CN203333444U

CN203333444U - 一种氮富集及去除组合系统

Info

Publication number: CN203333444U
Application number: CN2013203892675U
Authority: CN
Inventors: 张岩; 刘焕光; 张中; 朱敏; 陈敬; 甘志明; 孙凤侠; 史扬; 谢杭冀
Original assignee: ZHENJIANG QINGSHUI ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Beijing Beihua Zhongqing Environmental Engineering Technology Co ltd
Priority date: 2013-06-30
Filing date: 2013-06-30
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2023-06-30

Abstract

一种氮富集及去除组合系统属于污水处理技术领域。该装置包括敞口的氨氮分离器、硝化反应器、硝氮分离器和反硝化反应器，膜组件A，膜组件C，曝气头，气泵，气体流量计，气路管线，出水蠕动泵，压力表，进水泵，进水管，氨氮富集出水管，硝氮富集出水管，分离有机物出水管，电极，电源，导线，时间继电器，硝化液管，污泥回流管，污泥回流泵，搅拌器；曝气头放置在硝化反应器和硝氮分离器中；电极放置在氨氮分离器和硝氮分离器中；搅拌器放置在氨氮分离器和反硝化反应器中；膜组件C位于氨氮分离器内；膜组件A位于硝氮分离器内。该装置具有较好的去除有机物和脱氮功能，该装置能有效降低膜组件膜污染，可以减少膜反冲洗，降低运行费用。

Description

一种氮富集及去除组合系统

技术领域

本实用新型属于污水处理技术领域，尤其涉及一种氮富集及去除组合系统。

背景技术

C/N是硝化反硝化过程的重要影响因素。理论上，反硝化过程中化学计量上所需的C/N为2.86（COD/NO3--N），然而据报导硝化/反硝化系统中实际所需C/N远远大于2.86，常在7甚至11以上。而另一方面，虽然硝化细菌利用无机碳源作为电子供体，但是由于硝化细菌和异氧微生物之间的竞争作用，硝化作用在较低C/N下更稳定。因此如何控制硝化过程、反硝化过程的C/N值在适宜的范围，优化硝化菌、反硝化菌菌群在硝化反硝化过程中的功能作用，对于有效提高硝化反硝化脱氮效果非常重要。

目前，在处理生活污水的过程中，实际运行的硝化/反硝化工艺及其变型工艺（如氧化沟工艺、SBR工艺、BAF工艺等），常因碳源不足投加有机碳源（如甲醇、乙醇等）或开发新碳源，以提高C/N值达到反硝化效果；而在硝化区却常出现由于硝化细菌和异氧微生物之间的竞争作用使硝化效果不佳。因此，如何解决硝化过程、反硝化过程对C/N的需求矛盾，研制新型高效脱氮方法以提高低碳氮比污水的脱氮效果，降低运行费用成为目前研究的热点问题之一。

