安奇菌种富集扩培反应器

摘要

本发明公开了一种安奇菌种富集扩培反应器，反应器主体从下到上包括布水系统、反应系统、分离系统和液封系统。布水系统包含进水管和旋流布水器；反应系统包括主反应区和辅反应区；分离系统包含三相分离器和沉淀区。本发明的主要优点是：1)独特的旋流布水器，保证进水均匀；2)笼装浮球填料有助于持留污泥和加速反应器启动；3)五管隔板强化传质效果，减少死区面积；4)分段集气消除“气涌”现象，促进污泥颗粒化；5)双效三相分离器实现气、液、固的有效分离；6)两级反应区串联，可限制基质返混，提高处理效率。

说明书

技术领域

本发明涉及扩培反应器，尤其涉及一种安奇菌种富集扩培反应器。

背景技术

改革开放以来，我国工农业的快速发展，但是环保设施和技术却未能及时匹配，加之人们的环保意识淡薄，产生了十分严重的环境污染和生态破坏问题。随着环保技术的突破和环保观念的改变，我国有机污染已初步获得控制，但是氮磷所致的湖泊“水华”及近海“赤潮”等问题却日趋严重，已危及农业、渔业、旅游业等诸多行业，并对饮水卫生和食品安全构成严重威胁。氮素污染的防治已成为我国现阶段环境污染防治的重中之重。

常规脱氮技术有物化法和生物法，但是物化法由于效能低、成本高，与我国可持续发展战略相悖。以硝化技术和反硝化技术为基础构建的生物法由于经济性而脱颖而出。近年来，新型生物脱氮工艺(如短程硝化-反硝化、厌氧氨氧化法)弥补了传统硝化-反硝化工艺的缺陷，提高了脱氮效率和经济性。厌氧氨氧化工艺因具有容积效率高、供氧能耗省、不需要外加碳源等优点而备受关注与青睐。然而，由于厌氧氨氧化菌细胞产率低、倍增时间长、对环境条件敏感，导致厌氧氨氧化反应器的启动时间较长、稳定性差，限制了其推广应用。厌氧氨氧化菌是厌氧氨氧化工艺的功能之源，开发菌种富集扩培反应器是获得优质菌种的有效手段，有关厌氧氨氧化菌培养物扩培装置的研究凤毛菱角。因此开发厌氧氨氧化菌种富集扩培反应器对于加速厌氧氨氧化工艺的工程化应用具有重要的现实意义。

厌氧氨氧化反应器设计的主导思想是：通过反应器结构、操作方式和操作条件的优化，为功能菌提供适宜的空间、营养和环境，并在反应器内持留数量多、活性高的菌种，使反应器运行达到高效稳定。

现有的厌氧氨氧化反应器主要以升流式厌氧污泥床(UASB)反应器、膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器为基础。此类厌氧氨氧化反应器存在以下问题：1)布水不均；2)污泥流失现象严重，菌种持留能力不佳；3)反应器启动较为缓慢；4)物料返混严重，反应效能受限；5)死区面积较大，沟流短流频发；6)污泥在反应器内频繁上下交流，承受大幅静压变化，生物细胞易于破裂。

针对上述厌氧氨氧化反应器的缺陷，本发明进行如下改进：1)通过设置独特的旋流布水器，产生切向流，保证进水均匀；2)反应器内设置笼装浮球填料层，有助于持留厌氧氨氧化污泥和加速反应器启动；3)通过五管隔板，可分别形成气室、液室和泥水混合室，并持留污泥；4)通过五管隔板的延伸管，实现水流的上下循环，强化传质效果，减少死区面积；5)通过分段集气，消除气涌现象，维持反应器内的微生物生态，同时在集气管内易形成沉降性颗粒污泥，有助于污泥颗粒化；6)通过设置双效三相分离器，有效实现气、液、固的分离；通过设置液封装置，有效阻止空气向反应器内泄漏，保证反应器处于厌氧状态；7)通过第一反应区和第二反应区串联，可限制基质返混，提高处理效率；8)通过反应系统与分离系统高度的匹配，可补充处理主反应区短流携带的基质，遏制短流所致的负面作用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种安奇菌种富集扩培反应器。

安奇菌种富集扩培反应器主体从下到上包括布水系统、反应系统、分离系统和液封系统；布水系统底部设有底座、支架和排泥管，布水系统中部设有旋流布水器，旋流布水器上设有穿孔管和进水管；反应系统分为结构相同上下放置的第一反应区和第二反应区，第一反应区和第二反应区从下到上均依次设有笼装浮球填料层、延伸管、五孔隔板和法兰，第一反应区和第二反应区侧壁上部和下部均设有取样口，第一反应区和第二反应区侧壁上部均设有集气管；分离系统内设有双效三相分离器，双效三相分离器由两支倒置漏斗状集气罩和直筒组合而成，双效三相分离器直筒外壁中部设有回流管，回流管上方分离系统的内侧壁上设有溢流堰，三相分离器顶端上部设有排气管和集气连接管，分离系统下部渐扩管部分设有排泥管，分离系统上部外侧壁设有液封系统；液封系统从下到上依次设有排渣管、液封管和出水管。

所述的旋流布水器的中部为饼状结构，其直径为进水管直径的2～4倍；在旋流布水器四周均匀设置6～8根穿孔管，穿孔管上分成相等的3～5个管段，在每个管段上的孔口大小相同，开孔个数为2～3个，孔口间距相等，且在水流方向上相邻两段上的孔口直径依次变大，穿孔管侧壁单侧开孔，在穿孔管末端设一弯管接头，弯头出水口方向与开孔方向一致。

