CN110372091A - 一种厌氧膜生物反应器耦合厌氧氨氧化系统及城市污水处理工艺 - Google Patents

一种厌氧膜生物反应器耦合厌氧氨氧化系统及城市污水处理工艺 Download PDF

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Abstract

一种厌氧膜生物反应器耦合厌氧氨氧化系统及城市污水处理工艺，包括厌氧膜生物反应器、部分亚硝化反应器和厌氧氨氧化反应器，厌氧膜生物反应器和部分亚硝化装置之间设置有第一调节池，部分亚硝化装置和厌氧氨氧化反应器之间设置有第二调节池，厌氧膜生物反应器出水端连接第一调节池，第一调节池液体输出端连接部分亚硝化装置进水端，部分亚硝化装置出水端连接第二调节池，第二调节出水端连接厌氧氨氧化反应器进水端。本发明通过厌氧膜生物反应器实现有机物的去除，并回收产生的甲烷气体作为能源，接着通过厌氧氨氧化自养脱氮实现污水中氮素的有效去除，是一种及具发展前景的城市污水新型处理工艺。

Description

一种厌氧膜生物反应器耦合厌氧氨氧化系统及城市污水处理 工艺
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，特别涉及一种基于厌氧膜生物反应器耦合厌氧氨氧化系统及城市污水处理工艺。
背景技术
自21世纪以来，能源危机已经在全世界范围内蔓延，世界各国都提出了一系列对策，我国也明确提出了建设资源/能源节约型社会。工业作为传统的耗能大户，对于推动资源/能源节约型社会建设具有重要的推动作用。传统的活性污泥法处理城市污水需要大量的曝气来实现有机物及氮的去除，被公认为是一个高耗能过程，并且会产生大量的温室气体CO2。由于城市污水的巨大的产生量，如何实现其中的资源能源回收、降低处理能耗成为目前污水处理领域的一个热点问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于厌氧膜生物反应器耦合厌氧氨氧化系统及城市污水处理工艺，通过厌氧膜生物反应器实现有机物的去除，并回收产生的甲烷气体作为能源，接着通过厌氧氨氧化工艺实现污水自养脱氮。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种厌氧膜生物反应器耦合厌氧氨氧化系统，包括厌氧膜生物反应器1、部分亚硝化装置2和厌氧氨氧化反应器3，所述的厌氧膜生物反应器1和部分亚硝化装置2之间安装有第一调节池4，所述的部分亚硝化装置2和厌氧氨氧化应器3之间安装有第二调节池5，厌氧膜生物反应器1出水端连接第一调节池4进水端，第一调节池4出水端连接部分亚硝化装置2液体进水端，部分亚硝化装置2出水端连接第二调节池5进水端，第二调节池5出水端连接上流式厌氧污泥床反应器3液体进水端。
所述的连接处分别设置有蠕动泵，厌氧膜生物反应器1与第一调节池4之间设置有膜压计，厌氧膜生物反应器1上下端分别通过管道连通，管道上设置有气体循环泵，所述的厌氧膜生物反应器1上端安装有气体流量计，所述的厌氧膜生物反应器1上端安装有污水进水端。
所述部分亚硝化装置2采用序批式反应器运行方式，间歇进出水，一个周期6min，水力停留时间为1.0h。
所述厌氧氨氧化反应器3的水力停留时间为3.0h，采用连续进出水，出水方式为溢流式。
所述的厌氧膜生物反应器1的内部安装膜材质为聚偏氟乙烯(PVDF)材质平板膜组件，有效膜面积0.36m2，膜孔径0.2μm。
所述的厌氧膜生物反应器1采用间歇进出水，一个周期3min，水力停留时间为7.2h，采用5L/min的生物气体回流冲刷来控制膜污染。
所述系统的运行温度为25±1℃，采用恒温装置进行温度控制。
一种基于厌氧膜生物反应器耦合厌氧氨氧化系统及城市污水处理工艺，包括以下步骤；
第一步：分别启动厌氧膜生物反应器1，部分亚硝化装置2和上流式厌氧污泥床反应器3，使得厌氧膜生物反应器1的HRT为7.2h，部分亚硝化装置2和上流式厌氧污泥床反应器3的HRT分别为1和3.0h；
第二步：将厌氧膜生物反应器1的出水接至调节池1作为上流式厌氧污泥床反应器3的进水，并适当增加曝气流量，确保部分亚硝化装置2的溶解氧与之前保持一致；
第三步：测定系统不同反应装置中的COD及氮含量及形态转化，并通过调节溶解氧的方式增强系统的COD及TN去除效率。
所述工艺的进水采用人工配置的污水，总化学需氧量(TCOD)为450±50mg/L,总氮(TN)浓度为50±5mg/L，总磷(TP)浓度为5±1mg/L。
本发明的有益效果：
(1)超过96％的TCOD去除效率和78±5％的TN去除效率，系统出水COD浓度、氨氮浓度、TN浓度能够满足更加严苛的水质标准。
(2)系统去除的TCOD中有超过83％转化为清洁的生物能源CH4，实现了高效的能源回收。
附图说明
图1系统流程示意图。
图2反应器COD去除效率以及气体产量。
图3反应器三氮组成。
图4COD平衡图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
(1)本工艺包含一个有效体积为6.0L(总体积10.0L)的厌氧膜生物反应器1(Anaerobic membrane bioreactors,AnMBR)，一个有效体积为1.0L(总体积1.3L)的部分亚硝化装置2(PN)以及运行体积为2.3L(总体积3L)的上流式厌氧氨氧化反应器3(UASB)，厌氧膜生物反应器1与亚硝化装置间、部分亚硝化装置2与氧氨氧化反应器3间各设一个调节水池，有效容积均为0.5L。
AnMBR反应器为间歇进出水，一个周期3min，水力停留时间为7.2h，采用5L/min的生物气体回流冲刷来控制膜污染。AnMBR中安装有聚偏氟乙烯(PVDF)材质平板膜组件，有效膜面积0.36m2，膜孔径0.2μm。PN和氧氨氧化反应器为脱氮和有机物进一步去除单元。PN采用序批式反应器运行方式，间歇进出水，一个周期6min，水力停留时间为1.0h。氧氨氧化反应器用于发生Anammox过程，水力停留时间为3.0h，采用连续进出水，出水方式为溢流式。整套系统运行温度为25±1℃，采用恒温水浴装置进行温度控制。
(2)反应系统进水采用人工配置的污水，总化学需氧量(TCOD)为450±50mg/L,总氮(TN)浓度为50±5mg/L，总磷(TP)浓度为5±1mg/L，对进出水水质进行监测分析。
表1.人工配置的污水
(3)COD分析采用快速消解法测定，总氮(TN)的测定采用碱性过硫酸钾法，氨氮(NH4+-N)采用纳氏试剂法，亚硝氮(NO2--N)采用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法，硝氮(NO3--N)采用紫外分光光度法。AnMBR产生的生物气体通过气体流量计来测定气体的总产量，气体中所含成分(CH4、N2、H2以及CO2)采用气相色谱(GC7900；Tianmei，中国)分析其比例。
通过以上发明实施例实现了(1)超过96％的TCOD去除效率和78±5％的TN去除效率，系统出水COD浓度、氨氮浓度、TN浓度能够满足更加严苛的水质标准。(2)此外，系统去除的TCOD中有超过83％转化为清洁的生物能源CH4，实现了高效的能源回收。

