CN106430576A - 一种高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应系统及方法。所述系统包括进水端、厌氧氨氧化反应区、膜生物反应区、出水端，污水经过进水端调节pH值后进入系统，流入厌氧氨氧化反应区，输送到厌氧氨氧化区的含氮污水与厌氧氨氧化污泥充分混合，污水中的氨氮、亚硝酸氮在厌氧氨氧化污泥的作用下转化为硝酸氮、氮气；然后在厌氧氨氧化区反应完全的污水和污泥混合物经循环泵进入膜生物反应区，经过膜组件后，通过出水端流出系统。本发明摒弃了传统厌氧氨氧化工艺重力分离而采用膜分离污泥，加快了厌氧氨氧化细菌的富集速率，快速启动厌氧氨氧化反应，提高脱氮效率的同时降低能源消耗，出水达标率高，解决了厌氧氨氧化工艺工程化的关键难题。

Description

一种高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应系统及方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体来说，涉及一种高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应系统及方法。
背景技术
污水处理生物脱氮工艺从20世纪60年代的硝化反硝化工艺为起点经过数十年的发展，逐步衍生出了多种形式的生物脱氮工艺，这些传统工艺在稳定可靠解决富营养化的同时，消耗了大量的能源和资源(碳源)。在强调污水处理资源化、能源化的今天，以厌氧氨氧化为核心的脱氮技术被业界普遍视为未来污水处理发展的一种重要技术，由此围绕着城市污水处理主流工艺的厌氧氨氧化技术正成为当前全球污水处理研发的焦点之一。
厌氧氨氧化工艺是一种生物脱氮技术，凭借其低供氧量、有机物需求量低、工艺容积效能高等因素被推崇为更为经济高效的生物脱氮技术。然而，厌氧氨氧化工艺在实际应用时存在厌氧污泥驯化培养时间长、富集难度大等问题，导致该技术工程推广进展缓慢。
目前，膜生物反应器因其污泥浓度高、生物处理负荷高、占地面积少等优点备受青睐。本发明采用厌氧氨氧化工艺与膜生物反应器相结合，实现厌氧污泥与水分子完全分离，不改变厌氧污泥的生物特性，并及时回收到体系中，避免污泥流失，缩短生物菌群的培养周期，与传统的厌氧氨氧化工艺相比，具有启动快，效率高、出水达标率高等特点，解决厌氧氨氧化工艺工程化的关键难题。
发明内容
一种高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应系统，包括进水端1、厌氧氨氧化反应区2、膜生物反应区8、出水端10，其中，污水经过进水端1调节pH值后进入系统，流入厌氧氨氧化反应区2，输送到厌氧氨氧化区的含氮污水与厌氧氨氧化污泥充分混合，污水中的氨氮、亚硝酸氮在厌氧氨氧化污泥的作用下转化为硝酸氮、氮气；然后在厌氧氨氧化区反应完全的污水和污泥混合物经循环泵进入膜生物反应区8，经过膜组件后，通过出水端10流出系统。
进一步的，所述系统还在厌氧氨氧化反应区2内设置温度控制器3和在线溶解氧仪4，用于使厌氧氨氧化反应区2运行时温度稳定在30～35℃。
进一步的，所述系统还包括第一循环泵5，用于为在厌氧氨氧化区2反应完全的污水和污泥混合物提供动力进入膜生物反应区；进一步的，所述系统还包括第二循环泵7，用于为经过膜生物反应区8处理的厌氧污泥和部分污水提供动力回流到厌氧氨氧化反应区2。
进一步的，所述系统还包括压力表6，位于监控膜生物反应区8进水口，用于监控膜生物反应区8进水口的压力；所述系统还包括阀门9，位于膜生物反应区8的出水口，通过调节出水口阀门9的大小将进水口的压力表6的示数控制在0.05～1MPa的范围内。
进一步的，所述系统还包括位于膜生物反应区8内的膜组件，膜组件内部存在水平通道和垂直通道，水平通道供厌氧污泥和部分污水快速通过经第二循环泵7回到厌氧反应区2，水平通道的材料是0.1～1um具有渗透性的膜材料，从水平通道渗透出的小分子物质经膜组件的垂直通道直接排出体系外。
