專利名稱：一種強化脫氮的膜生物處理方法
技術領域：
本發明涉及一種膜生物處理方法，特別是涉及一種投加農業廢棄物作為反硝化碳源和微生物生長載體的膜生物處理方法。
背景技術：
開發水處理新技術實現污水回用是目前各國緩解水危機的重要措施之一，同時也是保護環境的重要舉措。如今膜生物反應器技術以其獨特的優勢，如出水質好，操作管理方便，占地面積小等已經成為了我國污水處理的主要方法，在我國步入了實際應用階段。膜生物反應器開始在我國的大規模應用，處理量不斷增加，同時處理對象也不斷的拓寬，從生活污水到食品廢水、工業污水等。雖然膜生物反應器較傳統污水處理方法具有顯著優勢，然而在膜生物反應器實際運行過程中也發現了諸多問題。其中，膜污染是膜生物反應器在運行中不可避免的問題，而膜污染會導致膜使用壽命變短，進而運行成本增加。目前關于控制膜污染的研究有很多，如新型膜材料的開發、新式膜組件的設計、膜生物反應器(MBR)運行方式的優化、混合液性狀的改善以及各種清洗等。所以在膜生物反應器的開發利用過程中不斷尋找新的方法減緩膜污染顯得越來越重要，其所具有的經濟社會價值也會不斷增加。同時在膜生物反應器的實際運行中，還發現很多時候脫氮效果并不好，究其原因普遍為當前中國污水組成成分原因，污水本身能夠提供的可利用碳源不夠，導致反硝化過程有機物不足，影響脫氮效果。目前通常采用的投加乙醇、糖類等有機物補充碳源的方法，因其較高的經濟成本不利于大規模推廣，而同時農業廢棄物如絲瓜絡、玉米芯、稻殼、蘆葦、麥秸等作為一種高效的緩釋碳源越來越引起人們的重視。隨著社會經濟的快速發展，人們對資源的利用要求越來越高，當前農村存在的大量農作物秸桿，如玉米芯、稻草、麥秸、棉桿等處理和利用問題越來越突出。所以如何有效的利用這些農作物秸桿，把這些物質變為有效的資源成為當前越來越關注的問題。
發明內容
技術問題本發明為克服上述現有技術的不足，提供一種有效提高污水中污染物的去除效率，提高膜組件使用周期，并且能夠實現高效脫氮的強化脫氮的膜生物處理方法。技術方案本發明的強化脫氮的膜生物處理方法，包括以下步驟I)培養馴化階段首先向膜生物反應器中輸送污水，然后向膜生物反應器中投加直徑為f50mm的農作物廢棄物，所述農作物廢棄物為絲瓜絡、稻桿、麥桿、稻殼、玉米芯和花生殼，投加比例為每去除Ig氮投加3(T300g農作物廢棄物；然后按照曝氣氣水比20:1 60: I、曝氣時間4小時、污水容積負荷為2 4kgB0D/(m3 d)、水力停留時間41小時進行反應；按照上述方式連續循環運行5 7天，當農作物廢棄物呈懸浮狀態時結束培養馴化、階段；2)正常運行階段向膜生物反應器中連續輸送污水，每個膜生物反應器運行周期投加一次農作物廢棄物，控制污水容積負荷為HkgBOD/(m3 d)，水力停留時間為41小時，對污水進行連續曝氣，曝氣氣水比為20: f 60:1，每2 3月排一次活性污泥，農作物廢棄物的單次投加量，是根據進出水水質設計指標，按照下式確定，m = a TQ (C0-C1)式中m為農作物廢棄物的單次投加質量，單位為g ； a為去除Ig氮需要農作物廢棄物的質量，取3(T300g/g ；T為膜生物反應器運行周期，單位為h ；Q為膜生物反應器進水 流量，單位為m3/h ；C0為進水總氮濃度,單位為mg/L 為出水總氮濃度,單位為mg/L。有益效果本發明和現有技術相比，具有以下優點I.提供了一種廉價的緩釋碳源，顯著改善脫氮效果。懸浮固體生物膜是多種、不同功能微生物共生的微生態系統，形成的懸浮載體主要由生物量、胞外多聚物、無機成分以及包裹水和孔隙組成，由于存在物質擴散限制，內部細胞得到的氧氣較少，在顆粒污泥內部形成厭氧區，為反硝化菌提供了適當的反硝化條件，MBR系統中從而可以發生同步硝化反硝化，有利于脫氮。反硝化所需的碳源，由懸浮固體生物膜載體中的細胞內儲存物質PHB提供，然而當污水中可利用碳源不足時會導致反硝化效果不好。本生物反應器投加的天然有機質既可提供反硝化所需碳源，又可為微生物提供附著生長場所，使世代周期比較長的硝化菌和反硝化菌得以富集增殖，進而強化生物脫氮。2.有效降低膜污染，提高出水水質，使系統更加穩定。