一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應(yīng)器全程自養(yǎng)脫氮裝置及其工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于環(huán)境工程領(lǐng)域，涉及一種一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應(yīng)器全程自養(yǎng)脫氮裝置及其工藝。本裝置包括反應(yīng)器主體、氣/液分離槽、三相分離裝置、膜組件、空氣泵、空氣流量計(jì)、穿孔曝氣管、進(jìn)水泵、回流泵和出水泵等組成部分。其中，反應(yīng)器主體分為兩個功能區(qū)，即：下部全程自養(yǎng)脫氮功能區(qū)和上部膜過濾功能區(qū)。上部膜過濾功能區(qū)中，浸沒式膜組件底部采用空氣曝氣的方式。反應(yīng)器上部外接一個氣/液分離槽。回流系統(tǒng)將槽內(nèi)的富氧水回流至反應(yīng)器底部的進(jìn)水口，為全程自養(yǎng)脫氮功能區(qū)提供必要的溶解氧。污水進(jìn)水首先經(jīng)全程自養(yǎng)脫氮功能區(qū)完成脫氮，然后經(jīng)膜過濾獲得清潔出水。一體式反應(yīng)器占地面積小，且全程自養(yǎng)脫氮工藝操作簡單、方便。
【專利說明】一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應(yīng)器全程自養(yǎng)脫氮裝置及其工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境工程領(lǐng)域，涉及一種一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應(yīng)器全程自養(yǎng)脫氮裝置及其工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，水體氮素污染問題日益嚴(yán)重。傳統(tǒng)的硝化/反硝化生物脫氮工藝具有設(shè)備多、流程長、高基建投資、高能耗、高物耗等缺點(diǎn)，已不能滿足當(dāng)今社會走可持續(xù)發(fā)展道路的要求?，F(xiàn)在，人們亟需更好、更有效的生物脫氮新工藝。
[0003]厭氧氨氧化過程可以實(shí)現(xiàn)不需外加碳源的完全自養(yǎng)脫氮，大幅度減少曝氣量和污泥產(chǎn)量，且避免了二氧化碳的排放，是目前已知最為經(jīng)濟(jì)的低碳生物脫氮途徑。目前荷蘭、瑞士、德國、日本已將該技術(shù)運(yùn)用到污泥消化液、垃圾滲浙液、養(yǎng)豬廢水、石化廢水等高濃度氨氮廢水的處理，并且已建成9個工業(yè)化規(guī)模的厭氧氨氧化工藝處理裝置。然而，厭氧氨氧化菌的倍增時間長達(dá)11-13天，種泥不足、反應(yīng)器啟動時間長是厭氧氨氧化技術(shù)在工程推廣及應(yīng)用中凸顯出來的共性問題；厭氧氨氧化反應(yīng)在以氨氮和亞硝酸鹽氮同時作為基質(zhì)的條件下進(jìn)行，完善亞硝化控制條件及亞硝化與厭氧氨氧化耦合技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高氨氮廢水完全自養(yǎng)聞效處理的關(guān)鍵。
[0004]全程自養(yǎng)脫氮技術(shù)是一種以厭氧氨氧化技術(shù)為核心的污水處理技術(shù)。它是將好氧氨氧化菌與厭氧氨氧化菌耦合來處理低碳氮比污水，即首先在氧限條件下，好氧氨氧化菌將進(jìn)水中近半數(shù)的氨氮轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽氮，而后在厭氧條件下，厭氧氨氧化菌將生成的亞硝酸鹽氮與剩余的氨氮一起轉(zhuǎn)化成氮?dú)狻ｎw粒污泥有利于實(shí)現(xiàn)外部好氧、內(nèi)部厭氧的環(huán)境，該條件有利于亞硝化反應(yīng)與厭氧氨氧化反應(yīng)同時進(jìn)行，從而達(dá)到最大的氮去除效率。