CN101439915A - 一种用于污水短程脱氮的膜曝气生物膜工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境保护、污水处理技术与设备领域，具体涉及一种用于污水短程脱氮的膜曝气生物膜工艺及其装置，主要是利用曝气膜表面生长的氨氧化菌生物膜完成氨氮的亚硝化，并将氨氮的氧化控制在亚硝化阶段；然后利用反硝化生物膜完成短程脱氮的过程。高氨氮废水pH调节后经进水泵加入膜曝气生物膜反应器中，然后再流入反硝化生物膜反应器内，同时利用混合液循环泵实现系统内混合液与生物膜的充分接触。稳定运行时，系统内混合液溶解氧控制在0.1mg/L以下。本发明具有工艺简捷、脱氮效率高且稳定、抗冲击负荷能力强、能耗低、运行成本低、污泥产量少等特点。

Description

一种用于污水短程脱氮的膜曝气生物膜工艺及装置

技术领域

本发明属于环境保护、水处理技术与设备技术领域，具体涉及一种用于污水脱氮处理的膜曝气生物膜处理工艺及其装置。

背景技术

传统的污水脱氮工艺是通过硝化和反硝化两段过程来实现的，分别由硝化菌和反硝化菌在不同的反应器中(空间上分段)，或者同一个反应器中不同时间段内，通过好氧和厌氧环境的交替进而实现氮的去除。传统硝化反硝化脱氮工艺的主要缺点是：工艺流程较长，需要混合液回流，运行能耗较大，产生的污泥量较大，占地面积大，基建投资高，若反硝化阶段碳源不足，还需要投加额外的碳源有机物。因此，开发高效低耗的生物脱氮新工艺成为当今污水处理领域的研究热点之一。

短程硝化脱氮利用将氨氮氧化控制在亚硝化阶段然后直接进行反硝化脱氮的原理，可大幅度缩短脱氮的工艺流程，而且省去了亚硝酸盐氧化成硝酸盐所需的能耗，产生的污泥量也很少，可大幅度降低污水处理的运行成本，因此，短程脱氮成为污水脱氮处理的一种新型高效低耗途径。目前，短程脱氮工艺多为两段式，即第一段完成亚硝化，即将氨氮氧化为亚硝酸盐；第二段为反硝化或者厌氧氨氧化，实现氮的去除。两段式短程硝化工艺，仍然存在工艺流程长、运行和处理效果不稳定、操控管理复杂等问题。

近年来，随着膜曝气生物膜研究的逐渐深入，许多研究证实膜曝气生物膜反应器具有良好的污水硝化性能，而且经常伴有部分亚硝化(即亚硝酸盐积累)现象的产生。但是对于膜曝气生物膜部分亚硝化过程的启动及控制尚不明确，因此难以达到稳定的亚硝化性能，而且产生的亚硝酸盐在浓度较高时容易造成对微生物活性的抑制作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种污水短程脱氮的膜曝气生物膜处理工艺与装置。

本发明提出的一种用于污水短程脱氮的膜曝气生物膜工艺，具体步骤如下：

①对膜曝气生物膜反应器3和反硝化生物膜反应器8分别进行污泥接种，膜曝气生物膜反应器3接种硝化污泥，闭路循环20-30小时；反硝化生物膜反应器8接种反硝化污泥，闭路循环20-30小时；

②通过缓冲溶液池15内缓冲液调节进水池1内含氨氮污水的pH值，控制含氨氮污水的pH值为7.5-8.3；

③将步骤②所得污水通过进水泵2泵入膜曝气生物膜反应器3内，与经反硝化生物膜反应器8出来的污水通过混合液循环泵10重新回到膜曝气生物反应器3的混合，曝气膜4表面会生长微生物生物膜，起到亚硝化作用，压力调节阀7控制空压机5的氧气加入量，调节膜曝气生物膜反应器3内的溶解氧浓度，使混合液的溶解氧控制在0.1mg/L以下，混合液在膜曝气生物膜反应器3内的水力停留时间为4-12小时；

④从膜曝气生物膜反应器3出来的混合液进入沉淀池8，部分进入反硝化生物膜反应器8，控制回流比为50％-200％，在反硝化生物膜反应器8内的生物膜载体9表面生长有反硝化生物膜，完成亚硝酸盐和硝酸盐的反硝化过程，经反硝化生物膜反应器8出来的污水通过混合液循环泵10重新回到膜曝气生物反应器3，出水由出水管11排放。

本发明中，所述含氨氮污水的碳氮比为5以下，悬浮固体SS小于20mg/L。

本发明中，所述反硝化生物膜载体9可采用塑料组合填料、弹性填料、无纺布、纤维填料或者其它生物膜载体中任一种。

本发明中，所述缓冲溶液采用碳酸氢钠(NaHCO₃)或碳酸钠(Na₂CO₃)中的一至两种。

本发明的有益效果在于：

1.本发明的污水短程脱氮的膜曝气生物膜处理工艺在一个系统内实现了亚硝化和反硝化(即短程脱氮)过程，实现亚硝化过程的氨氧化菌主要集中生长在曝气膜表面，并以生物膜的形式稳定存在于反应器内，实现反硝化过程的反硝化细菌主要集中生长在反硝化区的生物膜载体表面，不同生理代谢特征的菌群分区明确，有利于各类菌群分别发挥各自的代谢优势，避免了不同菌群之间的底物竞争，从而脱氮效率较高。

