CN106167330A - 一种iem‑uf氮富集亚硝化反硝化脱氮方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种IEM‑UF氮富集亚硝化反硝化脱氮方法及装置，属于污水处理技术领域，处理废水方法按照如下工艺流程步骤进行：膜组件IEM‑UF对废水中NH4 +富集及对有机物分离；好氧亚硝化反应；结合先前分离出的有机物的缺氧短程反硝化；出水，为能完成上述的工艺流程，安排了专用的实施装置。该方法及装置，具有较好的去除有机物和脱氮功能，尤其为处理碳源不足的废水及高浓度有机物高氨氮废水提供一种处理方法；同时，该方法及装置能有效降低好氧曝气量与缩短反硝化反应时间，降低运行费用。

Description

一种IEM-UF氮富集亚硝化反硝化脱氮方法及装置
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种利用组合膜生物反应系统的氮富集及去除方法及装置。
背景技术
低C/N比是我国城市生活污水的典型水质特征。传统的污水处理工艺主要通过硝化、反硝化作用将氨氮转化为亚硝酸盐、亚硝酸盐通过还原作用，再转化为氮气，达到脱氮的目的。而生活污水中碳源含量通常不足，传统处理工艺需要向反硝化阶段投加碳源，造成运行成本增加。
针对低C/N生活污水脱氮，申请者发明了“一种利用组合膜生物反应系统的氮富集及去除方法及装置”(专利号：ZL201310270168.X)在运行过程中发现将富集后的氨氮进行硝化作用，硝化过程中曝气量较大，增加能耗。如果将硝化阶段控制在亚硝化阶段，硝化阶段将减少25％的曝气需氧量，大大节省了能耗。在硝化出水与分离器中截留的COD进行反硝化作用过程中发现，虽然总氮去除率比传统脱氮系统去除率高，但出水中硝氮含量依旧较高。如将亚硝酸盐氮作为反硝化的氮源可节省40％的反硝化碳源，这样就进一步解决了C/N生活污水反硝化过程中碳源不足的问题，将脱氮效率进一步提高。
为了解决现有的低C/N生活污水脱氮效率较低，能耗较大、碳源不足等问题，本发明开发一种IEM-UF氮富集亚硝化反硝化脱氮方法及装置，通过氨氮分离器将出水中氨氮浓度、出水pH提高，进而使亚硝化进水中的游离氨(FA)控制在较高浓度下，同时通过气体流量计控制较小的曝气使亚硝化稳定运行。产生的亚硝化盐氮与氨氮分离器截留的COD通过短程反硝化作用达到脱氮的效果。该装置可有效解决硝化过程异养与自养菌的竞争，以及反硝化过程中碳氮比不足的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有处理低C/N比废水处理效率不高的问题，提供一种利用组合膜生物反应系统的氨氮富集及去除方法及装置，该方法及装置具有较好的去除有机物和脱氮功能，尤其为处理碳源不足的废水提供一种处理方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种利用组合膜生物反应系统的亚硝化启动稳定运行及氮富集及去除装置，其特征在于：该装置包括敞口的氨氮分离器(3)、亚硝化反应器(16)、和短程反硝化反应器(27)。