降低膜污染的途徑有多種，本發明從改善混合液性狀方面減輕膜污染。天然有機質的投加，不僅會為微生物反硝化提供所需的碳源，同時會帶來一系列的協同效應 第一，天然有機質作為載體會增加污泥的沉降性能，和絮狀污泥相比，會減輕對膜的污堵;第二，由天然有機質所形成的附著生物膜的流化，可對膜表面實現不斷沖刷，大大減少膜表面有機物的積累，能夠使膜一直維持在較高通量水平；第三，天然有機質對某些污染物具有一定的吸附作用，通過排泥能夠使這部分污染物得以降解；第四，天然有機質對磷的去除也具有一定的協同沉淀作用，通過排泥使得磷得以有效的去除，從而出水水質更優。綜上所述，天然有機質的投加能夠有效的降低膜污染，提高出水水質，使系統運行更加穩定。3.具有較好的經濟效益和環境效益。相對于投加傳統的乙醇、乙酸、乙酸鈉和葡萄糖等快速外加碳源，本發明采用的天然有機物碳源如絲瓜絡、玉米芯、稻殼、稻桿等來源廣泛且便宜，有利于降低污水處理運行成本，同時可實現農業廢棄物的資源化利用。在實際工程使用中，可以根據不同的污水性質調整投加不同天然有機質的比例和有機量，而且本發明可快速應用到現有膜生物反應器乃至現有廣泛應用的二級污水處理工藝的改造，可以廣泛應用于城市生活污水和工業廢水的處理，污染物去除效率和出水水質均有明顯的提高，具有較好的經濟效益和環境效益。4.投加農業廢棄物作為碳源、強化膜生物反應器對污染物的去除和減少膜污染的工藝特征在于第一，系統投加一定比例的農業廢棄物，在生物反應器中作為緩釋固體碳源，提供反硝化所需要的碳源，有利于脫氮；第二，投加的絲瓜絡、稻殼、玉米芯等農業廢棄物具有大量的毛細結構和細小空隙，有較大的比表面積，易于微生物的附著，是一種良好的生物載體，強化了膜生物反應器對污染物的去除；第三，生物反應器中采用攪拌裝置或曝氣系統，保持生物反應器中污泥、投加載體的流化狀態，形成農業廢棄物隨著水流和曝氣對膜組件的不斷沖刷，減少膜組件表面污染物質的積累，減緩膜污染，提高膜使用周期。
圖I為膜生物反應器示意圖。圖中1.原水、2.抽吸泵、3.生物反應器、4.農作物廢棄物預處理及投加系統、
5.曝氣裝置、6.攪拌裝置、7.膜組件、8.抽吸泵、9.污泥池、10.反沖洗裝置、11.風機。
具體實施例方式下面結合實施例進一步詳述本發明的技術方案，本發明的保護范圍不局限于下述的具體實施方式
。 實施例I :試驗所用農作物廢棄物試驗材料絲瓜絡、稻桿、麥桿、稻殼、玉米芯和花生殼收集于江蘇南京江寧區，收集后洗凈、晾干，放入溫度為65°C的干燥箱中24h，取出備用。分別稱取重量為3g的農作物廢棄物放入盛有500mL去離子水的錐形瓶中，試驗溫度控制在25±1°C，PH在6. 8 7. 5之間，分別在第6、12、24、36、48、60、72和96小時取樣，測定水溶液中的COD濃度。實驗結果為48小時內，實驗材料釋放出95%的碳，之后水溶液中的COD濃度趨于穩定，穩定之后濃度分別為698、412、559、216、552、252mg/L，得出上述6種材料釋放有機物能力分別為 116、68、93、36、92、42mgC0D/g。取上述COD穩定后的溶液，按相應比例稀釋至濃度為200mg/L，分別取3份150mL稀釋后的溶液放入錐形瓶中，分為3組，組I、組2和組3進行試驗。取特征SV為95%，MLSS為10653mg/L的正常膜生物反應器活性污泥，在組I中加入10mL，組2中加入20mL，組3中加入30mL，放入溫度為25°C，轉速為120r/min的恒溫搖床中進行試驗，分別于12、24、36和48h取樣，測定溶液中的COD濃度。實驗結果為36小時后COD去除率趨于穩定，組I去除率分別為 52%、38%、20%、47%、18% 和 50%，組 2 的 COD 去除率分別為 69%、51%、60%、53%、36% 和52%，組3的COD去除率分別為73%、53%、61%、55%、40%、53%。通過對比實驗結果中組2和組3的COD去除率可以得出，污泥量繼續增加對COD去除率的貢獻較小，表明COD的去除率已達到飽和，取組2和組3平均值，得出作為實驗材料的農作物廢棄物釋放出的有機物能夠被利用率分別為71%、52%、61%、54%、38%、53%。