，进水桶通过进水管和微型蠕动泵连接进水口，当运行装置开始进样时，进水桶中的水在微型蠕动泵的作用下被抽入进水管，并从下至上地到达进水口，由此进入反应系统。
12.进一步地，还包括排气系统，排气系统包括集气室、排气管和气体缓冲瓶；集气室设置于反应器筒体上方，集气室上设有排气口；气体缓冲瓶通过排气管连接排气口，集气室中部设有通孔，搅拌棒与温度计通过集气室中部的通孔伸入反应器筒体；集气室与分离区内的三相分离器通过中部设置的通孔相通，反应系统进行生物反应时生成的气体经三相分离器分离后进入集气室，并由排气口进入与气体缓冲瓶相连的排气管，从而实现微生物产气的回收与处理。
13.进一步地，填料区内的填料为有利于微生物挂膜与附着的材料，填料区内的填料包括海绵或纤维。
14.进一步地，填料区上、下两侧的圆孔隔板上均设有圆孔，单位面积cm2内圆孔个数不少于2个，圆孔的半径不超过2.5mm，在保持反应系统具有一定有效容积的同时，也加大了生物反应的面积，以此加强对含氮废水的处理效果，而且可对污泥起截留作用，防止污泥膨胀。
15.进一步地，正常情况下，取样口球阀处于关闭状态，当需要提取污泥样本时，通过取样口球阀控制取样口的畅通情况，以控制排泥速度，当取样口球阀开到最大时，排泥速度最快，反之亦然。
16.进一步地，正常情况下，引流口球阀处于关闭状态，当反应系统内液面高至反应器筒体顶部并即将从通孔溢出或需要提取中层的反应液样本时，通过引流口球阀控制引流口的畅通情况，以控制水流速度，当引流口球阀开得愈大，反应液的流速愈大，单位时间内从反应系统流出的液体愈多，反之亦然。
17.进一步地，还包括顶盖，以保证运行装置的气密性，顶盖的中部分别设有便于搅拌棒与温度计伸入的扇叶形可伸缩式卡口。
18.进一步地，还包括中空支架，中空支架为圆台型，位于保温隔层正下方，中空支架的上顶面边缘与保温隔层直接相连，中空支架的中部镂空，出水口从中空支架镂空的中部伸出，从而与进水管相连，以保证运行装置的物理平衡性与稳定性。
19.进一步地，搅拌装置还包括外接电机，外接电机的输出轴与搅拌棒连接以驱动搅拌棒转动，将外接电机通电，即可带动搅拌棒转动，进而可以使得进水与污泥区内的活性污泥充分接触，能够更好地保证污泥的匀质性。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少如下：
21.恒温系统能够为反硝化反应提供合适且稳定的温度，保证了微生物富集的高效性；搅拌装置使得活性污泥与进水匀质接触，保证了反应的充分性；取样口设置在污泥区一侧，保证了污泥取样的时效性；引流口设置在反应系统中层，保证了反应进行的灵活性与稳定性；固、液、气三相经三相分离器去往不同路径，保证了分离的有效性等。总而言之，本实用新型是绿色环保的，也是高效的，能够实现反硝化菌的强化脱氮。
附图说明
22.图1是本实用新型的各部分主体结构示意图；
23.图2是本实用新型的反应系统顶部贴合面示意图；
24.图3是本实用新型的反应系统中圆孔隔板的结构示意图；
25.图4是本实用新型的反应系统中三相分离器的结构示意图；
26.图5是本实用新型接连搅拌棒的板型和结构示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
28.实施例：
29.一种高效富集反硝化菌并实现强化脱氮的运行装置，如图1至图5所示，包括反应系统7、恒温系统、搅拌装置、出水管6、进样系统、排气系统、顶盖9和中空支架4；顶盖9的中部分别设有便于搅拌棒与温度计伸入的扇叶形可伸缩式卡口。
30.本实施例中，反应系统7包括反应器筒体、进水口球阀76、取样口球阀78、引流口球阀711和出水口球阀713；反应器筒体内部从下至上为污泥区74、填料区79和分离区72，填料区79上、下侧均设有圆孔隔板73隔开污泥区74和分离区72；分离区72内设有三相分离器71，用于对反应系统7中的固、液、气三相进行良好的分离，通过填料区79上浮到分离区72的小部分污泥，会被三相分离器惯性力的阻隔作用而拦截，进而下沉到填料区79或是污泥区74；而从污泥区74产生的气体则会对填料区79的部分污泥有吹脱作用；在三相分离器71中水和气的分离则可通过导流板加以分离；污泥区74正下方设置有进水口75，污泥区74、填料区79和分离区72侧方分别设置有取样口77、引流口710与出水口712；三相分离器71与出水口712相通；填料区79中设置有填料；
