一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應器全程自養脫氮裝置及其工藝的制作方法
【專利摘要】本發明屬于環境工程領域，涉及一種一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應器全程自養脫氮裝置及其工藝。本裝置包括反應器主體、氣/液分離槽、三相分離裝置、膜組件、空氣泵、空氣流量計、穿孔曝氣管、進水泵、回流泵和出水泵等組成部分。其中，反應器主體分為兩個功能區，即：下部全程自養脫氮功能區和上部膜過濾功能區。上部膜過濾功能區中，浸沒式膜組件底部采用空氣曝氣的方式。反應器上部外接一個氣/液分離槽。回流系統將槽內的富氧水回流至反應器底部的進水口，為全程自養脫氮功能區提供必要的溶解氧。污水進水首先經全程自養脫氮功能區完成脫氮，然后經膜過濾獲得清潔出水。一體式反應器占地面積小，且全程自養脫氮工藝操作簡單、方便。
【專利說明】一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應器全程自養脫氮裝置及其工藝
【技術領域】
[0001]本發明屬于環境工程領域，涉及一種一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應器全程自養脫氮裝置及其工藝。
【背景技術】
[0002]近年來，水體氮素污染問題日益嚴重。傳統的硝化/反硝化生物脫氮工藝具有設備多、流程長、高基建投資、高能耗、高物耗等缺點，已不能滿足當今社會走可持續發展道路的要求。現在，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現不需外加碳源的完全自養脫氮，大幅度減少曝氣量和污泥產量，且避免了二氧化碳的排放，是目前已知最為經濟的低碳生物脫氮途徑。目前荷蘭、瑞士、德國、日本已將該技術運用到污泥消化液、垃圾滲浙液、養豬廢水、石化廢水等高濃度氨氮廢水的處理，并且已建成9個工業化規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11-13天，種泥不足、反應器啟動時間長是厭氧氨氧化技術在工程推廣及應用中凸顯出來的共性問題；厭氧氨氧化反應在以氨氮和亞硝酸鹽氮同時作為基質的條件下進行，完善亞硝化控制條件及亞硝化與厭氧氨氧化耦合技術是實現高氨氮廢水完全自養聞效處理的關鍵。
[0004]全程自養脫氮技術是一種以厭氧氨氧化技術為核心的污水處理技術。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，好氧氨氧化菌將進水中近半數的氨氮轉化成亞硝酸鹽氮，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化成氮氣。顆粒污泥有利于實現外部好氧、內部厭氧的環境，該條件有利于亞硝化反應與厭氧氨氧化反應同時進行，從而達到最大的氮去除效率。膨脹顆粒污泥床工藝適合培養顆粒污泥。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數周的厭氧氨氧化菌)是該技術大規模應用的限制因素。且反應器中連續有少量全程自養脫氮微生物隨出水流失，以及由于顆粒污泥上浮或由于進水條件不穩使顆粒破碎、沉降性變差造成的大量污泥流失，嚴重影響反應器的啟動及穩定運行。于是，保持反應器內有足夠的微生物是全程自養脫氮工藝穩定運行的關鍵。
[0005]膜生物反應器是一種將膜分離技術與生物處理技術有機結合的廢水處理系統。它不但可以實現污染物的有效降解，而且可以實現反應器內微生物的有效截留，適合用于培養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器長期穩定運行的主要因素。自從膜生物反應器誕生以來，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。
【發明內容】
[0006]本發明目的是提供一種可以實現含氮污水氮素的有效自養去除，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-膜生物反應器全程自養脫氮裝置及其工藝。該裝置及工藝降低能耗、節約成本、操作簡單、易于實現。
[0007]本發明提供一種一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應器全程自養脫氮裝置及其工藝，技術方案是:
[0008]一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應器全程自養脫氮裝置，包括反應器、氣/液分離槽、三相分離裝置、膜組件、空氣泵、空氣流量計、穿孔曝氣管、進水泵、回流泵和出水泵。反應器分為上部膜過濾功能區和下部全程自養脫氮功能區，上部膜過濾功能區和下部全程自養脫氮功能區之間設置三相分離裝置。反應器上部外接氣/液分離槽，氣/液分離槽的底部一側設置出水口，通過管路與反應器底部的進水口相連，且管路設置回流泵。膜組件位于上部膜過濾功能區內，其出水口連接有出水泵。膜組件下方鄰近膜組件的部位設置有穿孔曝氣管，穿孔曝氣管的一端從反應器側壁穿出，與空氣泵相連，且管路設置有空氣流量計。反應器底部設置進水口，進水口與回流管、進水管通過三通相連。反應器頂部設有溢流口，防止因故障或其它因素造成污水漫出反應器。
