CN103395877B - 一种一体式组合膜生物反应器硝化并硝氮富集的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是涉及一种一体式组合膜生物反应器硝化并硝氮富集的方法及装置，属于污水处理技术领域。一种一体式组合膜生物反应器硝化并硝氮富集的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：原水引入；膜组件A连接、流量设定及好氧硝化反应；电源连接及电流设定；抽停时间比设定及膜组件A清洗；重新投入运行。为能完成上述的步骤，安排了专用的实施装置。该方法及装置能够在单一处理单元中将废水中氨氮转化为硝氮并进行硝氮富集，现有处理低C/N比废水处理方法以及NO3 -分离富集方法的不足和缺陷；并且装置结构简单，便于实际操作运行。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种一体式组合膜生物反应器硝化并硝氮富集的方法及装置。
背景技术
水体富营养化问题日益突出，近年来由其引发的一系列问题严重影响了居民的日常生活。氮磷是引起水体富营养化的主要因素，因此，污水中氮磷达标排放就显得尤为重要。处理低C/N比废水通常是投加有机碳源来实现高效脱氮，然而这即消耗了有限有机资源，又增加了运行费用。
研究发现，废水中氨氮极易在好氧活性污泥（主要是硝化细菌）作用下转化为硝氮，进而实现氨氮去除。因此，处理低C/N比废水，首先可以运用相关技术手段（如膜组件A）将废水中氨氮和有机物分离，然后将氨氮输送到硝化阶段，有机物到反硝化阶段，氨氮在硝化细菌作用下，转化为硝氮，并进行硝氮富集，用于其它后续处理（反硝化），进而实现氮的去除，其中硝氮的富集将显得十分重要。
目前，NO3 -分离富集的主要方法有吸附与离子交换法、膜吸收法及电渗析等方法。吸附与离子交换法（如沸石，离子交换树脂），可以分离浓缩NO3 -，但存在吸附容量有限，再生频率高，化学再生易造成二次污染等问题，因此，目前沸石法脱氮的应用大多数针对微污染河道水、景观水、二沉池出水等含氮不高的水体。电渗析( ED) 法常被用于废水的NO3 -富集，该方法具有低能耗， 高效率等优点，但电渗析有一定局限性，即只允许特定离子透过膜，而水分子不能透过，而且当膜污染时，膜清洗难度很大。
发明内容
本发明的目的是针对现有处理低C/N比废水处理方法以及NO3 -分离富集方法的不足和缺陷，提供一种一体式组合膜生物反应器硝化并硝氮富集的方法及装置，该方法及装置能够在单一处理单元中对废水中氨氮转化为硝氮并进行硝氮富集，以用于后续处理；并且装置结构简单，便于实际操作运行。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种一体式组合膜生物反应器硝化并硝氮富集的装置，其特征在于：该装置包括敞口的硝氮分离器，放置在硝氮分离器内的膜组件A、曝气头和电极，气泵，气体流量计，气路管线，出水蠕动泵，压力表，进水泵，进水管，出水管，电源，导线，时间继电器；膜组件A的出水口与出水管、压力表和出水蠕动泵依次相连，并受时间继电器的控制；进水泵受时间继电器控制；曝气头与气路管线、气体流量计和气泵依次相连；曝气头位于膜组件A下部；电极的两极经导线分别和电源相连，两极放在膜组件A两侧；进水泵接进水管，进水管末端位于硝氮分离器内，且靠近硝氮分离器底部；膜组件A由阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成。
本发明中所述的电极采用板状或者圆柱状石墨电极。
本发明提供了一种利用上述装置硝化并硝氮富集的方法，其步骤包括：
(1) 原水引入：原水经进水泵增压后，以4-6.6 ml/min进入硝氮分离器中，进水泵受时间继电器控制，进水为间歇性型进水即进水泵抽停时间比为5分钟：4分钟；
