CN214457505U - 一种利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置，涉及废水处理技术领域，包括依次连通的除碳反应器、第一沉淀池、厌氧氨氧化脱氮反应器和第二沉淀池，除碳反应器内设置有若干组第一微孔曝气膜组件，厌氧氨氧化脱氮反应器内设置有若干组第二微孔曝气膜组件，除碳反应器与第二微孔曝气膜组件连通。本实用新型利用第一微孔曝气膜组件和第二微孔曝气膜组件负载微生物，实现除碳脱氮，第一沉淀池和第二沉淀池能够减少污泥流失，在除碳反应器除碳的过程中，将产生的二氧化碳通入厌氧氨氧化脱氮反应器中，减少额外碳源提供的同时，实现废水、废气中碳源污染物的零排放。本实用新型能够达到废水、废气中碳源氮源污染物同步去除的效果。

Description

一种利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置

技术领域

本实用新型涉及废水处理技术领域，特别是涉及一种利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置。

背景技术

近年来，我国工农业生产得到了长足的发展，人民生活水平大幅提高，随之而来的造成了严重的环境问题，其中突出表现为氮素污染物的排放量急剧增加。除了生活污水和农业灌溉污水造成的氨氮排放外，还有大量高氨氮工业废水的排放，造成日益严重的氨氮污染。氮素是水体富营养化的重要因素，过多氨氮排入水体容易引起水中藻类及其他微生物的大量繁殖，造成水体富营养化等环境问题。

传统脱氮方法中物理化学法处理成本较高，且容易产生二次污染，限制其大规模的应用。生物法脱氮成本较低，但其处理效率较低，因此构筑物要求较大，基建费用高，且运行过程中需要充足的氧气和碳源等，且产生大量剩余污泥需要进一步处理。近年来，一些新型的更加高效、节能的生物脱氮工艺被逐渐开发出来，其中一体式厌氧氨氧化由于是极高的脱氮负荷、较低的污泥产率、无需外加碳源等优点成为众多研究的核心热点技术。

厌氧氨氧化反应是指在厌氧或缺氧的条件下，厌氧氨氧化微生物以氨氮作为电子供体，亚硝氮为电子受体，氧化NH₄ ⁺-N为N₂的生物过程，具有无需外加碳源，厌氧条件耗氧量较小，菌种增长速率慢因而污泥产量低，产生的主要成分为N₂降低温室气体排放量等优点。但其本身由于主体菌种增长速率慢，倍增时间大于11d，造成相关工艺启动周期长，且污泥固定困难，易造成污泥流失，限制了工艺的应用。此外在一体式厌氧氨氧化工艺中，利用厌氧氨氧化菌与短程硝化菌耦合处理高氨氮废水，厌氧氨氧化菌由于对环境条件尤其是溶解氧较为敏感，需要对废水中的溶解氧进行严格控制，也需要补充一定的无机碳源，这些因素都限制了这种新型高效低耗脱氮工艺的应用，需要一种能够充分固定功能微生物，并维持工艺运行条件稳定的方法。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置，以解决上述现有技术存在的问题，减少额外碳源提供，实现废水、废气中碳源氮源污染物同步去除。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供了一种利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置，包括依次连通的除碳反应器、第一沉淀池、厌氧氨氧化脱氮反应器和第二沉淀池，所述除碳反应器内设置有若干组第一微孔曝气膜组件，所述厌氧氨氧化脱氮反应器内设置有若干组第二微孔曝气膜组件，所述除碳反应器与所述第二微孔曝气膜组件连通。

优选的，所述第一微孔曝气膜组件和所述第二微孔曝气膜组件的结构相同，所述第一微孔曝气膜组件包括均匀设置的若干固定框架，各所述固定框架固定有若干中空的膜丝，各所述膜丝设置有若干微孔，所述微孔用于为微生物提供附着条件。

优选的，所述利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置还包括曝气泵，所述曝气泵位于所述除碳反应器外部，所述曝气泵通过第一曝气管路与所述第一微孔曝气膜组件连通。

优选的，所述除碳反应器上部的第一出水管路与所述第一沉淀池的上端连通，所述第一沉淀池的下端通过第一回流管路与所述除碳反应器连通，所述第一沉淀池的第一溢流堰通过第二进水管路与所述厌氧氨氧化脱氮反应器连通。

优选的，所述第一回流管路上设置有第一回流泵。

优选的，所述除碳反应器的进水端设置有第一进水管路，所述第一进水管路上设置有进水泵。

优选的，所述除碳反应器顶端的排气孔通过连接管路、第二曝气管路与所述厌氧氨氧化脱氮反应器的第二微孔曝气膜组件连通。

优选的，所述厌氧氨氧化脱氮反应器上部的第二出水管路与所述第二沉淀池的上端连通，所述第二沉淀池的下端通过第二回流管路与所述厌氧氨氧化脱氮反应器连通，所述第二沉淀池的上部设置有第二溢流堰。

