全文摘要
本实用新型涉及一种快速启动CANON工艺的升流式生物膜反应装置，升流式生物膜反应装置底部进水口连接进水管和进水泵，底部进气口接通的曝气管与气泵相连，进气口连接钛合金曝气头；中间悬挂弹性针状填料；顶部设置有三相分离器和变径大头装置用于截留活性污泥，变径大头设置有溢流口和出水口。本实用新型以弹性针状填料作为生物膜载体可实现絮体中AOB和填料上ANAMMOX的共存，该系统氨氮去除率高、操作简单，占地面积小，能耗少、成本低，操作弹性大。
主设计要求
1.一种快速启动CANON工艺的升流式生物膜反应装置，其特征在于，升流式生物膜反应装置底部进水口连接进水管和进水泵，底部进气口接通的曝气管与气泵相连，进气口连接钛合金曝气头；中间悬挂弹性针状填料；顶部设置有三相分离器和变径大头装置用于截留活性污泥，变径大头设置有溢流口和出水口。
设计方案
1.一种快速启动CANON工艺的升流式生物膜反应装置，其特征在于，升流式生物膜反应装置底部进水口连接进水管和进水泵，底部进气口接通的曝气管与气泵相连，进气口连接钛合金曝气头；中间悬挂弹性针状填料；顶部设置有三相分离器和变径大头装置用于截留活性污泥，变径大头设置有溢流口和出水口。
2.根据权利要求1所述的快速启动CANON工艺的升流式生物膜反应装置，其特征在于，所述针状填料由高强度耐腐中心绳均匀辐射状穿插聚烯烃类丝条制成，占反应装置有效体积的20％-30％之间。
3.根据权利要求2所述的快速启动CANON工艺的升流式生物膜反应装置，其特征在于，所述快速启动CANON工艺的升流式生物膜反应装置的反应区还设置有回流系统，由底部的循环口、上部的循环口和用于调控回流比的循环泵构成。
4.根据权利要求3所述的快速启动CANON工艺的升流式生物膜反应装置，其特征在于，所述曝气头为Ф30×60mm、孔径精度5um钛合金曝气头，曝气头与进气口连接方式为螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的快速启动CANON工艺的升流式生物膜反应装置，其特征在于，所述升流式生物膜反应装置设置有恒温水浴夹层，水浴锅通过水浴循环口与水浴夹层相连。
6.根据权利要求5所述的快速启动CANON工艺的升流式生物膜反应装置，其特征在于，所述升流式生物膜反应装置内径0.06m，外径0.10m，柱高1.3m，有效容积3.5L。
7.根据权利要求6所述的快速启动CANON工艺的升流式生物膜反应装置，其特征在于，所述升流式生物膜反应装置均匀设置三个取样口。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于污水处理技术领域，特别涉及一种快速启动CANON工艺的升流式生物膜反应装置，通过在升流式污泥床生物反应装置中增加弹性针状填料，实现一段式全程自养脱氮工艺(简称CANON)快速启动。
背景技术
一段式全程自养脱氮(CANON)是一种新型高效低耗生物处理技术，它的理论基础是AOB主导的亚硝化和ANAMMOX主导的厌氧氨氧化，只需一个反应装置即可同时完成两个反应。CANON工艺因其无需外加碳源、运行成本低、占地面积小、污泥产量低、高效脱氮等独特优势受到广泛青睐。然而该工艺对温度、pH、碱度、溶解氧等运行条件要求苛刻，运行过程中易受冲击和影响，尤其是其启动时间过长、生物量富集困难导致实际工程应用受到限制。因此，CANON工艺的快速启动和稳定运行是目前急需解决的难题。
实用新型内容
本实用新型针对普通CANON工艺启动周期长且难稳定运行的不足，提供一种能快速启动CANON工艺的升流式生物膜反应装置，实现CANON的快速启动和稳定运行。
本实用新型的技术方案如下：
一种快速启动CANON工艺的升流式生物膜反应装置，该装置底部进水口连接进水管和进水泵，底部进气口接通的曝气管与气泵相连，进气口连接钛合金曝气头；中间悬挂弹性针状填料；顶部设置有三相分离器和变径大头装置用于截留活性污泥，变径大头设置有溢流口和出水口。
优选的，所述针状填料由高强度耐腐中心绳均匀辐射状穿插聚烯烃类丝条制成，占反应装置有效体积的20％-30％之间。
优选的，所述快速启动CANON工艺的升流式生物膜反应装置的反应区还设置有回流系统，由底部的循环口、上部的循环口和用于调控回流比的循环泵构成。
优选的，所述曝气头为Ф30×60mm、孔径精度5um钛合金曝气头，曝气头与进气口连接方式为螺纹连接。
优选的，所述升流式生物膜反应装置设置有恒温水浴夹层，水浴锅通过水浴循环口与水浴夹层相连。
优选的，所述升流式生物膜反应装置内径0.06m，外径0.10m，柱高1.3m，有效容积3.5L。
优选的，所述升流式厌氧生物膜反应装置均匀设置三个取样口。
整个装置的工作原理如下：