(2) 膜组件A连接、流量设定及好氧硝化反应： 将MLSS为3000-3500mg/L的好氧活性污泥、膜组件A放入硝氮分离器中，膜组件A出水口与出水管、压力表和出水蠕动泵依次相连，并受时间继电器的控制，打开出水蠕动泵，调整流量为4-6.6 ml/min，经出水管进行出水；同时，将曝气头放入硝氮分离器中膜组件A下部进行曝气，调整气体流量计，控制DO在2-3mg/L，HRT为3.79-6.25d；
(3) 电源连接及电流设定： 将电极的两极经导线分别与电源相连，并将阳极正对超滤膜，阴极正对阴离子交换膜，打开电源，调整到电流为0.25A，并保持不变；
(4) 抽停时间比设定及膜组件A清洗： 出水蠕动泵，在时间继电器的控制下，出水为间歇性型出水即出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:4分钟，且与进水泵同步间歇进出水，当压力表指示数值超过15kpa时，需对膜组件A进行清洗或更换。
将膜组件A清洗后可重新投入运行。整个过程被富集的硝氮从出水管流出，进而实现了硝氮富集。
本发明还提供了一种膜组件A，其特征在于：该膜组件A由阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成；阴离子交换膜和超滤膜或者微滤膜分别固定在支撑板的两面。
本发明的一种一体式组合膜生物反应器硝化并硝氮富集的方法及装置，其原理在于：
（1）氨氮转化为硝氮
废水中氨氮在好氧活性污泥（主要是硝化细菌）作用下，通过硝化过程转化为硝氮。
（2）硝氮富集
膜组件A由阴离子交换膜、超滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成，膜组件A中的超滤膜可以允许水分子透过进入到超滤膜和支撑板之间，透过的水分子通过支撑板的孔洞进入到支撑板和阴离子交换膜之间，使阴离子交换膜两侧均为水溶液，由于阴离子交换膜具有阴离子（如NO3 -）选择透过性，在不外加电流作用下，可以通过渗析原理，进入膜组件A内，在外加电流作用下，单位时间内加快NO3 -进入膜组件A的数量增加，进入膜组件A的离子，会迅速进入到从超滤膜透过的水中，形成高浓度的硝氮浓缩液，在蠕动泵的抽吸作用下，将硝氮浓缩液输送到后续的反硝化工艺，从而实现硝氮富集。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出效果：
（1）在单一的处理单元内可以快速实现氨氮转化为硝氮。
（2）在单一的处理单元内实现了对硝氮富集，硝氮富集率为51%-58%；由于采用膜组件A，保持了高浓度好氧污泥，有利于硝化作用。
（3）针对电渗析与膜反应器在污水处理中的局限性，开发出了浸没式膜组件A，浸没式膜组件A不仅可以使水透过，而且具有阴离子选择透过性，可富集NO3 -，克服了电渗析不能将有机物与离子分离的缺点，弥补了膜反应器不能分离富集离子的弱点，膜组件A的浸没性为未来实际工程应用提供了利便性。
（4）整个装置结构简单，便于实际操作运行。
附图说明
图1为本发明提供的一种一体式组合膜生物反应器硝化并硝氮富集的装置示意图。
图2为本发明提供的一种一体式组合膜生物反应器硝化并硝氮富集的方法运行示意图。
图3为本发明提供的一种膜组件A示意图。
图4为本发明提供的一种膜组件A的支撑板示意图。
图中：1-进水泵 2-进水管 3-硝氮分离器 4-电源 5-导线 6-电极 7-曝气头 8-膜组件A 9-压力表 10-出水蠕动泵 11-时间继电器 12-出水管 13-气体流量计 14-气泵15-气路管线16-支撑板 17-超滤膜或者微滤膜 18-阴离子交换膜19-膜组件A出水口 20-导流槽 21-孔洞
具体实施方式
下面结合附图1、2、3、4及实施例详细加以说明，以进一步理解本发明。
本发明的一种膜组件A 8（图3、图4），是由由阴离子交换膜18、超滤膜或者微滤膜17和带有导流槽20和孔洞21的支撑板16组成；阴离子交换膜18和超滤膜或者微滤膜17分别固定在支撑板16的两面。