优选的，所述第二回流管路上设置有第二回流泵。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型利用第一微孔曝气膜组件和第二微孔曝气膜组件负载微生物，实现除碳脱氮，第一沉淀池和第二沉淀池能够减少污泥流失，在除碳反应器除碳的过程中，将产生的二氧化碳气体通入厌氧氨氧化脱氮反应器中，为厌氧氨氧化反应提供无机碳源，减少额外碳源提供的同时，实现废水、废气中碳源污染物的零排放。本实用新型能够达到废水、废气中碳源氮源污染物同步去除的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置示意图；

其中：1-进水泵，2-第一进水管路，3-除碳反应器，4-第一微孔曝气膜组件，5-第一曝气管路，6-曝气泵，7-排气孔，8-连接管路，9-第一出水管路，10-第一沉淀池，11-第一回流泵，12-第一回流管路，13-第二进水管路，14-厌氧氨氧化脱氮反应器，15-第二微孔曝气膜组件，16-第二曝气管路，17-第二出水管路，18-第二沉淀池，19-第二回流泵，20-第二回流管路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置，以解决上述现有技术存在的问题，减少额外碳源提供，实现废水、废气中碳源氮源污染物同步去除。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示：本实施例提供了一种利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置，包括依次连通的除碳反应器3、第一沉淀池10、厌氧氨氧化脱氮反应器14和第二沉淀池18，除碳反应器3为封闭结构，除碳反应器3内设置有若干组第一微孔曝气膜组件4，第一微孔曝气膜组件4负载好氧异养除碳菌，厌氧氨氧化脱氮反应器14内设置有若干组第二微孔曝气膜组件15，第二微孔曝气膜组件15负载厌氧氨氧化菌和短程硝化菌，除碳反应器3与第二微孔曝气膜组件15连通。

具体地，本实施例中，第一微孔曝气膜组件4和第二微孔曝气膜组件15的结构相同，第一微孔曝气膜组件4包括均匀设置的若干固定框架，各固定框架固定有若干中空的膜丝，膜丝为PTFE柔性陶瓷膜丝，各膜丝设置有若干微孔，微孔用于为微生物提供附着条件。

本实施例中，利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置还包括曝气泵6，曝气泵6位于除碳反应器3外部，曝气泵6通过第一曝气管路5与第一微孔曝气膜组件4的各膜丝连通，曝气泵6用于曝入空气。气体经膜丝内部和膜丝表面进入除碳反应器3的废水中，通过膜丝表面的同时充分与微生物接触，提高氧气利用率，同时产生微小的气泡进一步被除碳反应器3中悬浮微生物利用，充分去除废水中的COD。

本实施例中，除碳反应器3上部的第一出水管路9与第一沉淀池10的上端连通，第一沉淀池10的下端通过第一回流管路12与除碳反应器3连通，第一回流管路12上设置有第一回流泵11，第一沉淀池10的第一溢流堰通过第二进水管路13与厌氧氨氧化脱氮反应器14连通，除碳反应器3出水溢流经第一出水管路9进入第一沉淀池10进行泥水分离，底部污泥经第一回流泵11和第一回流管路12回流至除碳反应器3的前端。

本实施例中，除碳反应器3的进水端设置有第一进水管路2，第一进水管路2上设置有进水泵1。

本实施例中，除碳反应器3顶端的排气孔7通过连接管路8、第二曝气管路16与厌氧氨氧化脱氮反应器14的第二微孔曝气膜组件15的各膜丝连通，废气通过排气孔7进入第二微孔曝气膜组件15中，厌氧氨氧化脱氮反应器14利用除碳反应器3的废气中剩余的O₂氧化废水中的氨氮，脱碳过程中产生的CO₂提供氨氧化所需碳源，进行短程硝化-厌氧氨氧化反应，去除废水中的氮源污染物，利用除碳反应器3内COD降解产生的CO₂在厌氧氨氧化脱氮反应器14内生成HCO₃ ^-，减少额外碳源提供的同时，实现废水、废气中碳源污染物的零排放。

本实施例中，厌氧氨氧化脱氮反应器14上部的第二出水管路17与第二沉淀池18的上端连通，第二沉淀池18的下端通过第二回流管路20与厌氧氨氧化脱氮反应器14连通，第二回流管路20上设置有第二回流泵19，第二沉淀池18的上部设置有第二溢流堰，厌氧氨氧化脱氮反应器14的出水溢流进入第二沉淀池18进行泥水分离，底部污泥经第二回流泵19和第二回流管路20回流至厌氧氨氧化脱氮反应器14前端，第二沉淀池18的上部的第二溢流堰排出的水为整体装置最终出水。