氨氮分离器(3)包括原水进水蠕动泵(1)，进水管(2)，电源(4)，时间继电器(5)，导线(6)，电极(7)，搅拌器(8)，膜组件C(9)，压力表(10)，氨氮富集液出水蠕动泵(11)氨氮富集液出水管(12)。氨氮分离器(3)中原水经过进水蠕动泵进入氨氮分离器中，膜组件C(9)位于氨氮分离器内；膜组件C(9)由超滤膜(或者微滤膜)(31)阳离子交换膜(30)以及带有导流槽(33)和孔洞(34)的支撑板(32)组成，阳离子交换膜、超滤膜(或者微滤膜)之一分别位于支撑板两侧。膜组件C出水口(29)与氨氮富集液出水管(12)、压力表(10)和出水蠕动泵(11)依次相连，并受时间继电器(5)的控制。电极(7)放置在氨氮分离器(3)内，搅拌器(8)叶片位于膜组件C(9)旁；电极(7)的两极经导线(6)分别和电源(4)相连，电极阳极正对膜组件C(9)的阳离子交换膜，电极阴极正对超滤膜(或微滤膜)。
亚硝化反应器(16)包括亚硝化反应器进水管(14)，亚硝化进水蠕动泵(15)，曝气装置(17)，气体流量计(18)，气泵(19)，时间控制开关(20)。亚硝化反应器(16)中曝气装置(17)与气路管线、气体流量计(18)和气泵(19)依次相连；亚硝化出水管(22)与亚硝化出水蠕动泵(24)相连，亚硝化反应器(16)内的曝气头(17)位于反应器下部；
短程反硝化反应器(27)包括-氨氮分离器分离有机物出水管(21)，搅拌器(8)，反硝化亚硝化液进水管(25)、反硝化亚硝化液进水蠕动泵(26)，反硝化出水蠕动泵(28)。
总流程：原水经进水蠕动泵进入氨氮分离器底部；NH4 +在氨氮分离器中利用电场力被选择性地透过阳离子交换膜进行分离富集，被富集的氨氮富集液经氨氮富集出水管由蠕动泵抽入到氨氮富集液收集箱；在亚硝化进水蠕动泵的作用下氨氮富集液被抽入到亚硝化反应器中；氨氮富集液经过亚硝化反应后，由亚硝化出水蠕动泵抽出到亚硝化出水水箱收集；反硝化蠕动泵将亚硝化反应器出水与氨氮分离器截留COD按照一定比例抽入短程反硝化反应器中进行反硝化脱氮作用。
本发明提供了一种利用上述装置进行氨氮富集、亚硝化、短程反硝化除氮的方法，其特征在于：它具有如下工艺流程步骤：
(1)废水：废水经进水泵增压后，经进水管流入氨氮分离器中；
(2)膜组件C对废水中NH4 +富集及有机物分离：氨氮分离器中在电场力作用下，经过膜组件中阳离子交换膜将进水氨氮富集，出水氨氮浓度提高；通过超滤膜将进水COD截留在氨氮分离器中，使进入亚硝化反应器的膜组件出水中COD减小；
(3)SBR亚硝化反应：将收集的氨氮富集液经蠕动泵引入亚硝化反应器中，NH4 +在曝气条件下通过氨氧化菌氧化为NO2 -，形成亚硝化液并对亚硝化液进行收集；
(4)SBR短程反硝化反应器：将收集的亚硝化液与氨氮分离器被截留的COD经蠕动泵通过短程反硝化进水管进入短程反硝化反应器中，在缺氧条件下进行脱氮反应；
(5)出水：经过第四步处理后出水可以进行排放。
本发明提供了一种氨氮分离短程硝化反硝化脱氮方法及装置，其特征在于：氨氮分离器将氨氮富集并且将亚硝化进水控制在较适宜pH下，在亚硝化阶段由于氨氮分离器将亚硝化进水中COD截留且将亚硝化进水FA控制在较高水平，可以缩短亚硝化启动的时间，保证亚硝化的稳定运行。反硝化脱氮是由NO2 -还原为含氮气体过程，避免了从NO3 -还原为NO2 -消耗碳源的过程，可有效减少碳源消耗量，解决生活污水碳源不足问题。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出效果：
1、亚硝化与短程反硝化在各自适宜环境下运行,容易控制反应条件，稳定性强，运行效率更高。
2、通过氨氮分离器中的超滤膜将亚硝化进水中的COD截留，消除亚硝化过程中异养微生物与自养硝化菌的竞争，经过氨氮分离器富集后的氨氮与氨氮分离器中较高的pH出水供给亚硝化反应器，可为亚硝化的稳定运行提供条件，提高亚硝化效率。
