CN103979683A - 一体式膨胀颗粒污泥床-膜生物反应器全程自养脱氮装置及其工艺 - Google Patents

一体式膨胀颗粒污泥床-膜生物反应器全程自养脱氮装置及其工艺 Download PDF

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本发明属于环境工程领域，涉及一种一体式膨胀颗粒污泥床-膜生物反应器全程自养脱氮装置及其工艺。本装置包括反应器主体、气/液分离槽、三相分离装置、膜组件、空气泵、空气流量计、穿孔曝气管、进水泵、回流泵和出水泵等组成部分。其中，反应器主体分为两个功能区，即：下部全程自养脱氮功能区和上部膜过滤功能区。上部膜过滤功能区中，浸没式膜组件底部采用空气曝气的方式。反应器上部外接一个气/液分离槽。回流系统将槽内的富氧水回流至反应器底部的进水口，为全程自养脱氮功能区提供必要的溶解氧。污水进水首先经全程自养脱氮功能区完成脱氮，然后经膜过滤获得清洁出水。一体式反应器占地面积小，且全程自养脱氮工艺操作简单、方便。

Description

一体式膨胀颗粒污泥床-膜生物反应器全程自养脱氮装置及其工艺
技术领域
本发明属于环境工程领域，涉及一种一体式膨胀颗粒污泥床-膜生物反应器全程自养脱氮装置及其工艺。
背景技术
近年来，水体氮素污染问题日益严重。传统的硝化/反硝化生物脱氮工艺具有设备多、流程长、高基建投资、高能耗、高物耗等缺点，已不能满足当今社会走可持续发展道路的要求。现在，人们亟需更好、更有效的生物脱氮新工艺。
厌氧氨氧化过程可以实现不需外加碳源的完全自养脱氮，大幅度减少曝气量和污泥产量，且避免了二氧化碳的排放，是目前已知最为经济的低碳生物脱氮途径。目前荷兰、瑞士、德国、日本已将该技术运用到污泥消化液、垃圾渗沥液、养猪废水、石化废水等高浓度氨氮废水的处理，并且已建成9个工业化规模的厌氧氨氧化工艺处理装置。然而，厌氧氨氧化菌的倍增时间长达11-13天，种泥不足、反应器启动时间长是厌氧氨氧化技术在工程推广及应用中凸显出来的共性问题；厌氧氨氧化反应在以氨氮和亚硝酸盐氮同时作为基质的条件下进行，完善亚硝化控制条件及亚硝化与厌氧氨氧化耦合技术是实现高氨氮废水完全自养高效处理的关键。
全程自养脱氮技术是一种以厌氧氨氧化技术为核心的污水处理技术。它是将好氧氨氧化菌与厌氧氨氧化菌耦合来处理低碳氮比污水，即首先在氧限条件下，好氧氨氧化菌将进水中近半数的氨氮转化成亚硝酸盐氮，而后在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌将生成的亚硝酸盐氮与剩余的氨氮一起转化成氮气。颗粒污泥有利于实现外部好氧、内部厌氧的环境，该条件有利于亚硝化反应与厌氧氨氧化反应同时进行，从而达到最大的氮去除效率。膨胀颗粒污泥床工艺适合培养颗粒污泥。但常温下，好氧氨氧化菌、厌氧氨氧化菌倍增时间长(尤其是倍增时间长达数周的厌氧氨氧化菌)是该技术大规模应用的限制因素。且反应器中连续有少量全程自养脱氮微生物随出水流失，以及由于颗粒污泥上浮或由于进水条件不稳使颗粒破碎、沉降性变差造成的大量污泥流失，严重影响反应器的启动及稳定运行。于是，保持反应器内有足够的微生物是全程自养脱氮工艺稳定运行的关键。
膜生物反应器是一种将膜分离技术与生物处理技术有机结合的废水处理系统。它不但可以实现污染物的有效降解，而且可以实现反应器内微生物的有效截留，适合用于培养增长缓慢的好氧氨氧化菌及厌氧氨氧化菌。但是，膜污染问题是影响膜生物反应器长期稳定运行的主要因素。自从膜生物反应器诞生以来，曝气冲刷是控制膜污染最主要、最普遍的方式。而全程自养脱氮过程需要的条件是氧限条件，该气量不足以满足缓解膜污染。
发明内容
本发明目的是提供一种可以实现含氮污水氮素的有效自养去除，同时可以有效截留微生物并缓解膜污染的一体式膨胀颗粒污泥床-膜生物反应器全程自养脱氮装置及其工艺。该装置及工艺降低能耗、节约成本、操作简单、易于实现。
本发明提供一种一体式膨胀颗粒污泥床-膜生物反应器全程自养脱氮装置及其工艺，技术方案是：