一种高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应方法，向厌氧氨氧化反应区2内输入调节pH值后的含有氨氮、亚硝酸氮的进料污水，厌氧氨氧化反应区2内含经驯化的厌氧污泥，将污水中的氨氮和亚硝酸氮转化为硝酸氮和氮气，厌氧氨氧化反应区处理后的污水和污泥的混合物经过第一循环泵5输送进入后续的膜生物反应区8，混合物中的厌氧污泥被膜组件截留后经第二循环泵7回到厌氧反应区2，已达标的出水则经过膜组件的排水口被排出整套体系外。
进一步，在上述方法中，向厌氧氨氧化反应区2内输入调节pH值后的含有氨氮、亚硝酸氮的进料污水，所述pH值为7.5～8.0，与此同时开动循环泵给厌氧反应区提供1.5～3.0m/h的上升流速；经驯化后的厌氧氨氧化污泥在适宜的环境参数下带动厌氧氨氧化反应的稳定运行，保持温度30-35℃，水力停留时间HRT为0.3～0.9d，该过程持续两周左右，向厌氧反应连续进料。
进一步的，在上述方法中，向厌氧氨氧化反应区2内适当投加Fe、Co、Ni、Mg、Mo微量元素；厌氧氨氧化反应区2在运行时添加轻质环形填料，供污泥的生长提供附着点。
进一步的，在上述方法中，膜生物反应区8包括膜组件，膜组件中膜材料的孔径为0.1～1um，膜组件进水口装有压力表6，出水口装有阀门9，通过调节膜组件出水口阀门9的大小将膜组件进水口的压力表6的示数控制在0.05～1MPa范围内。
进一步的，在上述方法中，膜组件内部存在水平通道和垂直通道，水平通道供厌氧污泥和部分污水快速通过回到厌氧氨氧化反应区2，水平通道的材料是0.1～1um具有渗透性的膜材料，从水平通道渗透出的小分子物质经膜组件的垂直通道直接排出体系外。
本发明采用厌氧氨氧化工艺和膜生物反应器相结合的工艺，可以将经厌氧氨氧化区处理后的泥水混合物通过膜生物反应区的拦截作用将其有效分离，污泥能够及时回收到厌氧氨氧化反应器内。本发明所述工艺摒弃了传统厌氧氨氧化工艺重力分离而采用膜分离污泥，大大加快了厌氧氨氧化细菌的富集速率，快速启动厌氧氨氧化反应，提高脱氮效率的同时降低能源消耗，出水达标率高，解决了厌氧氨氧化工艺工程化的关键难题。
附图说明
图1是本发明实施例中高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应系统的结构示意图。
附图标记说明：
进水端-1、厌氧氨氧化反应区-2、温度控制器-3、在线溶解氧仪-4、第一循环泵-5、压力表-6、第二循环泵-7、膜生物反应区-8、阀门-9、出水端-10。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明所述的高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应系统及方法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。
高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应系统
图1是本发明实施例中高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应系统的结构示意图。如图1中所示，本实施例所披露的高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应系统主要包括进水端1、厌氧氨氧化反应区2、膜生物反应区8、出水端10。
污水经过进水端1调节pH值后进入系统，流入厌氧氨氧化反应区2，输送到厌氧氨氧化区的含氮污水与厌氧氨氧化污泥充分混合，污水中的氨氮、亚硝酸氮在厌氧氨氧化污泥的作用下转化为硝酸氮、氮气；然后在厌氧氨氧化区反应完全的污水和污泥混合物经循环泵进入膜生物反应区8，经过膜组件后，通过出水端10流出系统。
进一步的，该系统还可在厌氧氨氧化反应区2内设置温度控制器3和在线溶解氧仪4，用于使厌氧氨氧化反应区2运行时温度稳定在30～35℃。
进一步的，该系统还可包括第一循环泵5，用于为在厌氧氨氧化区2反应完全的污水和污泥混合物提供动力进入膜生物反应区。