为了使实验效果达到更好，本发明所采用的阴离子交换膜18为来自日本astom提供的型号为ACS的阴离子交换膜，超滤膜17为来自南京瑞洁特提供的孔径为0.1μm、膜通量为18.75-20.83 L/m2.h的超滤膜。
本发明所提供的一种一体式组合膜生物反应器硝化并硝氮富集的装置（图1）包括硝氮分离器3，放置在硝氮分离器3内的膜组件A 8、曝气头7和电极6，进水泵1，进水管2，电源4，导线5，压力表9，出水蠕动泵10，时间继电器11，出水管12，气体流量计13，气泵14，气路管线15；膜组件A出水口19与出水管12、压力表9和出水蠕动泵10依次相连，并受时间继电器11的控制；进水泵1受时间继电器11控制；曝气头7与气路管线15、气体流量计13和气泵14依次相连；曝气头7位于膜组件A 8下部；电极6的两极经导线5分别和电源4相连，采用阳极正对超滤膜17，阴极正对阴离子交换膜18；进水泵1接进水管2，进水管末端位于硝氮分离器3内，且靠近硝氮分离器3底部。
图2表示了一种一体式组合膜生物反应器硝化并硝氮富集的装置运行状态，具体步骤为：
（1）原水引入：原水经进水泵1增压后，经过进水管2以流量为4-6.6ml/min进入硝氮分离器3中，进水泵1受时间继电器11控制，进水为间歇性型进水即进水泵抽停时间比为5分钟：4分钟。
（2）膜组件A连接、流量设定及好氧硝化反应：将MLSS为3000-3500mg/L的好氧活性污泥、膜组件A 8放入硝氮分离器3中，膜组件A出水口19与出水管12、压力表9和出水蠕动泵10依次相连，并受时间继电器11的控制，打开出水蠕动泵10，调整流量为4-6.6 ml/min，经出水管12出水。同时，将曝气头7放入硝氮分离器3中膜组件A 8 下部进行曝气，调整气体流量计13，控制DO在2-3mg/L ，HRT为3.79-6.25d；
（3）电源连接及电流设定：将电极6的两极经导线5分别与电源4相连，并将阳极正对超滤膜17，阴极正对阴离子交换膜18，打开电源4，调整电流为0.25 A，并保持不变。膜组件A 8中的超滤膜17可以允许水分子透过进入到超滤膜17和支撑板16之间，透过的水分子通过支撑板16的孔洞21进入到支撑板16和阴离子交换膜18之间，使阴离子交换膜18两侧均为水溶液，由于阴离子交换膜18具有阴离子（如NO3 -）选择透过性，在外加电流的作用下，单位时间内NO3 -进入膜组件A 8的数量增加，进入膜组件A 8的离子，会迅速进入到从超滤膜17透过的水中，形成高浓度的硝氮浓缩液，进而使硝氮得到富集。
（4）抽停时间比设定及膜组件A清洗：出水蠕动泵10，在时间继电器11的控制下，出水为间歇性型出水即出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:4分钟，且与进水泵1同步间歇进出水，当压力表9指示数值超过15kpa时，需对膜组件A 8进行清洗。
（5）重新投入运行：将膜组件A 8清洗后可重新投入运行。整个过程被富集的硝氮从出水管流出12，进而实现了硝氮富集。
结果：
例1 当原水为配水时，其主要水质指标为： NH4 +-N =80 mg/L；操作条件为：进水泵、出水蠕动泵抽停时间比均为5分钟:4分钟，进水流量为4 ml/min,膜组件A出水流量为4 ml/min ，电流为0.25A，DO=2 mg/L，MLSS=3000 mg/L，HRT=6.25d时，经过一体式组合膜生物反应器硝化并硝氮富集的装置后，膜出水的主要指标可以达到： NO3 --N =126.88 mg/L，硝氮富集率为58.61%。
例2当原水为配水时，其主要水质指标为： NH4 +-N =85 mg/L；操作条件为：进水泵、出水蠕动泵抽停时间比均为5分钟:4分钟，进水流量为6.6 ml/min, 膜组件A出水流量为6.6 ml/min ，电流为0.25A，DO=3 mg/L，MLSS=3500 mg/L，HRT=3.79d时，经过一体式组合膜生物反应器硝化并硝氮富集的装置后，膜出水的主要指标可以达到：NO3 --N -=128.89 mg/L，硝氮富集率为51.64%。