申请人在进行生物脱氮研究时发现，如果将氨化阶段中的NH4+和有机物分别进行富集和分离，将分离富集NH4+进行硝化，将硝化产物NO3-进行富集并转移至反硝化反应装置与之前分离的有机物进行反硝化脱氮，不仅可以有效地降低硝化反应器中异养微生物与硝化细菌的竞争，提高硝化效率，而且有效地利用有机物进行反硝化脱氮。为低C/N污水的硝化、反硝化脱氮提供了一条新的途径。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有处理低C/N比废水处理方法的不足，提供一种氮富集及去除组合系统，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；同时，能有效降低膜组件膜污染，可以减少膜反冲洗，降低运行费用。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种氮富集及去除组合系统，其特征在于：该装置包括敞口的氨氮分离器、硝化反应器、硝氮分离器和反硝化反应器，膜组件A，膜组件C，曝气头，气泵，气体流量计，气路管线，出水蠕动泵，压力表，进水泵，进水管，氨氮富集出水管，硝氮富集出水管，分离有机物出水管，电极，电源，导线，时间继电器，硝化液管，污泥回流管，污泥回流泵，搅拌器；曝气头放置在硝化反应器和硝氮分离器中；电极放置在氨氮分离器和硝氮分离器中；搅拌器放置在氨氮分离器和反硝化反应器中；膜组件C位于氨氮分离器内；膜组件A位于硝氮分离器内；硝化反应器和硝氮分离器连在一起，组成一个整体；膜组件C出水口与氨氮富集出水管、压力表和出水蠕动泵依次相连，并受时间继电器的控制；膜组件A出水口与硝氮富集出水管、压力表和出水蠕动泵依次相连，并受时间继电器的控制；曝气头与气路管线、气体流量计和气泵依次相连；硝氮分离器内的曝气头位于膜组件A下部；氨氮分离器内的搅拌器叶片位于膜组件C下部；电极的两极经导线分别和电源相连，两极放在膜组件A、C两侧；进水泵接进水管，进水管末端位于氨氮分离器内，且靠近氨氮分离器底部；氨氮富集出水管末端位于硝化反应器内，且靠近硝化反应器底部；硝氮富集出水管和分离有机物出水管分别接到反硝化反应器的底部；污泥回流泵接污泥回流管，污泥回流管两端分别接硝化反应器底部和硝氮分离器底部；硝化液管位于硝化反应器和硝氮分离器共有器壁上部；膜组件A由阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜之一、和带有导流槽和孔洞的支撑板组成，阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜之一分别位于支撑板两侧；膜组件C由阳离子交换膜、超滤膜或者微滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成，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。

所述的一种氮富集及去除组合系统，其特征在于：所述的电极采用板状或者圆柱状石墨电极。

利用上述装置进行氮富集及去除的方法，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，经进水管以流量为1-10 ml/min流入氨氮分离器中；

（2）膜组件C对废水中NH₄ ⁺富集及对有机物分离：氨氮分离器中设置有膜组件C和搅拌器，膜组件C由阳离子交换膜和超滤膜组成，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出水口与氨氮富集出水管、压力表和出水蠕动泵依次相连，并受时间继电器的控制，打开出水蠕动泵，调整流量为1-9 ml/min；同时，将搅拌器放入氨氮分离器中并运行，其搅拌叶片位于膜组件C下部，HRT为5h-2.5d；电极的两极经导线分别与电源相连，并将阳极正对阳离子交换膜，阴极正对超滤膜，打开电源，调整到电流为0.05-0.3A，并保持不变；出水蠕动泵，在时间继电器的控制下，出水为间歇性型出水即出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:1-5分钟，出水经氨氮富集出水管到达硝化反应器中，当压力表指示数值超过15kpa时，需对膜组件C进行清洗；

（3）好氧硝化反应：将富集到的氨氮经出水管的废水引入硝化反应器中，该反应器中设置有MLSS为3000-3500mg/L的好氧活性污泥和曝气头，调整气体流量计，控制DO在2-3mg/L，HRT为5h-4.17d，NH₄ ⁺在好氧活性污泥和曝气条件下转化为NO₃ ^-，形成硝化液；