31.设置取样口77用于研究不同时间活性污泥的生物化学性质，可定性分析在搅拌棒10的作用下活性污泥是否充分反映；设置引流口710可应对出水口712堵塞从而导致液面高至集气室8的非正常情况，也可用于中层反应液的取样研究。
32.本实施例中，反应器筒体的高度为60cm，底面半径为16.5cm；污泥区74、填料区79和分离区72的预设高度分别为17.5cm、17cm、25cm，填料区79上下两侧的圆孔隔板73的厚度总和为0.5cm。
33.本实施例中，取样口77与引流口710、引流口710与出水口712的垂直距离分别为11cm与13cm。
34.进水口75、取样口77、引流口710与出水口712分别由进水口球阀76、取样口球阀78、引流口球阀711和出水口球阀713控制；出水管6相接于出水口712；
35.本实施例中，填料区79内的填料采用软性多孔海绵与纱布，可不定期更换；与污泥充分混合后的液体可通过圆孔隔板73中的圆孔上流。填料与圆孔隔板73结构的优势体现在不仅将大部分污泥截留在污泥区74，而且也可吸附小部分随水上流的颗粒状污泥，从而形成微生物挂膜，有利于反硝化菌的富集，对于基质也具有一定的去除作用。
36.填料区79上、下两侧的圆孔隔板73上均设有圆孔，单位面积cm2内圆孔个数为2个，圆孔直径为4.8mm，在保持反应系统7具有一定有效容积的同时，也加大了生物反应的面积，
以此加强对含氮废水的处理效果，而且可对污泥起截留作用，防止污泥膨胀。本实施例中，分离区72内的三相分离器71的位置略低于出水口712。经生物反硝化作用后，反应气经三相分离器71到达排气系统；带有固体悬浮物的液体经其有效分离后，直接到达出水口712，而固体悬浮物(污泥、有机物等)被再次拦截，以保证出水的清澈度。
37.本实施例中，正常情况下，取样口球阀78处于关闭状态，当需要提取污泥样本时，通过取样口球阀78控制取样口77的畅通情况，以控制排泥速度，当取样口球阀78开到最大时，排泥速度最快，反之亦然。
38.本实施例中，正常情况下，引流口球阀711处于关闭状态，当反应系统7内液面高至反应器筒体顶部并即将从通孔溢出或需要提取中层的反应液样本时，通过引流口球阀711控制引流口710的畅通情况，以控制水流速度，当引流口球阀711开得愈大，反应液的流速愈大，单位时间内从反应系统7流出的液体愈多，反之亦然。
39.本实施例中，出水口712与出水管6相连，并由出水口球阀713控制。一般情况下，出水口球阀713为打开状态，保证反应系统7内的液体流动畅通。经出水口712与出水管6排出的液体可通过容器收集，进行测定与研究。
40.本实施例中，进样系统包括进水桶1、进水管2和微型蠕动泵3，进水桶1通过进水管2与进水口75连通，微型蠕动泵3设置在进水管2上，进水桶1中储存人工配置的溶液，当运行装置开始进样时，进水桶1中的溶液在微型蠕动泵3的作用下被抽入进水管2，并从下至上地到达进水口75，由此进入反应系统7，在搅拌装置的作用下与活性污泥充分搅拌。
41.本实施例中，排气系统包括集气室8、排气管13和气体缓冲瓶14；集气室8设置于反应器筒体上方，集气室8上设有排气口12；气体缓冲瓶14通过排气管13连接排气口12，集气室8中部设有通孔，搅拌棒10与温度计11通过集气室8中部的通孔伸入反应器筒体；集气室8与分离区72内的三相分离器71通过中部设置的通孔相通，反应系统7进行生物反应时生成的气体经三相分离器71分离后进入集气室8，并由排气口12进入与气体缓冲瓶14相连的排气管13，从而实现微生物产气的回收与处理。