Claims (3)
1.一种一体式组合膜生物反应器硝化并硝氮富集的装置，其特征在于：该装置包括敞口的硝氮分离器，放置在硝氮分离器内的膜组件A、曝气头和电极，气泵，气体流量计，气路管线，出水蠕动泵，压力表，进水泵，进水管，出水管，电源，导线，时间继电器；膜组件A的出水口与出水管、压力表和出水蠕动泵依次相连，并受时间继电器的控制；进水泵受时间继电器控制；曝气头与气路管线、气体流量计和气泵依次相连；曝气头位于膜组件A下部；电极的两极经导线分别和电源相连，两极放在膜组件A两侧；进水泵接进水管，进水管末端位于硝氮分离器内，且靠近硝氮分离器底部；膜组件A由三部分组成即阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜之一、和带有导流槽和孔洞的支撑板组成；阴离子交换膜设置在支撑板的两侧，超滤膜或者微滤膜之一设置在支撑板的另一侧。
2.按照权利要求1所述的一种一体式组合膜生物反应器硝化并硝氮富集的装置，其特征在于：所述的电极采用板状或者圆柱状石墨电极。
3.应用权利要求1所述的一种一体式组合膜生物反应器硝化并硝氮富集装置的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)原水引入：原水经进水泵增压后，以4-6.6mL/min进入硝氮分离器中，进水泵受时间继电器控制，进水为间歇性型进水即进水泵抽停时间比为5分钟：4分钟；
(2)膜组件A连接、流量设定及好氧硝化反应：将MLSS为3000-3500mg/L的好氧活性污泥、膜组件A放入硝氮分离器中，膜组件A出水口与出水管、压力表和出水蠕动泵依次相连，并受时间继电器的控制，打开出水蠕动泵，调整流量为4-6.6mL/min，经出水管进行出水；同时，将曝气头放入硝氮分离器中膜组件A下部进行曝气，调整气体流量计，控制DO在2-3mg/L，HRT为3.79-6.25d；
(3)电源连接及电流设定：将电极的两极经导线分别与电源相连，并将阳极正对超滤膜，阴极正对阴离子交换膜，打开电源，调整到电流为0.25A，并保持不变；
(4)抽停时间比设定及膜组件A清洗：出水蠕动泵，在时间继电器的控制下，出水为间歇性型出水即出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:4分钟，且与进水泵同步间歇进出水，当压力表指示数值超过15kpa时，需对膜组件A进行清洗或更换。
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| CN201613112U (zh) * | 2010-01-12 | 2010-10-27 | 苏州工业园区意诺克环境技术有限公司 | 一种新型平板式膜组元 |
| WO2011004743A1 (ja) * | 2009-07-10 | 2011-01-13 | 住友電工ファインポリマー株式会社 | 濾過用平膜エレメント、平膜型分離膜モジュールおよび濾過装置 |
-
2013
- 2013-06-29 CN CN201310269373.4A patent/CN103395877B/zh active Active
Patent Citations (4)
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|---|
| 微电极耦合MBR处理垃圾渗滤液;章茹等;《南昌大学学报》;20130628;第35卷(第2期);第108页左栏第2段-右栏第3段及图1 * |
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