（4）好氧污泥沉降：硝化液经硝化液管进入硝氮分离器中，在此进行泥水分离，打开污泥回流泵，调整流量为1-5 ml/min，沉降污泥经污泥回流管回流至硝化反应器中；

（5）膜组件A对废水中NO₃ ^-富集：硝氮分离器中上清液区设置有膜组件A和曝气头，膜组件A由阴离子交换膜和超滤膜组成，可以对废水中NO₃ ^-进行富集，曝气可以使搅拌溶液和减少膜污染；膜组件A出水口与硝氮富集出水管、压力表和出水蠕动泵依次相连，并受时间继电器的控制，打开出水蠕动泵，调整流量为1-9ml/min，经硝氮富集出水管进行出水。同时，将曝气头放入硝氮分离器中膜组件A下部进行曝气，调整气体流量计，控制DO在0.5-0.7mg/L，HRT为5h-4.17d；电极的两极经导线分别与电源相连，并将阳极正对超滤膜，阴极正对阴离子交换膜，打开电源，调整到电流为0.05-0.3A，并保持不变；出水蠕动泵，在时间继电器的控制下，出水为间歇性型出水即出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:1-5分钟，且与膜组件C同步间歇出水；出水经硝氮富集出水管到达反硝化反应器中，当压力表指示数值超过15kpa时，需对膜组件A进行清洗；

（6）结合先前分离出的有机物的缺氧反硝化：将分离出的有机物经出水管和硝氮富集出水管废水分别引入到HRT为5h-2.5d的缺氧反硝化反应器中，该反应器中设置有搅拌器和MLSS为2000-3500 mg/L缺氧活性污泥，在反硝化细菌作用下，进而完成有机物的去除和反硝化脱氮；

经过第六步处理废水，废水可以进行排放。

本实用新型提供了一种膜组件A，其特征在于：该膜组件由阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成；阴离子交换膜和超滤膜或者微滤膜分别固定在支撑板的两面。

本实用新型还提供了一种膜组件C，其特征在于：该膜组件由阳离子交换膜、超滤膜或者微滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成；阳离子交换膜和超滤膜或者微滤膜分别固定在支撑板的两面。

本实用新型的一种氮富集及去除组合系统，其原理在于：

（1）有机物去除

有机物的去除分为二部分，一部分氨氮分离器中的阳极对有机物具有一定的氧化作用，可以去除部分有机物；另一部分为在缺氧反硝化脱氮条件下进行去除的。

（2）氨氮富集

膜组件C由阳离子交换膜、超滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成，膜组件C中的超滤膜可以允许水分子透过进入到超滤膜和支撑板之间，透过的水分子通过支撑板的孔洞进入到支撑板和阳离子交换膜之间，使阳离子交换膜两侧均为水溶液，由于阳离子交换膜具有阳离子（如NH₄ ⁺）选择透过性，在不外加电流作用下，可以通过渗析原理，进入膜组件C内，在外加电流作用下，单位时间内NH₄ ⁺进入膜组件C的数量增加，进入膜组件C的离子，会迅速进入到从超滤膜透过的水中，形成高浓度的氨氮浓缩液，从而实现氨氮富集。

（3）降低膜污染

好氧污泥有良好的沉降性能，因此，硝化液易形成污泥沉降区和上清液区，将膜组件浸在上清液中，这样就大大减少了微生物及污泥附着在膜表面或者进入膜空隙内部机会，同时，在上清液中进行微曝气，通过上述措施，达到了减少膜污染的目的。

（4）硝氮富集

膜组件A由阴离子交换膜、超滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成，膜组件A中的超滤膜可以允许水分子透过进入到超滤膜和支撑板之间，透过的水分子通过支撑板的孔洞进入到支撑板和阴离子交换膜之间，使阴离子交换膜两侧均为水溶液，由于阴离子交换膜具有阴离子（如NO₃ ^-）选择透过性，在不外加电流作用下，可以通过渗析原理，进入膜组件A内，在外加电流作用下，单位时间内加快NO₃ ^-进入膜组件A的数量增加，进入膜组件A的离子，会迅速进入到从超滤膜透过的水中，形成高浓度的硝氮浓缩液，从而实现硝氮富集。

（5）脱氮

膜组件C将废水中有机物和NH₄ ⁺分别进行分离和富集，富集的NH₄ ⁺引入到硝化反应器进行硝化反应，并将硝化得到的NO₃ ^-通过硝化反应中的膜组件A富集转入到缺氧反硝化器中与膜组件C分离的有机物混合，在缺氧反硝化器中进行反硝化反应，进而实现脱氮。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及突出效果：

