CN117985853A - 一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器及其处理污水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及厌氧消化和离子交换技术领域，特别是涉及一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器及其处理污水的方法，包括中间反应器、侧反应器一和侧反应器二，侧反应器一和侧反应器二对称设置在中间反应器的两侧，中间反应器与侧反应器一的连接处、中间反应器与侧反应器二的连接处均设有离子交换膜组件，中间反应器内设有与出水管路连接的中空纤维膜组件，中间反应器的外侧还设有控温加热套。本发明采用上述技术方案，解决了AnMBR工艺对氨氮的去除效果不佳，无法将COD和氨氮处理污水至排放标准的问题。
Description
技术领域
本发明涉及厌氧消化和离子交换技术领域，特别是涉及一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器及其处理污水的方法。
背景技术
我国市政污水体量大，含有大量可生物转化有机物，目前污水处理厂可对污水污泥进行减量化和无害化处理，但难以平衡能量消耗和回收。厌氧膜生物反应器（AnMBR）不仅无需额外的空气，减少了能源的消耗，还可实现水力停留时间和污泥龄的完全分离，具有高效的化学需氧量去除效率和产甲烷性能，拥有广阔的发展前景。然而，AnMBR对氨氮的去除效率不佳，成为现阶段制约厌氧膜生物技术发展的困难之一。
并且随着环保形势越来越严，对于总氮的处理标准也越来越严，常规的处理技术已经无法满足处理要求。离子交换技术对于中低浓度氨氮的深度去除以及高浓度氨氮的浓缩回收利用方面具有极佳的效果和极大的优势。
离子交换膜是一种含离子基团、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。离子交换法氨氮去除工艺，是通过选用对铵根离子具有强选择性的离子交换树脂，将废水中的氨氮组分降低至极低水平，直接完成氨氮达标处理。但将离子交换法与厌氧膜生物相结合的技术鲜有报道，因此，有必要提供一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器。
发明内容
本发明的目的是提供一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器及其处理污水的方法，解决了AnMBR工艺对氨氮的去除效果不佳，无法将COD和氨氮处理污水至排放标准的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器，包括中间反应器、侧反应器一和侧反应器二，侧反应器一和侧反应器二对称设置在中间反应器的两侧，中间反应器与侧反应器一的连接处、中间反应器与侧反应器二的连接处均设有离子交换膜组件，中间反应器内设有与出水管路连接的中空纤维膜组件，中间反应器的外侧还设有控温加热套。
优选的，中间反应器与侧反应器一、中间反应器与侧反应器二均通过法兰组件连接，离子交换膜组件设置在法兰组件的中间。
优选的，离子交换膜组件包括选择性阳离子交换膜，中空纤维膜组件包括若干个管状聚四氟乙烯中空纤维膜。
优选的，中间反应器的盖体上设有进水管路、出水管路、取样管路和集气管路；
进水管路上依次连接有进水池、第一蠕动泵和第一阀门；
出水管路延伸至中间反应器内部的一端与中空纤维膜组件连接，出水管路延伸至中间反应器外部的一端依次连接有第二阀门、第二蠕动泵和净水储存装置；
取样管路上连接有第三阀门，集气管路上依次连接有第四阀门和气袋。
优选的，侧反应器一的盖体上连接有第一换水管路，第一换水管路上依次连接有第五阀门和第三蠕动泵。
优选的，侧反应器二的盖体上连接有第二换水管路，第二换水管路上依次连接有第六阀门和第四蠕动泵。
优选的，中间反应器、侧反应器一和侧反应器二的底部均设有磁力搅拌器。
使用上述一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器处理污水的方法，包括以下步骤，