3、针对生活污水中C/N低、反硝化过程碳源不足造成总氮去除率较低。将COD截留在氨氮分离器中作为反硝化的碳源，短程反硝化以亚硝化产物NO2 -作为电子受体，与以NO3 -作为电子受体相比短程反硝化可以节约14.1％的碳源和55.7％的反硝化时间。
4、针对传统生物脱氮系统对低C/N生活污水处理的局限性，将膜组合IEM-UF与亚硝化与短程反硝化工艺相结合，形成了IEM-UF组合膜氮富集亚硝化短程反硝化脱氮系统，该系统稳定性强、能耗低、总氮去除率明显提高。
附图说明
图1为本发明提供的一种利用IEM-UF组合膜生物反应系统的氮富集亚硝化反硝化去除氮的方法运行示意图。
图2为本发明提供的一种IEM-UF组合膜组件示意图。
图3为本发明提供的一种IEM-UF组合膜组件的支撑板示意图
图中：1-原水进水泵2-进水管3-氨氮分离器4-电源5-时间继电器6-导线7-电极8-搅拌器9-膜组件C 10-压力表11-氨氮富集液出水蠕动泵12-氨氮收集液出水管13-收集箱14-亚硝化反应器进水管15-亚硝化进水蠕动泵16-亚硝化反应器17-曝气装置18-气体流量计19-气泵20-时间控制开关21-氨氮分离器分离有机物出水管22-亚硝化出水管23-氨氮分离器反硝化进水蠕动泵24-亚硝化出水蠕动泵25-反硝化亚硝化液进水管26-反硝化亚硝化液进水蠕动泵27-短程反硝化反应器28-反硝化出水蠕动泵29-膜组件C出水口30-阳离子交换膜31-超滤膜(或者微滤膜)32-支撑板33-导流槽34-孔洞
具体实施方式
下面结合附图1及实施例详细加以说明，以进一步理解本发明。
本发明利用IEM-UF组合膜处理生活污水一种装置其中包括：氨氮分离器、亚硝化反应器、短程反硝化反应器。氨氮分离器为长方体形，有效体积为20L。其中膜组件C，是由阳离子交换膜30、超滤膜(或者微滤膜)31和带有导流槽33和孔洞34的支撑板32组成；阳离子交换膜30和超滤膜(或者微滤膜)31分别固定在支撑板32的两面，电极板为网状铁电极。短程反硝化反应器、亚硝化反应器为圆柱形有机玻璃制成，有效容积为2.0L。其中亚硝化反应器为敞口容器，反硝化反应器为密闭容器。
本发明所采用的阳离子交换膜30为来自日本astom提供的型号为CMS的阳离子交换膜，超滤膜31为国内某厂家提供的孔径为0.1μm、膜通量为18.75-20.83L/m2.h的超滤膜。
具体运行步骤如下：
(1)原水(废水)：废水经进水泵(1)增压后，经进水管(2)以流量为1-10ml/min流入氨氮分离器(3)中；
(2)膜组件C对废水中NH4 +富集及有机物分离：氨氮分离器(3)中设置有膜组件C(9)和搅拌器(8)，膜组件C(9)由阳离子交换膜(30)和超滤膜(31)组成，可以对废水中NH4 +和有机物分别进行富集和分离，搅拌使溶液混合均匀；膜组件C出水口(29)与氨氮富集出水管(12)、压力表(10)和出水蠕动泵(11)依次相连，并受时间继电器(5)的控制，打开出水蠕动泵(11)，调整流量为1-9ml/min；同时，将搅拌器(8)放入氨氮分离器(3)中并运行，其搅拌叶片位于膜组件C(9)旁，HRT为5h-2.5d；电极(7)的两极经导线(6)分别与电源(4)相连，并将阳极正对离子交换膜(30)，阴极正对超滤膜(31)，打开电源(4)，调整到电流为0.05-0.3A，并保持不变；出水蠕动泵(11)，在时间继电器(5)的控制下，出水为间歇性出水即出水蠕动泵抽停时间比为8分钟:1-5分钟，出水经氨氮富集出水管(12)到达氨氮富集液箱(13)中，当压力表(10)指示数值超过15kpa时，需对膜组件C(9)进行清洗；