所述的笼装浮球填料层由铁丝织成网笼，网笼呈圆柱状，外径与反应器主体内径相同，网笼内装直径为10～20mm浮球若干。

所述的五管隔板与5个延伸管联通，延伸管内径均为20～30mm，延伸管中心间距为90～100mm，两相邻延伸管与中心延伸管夹角为90°，延伸管长度50～70mm，由五管隔板和延伸管构成气室；在反应器外侧壁设置的集气管直管部分长度为120～140mm，弯管部分向上呈90°，长度为20～40mm。

所述的双效三相分离器的两支集气罩之间缝隙的垂直距离为10～15mm，集气罩截面为梯形，双效三相分离器在出水液面上方30～50mm处沿壁开2～4个通气孔，通气孔直径为10～20mm。

所述第一反应区、第二反应区和双效三相分离器的直径相同，三者高度之比为1∶1∶1。

所述的溢流堰为环形，环形内径为320mm，外径为400mm，高度为40mm。

所述的液封系统的外壁高于出水液面20～40mm，液封管在出水液面下40～50mm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1)独特的旋流布水器，保证进水均匀；2)笼装浮球填料有助于持留污泥和加速反应器启动；3)五管隔板强化传质效果，减少死区面积；4)分段集气消除“气涌”现象，促进污泥颗粒化；5)双效三相分离器实现气、液、固的有效分离；6)两级反应区串联，可限制基质返混，提高处理效率。

附图说明

图1是安奇菌种富集扩培反应器的结构示意图；

图2是本发明的旋流布水器结构示意图；

图3是本发明的穿孔管示意图；

图4是本发明的集气连接管俯视图；

图5是本发明的五孔隔板的示意图。

图中：底座1、排泥管2、旋流布水器3、进水管4、取样管5、延伸管6、法兰7、排泥口8、双效三相分离器9、回流管10、溢流堰11、排气管12、集气连接管13、液封槽14、出水管15、排渣管16、集气管17、软性填料层18、五孔隔板19、穿孔管20、支架21。

具体实施方式

如图所示，安奇菌种富集扩培反应器主体从下到上包括布水系统(A)、反应系统B、分离系统C和液封系统D；布水系统A底部设有底座1、支架21和排泥管2，布水系统A中部设有旋流布水器3，旋流布水器3上设有穿孔管20和进水管4；反应系统B分为结构相同上下放置的第一反应区B1和第二反应区B2，第一反应区B1和第二反应区B2从下到上均依次设有笼装浮球填料层18、延伸管6、五孔隔板19和法兰7，第一反应区B1和第二反应区B2侧壁上部和下部均设有取样口5，第一反应区B1和第二反应区B2侧壁上部均设有集气管17；分离系统C内设有双效三相分离器9，双效三相分离器9由两支倒置漏斗状集气罩和直筒组合而成，双效三相分离器直筒外壁中部设有回流管10，回流管10上方分离系统C的内侧壁上设有溢流堰11，三相分离器顶端上部设有排气管12和集气连接管13，分离系统C下部渐扩管部分设有排泥管8，分离系统C上部外侧壁设有液封系统D；液封系统D从下到上依次设有排渣管16、液封管14和出水管15。

所述的旋流布水器3的中部为饼状结构，其直径为进水管直径的2～4倍；在旋流布水器3四周均匀设置6～8根穿孔管20，穿孔管20上分成相等的3～5个管段，在每个管段上的孔口大小相同，开孔个数为2～3个，孔口间距相等，且在水流方向上相邻两段上的孔口直径依次变大，穿孔管20侧壁单侧开孔，在穿孔管20末端设一弯管接头，弯头出水口方向与开孔方向一致。

所述的笼装浮球填料层18由铁丝织成网笼，网笼呈圆柱状，外径与反应器主体内径相同，网笼内装直径为10～20mm浮球若干。

所述的五管隔板7与5个延伸管6联通，延伸管6内径均为20～30mm，延伸管6中心间距为90～100mm，两相邻延伸管6与中心延伸管6夹角为90°，延伸管6长度50～70mm，由五管隔板7和延伸管6构成气室；在反应器外侧壁设置的集气管17直管部分长度为120～140mm，弯管部分向上呈90°，长度为20～40mm。

所述的双效三相分离器9的两支集气罩之间缝隙的垂直距离为10～15mm，集气罩截面为梯形，双效三相分离器9在出水液面上方30～50mm处沿壁开2～4个通气孔，通气孔直径为10～20mm。

所述第一反应区B1、第二反应区B2和双效三相分离器9的直径相同，三者高度之比为1∶1∶1。

所述的溢流堰11为环形，环形内径为320mm，外径为400mm，高度为40mm。

所述的液封系统D的外壁高于出水液面20～40mm，液封管14在出水液面下40～50mm。

本发明的工作过程如下：

安奇菌种富集扩培反应器由有机玻璃和钢板构建，从下到上依次包括布水系统、反应系统、分离系统和液封系统。废水经布水系统进入第一反应区，污泥和发酵液充分接触，并对其中的污染物进行分解和转化，产生N₂。由于五管隔板的阻挡作用，N₂在第一反应室内积累并形成气室，发酵液由五管隔板的延伸管上升进入第二反应室，大部分污泥截留在第一反应室，气体由集气管进行收集，并最终由顶端的排气管排出。发酵液在第二反应室的反应过程和第一反应室基本相同。发酵液由第二反应室进入分离系统进行气、液、固三相分离，气体由排气管排出，出水经由溢流堰后排出，污泥返回反应系统，气、液、固三相通过三相分离器最终得到有效分离。液封系统有效防止外界空气进入，由此保证了厌氧状态。