一体式膨胀颗粒污泥床-膜生物反应器全程自养脱氮装置，包括反应器、气/液分离槽、三相分离装置、膜组件、空气泵、空气流量计、穿孔曝气管、进水泵、回流泵和出水泵。反应器分为上部膜过滤功能区和下部全程自养脱氮功能区，上部膜过滤功能区和下部全程自养脱氮功能区之间设置三相分离装置。反应器上部外接气/液分离槽，气/液分离槽的底部一侧设置出水口，通过管路与反应器底部的进水口相连，且管路设置回流泵。膜组件位于上部膜过滤功能区内，其出水口连接有出水泵。膜组件下方邻近膜组件的部位设置有穿孔曝气管，穿孔曝气管的一端从反应器侧壁穿出，与空气泵相连，且管路设置有空气流量计。反应器底部设置进水口，进水口与回流管、进水管通过三通相连。反应器顶部设有溢流口，防止因故障或其它因素造成污水漫出反应器。
一体式膨胀颗粒污泥床-膜生物反应器全程自养脱氮工艺，反应器内的温度为15-40℃，pH为6-9，进水泵将含氮污(废)水泵入反应器的进水口；随后，在下部全程自养脱氮功能区中，微生物菌群将污(废)水中的氨氮转化成氮气，逸出反应器；三相分离装置促进气相、液相与固相物质的分离；上部膜过滤功能区的膜组件底部采用空气通过穿孔曝气管进行曝气，曝气量为100-150m3/m2·h，其作用一是冲刷膜表面以缓解膜污染，二是为反应器上部的水体充氧。反应器上部的水一部分经膜过滤排出反应器，另一部分流入气/液分离槽；气/液分离槽用于分离水体中的气泡，避免将气泡回流至反应器底部，造成下部全程自养脱氮功能区污泥床层不必要的扰动；回流泵将气/液分离槽中的富氧水回流至反应器底部的进水口，其作用一是为全程自养脱氮过程提供必要的溶解氧，二是提供一定的水力条件促进污泥床层膨胀及全程自养脱氮颗粒(即内层为厌氧氨氧化菌，表层为好氧氨氧化细菌的颗粒污泥)的形成。
本发明的效果和益处是：实现全程自养脱氮工艺与膜生物反应器的有效结合。一体式反应器占地面积小，且全程自养脱氮工艺操作简单、方便。此外，本发明在实现对于低碳氮比污(废)水自养脱氮处理的同时，有效截留功能微生物，缩短微生物的倍增时间，进而缩短反应器的启动时间及提升反应器负荷，尤其可在实际运行中有效缓解膜污染，延长膜的工作周期。
附图说明
附图是一体式膨胀颗粒污泥床-膜生物反应器全程自养脱氮装置及其工艺流程图。
图中：1反应器；2气/液分离槽；3三相分离器；4膜组件；5空气泵；
6空气流量计；7穿孔曝气管；8进水泵；9回流泵；10出水泵。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明具体实施方式。
(1)含氮污(废)水首先在进水井中，根据反应器内温度、pH值的反馈，调节进水温度和pH，使反应器内的温度、pH分别保持在15-40℃、6-9之间，最好是在30-35℃、8.0-8.5之间；
(2)随后，进水井中的污(废)水通过水泵8经由设置在反应器的底部的进水口泵入反应器1。伴随着回流水中的溶解氧，进水中的部分或半数氨氮首先被颗粒污泥表层的好氧氨氧化细菌转化为亚硝酸盐氮。随后进水中剩余的氨氮再与生成的亚硝酸盐氮一起，被颗粒污泥内层的厌氧氨氧化菌利用，并产生氮气排出反应器；
(3)反应器上、下部之间设有三相分离装置3，以实现生物气、水体、污泥的三相分离。且反应器上部沉积在三相分离装置上表面的污泥随时间推移可积累并沉降至下部功能区。
(4)上部膜过滤功能区中，膜组件4底部采用空气通过穿孔曝气管7进行曝气，曝气强度由空气流量计6进行调节，保持在100-150m3/m2·h，并根据总氮去除效果进行调节。反应器顶部非密封，多余的气体可由反应器顶部逸出。
(5)反应器上部外接有气/液分离槽2，回流泵9将槽内的富氧水回流至反应器底部，控制回流量，使下部功能区中的上升流在1-4m/h范围内，根据污泥床层高度及总氮去除效果进行调节；
(6)反应器的出水采用膜过滤出水。出水系统调节出水泵10的工作周期为每15分钟内12分钟运行，3分钟休止。
本工艺可以在室温(20±3℃)、曝气量为0.24m3/h、回流量为0.67m3/d的条件下处理高氨氮(500mg NH4 +-N/L)污(废)水，脱氮效率高达81％。同时，相比无曝气条件，膜运行周期延长5-6倍。