(3)SBR亚硝化反应：将氨氮富集液箱(13)中的废水经亚硝化进水管(14)由亚硝化进水蠕动泵(15)引入亚硝化反应器(16)中。亚硝化进水pH范围为7.5-8.2，亚硝化反应器中活性污泥MLSS为3000-3500mg/L，曝气头(17)设置在反应器底部，由气体流量计(18)，控制DO在0.4-1.5mg/L。通过时间控制器(20)使亚硝化反应器采用SBR方式运行，其中一个周期中进水0.5h，曝气反应4-8h，静置0.5-1h，排水0.5h。NH4 +在亚硝化活性污泥和曝气条件下，形成亚硝化液；将亚硝化液进行收集为下一阶段的反硝化过程提供氮源。
(4)SBR短程反硝化反应：将亚硝化液由反硝化进水管(25)经蠕动泵(23)、氨氮分离器分离出的有机物由出水管(21)经蠕动泵(26)送入反硝化反应器中，将二者流量按1-3比1的流量比进入短程反硝化反应器中进行反硝化，短程反硝化进水pH范围为7.0-7.8。反硝化反应器中活性污泥MLSS为3000-3500mg/L，通过时间控制器(20)使反硝化以SBR方式运行，其中短程反硝化反应器中进水0.5h，反应2-4h，静置0.5-1h，排水0.5h。反应器为封闭缺氧环境，在搅拌器(8)的搅拌下进行反硝化。进而完成有机物去除和脱氮。
(5)出水：经过第四步处理出水，由蠕动泵将出水排放。
结果：
当原水为配水时，其主要水质指标平均值为：NH4 +-N＝60-80mg/L、COD＝180-200mg/L；操作条件为：控制膜组件C出水的蠕动泵抽停时间比均为8分钟:5分钟，进水流量为7.5mL/min，膜组件C出水流量均为6mL/min，膜组件C电流为0.2A，亚硝化反应器活性污泥MLSS＝3200mg/L，反应4h。反硝化反应器活性污泥MLSS＝3000mg/L，将亚硝化出水与氨氮分离器出水按照流量1：1比例进入反硝化反应器中，反应4h。出水主要指标平均值可以达到：COD＝33mg/L，NH4 +-N＝36.3mg/L，NO3 --N＝0.32mg/L，NO2 --N＝1.45mg/L；去除率平均值分别为：COD＝88.9％，NH4 +-N＝39.5％，TN＝36.5％。
控制膜组件C出水的蠕动泵抽停时间比均为8分钟:5分钟，进水流量为7.5mL/min，膜组件C出水流量均为6mL/min，膜组件C电流为0.2A，亚硝化反应器活性污泥MLSS＝3000mg/L，反应6h。反硝化反应器活性污泥MLSS＝3200mg/L，将亚硝化出水与氨氮分离器出水按照流量1：1比例进入反硝化反应器中，反应4h。出水主要指标平均值可以达到：COD＝30.2mg/L，NH4 +-N＝26.4mg/L，NO3 --N＝0.28mg/L，NO2 --N＝1.45mg/L；去除率平均值分别为：COD＝89.9％，NH4 +-N＝42.1％，TN＝46.2％。

Claims (2)

1.一种IEM-UF氮富集亚硝化反硝化脱氮装置，其特征在于：该装置包括敞口的氨氮分离器(3)、亚硝化反应器(16)、和短程反硝化反应器(27)；
氨氮分离器(3)包括原水进水蠕动泵(1)，进水管(2)，电源(4)，时间继电器(5)，导线(6)，电极(7)，搅拌器(8)，膜组件C(9)，压力表(10)，氨氮富集液出水蠕动泵(11)氨氮富集液出水管(12)；氨氮分离器(3)中原水经过进水蠕动泵进入氨氮分离器中，膜组件C(9)位于氨氮分离器内；膜组件C(9)由超滤膜或者微滤膜之一(31)、阳离子交换膜(30)、以及带有导流槽(33)和孔洞(34)的支撑板(32)组成，阳离子交换膜位于支撑板一侧、超滤膜或者微滤膜之一位于支撑板另一侧；膜组件C出水口(29)与氨氮富集液出水管(12)、压力表(10)和出水蠕动泵(11)依次相连，并受时间继电器(5)的控制；电极(7)放置在氨氮分离器(3)内，搅拌器(8)叶片位于膜组件C(9)旁；电极(7)的两极经导线(6)分别和电源(4)相连，电极阳极正对膜组件C(9)的阳离子交换膜，电极阴极正对超滤膜或微滤膜之一；