2.本发明中采用无泡膜曝气方式对氨氧化菌进行供氧，氧气直接透过曝气膜供给微生物，氧传质效率高，而且氧气几乎全部被氨氧化菌消耗，氧利用效率高。而且膜曝气所需能耗很低，大大降低了供氧所需的能耗，进而可大幅度降低污水处理的运行成本。

3.本发明中在设有亚硝化区的同时设有反硝化区，利用反硝化菌将产生的亚硝酸盐转化为氮气去除，从而可以有效避免反应器内亚硝酸盐的积累及过高浓度的亚硝酸盐对微生物的代谢活性的抑制作用，保证了氨氧化菌和反硝化菌的高代谢活性。这就保证了整个系统较高的短程脱氮效率。

4.本发明内设有混合液循环系统，另一方面还可以有效控制生物膜表面的水动力学特性，控制生物膜的生长及厚度；一方面可以保证混合液中基质与生物膜的充分接触，使整个系统接近完全混合状态，提高系统抗击冲击负荷的能力。

本发明具有工艺简捷、脱氮效率高且稳定、抗冲击负荷能力强、能耗低、运行成本低、污泥产量少等特点。可广泛应用于畜禽养殖废水、屠宰废水、垃圾渗滤液、污水处理厂污泥消化上清液、焦化废水等高氨氮废水的脱氮处理。本发明的污水短程脱氮的膜曝气生物膜处理工艺的主要特征是通过膜曝气生物膜实现稳定的亚硝化，通过反硝化生物膜实现短程脱氮。本发明在避免亚硝酸盐积累的同时，实现污水短程脱氮，降低了亚硝酸盐积累对微生物的毒害作用。本发明中膜曝气系统的氧传质效率高，供氧能耗低，可大幅度降低运行成本。本发明工艺流程简捷，脱氮效率高而且运行稳定。

附图说明

图1为本用于污水短程脱氮的膜曝气生物膜工艺装置流程图。

图中标号：1为进水池，2为进水泵，3为膜曝气生物膜反应器，4为曝气膜，5为空压机，6为压力表，7为压力调节阀，8为反硝化生物膜反应器，9为反硝化生物膜载体，10为混合液循环泵，11为出水管，12为pH计，13为溶解氧仪，14为电磁阀，15为缓冲溶液池，16为沉淀池。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：高氨氮废水的膜曝气生物膜工艺短程脱氮处理。

本控制装置主要由进水泵1、膜曝气生物膜区3、反硝化生物膜区8、混合液循环泵10及其连接管路组成，其特征在于含氨氮污水在进水池1中经进水泵2加入到膜曝气生物膜反应器3中，在膜曝气反应器3中安装有无泡曝气膜4，其表面将会生长微生物生物膜，起到亚硝化的作用。无泡曝气膜内经空压机(或气泵)5通有空气，空气的压力有压力表6显示，并由空气压力调节阀7来调节。污水流经膜曝气生物膜反应器3之后，进入反硝化生物膜区8，在反硝化区8中装填有生物膜载体9，生物膜载体9表面生长有反硝化生物膜，完成亚硝酸盐和硝酸盐的反硝化过程。通过循环泵10实现对混合液的回流，延长污水的停留时间，提高处理效果。处理后的出水经出水管11排出。整个系统内的pH值和溶解氧浓度分别由pH计12和溶解氧在线测定仪13来测定。并通过电磁阀14来控制由pH缓冲溶液池15流入进水池中的缓冲溶液的量，从而实现对系统内pH值的调节与控制。

实现本发明工艺的技术方案主要是：高氨氮废水→pH值调节→进入膜曝气生物膜短程脱氮工艺(包括膜曝气生物膜反应器和反硝化生物膜反应器)→沉淀池→出水。具体方法是在工艺应用之前，首先膜曝气生物膜反应器3和反硝化生物膜反应器8分别进行独立的污泥接种。膜曝气生物膜反应器接种硝化污泥，单独闭路循环1天；同时，反硝化生物膜反应器接种反硝化污泥，单独闭路循环1天。然后接入高氨氮废水进行连续运行，进水氨氮浓度逐步增加，初始进水氨氮浓度控制在70mg/L左右连续运行7天，而后进水氨氮浓度升高到140mg/L左右连续运行3—5天，最后直接接入氨氮浓度为200—250mg/L的氨氮废水。高氨氮废水在进入系统之前首先进行pH值调节，采用碳酸氢钠NaHCO₃和碳酸钠Na₂(CO₃)的pH值缓冲溶液，使进水pH值在8.0左右。然后，如附图1所示，高氨氮废水经进水泵2加入本发明的工艺系统的膜曝气生物膜反应器3，然后再流入反硝化生物膜反应器8，待整个系统充满水之后，开启混合液循环泵10，然后即可连续运行。膜曝气的供气压力也是由低到高逐步增加，压力由压力表6显示。在初期保证反应器内溶解氧不高于1.0mg/L，溶解氧数值由溶解氧仪13显示。等曝气膜4表面生长有一定量的生物膜时，即混合液内溶解氧会逐步降低，最终控制混合液中的溶解氧浓度低于0.1mg/L或者低于监测限，这样有利于反硝化生物膜内反硝化效率的提高。一般情况下系统出水中SS含量很低，也可以接入沉淀池或者经膜分离装置进一步提高出水水质。