（1）针对生活污水中C/N低、碳源不足的问题，将有机物与NH₄ ⁺分离并将NH₄ ⁺富集，为后续硝化过程消除异养微生物与自养硝化菌的竞争、为反硝化过程提供有效碳源。

（2）有效控制膜污染，减少了膜组件反冲洗次数。

（3）通过组合膜生物反应系统中的反硝化过程，使废水中的有机物和氮得到了去除。

（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，将膜组件A和C与好氧/缺氧工艺相结合，形成了膜组件氮富集硝化反硝化脱氮系统。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种氮富集及去除组合系统示意图。

图2为本实用新型提供的一种利用组合膜生物反应系统的氮富集及去除方法运行示意图。

图3为本实用新型提供的一种膜组件C示意图。

图4为本实用新型提供的一种膜组件C的支撑板示意图。

图5为本实用新型提供的一种膜组件A示意图。

图6为本实用新型提供的一种膜组件A的支撑板示意图。

图中：1-进水泵 2-进水管 3-氨氮分离器 4-电源 5-导线6-电极 7-搅拌器 8-膜组件C 9-压力表 10-出水蠕动泵 11-时间继电器 12-氨氮富集出水管 13-硝化反应器 14-硝氮分离器 15-气体流量计 16-气泵 17-气路管线 18-曝气头19-污泥回流泵 20-污泥回流管21-硝化液管 22- 膜组件A 23-硝氮富集出水管 24-分离有机物出水管 25-反硝化反应器 26-支撑板 27-超滤膜或者微滤膜 28-阳离子交换膜 29-膜组件C出水口 30-导流槽 31-孔洞 32-阴离子交换膜33-膜组件A出水口

具体实施方式

下面结合附图1、2、3、4、5、6及实施例详细加以说明，以进一步理解本实用新型。

本实用新型的一种膜组件C 8（图3、图4），是由阳离子交换膜28、超滤膜或者微滤膜27和带有导流槽30和孔洞31的支撑板26组成；阳离子交换膜28和超滤膜或者微滤膜27分别固定在支撑板26的两面。

为了使实验效果达到更好，本实用新型所采用的阳离子交换膜28为来自日本astom提供的型号为CMS的阳离子交换膜，超滤膜27为来自南京瑞洁特提供的孔径为0.1μm、膜通量为18.75-20.83 L/m².h的超滤膜。

本实用新型的一种膜组件A 22（图5、图6），是由由阴离子交换膜32、超滤膜或者微滤膜27和带有导流槽30和孔洞31的支撑板26组成；阴离子交换膜32和超滤膜或者微滤膜27分别固定在支撑板26的两面。

为了使实验效果达到更好，本实用新型所采用的阴离子交换膜32为来自日本astom提供的型号为ACS的阴离子交换膜，超滤膜27为来自南京瑞洁特提供的孔径为0.1μm、膜通量为18.75-20.83 L/m².h的超滤膜。