模拟废水由进水泵从反应装置底部进水口送入反应装置中；气泵与反应装置底部进气管相连，通过气曝气头向反应装置内均匀送气，通过调节气泵的大小保证柱内溶解氧浓度；反应装置的出水分别通过变径大头、三相分流器经由出水口流出，并增设溢流口做安全保障；循环口通过循环泵相连，增设回流系统调节柱内传质；水浴锅通过自身循环泵与反应装置夹层相连，控制水浴循环保证温度条件；反应装置内悬挂针状弹性填料为ANAMMOX提供生物载体。
运行全过程进水NH4<\/sub>+<\/sup>-N浓度范围为200mg\/L-500mg\/L，pH值在7.8-8.2之间，温度范围在32-37℃之间，碱度范围在1500mg\/L-2000mg\/L之间，出水亚硝氮浓度控制在25mg\/L以下，FA控制在10-25mg\/L之间，FAN控制在0.5-1.5ug\/L之间。接种污泥驯化阶段，HRT维持在12h，进水氮负荷控制在0.401-1.002kgN\/(m3<\/sup>\/d)之间；AOB和ANAMMOX出现和富集阶段阶段，HRT维持在8h，进水氮负荷控制在0.600-1.500kgN\/(m3<\/sup>\/d)之间；在厌氧氨氧化菌群成功挂膜和系统稳定运行阶段，HRT维持在6h，进水氮负荷控制在0.804-2.010kgN\/(m3<\/sup>\/d)之间；96天后，AOB存在于絮体污泥中，厌氧氨氧化菌成功挂在填料上，CANON工艺完成启动过程。
本实用新型的所取得的技术效果如下：
(1)装置中悬挂针状填料，通过填料来分割反应装置内的好氧菌(AOB)生活区和厌氧菌(ANAMMOX)生活区，增强了反应装置对废水NH4<\/sub>+<\/sup>-N浓度波动的适应能力，从而增大了操作弹性；
(2)装置顶部的变径大头、三相分离器实现了污泥截留，弹性填料的添加也促进了厌氧氨氧化菌的快速富集，解决了CANON工艺生物量富集困难问题；
(3)反应装置中曝气装置与底座采用螺纹连接的方式，方便拆卸、清洗；
(4)反应装置配备回流系统，通过循环泵实时调控回流比，起到强化传质和稀释进水氨氮的双重作用；
(5)整个装置操作简单，占地面积小，能耗少、成本低，反应体系操作弹性大。
附图说明
图1为本实用新型中的升流式生物膜反应装置装置图，其中：1-圆柱体反应装置、2-底座、3-变径大头、4-三相分流器、5-进水口、6-曝气头、7-气泵、8-进水泵、9,11-循环口、10-循环泵、12,13,14-取样口、15-水浴夹层、16-弹性针状填料、17-溢流口、18-出水口、19,20-水浴循环口。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合实施例对本实用新型提供的一种快速启动CANON工艺的升流式生物膜反应装置进行详细描述。以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限制本实用新型的范围。
实施例1
附图1是实施本实用新型的升流式生物膜反应装置，材质为有机玻璃。反应装置底座连接进气口、进水口以及循环口，分别配有气泵、曝气头，进水泵和循环泵；反应装置柱体设有水浴保温夹层，内径0.06m，外径0.10m，柱高1.3m，有效容积3.5L；反应装置中间悬挂弹性针状填料，填料占反应装置有效体积的20-30％之间；反应装置顶部设计三相分离器和变径大头装置，用以截留污泥。
与反应装置底座2的进水口5接通的进水管与进水泵7相连，与反应装置底座2的进气口接通的曝气管与气泵8相连，进气口上方螺纹连接5微米孔径的钛合金曝气头6，反应装置底座2的循环口9和圆柱体反应装置1上方循环口11通过循环泵10相连，水浴锅13通过水浴循环口19,20与反应装置夹层15相连。
此外，圆柱体反应装置1均匀分布取样口12,13,14，反应装置上方设置变径大头3和三相分流器4，其中变径大头3设有溢流口17和出水口18，反应装置内部通过与三相分流器顶部相连悬挂针状弹性填料16。
(1)进水基质
本方案以实验室模拟氨氮废水作为进水基质，模拟废水通过进水泵由底部进水口连续泵入反应装置，其主要成分见表1。
表1.进水组成
(2)运行方式
1)模拟废水由进水泵7从反应装置底部进水口5送入反应装置中；
2)气泵8与反应装置底部进气管相连，通过气曝气头6向反应装置内均匀送气，通过调节气泵8的大小保证反应装置内合适的溶解氧浓度；
3)反应装置的出水分别通过变径大头3、三相分流器4经由出水口18流出，并增设溢流口做安全保障；
4)循环口9和11通过循环泵10相连，增设回流系统调节柱内传质；
5)水浴锅通过自身循环泵与反应装置夹层15相连，控制水浴循环保证温度条件；
6)反应装置内悬挂针状弹性填料，为ANAMMOX提供生物载体。
运行全过程进水NH4<\/sub>+<\/sup>-N浓度为200mg\/L，pH值范围在7.8-8.2之间，温度控制在35℃左右，碱度为1600mg\/L，溶解氧浓度在0.2mg\/L-0.6mg\/L之间，出水亚硝氮浓度控制在25mg\/L以下，FA控制在10-25mg\/L之间，FAN控制在0.5-1.5ug\/L之间。