膨脹顆粒污泥床工藝適合培養(yǎng)顆粒污泥。但常溫下，好氧氨氧化菌、厭氧氨氧化菌倍增時間長(尤其是倍增時間長達(dá)數(shù)周的厭氧氨氧化菌)是該技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的限制因素。且反應(yīng)器中連續(xù)有少量全程自養(yǎng)脫氮微生物隨出水流失，以及由于顆粒污泥上浮或由于進(jìn)水條件不穩(wěn)使顆粒破碎、沉降性變差造成的大量污泥流失，嚴(yán)重影響反應(yīng)器的啟動及穩(wěn)定運(yùn)行。于是，保持反應(yīng)器內(nèi)有足夠的微生物是全程自養(yǎng)脫氮工藝穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。
[0005]膜生物反應(yīng)器是一種將膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合的廢水處理系統(tǒng)。它不但可以實(shí)現(xiàn)污染物的有效降解，而且可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)微生物的有效截留，適合用于培養(yǎng)增長緩慢的好氧氨氧化菌及厭氧氨氧化菌。但是，膜污染問題是影響膜生物反應(yīng)器長期穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素。自從膜生物反應(yīng)器誕生以來，曝氣沖刷是控制膜污染最主要、最普遍的方式。而全程自養(yǎng)脫氮過程需要的條件是氧限條件，該氣量不足以滿足緩解膜污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是提供一種可以實(shí)現(xiàn)含氮污水氮素的有效自養(yǎng)去除，同時可以有效截留微生物并緩解膜污染的一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應(yīng)器全程自養(yǎng)脫氮裝置及其工藝。該裝置及工藝降低能耗、節(jié)約成本、操作簡單、易于實(shí)現(xiàn)。
[0007]本發(fā)明提供一種一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應(yīng)器全程自養(yǎng)脫氮裝置及其工藝，技術(shù)方案是:
[0008]一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應(yīng)器全程自養(yǎng)脫氮裝置，包括反應(yīng)器、氣/液分離槽、三相分離裝置、膜組件、空氣泵、空氣流量計(jì)、穿孔曝氣管、進(jìn)水泵、回流泵和出水泵。反應(yīng)器分為上部膜過濾功能區(qū)和下部全程自養(yǎng)脫氮功能區(qū)，上部膜過濾功能區(qū)和下部全程自養(yǎng)脫氮功能區(qū)之間設(shè)置三相分離裝置。反應(yīng)器上部外接氣/液分離槽，氣/液分離槽的底部一側(cè)設(shè)置出水口，通過管路與反應(yīng)器底部的進(jìn)水口相連，且管路設(shè)置回流泵。膜組件位于上部膜過濾功能區(qū)內(nèi)，其出水口連接有出水泵。膜組件下方鄰近膜組件的部位設(shè)置有穿孔曝氣管，穿孔曝氣管的一端從反應(yīng)器側(cè)壁穿出，與空氣泵相連，且管路設(shè)置有空氣流量計(jì)。反應(yīng)器底部設(shè)置進(jìn)水口，進(jìn)水口與回流管、進(jìn)水管通過三通相連。反應(yīng)器頂部設(shè)有溢流口，防止因故障或其它因素造成污水漫出反應(yīng)器。