綜上所述，得出6種農作物廢棄物釋放的能被微生物利用的有機物分別為82、35、57、19、35和22mgC0D/g。按照上述試驗，農作物廢棄物固體碳源每克能釋放被微生物利用的碳源2(T80mg的COD量，反硝化過程的理論需碳量為4. 2gC0D/gN,但是在實際情況中的需碳量約為6 llgC0D/gN，因為實際污水能提供一部分反硝化所需碳源，所以實際應用中按每去除Ig氮投加3(T300g農作物廢棄物。按如圖I所示搭建膜生物反應裝置7套，編號為A、B、C、D、E、F、G。其中A、B、C、D、E、F為試驗組，G為不投加農作物廢棄物的實驗組，其他運行條件相同。原水I為人工配制污水，水質為 C0D=1000mg/L，NH3-N=30mg/L, TN=60mg/L, TP=10mg/L，按流量為 0. 8L/h 通過抽吸泵2進入生物反應器3中，生物反應器有效體積為7L，徑深比為0. 2，農作物廢棄物經過預處理及投加裝置4的預處理后，按如下方式投加到生物反應器3中進行試驗A組單次投加絲瓜絡10g，B組單次投加稻桿18g，C組單次投加麥桿14g，D組單次投加稻殼15g，E組單次投加玉米芯24g，F組單次投加花生殼30g，投加周期為4次/天。生物反應器底部設有曝氣裝置5，對污水進行連續曝氣，控制曝氣氣水比為40:1。風機11連接曝氣裝置5與攪拌裝置6協同工作使污泥混合液保持一定的紊流狀態，形成農作物廢棄物碎片隨水流和氣體對膜組件7的沖刷，減輕膜污染，提高膜使用周期。處理水經過抽吸泵8的抽吸作用排出。生物反應器底部的污泥通過排泥口到達污泥池9中。反沖洗裝置10周期性的對膜組件進行反沖洗，提高膜組件的使用壽命 。在此工藝條件下，反應器運行穩定，處理效果良好。進行試驗的7組膜生物反應器運行7天后全部達到穩定狀態，檢測出水水質。實驗結果為A組COD去除率為97%，TN去除率為89%，TP去除率為85% ；B組COD去除率為95%，TN去除率為85%，TP去除率為88% ；C組COD去除率為95%，TN去 除率為83%，TP去除率為84% ；D組COD去除率為96%，TN去除率為85%，TP去除率為85% ；E組COD去除率為97%，TN去除率為80%，TP去除率為83% ；F組COD去除率為98%，TN去除率為90%，TP去除率為80% ；G組COD去除率為94%，TN去除率為62%，TP去除率為51%。綜上所述，本發明的強化脫氮的膜生物處理方法，相對于傳統膜生物處理方法在脫氮方面具有強化效果，對于TP和COD的去除效果也有一定提聞。實施例2 改變實施例I中7套膜生物反應器的運行條件，具體改變如下進水水質為C0D=500mg/L, NH3-N= IOmg/L, TN=40mg/L, TP=10mg/L ;農作物廢棄物投加方式為A 組單次投加絲瓜絡6g，B組單次投加稻桿12g，C組單次投加麥桿10g，D組單次投加稻殼10g，E組單次投加玉米芯16g，F組單次投加花生殼20g，投加周期為4次/天；曝氣氣水比為20:1。其它同實施例I。進行試驗的7組膜生物反應器運行5天后全部達到穩定狀態，檢測出水水質。實驗結果為A組COD去除率為98%，TN去除率為91%，TP去除率為83% ；B組COD去除率為96%，TN去除率為88%，TP去除率為82% ；C組COD去除率為97%，TN去除率為86%，TP去除率為80% ；D組COD去除率為97%，TN去除率為84%，TP去除率為76% ；E組COD去除率為95%，TN去除率為81%，TP去除率為75% ；F組COD去除率為95%，TN去除率為93%，TP去除率為76% ；G組COD去除率為95%，TN去除率為53%，TP去除率為43%。綜上所述，本發明的強化脫氮的膜生物處理方法，相對于傳統膜生物處理方法在脫氮方面具有強化效果，對于TP和COD的去除效果也有一定提聞。實施例3 改變實施例I中7套膜生物反應器的運行條件，具體改變如下進水水質為C0D=1500mg/L, NH3-N=30mg/L, TN=80mg/L, TP=I Omg/L ;農作物廢棄物投加方式為A 組單次投加絲瓜絡15g，B組單次投加稻桿25g，C組單次投加麥桿25g，D組單次投加稻殼25g，E組單次投加玉米芯35g，F組單次投加花生殼50g，投加周期為4次/天；曝氣氣水比為60: I。