进一步的，该系统还可包括压力表6，位于监控膜生物反应区8进水口，用于监控膜生物反应区8进水口的压力。
进一步的，该系统还可包括第二循环泵7，用于为经过膜生物反应区8处理的厌氧污泥和部分污水提供动力回流到厌氧氨氧化反应区2。
进一步的，该系统还可包括阀门9，位于膜生物反应区8的出水口，通过调节出水口阀门9的大小将进水口的压力表6的示数控制在0.05～1MPa的范围内。
进一步的，该系统还可包括位于膜生物反应区8内的膜组件，膜组件内部存在水平通道和垂直通道，水平通道供厌氧污泥和部分污水快速通过经第二循环泵7回到厌氧反应区2，水平通道的材料是0.1～1um具有渗透性的膜材料，从水平通道渗透出的小分子物质经膜组件的垂直通道直接排出体系外。
高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应方法
一种新型高效持久的厌氧脱氮工艺，是由厌氧氨氧化反应区2和膜生物反应区8的结合而成，厌氧氨氧化反应区2旨在将污水中的氨氮和亚硝酸氮转化为硝酸氮和氮气，膜生物反应区8则侧重于将厌氧污泥及时的回收到厌氧氨氧化区。厌氧氨氧化反应区处理后的污水和污泥的混合物经过第一循环泵5输送进入后续的膜生物反应区8，混合物中的厌氧污泥被膜组件截留后经污泥循环泵回到厌氧反应区2，已达标的出水则经过膜组件的排水口被排出整套体系外。
厌氧氨氧化反应区2的厌氧污泥是经驯化而来的：先将接种的污泥反复淘洗，去除上层漂浮物和下层大块沉积物，留下颗粒细小的污泥，最后将污泥转移至封闭遮光的厌氧反应器内；接着向厌氧反应器间歇进料，含有氨氮、亚硝酸氮的进料污水需调节pH在7.5～8.0，与此同时开动循环泵给厌氧反应区提供1.5～3.0m/h的上升流速，该过程持续两周左右，向厌氧反应连续进料，。
进一步的，污水成分适当投加Fe、Co、Ni、Mg、Mo等微量元素，定期检测出水中氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮的含量。
经驯化后的厌氧氨氧化污泥在适宜的环境参数下可以带动厌氧氨氧化反应的稳定运行，具体环境参数是:温度30-35℃，pH在7.5～8.0，水力停留时间HRT为0.3～0.9d、上升流速为1.5～3.0m/h。在此条件下，进水浓度分别为200ppm、260ppm的氨氮与亚硝酸氮的去除率都能达到90％，氮负荷率NLR最大为1.76KgN/(m3.d)。该工艺条件下的厌氧氨氧化反应抗冲击能力强，系统失稳后，经短期恢复即可稳定，比常规厌氧氨氧化反应所需时间缩短约40％。
进一步的，厌氧氨氧化反应区在运行时还可添加轻质环形填料，环形填料可供污泥的生长提供附着点，促进系统生物膜量的增加。
膜生物反应区8最主要的部分是膜组件，膜组件中膜材料的孔径0.1～1um，膜组件进水口装有压力表6，出水口装有阀门9，通过调节膜组件出水口阀门9的大小将膜组件进水口的压力表示数控制在0.05～1MPa范围内。
膜组件内部存在水平通道和垂直通道，水平通道供厌氧污泥和部分污水快速通过回到厌氧反应区，水平通道的材料是0.1～1um具有渗透性的膜材料，从水平通道渗透出的小分子物质经膜组件的垂直通道直接排出体系外。
本发明采用厌氧氨氧化工艺和膜生物反应器相结合的工艺，可以将经厌氧氨氧化区处理后的泥水混合物通过膜生物反应区的拦截作用将其有效分离，污泥能够及时回收到厌氧氨氧化反应器内。本发明所述工艺摒弃了传统厌氧氨氧化工艺重力分离而采用膜分离污泥，大大加快了厌氧氨氧化细菌的富集速率，快速启动厌氧氨氧化反应，提高脱氮效率的同时降低能源消耗，出水达标率高，解决了厌氧氨氧化工艺工程化的关键难题。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应系统，其特征在于，包括进水端、厌氧氨氧化反应区、膜生物反应区、出水端，其中，污水经过进水端调节pH值后进入系统，流入厌氧氨氧化反应区，输送到厌氧氨氧化区的含氮污水与厌氧氨氧化污泥充分混合，污水中的氨氮、亚硝酸氮在厌氧氨氧化污泥的作用下转化为硝酸氮、氮气；然后在厌氧氨氧化区反应完全的污水和污泥混合物经循环泵进入膜生物反应区，经过膜组件后，通过出水端流出系统。