[0009]一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應器全程自養脫氮工藝，反應器內的溫度為15-40°C，pH為6-9，進水泵將含氮污(廢)水泵入反應器的進水口 ；隨后，在下部全程自養脫氮功能區中，微生物菌群將污(廢)水中的氨氮轉化成氮氣，逸出反應器；三相分離裝置促進氣相、液相與固相物質的分離；上部膜過濾功能區的膜組件底部采用空氣通過穿孔曝氣管進行曝氣，曝氣量為100-150m3/m2 *h，其作用一是沖刷膜表面以緩解膜污染，二是為反應器上部的水體充氧。反應器上部的水一部分經膜過濾排出反應器，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器底部，造成下部全程自養脫氮功能區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器底部的進水口，其作用一是為全程自養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污泥床層膨脹 及全程自養脫氮顆粒(即內層為厭氧氨氧化菌，表層為好氧氨氧化細菌的顆粒污泥)的形成。
[0010]本發明的效果和益處是:實現全程自養脫氮工藝與膜生物反應器的有效結合。一體式反應器占地面積小，且全程自養脫氮工藝操作簡單、方便。此外，本發明在實現對于低碳氮比污(廢)水自養脫氮處理的同時，有效截留功能微生物，縮短微生物的倍增時間，進而縮短反應器的啟動時間及提升反應器負荷，尤其可在實際運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-膜生物反應器全程自養脫氮裝置及其工藝流程圖。
[0012]圖中:1反應器；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；7穿孔曝氣管；8進水泵；9回流泵；10出水泵。
【具體實施方式】
[0014]以下結合技術方案和附圖詳細說明本發明【具體實施方式】。
[0015](I)含氮污(廢)水首先在進水井中，根據反應器內溫度、pH值的反饋，調節進水溫度和PH，使反應器內的溫度、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，進水井中的污(廢)水通過水泵8經由設置在反應器的底部的進水口泵入反應器I。伴隨著回流水中的溶解氧，進水中的部分或半數氨氮首先被顆粒污泥表層的好氧氨氧化細菌轉化為亞硝酸鹽氮。隨后進水中剩余的氨氮再與生成的亞硝酸鹽氮一起，被顆粒污泥內層的厭氧氨氧化菌利用，并產生氮氣排出反應器；
[0017](3)反應器上、下部之間設有三相分離裝置3，以實現生物氣、水體、污泥的三相分離。且反應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。
[0018](4)上部膜過濾功能區中，膜組件4底部采用空氣通過穿孔曝氣管7進行曝氣，曝氣強度由空氣流量計6進行調節，保持在100-150m3/m2 *h，并根據總氮去除效果進行調節。反應器頂部非密封，多余的氣體可由反應器頂部逸出。
[0019](5)反應器上部外接有氣/液分離槽2，回流泵9將槽內的富氧水回流至反應器底部，控制回流量，使下部功能區中的上升流在l_4m/h范圍內，根據污泥床層高度及總氮去除效果進行調節；
[0020](6)反應器的出水采用膜過濾出水。出水系統調節出水泵10的工作周期為每15分鐘內12分鐘運行，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81%。同時，相比無曝氣條件，膜運行周期延長5-6倍。
【權利要求】
1.一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應器全程自養脫氮裝置，其特征在于，該全程自養脫氮裝置包括反應器、氣/液分離槽、三相分離裝置、膜組件、空氣泵、空氣流量計、穿孔曝氣管、進水泵、回流泵和出水泵；反應器分為上部膜過濾功能區和下部全程自養脫氮功能區，上部膜過濾功能區和下部全程自養脫氮功能區之間設置三相分離裝置；反應器上部外接氣/液分離槽，氣/液分離槽的底部一側設置出水口，通過管路與反應器底部的進水口相連，且管路設置回流泵；膜組件位于上部膜過濾功能區內，其出水口連接有出水泵；膜組件下方鄰近膜組件的部位設置有穿孔曝氣管，穿孔曝氣管的一端從反應器側壁穿出，與空氣泵相連，且管路設置有空氣流量計；反應器底部設置進水口，進水口與回流管、進水管通過三通相連；反應器頂部設有溢流口，防止因故障或其它因素造成污水漫出反應器。
2.一種用權利要求1所述的一體式膨脹顆粒污泥床-膜生物反應器全程自養脫氮裝置的工藝，其特征在于，進水泵將含氮污水泵入反應器的進水口，在下部全程自養脫氮功能區中，微生物菌群將污水中的氨氮轉化成氮氣，逸出反應器；三相分離裝置促進氣相、液相與固相物質的分離；上部膜過濾功能區的膜組件底部采用空氣通過穿孔曝氣管進行曝氣，曝氣量為100-150m3/m2-h:一是沖刷膜表面以緩解膜污染，二是為反應器上部的水體充氧；反應器上部的水一部分經膜過濾排出反應器，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器底部，造成下部全程自養脫氮功能區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器底部的進水口:一是為全程自養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污泥床層膨脹及全程自養脫氮顆粒的形成；反應過程反應器內的溫度為15-40°C，pH為6-9。
3.根據權利要求2所述的工藝，其特征在于，反應器中外層為好氧氨氧化菌，內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 優先權日:2014年5月26日
【發明者】楊鳳林, 李子音, 徐曉晨, 邵冰 申請人:大連理工大學