将上述所得的装置用于处理某高氨氮废水。所处理高氨氮废水的水质情况为：NH₄ ⁺-N200—250mg/L，COD_Cr50—60mg/L，BOD₅ 30—40mg/L，SS 10—20mg/L，TP 4.2—6.1mg/L，pH 7.4—8.5，温度11—28℃。当反应器水力停留时间为6h，反应器内混合液溶解氧浓度控制在0.1mg/L以下。膜曝气生物膜短程脱氮系统可以在10—15天完成启动并进行稳定运行状态，出水氨氮5—10mg/L，出水亚硝酸盐氮10—15mg/L，出水硝酸盐氮15—20mg/L，氨氮去除率可稳定达到95％以上，而且在适当投加部分碳源的情况下，系统的反硝化性能会进一步提高，出水亚硝酸盐和硝酸盐浓度会进一步降低。本发明工艺系统也表现出较强的抗冲击负荷能力。

Claims (6)

1.一种用于污水短程脱氮的膜曝气生物膜工艺，其特征在于具体步骤如下：

①对膜曝气生物膜反应器(3)和反硝化生物膜反应器(8)分别进行污泥接种；

②通过缓冲溶液池(15)内缓冲液调节进水池(1)内含氨氮污水的pH值，控制含氨氮污水的pH值为7.5-8.3；

③将步骤②所得污水通过进水泵(2)泵入膜曝气生物膜反应器(3)内，与经反硝化生物膜反应器(8)出来的污水通过混合液循环泵(10)重新回到膜曝气生物反应器(3)的混合，曝气膜(4)表面会生长微生物生物膜，起到亚硝化作用，压力调节阀(7)控制空压机(5)的氧气加入量，调节膜曝气生物膜反应器(3)内的溶解氧浓度，使混合液的溶解氧控制在0.1mg/L以下，混合液在膜曝气生物膜反应器(3)内的水力停留时间为4-12小时；

④从膜曝气生物膜反应器(3)出来的混合液进入沉淀池(8)，部分进入反硝化生物膜反应器(8)，控制回流比为50％-200％，在反硝化生物膜反应器(8)内的生物膜载体(9)表面生长有反硝化生物膜，完成亚硝酸盐和硝酸盐的反硝化过程，经反硝化生物膜反应器(8)出来的污水通过混合液循环泵(10)重新回到膜曝气生物反应器(3)，出水由出水管(11)排放。

2、根据权利要求1所述的用于污水短程脱氮的膜曝气生物膜控制工艺，其特征在于所述含氨氮污水的碳氮比为5以下，悬浮固体SS小于20mg/L。

3、根据权利要求1所述的用于污水短程脱氮的膜曝气生物膜控制工艺，其特征在于所述反硝化生物膜载体(9)采用塑料组合填料、弹性填料、无纺布、纤维填料或者其它生物膜载体中任一种。

4、根据权利要求1所述的用于污水短程脱氮的膜曝气生物膜控制工艺，其特征在于所述缓冲溶液采用碳酸氢钠或碳酸钠中的一至两种。

5、一种用于污水短程脱氮的膜曝气生物膜控制装置，由进水池(1)、膜曝气生物膜反应器(3)、空压机(5)、压力表(6)、反硝化生物膜反应器(8)、混合液循环泵(10)及其连接管路组成，其特征在于膜曝气生物膜反应器(3)内设有曝气膜(4)，反硝化生物膜反应器(8)内设有反硝化生物膜载体(9)，进水池(1)依次通过进水泵(2)、混合液循环泵(10)和管道连接膜曝气生物膜反应器(3)底部进水口，膜曝气生物膜反应器(3)底部通过管道和阀门连接压力表(6)、空压机(5)，膜曝气生物膜反应器(3)顶部连接压力调节阀(7)，膜曝气生物膜反应器(3)顶部出水口通过管道连接沉淀池(16)，沉淀池(16)顶部设有出水管(11)，沉淀池(16)一侧通过管道连接反硝化生物膜反应器(8)顶部，反硝化生物膜反应器(8)底部通过管道连接混合液循环泵(10)，缓冲溶液池(15)一侧下部通过电磁阀(14)和管道连接进水池(1)顶部，沉淀池(16)分别连接pH计(12)和溶解氧仪(13)。

6、根据权利要求5所述的用于污水短程脱氮的膜曝气生物膜控制装置，其特征在于所述曝气膜(4)采用中空纤维曝气膜或者管式无机曝气膜。