Claims (3)

1.一体式膨胀颗粒污泥床-膜生物反应器全程自养脱氮装置，其特征在于，该全程自养脱氮装置包括反应器、气/液分离槽、三相分离装置、膜组件、空气泵、空气流量计、穿孔曝气管、进水泵、回流泵和出水泵；反应器分为上部膜过滤功能区和下部全程自养脱氮功能区，上部膜过滤功能区和下部全程自养脱氮功能区之间设置三相分离装置；反应器上部外接气/液分离槽，气/液分离槽的底部一侧设置出水口，通过管路与反应器底部的进水口相连，且管路设置回流泵；膜组件位于上部膜过滤功能区内，其出水口连接有出水泵；膜组件下方邻近膜组件的部位设置有穿孔曝气管，穿孔曝气管的一端从反应器侧壁穿出，与空气泵相连，且管路设置有空气流量计；反应器底部设置进水口，进水口与回流管、进水管通过三通相连；反应器顶部设有溢流口，防止因故障或其它因素造成污水漫出反应器。
2.一种用权利要求1所述的一体式膨胀颗粒污泥床-膜生物反应器全程自养脱氮装置的工艺，其特征在于，进水泵将含氮污水泵入反应器的进水口，在下部全程自养脱氮功能区中，微生物菌群将污水中的氨氮转化成氮气，逸出反应器；三相分离装置促进气相、液相与固相物质的分离；上部膜过滤功能区的膜组件底部采用空气通过穿孔曝气管进行曝气，曝气量为100-150m3/m2·h：一是冲刷膜表面以缓解膜污染，二是为反应器上部的水体充氧；反应器上部的水一部分经膜过滤排出反应器，另一部分流入气/液分离槽；气/液分离槽用于分离水体中的气泡，避免将气泡回流至反应器底部，造成下部全程自养脱氮功能区污泥床层不必要的扰动；回流泵将气/液分离槽中的富氧水回流至反应器底部的进水口：一是为全程自养脱氮过程提供必要的溶解氧，二是提供一定的水力条件促进污泥床层膨胀及全程自养脱氮颗粒的形成；反应过程反应器内的温度为15-40℃，pH为6-9。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，反应器中外层为好氧氨氧化菌，内层为厌氧氨氧化菌的颗粒污泥。
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