2.根据权利要求1所述的高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应系统，其特征在于，所述系统在厌氧氨氧化反应区内设置温度控制器和在线溶解氧仪，使厌氧氨氧化反应区运行时温度稳定在30～35℃。
3.根据权利要求2所述的高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应系统，其特征在于，包括第一循环泵，用于为在厌氧氨氧化区反应完全的污水和污泥混合物提供动力进入膜生物反应区；还包括第二循环泵，用于为经过膜生物反应区处理的厌氧污泥和部分污水提供动力回流到厌氧氨氧化反应区。
4.根据权利要求3所述的高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应系统，其特征在于，还包括压力表，位于监控膜生物反应区的进水口，用于监控膜生物反应区进水口的压力；还包括阀门，位于膜生物反应区的出水口，通过调节出水口阀门的大小将进水口的压力表的示数控制在0.05～1MPa的范围内。
5.根据权利要求4所述的高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应系统，其特征在于，包括位于膜生物反应区内的膜组件，膜组件内部存在水平通道和垂直通道，水平通道供厌氧污泥和部分污水快速通过经第二循环泵回到厌氧氨氧化反应区，水平通道的材料是0.1～1um具有渗透性的膜材料，从水平通道渗透出的小分子物质经膜组件的垂直通道直接排出体系外。
6.一种高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应方法，其特征在于，向厌氧氨氧化反应区内输入调节pH值后的含有氨氮、亚硝酸氮的进料污水，厌氧氨氧化反应区内含经驯化的厌氧污泥，将污水中的氨氮和亚硝酸氮转化为硝酸氮和氮气，厌氧氨氧化反应区处理后的污水和污泥的混合物经过第一循环泵输送进入后续的膜生物反应区，混合物中的厌氧污泥被膜组件截留后经第二循环泵回到厌氧反应区，已达标的出水则经过膜组件的排水口被排出整套体系外。
7.根据权利要求6所述的高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应方法，其特征在于，向厌氧氨氧化反应区内输入调节pH值后的含有氨氮、亚硝酸氮的进料污水，所述pH值为7.5～8.0，与此同时开动循环泵给厌氧反应区提供1.5～3.0m/h的上升流速；经驯化后的厌氧氨氧化污泥在适宜的环境参数下带动厌氧氨氧化反应的稳定运行，保持温度30-35℃，水力停留时间HRT为0.3～0.9d，该过程持续两周左右，向厌氧反应连续进料。
8.根据权利要求7所述的高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应方法，其特征在于，向厌氧氨氧化反应区内适当投加Fe、Co、Ni、Mg、Mo微量元素；厌氧氨氧化反应区在运行时添加轻质环形填料，供污泥的生长提供附着点。
9.根据权利要求8所述的高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应方法，其特征在于，膜生物反应区包括膜组件，膜组件中膜材料的孔径为0.1～1um，膜组件进水口装有压力表，出水口装有阀门，通过调节膜组件出水口阀门的大小将膜组件进水口的压力表的示数控制在0.05～1MPa范围内。
10.根据权利要求9所述的高效脱氮的厌氧氨氧化膜生物反应方法，其特征在于，膜组件内部存在水平通道和垂直通道，水平通道供厌氧污泥和部分污水快速通过回到厌氧氨氧化反应区，水平通道的材料是0.1～1um具有渗透性的膜材料，从水平通道渗透出的小分子物质经膜组件的垂直通道直接排出体系外。
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