S1首先向中间反应器中加入厌氧污泥与水的混合液，向侧反应器一和侧反应器二内加入NaCl溶液；
S2关闭第一阀门和第二阀门，打开第三阀门和第四阀门，将气袋取下，将取样管路与氮气罐的出气管连接，曝气15分钟，曝气结束时，将气袋与集气管路连接，依次关闭第四阀门和第三阀门，最后将气袋取出排尽氮气后重新与集气管路连接，打开第四阀门；
S3开启磁力搅拌器对中间反应器、侧反应器一和侧反应器二进行磁力搅拌，开启控温加热套，控制中间反应器内部的温度为28-32℃；
S4开启第一蠕动泵和第一阀门，将进水池内待处理的废水通过第一蠕动泵打入中间反应器内，进行厌氧发酵，同时通过侧反应器一和侧反应器二进行离子交换；
S5打开第二蠕动泵和第二阀门，中间反应器中的废水在第二蠕动泵的作用下通过中空纤维膜组件被抽出，进入净水储存装置内进行收集检测，中间反应器中的厌氧污泥进行厌氧消化会产生氢、甲烷、二氧化碳和硫化氢气体，通过集气管路进入气袋进行收集检测。
优选的，S1中厌氧污泥与水的混合液中厌氧污泥的浓度为3000mg/L，NaCl溶液的浓度为0.1mol/L。
本发明的有益效果：
本发明通过将离子交换技术与厌氧膜生物反应器进行耦合，既能发挥AnMBR高效处理COD的优势，又能通过离子交换技术弥补对氨氮处理效果的不足，解决了AnMBR对氨氮的处理效果不佳，无法将COD和氨氮处理污水至排放标准的问题。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器的示意图。
附图标记：
1、中间反应器；2、侧反应器一；3、侧反应器二；4、法兰组件；5、离子交换膜组件；6、中空纤维膜组件；7、控温加热套；8、进水管路；9、出水管路；10、取样管路；11、集气管路；12、进水池；13、第一蠕动泵；14、第一阀门；15、第二阀门；16、第二蠕动泵；17、净水储存装置；18、第三阀门；19、第四阀门；20、气袋；21、第一换水管路；22、第五阀门；23、第三蠕动泵；24、第二换水管路；25、第六阀门；26、第四蠕动泵；27、磁力搅拌器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进一步描述。除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明提到的上述特征或具体实例提到的特征可以任意组合，这些具体实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
图1是本发明一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器的示意图，如图所示，本发明提供了一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器，包括中间反应器1、侧反应器一2和侧反应器二3，侧反应器一2和侧反应器二3对称设置在中间反应器1的两侧，中间反应器1与侧反应器一2、中间反应器1与侧反应器二3均通过法兰组件4连接，离子交换膜组件5设置在法兰组件4的中间，并通过法兰组件4固定牢固，离子交换膜组件5所用的离子交换膜为选择性阳离子交换膜。使用时，在中间反应器1内加入厌氧污泥为污水处理提供厌氧微生物，在侧反应器一2和侧反应器二3中加入氯化钠溶液，让两侧的Na+与中间反应器1的NH4 +离子进行离子交换从而去除中间反应器1中的氨氮，提高氨氮的处理效果。
中间反应器1内设有与出水管路9连接的中空纤维膜组件6，中空纤维膜组件6包括若干个管状聚四氟乙烯中空纤维膜，设置中空纤维膜组件6的目的是对泥水进行分离，使出水中的SS及浊度接近于零，并且使中间反应器1拥有独立的水力停留时间，有利于中间反应器1中厌氧微生物对COD的有效去除。
中间反应器1的外侧还设有控温加热套7，可将中间反应器1内部的温度控制在合适的范围，为厌氧污泥的厌氧发酵提供良好的环境。中间反应器1的盖体上设有进水管路8、出水管路9、取样管路10和集气管路11，进水管路8上依次连接有进水池12、第一蠕动泵13和第一阀门14，进水池12用于储存待处理的废水，第一蠕动泵13用于将进水池12中的废水抽取到中间反应器1内。