装置见图1，本实用新型所提供的一种氮富集及去除组合系统，它包括敞口的氨氮分离器3、硝化反应器13、硝氮分离器14和反硝化反应器25，膜组件A 22，膜组件C 8，曝气头18，气泵16，气体流量计15，气路管线17，出水蠕动泵10，压力表9，进水泵1，进水管2，氨氮富集出水管12，硝氮富集出水管23，分离有机物出水管24，电极6，电源4，导线5，时间继电器11，硝化液管21，污泥回流管20，污泥回流泵19，搅拌器7；曝气头18放置在硝化反应器13和硝氮分离器14中；电极6放置在氨氮分离器3和硝氮分离器14中；搅拌器7放置在氨氮分离器3和反硝化反应器25中；膜组件C 8位于氨氮分离器3内；膜组件A 22位于硝氮分离器14内；硝化反应器13和硝氮分离器14连在一起，组成一个整体；膜组件C 出水口29与氨氮富集出水管12、压力表9和出水蠕动泵10依次相连，并受时间继电器11的控制；膜组件A 出水口33与硝氮富集出水管23、压力表9和出水蠕动泵10依次相连，并受时间继电器11的控制；曝气头18与气路管线17、气体流量计15和气泵16依次相连；硝氮分离器14内的曝气头18位于膜组件A 22下部；氨氮分离器3内的搅拌器叶片位于膜组件C 8下部；电极6的两极经导线5分别和电源4相连，两极放在膜组件A 22和C 8两侧；进水泵1接进水管2，进水管末端位于氨氮分离器3内，且靠近氨氮分离器3底部；氨氮富集出水管末端位于硝化反应器13内，且靠近硝化反应器13底部；硝氮富集出水管23和分离有机物出水管24分别接到反硝化反应器25的底部；污泥回流泵19接污泥回流管20，污泥回流管两端分别接硝化反应器13底部和硝氮分离器14底部；硝化液管21位于硝化反应器13和硝氮分离器14共有器壁上部。

图2表示了一种利用组合膜生物反应系统的氮富集及去除方法，其特征在于：它具有如下工艺流程步骤：

（1）原水（废水）：废水经进水泵1增压后，经进水管2以流量为1-10 ml/min流入氨氮分离器3中；

（2）膜组件C 对废水中NH₄ ⁺富集及对有机物分离：氨氮分离器3中设置有膜组件C 8和搅拌器7，膜组件C 8由阳离子交换膜28和超滤膜27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 9和出水蠕动泵10依次相连，并受时间继电器11的控制，打开出水蠕动泵10，调整流量为1-9 ml/min；同时，将搅拌器7放入氨氮分离器3中并运行，其搅拌叶片位于膜组件C 8下部，HRT为5h-2.5d；电极6的两极经导线5分别与电源4相连，并将阳极正对离子交换膜28，阴极正对超滤膜27，打开电源6，调整到电流为0.05-0.3A，并保持不变；出水蠕动泵10，在时间继电器11的控制下，出水为间歇性型出水即出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:1-5分钟，出水经氨氮富集出水管12到达硝化反应器13中，当压力表9指示数值超过15kpa时，需对膜组件C 8进行清洗；

（3）好氧硝化反应：将氨氮富集出水管12的废水引入硝化反应器13中，该反应器中设置有MLSS为3000-3500mg/L的好氧活性污泥和曝气头18，调整气体流量计15，控制DO在2-3mg/L，HRT为5h-4.17d，NH₄ ⁺在好氧活性污泥和曝气条件下，形成硝化液；

（4）好氧污泥沉降：硝化液经硝化液管21进入硝氮分离器14中，在此进行泥水分离，打开污泥回流泵19，调整流量为1-5 ml/min，沉降污泥经污泥回流管20回流至硝化反应器13中；

（5）膜组件A对废水中NO₃ ^-富集：硝氮分离器14中上清液区设置有膜组件A 22和曝气头18，膜组件A 22由阴离子交换膜32和超滤膜27组成，可以对废水中NO₃ ^-进行富集，曝气可以使搅拌溶液和减少膜污染；膜组件A出水口33与硝氮富集出水管23、压力表9和出水蠕动泵10依次相连，并受时间继电器11的控制，打开出水蠕动泵10，调整流量为1-9 ml/min，经硝氮富集出水管23进行出水。同时，将曝气头18放入硝氮分离器14中膜组件A 22下部进行曝气，调整气体流量计15，控制DO在0.5-0.7mg/L，HRT为5h-4.17d；电极6的两极经导线5分别与电源4相连，并将阳极正对超滤膜27，阴极正对阴离子交换膜32，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10，在时间继电器11的控制下，出水为间歇性型出水即出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:1-5分钟，且与膜组件C 8同步间歇出水；出水经硝氮富集出水管23到达反硝化反应器25中，当压力表9指示数值超过15kpa时，需对膜组件A 22进行清洗；