亚硝化反应器(16)包括亚硝化反应器进水管(14)，亚硝化进水蠕动泵(15)，曝气装置(17)，气体流量计(18)，气泵(19)，时间控制开关(20)；亚硝化反应器(16)中曝气装置(17)与气路管线、气体流量计(18)和气泵(19)依次相连；亚硝化出水管(22)与亚硝化出水蠕动泵(24)相连，亚硝化反应器(16)内的曝气头(17)位于反应器下部；
短程反硝化反应器(27)包括-氨氮分离器分离有机物出水管(21)，搅拌器(8)，反硝化亚硝化液进水管(25)、反硝化亚硝化液进水蠕动泵(26)，反硝化出水蠕动泵(28)。
2.应用如权利要求1所述装置进行氨氮富集、亚硝化、短程反硝化除氮的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)废水经进水泵增压后，经进水管以1-10mL/min流入氨氮分离器中；
2)氨氮分离器中膜组件C对废水中NH4 +富集及有机物分离：膜组件C(9)由阳离子交换膜(30)和超滤膜(31)组成，可以对废水中NH4 +和有机物分别进行富集和分离，搅拌使溶液混合均匀；膜组件C出水口(29)与氨氮富集出水管(12)、压力表(10)和出水蠕动泵(11)依次相连，并受时间继电器(5)的控制，打开出水蠕动泵(11)，调整流量为1-9ml/min；同时，将搅拌器(8)放入氨氮分离器(3)中并运行，其搅拌叶片位于膜组件C(9)旁，HRT为5h-2.5d；电极(7)的两极经导线(6)分别与电源(4)相连，并将阳极正对离子交换膜(30)，阴极正对超滤膜(31)，打开电源(4)，调整到电流为0.05-0.3A，并保持不变；出水蠕动泵(11)，在时间继电器(5)的控制下，出水为间歇性出水即出水蠕动泵抽停时间比为8分钟:1-5分钟，出水经氨氮富集出水管(12)到达氨氮富集液箱(13)中，当压力表(10)指示数值超过15kpa时，需对膜组件C(9)进行清洗；
3)SBR亚硝化反应：将氨氮富集液箱(13)中的废水经亚硝化进水管(14)由亚硝化进水蠕动泵(15)引入亚硝化反应器(16)中；亚硝化进水pH范围为7.5-8.2，亚硝化反应器中活性污泥MLSS为3000-3500mg/L，曝气头(17)设置在反应器底部，由气体流量计(18)，控制DO在0.4-1.5mg/L；通过时间控制器(20)使亚硝化反应器采用SBR方式运行，其中一个周期中进水0.5h，曝气反应4-8h，静置0.5-1h，排水0.5h；NH4 +在亚硝化活性污泥和曝气条件下，形成亚硝化液；
4)SBR短程反硝化反应器：将亚硝化液由反硝化进水管(25)经蠕动泵(23)、氨氮分离器分离出的有机物由出水管(21)经蠕动泵(26)送入反硝化反应器中，将二者流量按1-3比1的流量比进入短程反硝化反应器中进行反硝化短程，短程反硝化进水pH范围为7.0-7.8；反硝化反应器中活性污泥MLSS为3000-3500mg/L，通过时间控制器(20)使反硝化以SBR方式运行，其中短程反硝化反应器中进水0.5h，反应2-4h，静置0.5-1h，排水0.5h；反应器为封闭缺氧环境，在搅拌器(8)的搅拌下进行反硝化；进而完成有机物去除和脱氮；
5)出水：经过第4)步处理出水，由蠕动泵将出水排放。
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