Claims (9)

1.一种基于厌氧膜生物反应器的耦合厌氧氨氧化系统，其特征在于，包括厌氧膜生物反应器(1)、部分亚硝化装置(2)厌氧氨氧化反应器(3)，所述的厌氧膜生物反应器(1)和部分亚硝化装置(2)之间安装有第一调节池(4)，所述的部分亚硝化装置(2)和厌氧氨氧化反应器(3)之间安装有第二调节池(5)，厌氧膜生物反应器(1)出水端连接第一调节池(4)进水端，第一调节池(4)出水端连接部分亚硝化装置(2)进水端，部分亚硝化装置(2)出水端连接第二调节池(5)进水端，第二调节池(5)出水端连接厌氧氨氧化反应器(3)进水。
2.根据权利要求1所述的一种基于厌氧膜生物反应器的耦合厌氧氨氧化系统，其特征在于，所述的连接处分别设置有蠕动泵，厌氧膜生物反应器(1)与第一调节池(4)之间设置有膜压计，厌氧膜生物反应器(1)上下端分别通过管道连通，管道上设置有气体循环泵，所述的厌氧膜生物反应器(1)上端安装有气体流量计，所述的厌氧膜生物反应器(1)上端安装有污水进水端。
3.根据权利要求1所述的一种基于厌氧膜生物反应器的耦合厌氧氨氧化系统，其特征在于，所述部分亚硝化装置(2)采用序批式反应器运行方式，间歇进出水，一个周期6min，水力停留时间为1.0h。
4.根据权利要求1所述的一种基于厌氧膜生物反应器的耦合厌氧氨氧化系统，其特征在于，所述氧氨氧化反应器(3)的水力停留时间为3.0h，采用连续进出水，出水方式为溢流式。
5.根据权利要求1所述的一种基于厌氧膜生物反应器的耦合厌氧氨氧化系统，其特征在于，所述的厌氧膜生物应器(3)的内部膜材质为聚偏氟乙烯材质平板膜组件，所述的厌氧膜生物反应器(3)有效膜面积0.36m2，膜孔径0.2μm。
6.根据权利要求1所述的一种基于厌氧膜生物反应器的耦合厌氧氨氧化系统，其特征在于，所述的厌氧膜生物反应器(3)进料方式为间歇进出水，一个周期3min，水力停留时间为7.2h，采用5L/min的生物气体回流冲刷来控制膜污染。
7.根据权利要求1所述的一种基于厌氧膜生物反应器的耦合厌氧氨氧化系统，其特征在于，所述系统的运行温度为25±1℃，采用恒温装置进行温度控制。
8.一种基于厌氧膜生物反应器的耦合厌氧氨氧化系统及城市污水处理工艺，其特征在于，包括以下步骤；
第一步：分别启动厌氧膜生物反应器(1)和部分亚硝化(2)厌氧氨氧化反应器(3)，使得厌氧膜生物反应器(1)的HRT为7.2h，PN(2)+厌氧氨氧化(3)的HRT为4.0h；
第二步：将厌氧膜生物反应器(1)的出水接至调节池(1)作为PN反应器(3)的进水，并适当增加曝气流量，确保部分亚硝化装置(2)的溶解氧与之前保持一致；
第三步：测定系统不同反应装置中的COD及氮含量及形态转化，并通过调节溶解氧的方式增强系统的COD及TN去除效率。
9.根据权利要求8所述的一种基于厌氧膜生物反应器的耦合厌氧氨氧化系统及城市污水处理工艺，其特征在于：所述工艺的进水采用人工配置的污水，总化学需氧量(TCOD)为450±50mg/L,总氮(TN)浓度为50±5mg/L，总磷(TP)浓度为5±1mg/L。
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