本实施例使用时，废水经过预处理后首先通过进水泵1及第一进水管路2进入除碳反应器3，气体经第一微孔曝气膜组件4的膜丝内部和膜丝表面进入除碳反应器3废水中，充分去除废水中的COD，除碳反应器3的废气经排气孔7、连接管路8进入第二微孔曝气膜组件15的膜丝中，除碳反应器3的出水进入第一沉淀池10中进行泥水分离，底部污泥回流至除碳反应器3前端，第一沉淀池10上部出水经第一溢流堰进入厌氧氨氧化脱氮反应器14中，利用废气中剩余的O₂氧化废水中的氨氮，脱碳过程中产生的CO₂提供氨氧化所需碳源，进行短程硝化-厌氧氨氧化反应，去除废水中的氮源污染物，厌氧氨氧化脱氮反应器14的出水溢流进入第二沉淀池18进行泥水分离，底部污泥回流至厌氧氨氧化脱氮反应器14前端，最终出水经第二沉淀池18上部的第二溢流堰排出。

本实施例第一微孔曝气膜组件4负载好氧异养除碳菌，用于去除废水中的COD，第二微孔曝气膜组件15负载厌氧氨氧化菌和短程硝化菌，用于去除废水中的氮源污染物，第一沉淀池10和第二沉淀池18可以减少污泥流失，第一微孔曝气膜组件4和第二微孔曝气膜组件15的结构实现微生物的固定及快速启动，本实施例利用第一微孔曝气膜组件4和第二微孔曝气膜组件15的微孔曝气及负载生物的特性，形成第一微孔曝气膜组件4和第二微孔曝气膜组件15内溶解氧浓度梯度，同时控制除碳反应器3内溶解氧使不同菌种共同作用。本实施例能够达到废水、废气中碳源氮源污染物的同步去除的效果。

应用示例

除碳反应器3进水采用某制药厂UASB厌氧出水，COD为800-1000mg/L，氨氮为300-500mg/L，进水流量为40L/d，经本实施例处理后COD降低至200mg/L左右，曝气量控制在300L/h，使除碳反应器3内溶解氧控制在2-3mg/L，COD去除率达70％以上，出气CO₂浓度为3.6mg/L，约为0.28％，出水氨氮降低至20mg/L以下，脱氮率达到90％以上。厌氧氨氧化脱氮反应器14中利用进气中3.6mg/L的CO₂，产生的HCO₃ ^-浓度为1020mg/L，换算为碱度为836mg/L，足以供给厌氧氨氧化反应器的碱度消耗，无需外加碱度，降低工艺运行成本。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置，其特征在于：包括依次连通的除碳反应器、第一沉淀池、厌氧氨氧化脱氮反应器和第二沉淀池，所述除碳反应器内设置有若干组第一微孔曝气膜组件，所述厌氧氨氧化脱氮反应器内设置有若干组第二微孔曝气膜组件，所述除碳反应器与所述第二微孔曝气膜组件连通。

2.根据权利要求1所述的利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置，其特征在于：所述第一微孔曝气膜组件和所述第二微孔曝气膜组件的结构相同，所述第一微孔曝气膜组件包括均匀设置的若干固定框架，各所述固定框架固定有若干中空的膜丝，各所述膜丝设置有若干微孔，所述微孔用于为微生物提供附着条件。

3.根据权利要求1所述的利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置，其特征在于：所述利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置还包括曝气泵，所述曝气泵位于所述除碳反应器外部，所述曝气泵通过第一曝气管路与所述第一微孔曝气膜组件连通。

4.根据权利要求1所述的利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置，其特征在于：所述除碳反应器上部的第一出水管路与所述第一沉淀池的上端连通，所述第一沉淀池的下端通过第一回流管路与所述除碳反应器连通，所述第一沉淀池的第一溢流堰通过第二进水管路与所述厌氧氨氧化脱氮反应器连通。

5.根据权利要求4所述的利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置，其特征在于：所述第一回流管路上设置有第一回流泵。

6.根据权利要求1所述的利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置，其特征在于：所述除碳反应器的进水端设置有第一进水管路，所述第一进水管路上设置有进水泵。

7.根据权利要求1所述的利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置，其特征在于：所述除碳反应器顶端的排气孔通过连接管路、第二曝气管路与所述厌氧氨氧化脱氮反应器的第二微孔曝气膜组件连通。

8.根据权利要求1所述的利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置，其特征在于：所述厌氧氨氧化脱氮反应器上部的第二出水管路与所述第二沉淀池的上端连通，所述第二沉淀池的下端通过第二回流管路与所述厌氧氨氧化脱氮反应器连通，所述第二沉淀池的上部设置有第二溢流堰。

9.根据权利要求8所述的利用微曝气生物膜脱氮除碳的装置，其特征在于：所述第二回流管路上设置有第二回流泵。

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