42.恒温系统5包括包裹在反应系统7中反应器筒体外部的保温隔层5与温度计11；本实施例中，保温隔层5的厚度为2.5cm，可以有效减少热量的损失与能量损耗，并保证反硝化菌生存与繁殖的适宜条件；恒温系统5与排气系统相通，从而可以为微生物培养提供合适的外界温度，保证富集的高效性。
43.温度计11穿过顶盖9的扇叶形可伸缩式卡口，集气室8、保温隔层5与反应器筒体上部的通孔，最终进入分离区72，并伸至反应液面下，使观察者能够对反应系统7内部的温度进行长期监测。以便当监测温度低于/高于设定温度时，观察者能够采取合理措施，直至环境温度达到微生物培养维持稳定且合适的要求。
44.保温隔层5和反应器筒体顶部、三相分离器71和圆孔隔板73的中部皆设有通孔；搅拌装置包括搅拌棒10和外接电机，搅拌棒10的底部通过保温隔层5和反应器筒体顶部、三相分离器71和圆孔隔板73的中部设有的通孔伸入污泥区74内；外接电机的输出轴与搅拌棒10连接以驱动搅拌棒10转动，将外接电机通电，即可带动搅拌棒10转动，进而可以使得进水与污泥区内的活性污泥充分接触，能够更好地保证污泥的匀质性。
45.本实施例中，顶盖9最外围的半径为24.5cm，与反应器筒体顶部高度贴合，保证气密性；中空支架4的高度为20cm，物理稳定性、平衡性好。本实施例中，一种高效富集反硝化
菌并实现强化脱氮的运行装置的工作方法如下：
46.①
先关闭进水口球阀76、取样口球阀78、引流口球阀711和出水口球阀713的开关，将约1.5l活性污泥加入到反应系统7的污泥区74中。
47.②
配备好人工配水，并盛满进水桶。
48.③
将下圆孔隔板放入污泥区上方并固定，在其上侧平放一层纱布，并加入多个小块状的软性海绵后，放入上圆孔隔板将海绵压实，使得填料区79的高度约为17cm。
49.④
在分离区72内、出水口712下侧固定三相分离器71。
50.⑤
安置好集气室8，并确保排气管13与排气口12相接，另一端连通到盛满水的气体缓冲瓶14。
51.⑥
将顶盖9贴合于顶部，并将外围的螺丝拧好。将搅拌棒10、温度计分别插入各自的扇叶形可伸缩式卡口，前者底部伸入污泥区74，后者的底部到达分离区72即可。启动前，确认搅拌棒10与反应系统连接处已经水封，各个导管已经连接。
52.⑦
上述操作完成后，打开进水口球阀76与出水口球阀713，启动微型蠕动泵3开始进水，为搅拌装置接通电源，即开始了微生物的富集、培养和反应。若需要研究污泥的性质，则打开取样口球阀78；若需要引流或提取中层反应液，则打开引流口球阀711即可。
53.微生物培养及装置实施效果：
54.向反应系统7投入厌氧絮状污泥，体积约为1.5l。控制hrt(水力停留时间)约为10小时，保持温度为23.5℃左右。进水箱中的溶液采用人工配水：
55.1)自养反硝化：保持进水中no3‑
浓度为33mg/l，以硫单质作为硫源，进行硫自养反硝化。以理论值s/n＝1.1投加硫源，采用nahco3为缓冲剂，调节溶液ph为7.5左右，并加入适量微量元素营养液。在该条件下稳定培养10天后，测定出水中各离子的浓度，可得c(no3‑
)＝3.95mg/l，c(no2‑
)＝0.03mg/l，c(nh
4
)＝5.06
±
0.05mg/l，硝氮的去除率达到88％，总氮平均去除率将近73％，皆高于传统的以硫单质为硫源的硫自养反硝化平均脱氮率与硝氮平均去除率(均约70％)。
56.2)异养反硝化：保持进水中no3‑
浓度为33mg/l，以结晶乙酸钠为有机碳源，进行异养反硝化。以理论值c/n＝0.85投加结晶乙酸钠，并加入适量微量元素营养液。在该条件下稳定培养10天后，测定出水中各离子的浓度，可得c(no3‑
)＝3.283
±
0.144mg/l，c(no2‑
)＝0.017mg/l，c(nh
4
)＝0.573
±
0.014mg/l，硝氮的平均去除率达到90％，总氮平均去除率高达88％。
57.以上结果表明了该运行装置高效、稳定地启动了反硝化反应，实现了反硝化菌的高效富集与强化脱氮。
58.本实用新型不局限于本实施例，任何在本实用新型披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本实用新型的保护范围。