（6）结合先前分离出的有机物的缺氧反硝化：将分离有机物出水管24和硝氮富集出水管23废水分别引入到HRT为5h-2.5d的缺氧反硝化反应器25中，该反应器中设置有搅拌器7和MLSS为2000-3500 mg/L的缺氧活性污泥，在反硝化细菌下，进而完成有机物去除和脱氮；

（7）出水：经过第六步处理废水，废水可以进行排放。

以下实施例中硝氮分离器的DO均控制在0.5-0.7mg/L即可，DO在该范围对硝氮富集影响可以忽略，硝化反应器的DO均控制在2-3mg/L即可，DO在该范围对硝化反应影响可以忽略。

结果：

当原水为配水时，其主要水质指标平均值为： NH₄ ⁺-N =90 mg/L、COD=385mg/L；操作条件为：控制膜组件C和膜组件A出水的蠕动泵抽停时间比均为5分钟:4分钟，进水流量为10 ml/min，膜组件C和膜组件A出水流量均为6 ml/min，膜组件C和膜组件A电流均为0.25A，污泥回流流量为2 ml/min，硝化反应器的MLSS=3200mg/L、HRT=4.17d，反硝化反应器的MLSS=3000 mg/L、HRT=2.5d，氨氮分离器的HRT=2.5d，硝氮分离器的HRT=4.17d时，经过组合膜生物反应系统的氮富集及去除装置后，出水主要指标平均值可以达到： COD=30 mg/L，NH₄ ⁺-N =37.5 mg/L，NO₃ ^--N =18.5mg/L，NO₂ ^--N =0.25 mg/L；去除率平均值分别为：COD=92.2%，NH₄ ⁺-N =58.3%，TN =37.5%。

Claims

1.一种氮富集及去除组合系统，其特征在于：该装置包括敞口的氨氮分离器、硝化反应器、硝氮分离器和反硝化反应器，膜组件A，膜组件C，曝气头，气泵，气体流量计，气路管线，出水蠕动泵，压力表，进水泵，进水管，氨氮富集出水管，硝氮富集出水管，分离有机物出水管，电极，电源，导线，时间继电器，硝化液管，污泥回流管，污泥回流泵，搅拌器；曝气头放置在硝化反应器和硝氮分离器中；电极放置在氨氮分离器和硝氮分离器中；搅拌器放置在氨氮分离器和反硝化反应器中；膜组件C位于氨氮分离器内；膜组件A位于硝氮分离器内；硝化反应器和硝氮分离器连在一起，组成一个整体；膜组件C出水口与氨氮富集出水管、压力表和出水蠕动泵依次相连，并受时间继电器的控制；膜组件A出水口与硝氮富集出水管、压力表和出水蠕动泵依次相连，并受时间继电器的控制；曝气头与气路管线、气体流量计和气泵依次相连；硝氮分离器内的曝气头位于膜组件A下部；氨氮分离器内的搅拌器叶片位于膜组件C下部；电极的两极经导线分别和电源相连，两极放在膜组件A、C两侧；进水泵接进水管，进水管末端位于氨氮分离器内，且靠近氨氮分离器底部；氨氮富集出水管末端位于硝化反应器内，且靠近硝化反应器底部；硝氮富集出水管和分离有机物出水管分别接到反硝化反应器的底部；污泥回流泵接污泥回流管，污泥回流管两端分别接硝化反应器底部和硝氮分离器底部；硝化液管位于硝化反应器和硝氮分离器共有器壁上部；膜组件A由阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜之一、和带有导流槽和孔洞的支撑板组成，阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜之一分别位于支撑板两侧；膜组件C由阳离子交换膜、超滤膜或者微滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成，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。

2.按照权利要求1所述的一种氮富集及去除组合系统，其特征在于：所述的电极采用板状或者圆柱状石墨电极。