[0009]一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應(yīng)器全程自養(yǎng)脫氮工藝，反應(yīng)器內(nèi)的溫度為15-40°C，pH為6-9，進(jìn)水泵將含氮污(廢)水泵入反應(yīng)器的進(jìn)水口 ；隨后，在下部全程自養(yǎng)脫氮功能區(qū)中，微生物菌群將污(廢)水中的氨氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)猓莩龇磻?yīng)器；三相分離裝置促進(jìn)氣相、液相與固相物質(zhì)的分離；上部膜過濾功能區(qū)的膜組件底部采用空氣通過穿孔曝氣管進(jìn)行曝氣，曝氣量為100-150m3/m2 *h，其作用一是沖刷膜表面以緩解膜污染，二是為反應(yīng)器上部的水體充氧。反應(yīng)器上部的水一部分經(jīng)膜過濾排出反應(yīng)器，另一部分流入氣/液分離槽；氣/液分離槽用于分離水體中的氣泡，避免將氣泡回流至反應(yīng)器底部，造成下部全程自養(yǎng)脫氮功能區(qū)污泥床層不必要的擾動；回流泵將氣/液分離槽中的富氧水回流至反應(yīng)器底部的進(jìn)水口，其作用一是為全程自養(yǎng)脫氮過程提供必要的溶解氧，二是提供一定的水力條件促進(jìn)污泥床層膨脹 及全程自養(yǎng)脫氮顆粒(即內(nèi)層為厭氧氨氧化菌，表層為好氧氨氧化細(xì)菌的顆粒污泥)的形成。
[0010]本發(fā)明的效果和益處是:實(shí)現(xiàn)全程自養(yǎng)脫氮工藝與膜生物反應(yīng)器的有效結(jié)合。一體式反應(yīng)器占地面積小，且全程自養(yǎng)脫氮工藝操作簡單、方便。此外，本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)對于低碳氮比污(廢)水自養(yǎng)脫氮處理的同時，有效截留功能微生物，縮短微生物的倍增時間，進(jìn)而縮短反應(yīng)器的啟動時間及提升反應(yīng)器負(fù)荷，尤其可在實(shí)際運(yùn)行中有效緩解膜污染，延長膜的工作周期。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]附圖是一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應(yīng)器全程自養(yǎng)脫氮裝置及其工藝流程圖。
[0012]圖中:1反應(yīng)器；2氣/液分離槽；3三相分離器；4膜組件；5空氣泵；
[0013]6空氣流量計(jì)；7穿孔曝氣管；8進(jìn)水泵；9回流泵；10出水泵。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)說明本發(fā)明【具體實(shí)施方式】。
[0015](I)含氮污(廢)水首先在進(jìn)水井中，根據(jù)反應(yīng)器內(nèi)溫度、pH值的反饋，調(diào)節(jié)進(jìn)水溫度和PH，使反應(yīng)器內(nèi)的溫度、pH分別保持在15-40°C、6-9之間，最好是在30-35°C、8.0-8.5 之間；
[0016](2)隨后，進(jìn)水井中的污(廢)水通過水泵8經(jīng)由設(shè)置在反應(yīng)器的底部的進(jìn)水口泵入反應(yīng)器I。伴隨著回流水中的溶解氧，進(jìn)水中的部分或半數(shù)氨氮首先被顆粒污泥表層的好氧氨氧化細(xì)菌轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮。隨后進(jìn)水中剩余的氨氮再與生成的亞硝酸鹽氮一起，被顆粒污泥內(nèi)層的厭氧氨氧化菌利用，并產(chǎn)生氮?dú)馀懦龇磻?yīng)器；
[0017](3)反應(yīng)器上、下部之間設(shè)有三相分離裝置3，以實(shí)現(xiàn)生物氣、水體、污泥的三相分離。且反應(yīng)器上部沉積在三相分離裝置上表面的污泥隨時間推移可積累并沉降至下部功能區(qū)。
[0018](4)上部膜過濾功能區(qū)中，膜組件4底部采用空氣通過穿孔曝氣管7進(jìn)行曝氣，曝氣強(qiáng)度由空氣流量計(jì)6進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持在100-150m3/m2 *h，并根據(jù)總氮去除效果進(jìn)行調(diào)節(jié)。反應(yīng)器頂部非密封，多余的氣體可由反應(yīng)器頂部逸出。