出水管路9延伸至中间反应器1内部的一端与中空纤维膜组件6连接，出水管路9延伸至中间反应器1外部的一端依次连接有第二阀门15、第二蠕动泵16和净水储存装置17，第二蠕动泵16用于抽取中间反应器1内处理后的水，净水储存装置17用于存放处理后的水。取样管路10与第三阀门18连接，取样管路10的设置方便对中间反应器1内的水样进行取样检测，从而便于监测中间反应器1内的污水是否净化到可以排放的标准。集气管路11上依次连接有第四阀门19和气袋20，气袋20通过集气管路11收集中间反应器1中厌氧发酵产生的气体，从而便于检测中间反应器1中的COD转换成甲烷的效率，用于表征厌氧膜生物反应器的资源回收利用效率。
侧反应器一2的盖体上连接有第一换水管路21，第一换水管路21上依次连接有第五阀门22和第三蠕动泵23。侧反应器二3的盖体上连接有第二换水管路24，第二换水管路24上依次连接有第六阀门25和第四蠕动泵26，由于离子交换过程会消耗侧反应器一2和侧反应器二3内部的Na+，为了达到更好的去除效果，可通过第一换水管路21和第二换水管路24更换侧反应器一2和侧反应器二3内的NaCl溶液，提高污水的处理效果。
中间反应器1、侧反应器一2和侧反应器二3的底部均设有磁力搅拌器27，对中间反应器1、侧反应器一2和侧反应器二3内进行磁力搅拌，使中间反应器1中的厌氧微生物、侧反应器一2和侧反应器二3中的NaCl溶液能够得到更好地混合，提高厌氧微生物对COD和离子交换对氨氮的处理效果。
本发明提供的中间反应器1为厌氧膜生物反应器，中间反应器1通过离子交换膜与两侧的侧反应器一2和侧反应器二3连接，即将离子交换技术与厌氧膜生物反应器进行耦合，既能发挥AnMBR高效处理COD的优势，又能通过离子交换技术弥补对氨氮处理效果的不足。
实施例2
使用实施例1提供的一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器处理污水的方法，包括以下步骤，
S1首先向中间反应器1中加入有效体积为1L的厌氧污泥与水的混合液，混合液中污泥的浓度为3000mg/L，向侧反应器一2和侧反应器二3内加入浓度为0.1mol/L的NaCl溶液；
S2反应器工作前的准备：关闭第一阀门14和第二阀门15，打开第三阀门18和第四阀门19，将气袋20取下，将取样管路10与氮气罐的出气管连接，曝气15分钟，曝气结束时，将气袋20与集气管路11连接，依次关闭第四阀门19和第三阀门18，最后将气袋20取出排尽氮气后重新与集气管路11连接，打开第四阀门19；目的是为中间反应器1内的微生物提供一个严格的厌氧环境。
S3反应器工作过程中：开启磁力搅拌器27对中间反应器1、侧反应器一2和侧反应器二3进行磁力搅拌，目的是为了使中间反应器1中的厌氧微生物、侧反应器一2和侧反应器二3中的NaCl溶液能够得到更好地混合，提高厌氧微生物对COD和离子交换对氨氮的处理效果。开启控温加热套7，控制中间反应器1内部的温度为28-32℃；厌氧污泥最适温度为28-32℃，故通过将控温加热套7的温度调至35℃，可保证中间反应器1中的温度为32℃，为厌氧微生物的富集提供一个良好的温度环境。
S4开启第一蠕动泵13和第一阀门14，将进水池12内待处理的废水通过第一蠕动泵13打入中间反应器1内，进行厌氧发酵，同时通过侧反应器一2和侧反应器二3进行离子交换；
S5打开第二蠕动泵16和第二阀门15，中间反应器1中的废水在第二蠕动泵16的作用下通过中空纤维膜组件6被抽出，进入净水储存装置17内进行收集检测。
由于中间反应器1中的中空纤维膜组件6在工作工程中会出现膜污染增大的问题，导致在出相同水量时所需的跨膜压差增大，为保证固定的水力停留时间和容积负荷，需要对第二蠕动泵16的泵速进行调整，以保证进出水量一致，当增大第二蠕动泵16的泵速也无法保证出水量时，表示中空纤维膜组件6的膜污染严重，已无法继续处理污水，需打开中间反应器1的盖体，更换中空纤维膜组件6，再重新曝气后进行污水处理。
中间反应器1中的厌氧污泥进行厌氧消化会产生氢气、甲烷、二氧化碳和硫化氢气体，通过集气管路11进入气袋20进行收集检测。目的是检测中间反应器1中的COD转换成甲烷的效率，用于表征厌氧膜生物反应器的资源回收利用效率。
