[发明专利]基于升流式固定床反应器实现氨厌氧氧化的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用升流式固定床反应器实现水体（诸如湖泊，河流，水库、池塘、生活污水及工业废水等）中氨厌氧氧化的装置和方法。该装置和方法能够有效实现水体中氨厌氧氧化及有机质的去除。该装置和方法还可以结合废水生物处理反硝化工艺和人工湿地，以拓展处理效果。

背景技术

目前在天然水体和污水处理中能够实现氨氧化的微生物过程主要为好氧氨氧化以及厌氧氨氧化。好氧氨氧化过程需要氧气将氨首先氧化为亚硝酸盐，最终氧化为硝酸盐，硝酸盐通过反硝化过程去除，因此传统的氨去除工艺，特别是污水处理系统中，氨的去除需要外加氧气、有机物，成本、能耗及污泥产量高。虽然厌氧氨氧化过程能够在厌氧条件下将氨氧化，但是需要提供亚硝酸盐来实现氨的氧化，因此该工艺需要和好氧氨氧化过程结合在一起才能实现氨的氧化，并且工艺控制难度大。

铁氧化氨是近些年新发现的能够在厌氧条件下氧化氨的微生物过程，其氧化剂是三价铁，氨被氧化为亚硝酸盐、硝酸盐或氮气，三价铁被还原为二价铁。铁是地壳含量第二高的金属元素，铁矿物有很多种类，其中海绵铁常被用于锅炉水除氧，矿物态的铁被氧化为三价铁，因此可以以海绵铁为三价铁来源，通过铁氧化氨过程，实现氨厌氧氧化，同时也可以和反硝化工艺结合，实现氨和有机质的同步去除。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能耗低、投资和运行费用少，应用前景广阔的基于铁氧化氨过程实现水体氨厌氧氧化的装置和方法，该工艺可以与反硝化工艺结合，实现地表水体中氨的氧化及脱除，提高水质，降低天然水体及污水中的氨含量。

本发明通过结合铁矿物除氧及铁氧化氨两个过程，达到水体中氨氧化的目标。具体技术方案如下：

一种基于升流式固定床反应器实现氨厌氧氧化的装置，包括反应器主体、进样口和出水口，所述反应器主体分为上下两段，下段反应器设有进样口，内填充海绵铁，作为除氧海绵铁段；上段反应器设有出水口，内交替填充海绵铁和厌氧颗粒污泥，作为生物反应段；所述上段反应器顶部和下段反应器底部密封，上段反应器和下段反应器接触面间密封连接。

作为本发明的进一步改进，所述上段反应器顶部设倒漏斗型气体收集导出装置，倒漏斗的尖端露出上段反应器顶部的密封盖；所述倒漏斗型气体收集导出装置和出水口通过第一软管连接受纳水体；第一软管末端置于在受纳水体液面以下，隔绝空气。

作为本发明的进一步改进，所述进样口呈漏斗型，设于下段反应器底部，所述漏斗型进样口通过第二软管连接待处理水体；所述第二软管上设有水泵。进样口为漏斗状，利于水样均匀分布。

作为本发明的进一步改进，所述所述上段反应器和下段反应器为两段内外径相同的有机玻璃空心圆管，由螺丝固定连接；所述上段反应器和下段反应器连接处设置橡胶垫圈。上段反应器和下段反应器间用螺丝固定连接确保牢固固定，同时设置橡胶垫圈进一步密封。此外，上段和下段设置活动连接可便于拆卸，更换填充物。

进一步的，所述上段反应器和下段反应器下端设有格网。上段反应器下端设置格网，可防止拆卸下段反应器时海绵铁下漏，同理，下段反应器设置格网防止下段反应器内的海绵铁下漏。

进一步的，所述反应器主体底部设有底托。防止反应器倾斜。

作为本发明的进一步改进，所述上段反应器交替填充海绵铁和厌氧颗粒污泥，海绵铁所占反应区的体积与厌氧颗粒污泥所占反应区的体积的比值为5:1~3:1。

进一步的，所述上段反应器中，海绵铁和厌氧颗粒污泥各自体积填充比例为85%~95%。所述下段反应器中，海绵铁的体积填充比例为80%~90%。所述上段反应器和下段反应器填充的海绵铁的直径为1mm-5mm。

本发明将反应器分为两段，下段为海绵铁段，上段为反应区，内有海绵铁+厌氧颗粒污泥，本发明的两段式反应器能够实现待处理水体的氧的去除，将好氧水体转换为厌氧水体，并同时为上部反应区提供三价铁。除此之外，由于反应器内海绵铁有一定寿命，为了能够保证反应器的连续稳定运行，当上部反应区和下部反应器内海绵铁消耗完后，通过更换海绵铁的方式可以持续的长期稳定运行，操作简便。

本发明的装置中，所述的反应器顶端导气管可以是硅胶管、橡胶管或者其他类似软管；水泵进水管亦可为硅胶管、橡胶管或者其他类似软管；上下段之间放置的垫片为橡胶垫片。

本发明的另一目的在于提供基于上述装置实现氨厌氧氧化的方法，包括：