其它同實施例I。進行試驗的7組膜生物反應器運行6天后全部達到穩定狀態，檢測出水水質。實驗結果為A組COD去除率為96%，TN去除率為89%，TP去除率為90% ；B組COD去除率為95%，TN去除率為85%，TP去除率為85% ；C組COD去除率為97%，TN去除率為83%，TP去除率為93% ；D組COD去除率為98%，TN去除率為76%，TP去除率為98% ；E組COD去除率為96%，TN去除率為88%，TP去除率為94% ；F組COD去除率為95%，TN去除率為84%，TP去除率為90% ；G組COD去除率為95%，TN去除率為47%，TP去除率為56%。綜上所述，本發明的強化脫氮的膜生物處理方法，相對于傳統膜生物處理方法在脫氮方面具有強化效果，對于TP和COD的去除效果也有一定提聞。本發明的處理方法適用于多種廢水的處理。對于不同水質的污水和標準，可以設計不同的處理工況條件；在廢水處理時，通過調節投加農業廢棄物的投加量和投加周期，以適應不同的水質條件；通過調節曝氣裝置的曝氣量和曝氣強度、攪拌裝置不同的攪拌速率，控制污泥的流化狀態，保持混合物質對膜的最佳沖刷狀態，最大限度的減輕膜污染；通過調節投加農業廢棄物不同的投加大小，可以最大優化微生物生長條件，最大限度利于污水處理；通過控制不同的污泥齡，能夠最大限度的利用農業廢棄物的碳源，使農業廢棄物達到最大的釋碳效能。根據實際情況，選擇合適的工藝參數，能夠最大限度提高出水水質和降低運 行費用。本發明的應用廣泛，可以根據實際情況調整工藝參數以適用不同的污水處理，如各種生活污水的處理和回用、制藥廢水、釀酒廢水等的污水處理與回用單元等。本發明處理費用低，利用廉價的農業廢棄物，不僅有效的處理了污水，能部分解決了這些農業廢棄物的處理問題，實現了一物多用的功能，對環境和社會經濟都有重要意義。
權利要求
1.一種強化脫氮的膜生物處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 1)培養馴化階段 首先向膜生物反應器中輸送污水，然后向膜生物反應器中投加直徑為f 50mm的農作物廢棄物，所述農作物廢棄物為絲瓜絡、稻桿、麥桿、稻殼、玉米芯和花生殼，投加比例為每去除Ig氮投加3(T300g農作物廢棄物； 然后按照曝氣氣水比20:1 60: I、曝氣時間4小時、污水容積負荷為2 4kgB0D/(m3 -d)、水力停留時間41小時進行反應； 按照上述方式連續循環運行5 7天，當農作物廢棄物呈懸浮狀態時結束培養馴化階段； 2)正常運行階段 向膜生物反應器中連續輸送污水，每個膜生物反應器運行周期投加一次農作物廢棄物，控制污水容積負荷為HkgBOD/(m3 d)，水力停留時間為4 8小時，對污水進行連續曝氣，曝氣氣水比為20:60:1，每2 3月排一次活性污泥， 農作物廢棄物的單次投加量，是根據進出水水質設計指標，按照下式確定， m = a TQ (C0-C1) 式中m為農作物廢棄物的單次投加質量，單位為g ； a為去除Ig氮需要農作物廢棄物的質量，取3(T300g/g ；T為膜生物反應器運行周期，單位為h ；Q為膜生物反應器進水流量，單位為m3/h ；C0為進水總氮濃度,單位為mg/L 為出水總氮濃度,單位為mg/L。
全文摘要
本發明公開了一種強化脫氮的膜生物處理方法，包括培養馴化階段和正常運行階段，以解決膜生物反應器碳源不足導致脫氮效果不佳的問題，且相對于傳統的膜生物處理方法能更有效地控制膜污染。本發明的處理方法提供了一種廉價的緩釋碳源，顯著改善脫氮效果，有效降低膜污染，提高出水水質，使系統更加穩定，同時具有較好的經濟效益和環境效益。
文檔編號C02F3/10GK102745804SQ20121025568
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月23日 優先權日2012年7月23日
發明者傅大放, 楊小麗, 蔣奇 申請人:東南大學