中间反应器1中的厌氧污泥在进行厌氧发酵时会产生酸性物质，如乙酸，丙酸等，这会导致中间反应器1中的pH逐渐降低。然而，厌氧微生物的最适pH为6.8-7.2，所以有必要对中间反应器1的pH进行取样检测并及时调节。取样时，先将针筒连入取样管路10，然后打开第三阀门18，用针筒抽取出污泥样品后，再关闭第三阀门18，最后拔出针筒。当pH在污泥进行厌氧发酵产酸的情况下呈酸性时，用针筒通过取样管路10注入碳酸钠缓冲溶液进行调节。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器，其特征在于：包括中间反应器、侧反应器一和侧反应器二，侧反应器一和侧反应器二对称设置在中间反应器的两侧，中间反应器与侧反应器一的连接处、中间反应器与侧反应器二的连接处均设有离子交换膜组件，中间反应器内设有与出水管路连接的中空纤维膜组件，中空纤维膜组件包括若干个管状聚四氟乙烯中空纤维膜，中间反应器的外侧还设有控温加热套；
中间反应器的盖体上设有进水管路、出水管路、取样管路和集气管路；
进水管路上依次连接有进水池、第一蠕动泵和第一阀门；
出水管路延伸至中间反应器内部的一端与中空纤维膜组件连接，出水管路延伸至中间反应器外部的一端依次连接有第二阀门、第二蠕动泵和净水储存装置；
取样管路上连接有第三阀门，集气管路上依次连接有第四阀门和气袋。
2.根据权利要求1所述的一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器，其特征在于：中间反应器与侧反应器一、中间反应器与侧反应器二均通过法兰组件连接，离子交换膜组件设置在法兰组件的中间。
3.根据权利要求2所述的一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器，其特征在于：离子交换膜组件包括选择性阳离子交换膜。
4.根据权利要求3所述的一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器，其特征在于：侧反应器一的盖体上连接有第一换水管路，第一换水管路上依次连接有第五阀门和第三蠕动泵。
5.根据权利要求4所述的一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器，其特征在于：侧反应器二的盖体上连接有第二换水管路，第二换水管路上依次连接有第六阀门和第四蠕动泵。
6.根据权利要求5所述的一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器，其特征在于：中间反应器、侧反应器一和侧反应器二的底部均设有磁力搅拌器。
7.使用如权利要求6所述的一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器处理污水的方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1首先向中间反应器中加入厌氧污泥与水的混合液，向侧反应器一和侧反应器二内加入NaCl溶液；
S2关闭第一阀门和第二阀门，打开第三阀门和第四阀门，将气袋取下，将取样管路与氮气罐的出气管连接，曝气15分钟，曝气结束时，将气袋与集气管路连接，依次关闭第四阀门和第三阀门，最后将气袋取出排尽氮气后重新与集气管路连接，打开第四阀门；
S3开启磁力搅拌器对中间反应器、侧反应器一和侧反应器二进行磁力搅拌，开启控温加热套，控制中间反应器内部的温度为28-32℃；
S4开启第一蠕动泵和第一阀门，将进水池内待处理的废水通过第一蠕动泵打入中间反应器内，进行厌氧发酵，同时通过侧反应器一和侧反应器二进行离子交换；
S5打开第二蠕动泵和第二阀门，中间反应器中的废水在第二蠕动泵的作用下通过中空纤维膜组件被抽出，进入净水储存装置内进行收集检测，中间反应器中的厌氧污泥进行厌氧消化会产生氢、甲烷、二氧化碳和硫化氢气体，通过集气管路进入气袋进行收集检测。
8.根据权利要求7所述的一种厌氧膜生物与离子交换耦合的新型反应器处理污水的方法，其特征在于：S1中厌氧污泥与水的混合液中厌氧污泥的浓度为3000mg/L，NaCl溶液的浓度为0.1mol/L。
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