[0019](5)反應(yīng)器上部外接有氣/液分離槽2，回流泵9將槽內(nèi)的富氧水回流至反應(yīng)器底部，控制回流量，使下部功能區(qū)中的上升流在l_4m/h范圍內(nèi)，根據(jù)污泥床層高度及總氮去除效果進(jìn)行調(diào)節(jié)；
[0020](6)反應(yīng)器的出水采用膜過濾出水。出水系統(tǒng)調(diào)節(jié)出水泵10的工作周期為每15分鐘內(nèi)12分鐘運(yùn)行，3分鐘休止。
[0021]本工藝可以在室溫(20±3°0、曝氣量為0.241113/11、回流量為0.671113/(1的條件下處理高氨氮(500mg NH4 +-N/L)污(廢)水，脫氮效率高達(dá)81%。同時，相比無曝氣條件，膜運(yùn)行周期延長5-6倍。
【權(quán)利要求】
1.一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應(yīng)器全程自養(yǎng)脫氮裝置，其特征在于，該全程自養(yǎng)脫氮裝置包括反應(yīng)器、氣/液分離槽、三相分離裝置、膜組件、空氣泵、空氣流量計(jì)、穿孔曝氣管、進(jìn)水泵、回流泵和出水泵；反應(yīng)器分為上部膜過濾功能區(qū)和下部全程自養(yǎng)脫氮功能區(qū)，上部膜過濾功能區(qū)和下部全程自養(yǎng)脫氮功能區(qū)之間設(shè)置三相分離裝置；反應(yīng)器上部外接氣/液分離槽，氣/液分離槽的底部一側(cè)設(shè)置出水口，通過管路與反應(yīng)器底部的進(jìn)水口相連，且管路設(shè)置回流泵；膜組件位于上部膜過濾功能區(qū)內(nèi)，其出水口連接有出水泵；膜組件下方鄰近膜組件的部位設(shè)置有穿孔曝氣管，穿孔曝氣管的一端從反應(yīng)器側(cè)壁穿出，與空氣泵相連，且管路設(shè)置有空氣流量計(jì)；反應(yīng)器底部設(shè)置進(jìn)水口，進(jìn)水口與回流管、進(jìn)水管通過三通相連；反應(yīng)器頂部設(shè)有溢流口，防止因故障或其它因素造成污水漫出反應(yīng)器。
2.一種用權(quán)利要求1所述的一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應(yīng)器全程自養(yǎng)脫氮裝置的工藝，其特征在于，進(jìn)水泵將含氮污水泵入反應(yīng)器的進(jìn)水口，在下部全程自養(yǎng)脫氮功能區(qū)中，微生物菌群將污水中的氨氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)?，逸出反?yīng)器；三相分離裝置促進(jìn)氣相、液相與固相物質(zhì)的分離；上部膜過濾功能區(qū)的膜組件底部采用空氣通過穿孔曝氣管進(jìn)行曝氣，曝氣量為100-150m3/m2-h:一是沖刷膜表面以緩解膜污染，二是為反應(yīng)器上部的水體充氧；反應(yīng)器上部的水一部分經(jīng)膜過濾排出反應(yīng)器，另一部分流入氣/液分離槽；氣/液分離槽用于分離水體中的氣泡，避免將氣泡回流至反應(yīng)器底部，造成下部全程自養(yǎng)脫氮功能區(qū)污泥床層不必要的擾動；回流泵將氣/液分離槽中的富氧水回流至反應(yīng)器底部的進(jìn)水口:一是為全程自養(yǎng)脫氮過程提供必要的溶解氧，二是提供一定的水力條件促進(jìn)污泥床層膨脹及全程自養(yǎng)脫氮顆粒的形成；反應(yīng)過程反應(yīng)器內(nèi)的溫度為15-40°C，pH為6-9。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于，反應(yīng)器中外層為好氧氨氧化菌，內(nèi)層為厭氧氨氧化菌的顆粒污泥。
【文檔編號】C02F3/30GK103979683SQ201410225231
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】楊鳳林, 李子音, 徐曉晨, 邵冰 申請人:大連理工大學(xué)