(3)启动过程
反应器采用升流式运行方式，启动初期接种污泥浓度为8.06g\/L，运行方式为首先对污泥厌氧一周，后期逐渐提高曝气量的模式，目的旨在抑制NOB活性；
在运行1-16d，接种污泥处于驯化阶段，HRT维持在12h，进水氮负荷为0.401kgN\/(m3<\/sup>\/d)；在运行17-60d，AOB和ANAMMOX出现和富集阶段，HRT维持在8h，进水氮负荷为0.600kgN\/(m3<\/sup>\/d)；在61-96d，厌氧氨氧化菌群成功挂膜和系统稳定运行阶段，HRT维持在6h，进水氮负荷为0.804kgN\/(m3<\/sup>\/d)；
运行96天后，在该升流式生物膜反应装置中，CANON工艺完全启动，厌氧氨氧化菌成功挂在针状填料上，絮体中AOB和填料上ANAMMOX实现共存，实现96％的NH4<\/sub>+<\/sup>去除率和85％的TN去除率，并长时间保持稳定。
通过粒径分析，菌群粒径在不断变大，颗粒化；显微照片可明显看出污泥颜色不断变红、颗粒呈聚集状态变化；微生物种群结构分析结果显示，活性污泥中主要的功能菌群为AOB和ANAMMOX，其中絮体中AOB占主导地位，填料上ANAMMOX为主要菌群。
实施例2
本实施例使用升流式生物膜反应装置成功启动了CANON工艺，其具体实施过程如下：
(1)反应装置与接种污泥
本实施例采用附图1所示的升流式生物膜反应装置。接种污泥来自于北京市政污水处理厂普通活性污泥，污泥呈絮体状态，颜色为深褐色色。本次测试接种污泥性质得到(MLSS)质量浓度为8.58g\/L。
(2)进水基质
实验采用配备模拟工业废水的方法进行整个实验，实验所用药品包括NH4<\/sub>Cl、KH2<\/sub>PO4<\/sub>、FeSO4<\/sub>、MgSO4<\/sub>.5H2<\/sub>O、NaCl、NaHCO3<\/sub>、CaCl2<\/sub>等，提供进水氨氮300mg\/L，碱度1600-1800之间，其于必要元素用量如表2所示。
表2.进水指标
(3)启动过程
启动初期，运行方式为首先对污泥厌氧一周，后期逐渐提高曝气量的模式，目的旨在抑制NOB活性；整个过程，pH值范围在7.8-8.0之间，温度在37℃左右，溶解氧浓度在0.3mg\/L-0.6mg\/L之间，出水亚硝氮浓度控制在25mg\/L以下，FA控制在10-25mg\/L之间，FAN控制在0.5-1.5ug\/L之间。
在运行1-20d，接种污泥处于驯化阶段，HRT维持在12h，进水氮负荷为0.602kgN\/(m3<\/sup>\/d)；在运行21-55d，AOB和ANAMMOX出现和富集阶段，水力停留时间维持在8h，进水氮负荷为0.901kgN\/(m3<\/sup>\/d)；在56-90d，厌氧氨氧化菌群成功挂膜和系统稳定运行阶段，HRT维持在6h，进水氮负荷为1.206kgN\/(m3<\/sup>\/d)；运行90天后，在该升流式生物膜反应装置中，CANON工艺完全启动，厌氧氨氧化菌成功挂在针状填料上，絮体中AOB和填料上ANAMMOX实现共存，实现95％的NH4<\/sub>+<\/sup>去除率和82％的TN去除率，并长时间稳定运行。
同时，从宏观分析，针状弹性填料上挂满红色的ANAMMOX菌群，且通过粒径分析，菌群粒径在不断变大，颗粒化；从微观分析，显微照片可明显看出污泥颜色、聚集状态的变化，高通量分析结果显示，活性污泥功能菌群AOB和ANAMMOX占主导地位。
可以理解的是，以上实施例仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于上述实例。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201822260863.9
申请日:2018-12-30
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:11(北京)
授权编号:CN209702392U
授权时间:20191129
主分类号:C02F3/30
专利分类号:C02F3/30
范畴分类:申请人:北京化工大学
第一申请人:北京化工大学
申请人地址:100029 北京市朝阳区北三环东路15号北京化工大学
发明人:苏本生;刘小锦;刘琪;黄燕;王雯;刘广青
第一发明人:苏本生
当前权利人:北京化工大学
代理人:王宇
代理机构:11108
代理机构编号:北京太兆天元知识产权代理有限责任公司 11108
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计