公布日：2023.09.15
申請(qǐng)日：2023.07.31
分類(lèi)號(hào)：C02F3/30(2023.01)I;C02F3/28(2023.01)I;C02F3/02(2023.01)I;C02F1/44(2023.01)I
摘要
本發(fā)明提供了一種空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)及廢水處理方法，該系統(tǒng)包括依次連通的厭氧反應(yīng)器、封閉式中空纖維膜組件和氨氧化生物膜反應(yīng)池；廢水處理方法包括：厭氧反應(yīng)器將廢水中的有機(jī)物進(jìn)行降解，處理廢水進(jìn)入空氣曝氣的封閉式中空纖維膜組件，未經(jīng)過(guò)濾的廢水進(jìn)入氨氧化生物膜反應(yīng)池，將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝氮、亞硝氮，廢水回流至厭氧反應(yīng)器，在反應(yīng)器中將硝氮、亞硝氮轉(zhuǎn)為氮?dú)�，�?shí)現(xiàn)總氮去除后，廢水經(jīng)中空纖維膜組件過(guò)濾排出系統(tǒng)。本發(fā)明能高效去除有機(jī)污染物，高效脫氮，省去傳統(tǒng)需A/O+沉淀處理工藝去除污染物的步驟，同時(shí)使用空氣替換沼氣進(jìn)行曝氣，減少了出水中的有溶解性甲烷，保證了較高的出水水質(zhì)與能源回收效率。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連通的厭氧反應(yīng)器、封閉式中空纖維膜組件和氨氧化生物膜反應(yīng)池；所述厭氧反應(yīng)器，內(nèi)部不設(shè)置三相分離器，底部設(shè)有進(jìn)水口，頂部設(shè)有用于排放沼氣和氮?dú)獾某鰵饪�，用于處理進(jìn)水廢水中的有機(jī)污染物和回流廢水中的硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮；所述封閉式中空纖維膜組件，由外部殼體和內(nèi)部中空纖維膜組件構(gòu)成，殼體與厭氧反應(yīng)器連通；殼體內(nèi)中空纖維膜組件下方設(shè)有空氣曝氣裝置，還設(shè)有與中空纖維膜組件連通的排水口和與殼體連通的出水口；所述氨氧化生物膜反應(yīng)池，與封閉式中空纖維膜組件的出水口連通，設(shè)有與厭氧反應(yīng)器進(jìn)水口連通的回流管路，用于處理將氨氮轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮。
2.如權(quán)利要求1所述的空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述厭氧反應(yīng)器與封閉式中空纖維膜組件之間設(shè)有循環(huán)水泵；所述排水口處設(shè)有帶壓力泵的排水管；所述回流管路設(shè)有回流泵。
3.一種利用如權(quán)利要求1～2任一項(xiàng)所述空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)的廢水處理方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將初始廢水泵入?yún)捬醴磻?yīng)器底部，進(jìn)行有機(jī)污染物的去除，獲得處理后的廢水I；(2)廢水I泵入封閉式中空纖維膜組件中，進(jìn)行空氣曝氣，得到和空氣混合的廢水II；(3)廢水II進(jìn)入氨氧化生物膜反應(yīng)池中，將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮，得到廢水III；(4)廢水III通過(guò)回流管路與初始廢水混合后一同進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器中，同時(shí)進(jìn)行有機(jī)污染物以及硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的去除處理，得到廢水IV；(5)重復(fù)循環(huán)步驟(2)～(4)，循環(huán)過(guò)程中監(jiān)測(cè)封閉式中空纖維膜組件過(guò)濾后廢水的有機(jī)污染物濃度和總氮含量，兩者均達(dá)標(biāo)后，將出水從封閉式中空纖維膜組件排水口泵出空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求3所述的廢水處理方法，其特征在于，步驟(1)中，所述初始廢水為市政廢水，COD濃度為300～1000mg/L，總氮濃度為30～100mg/L，總磷濃度3～10mg/L。
5.如權(quán)利要求3所述的廢水處理方法，其特征在于，步驟(1)中，所述厭氧反應(yīng)器的工作壓力0～20kpa，接種25～35g/L污泥，水力停留時(shí)間6～12h。
6.如權(quán)利要求3所述的廢水處理方法，其特征在于，步驟(2)中，封閉式中空纖維膜組件運(yùn)行的循環(huán)流量為產(chǎn)水流量的2～20倍，曝氣流量為0～150m3/m2·h。
7.如權(quán)利要求3所述的廢水處理方法，其特征在于，步驟(3)中，載體填充量為20～30％，接種自養(yǎng)氨氧化菌進(jìn)行掛膜，掛膜后氨氧化活性為30～50mg·(g·h)-1，穩(wěn)定運(yùn)行后維持DO在0.5～1.5mg/L。
8.如權(quán)利要求3所述的廢水處理方法，其特征在于，步驟(4)中，廢水III與初始廢水混合回流至厭氧反應(yīng)器中形成的廢水，在厭氧反應(yīng)器停留的時(shí)間為6～12h。
9.如權(quán)利要求3所述的廢水處理方法，其特征在于，步驟(5)中，當(dāng)出水濃度超過(guò)設(shè)計(jì)濃度時(shí)停止過(guò)濾，進(jìn)行內(nèi)部循環(huán)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)及廢水處理方法，該循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)不僅可以高效去除有機(jī)污染物，同時(shí)還可以高效去除廢水中的總氮。
具體技術(shù)方案如下：
本發(fā)明提供了一種空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)，包括依次連通的厭氧反應(yīng)器、封閉式中空纖維膜組件和氨氧化生物膜反應(yīng)池；
厭氧反應(yīng)器，內(nèi)部不設(shè)置三相分離器，底部設(shè)有進(jìn)水口，頂部設(shè)有用于排放沼氣和氮?dú)獾某鰵饪�，用于處理進(jìn)水廢水中的有機(jī)污染物和回流廢水中的硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮；
封閉式中空纖維膜組件，由外部殼體和內(nèi)部中空纖維膜組件構(gòu)成，殼體與厭氧反應(yīng)器連通；殼體內(nèi)中空纖維膜組件下方設(shè)有空氣曝氣裝置，還設(shè)有與中空纖維膜組件連通的排水口和與殼體連通的出水口；
氨氧化生物膜反應(yīng)池，與封閉式中空纖維膜組件的出水口連通，設(shè)有與厭氧反應(yīng)器進(jìn)水口連通的回流管路，用于處理將氨氮轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮。
進(jìn)一步地，所述厭氧反應(yīng)器與封閉式中空纖維膜組件之間設(shè)有循環(huán)水泵；所述排水口處設(shè)有帶壓力泵的排水管；所述回流管路設(shè)有回流泵。
本發(fā)明還提供了一種空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)的廢水處理方法，包括以下步驟：
(1)將初始廢水泵入?yún)捬醴磻?yīng)器底部，進(jìn)行有機(jī)污染物的去除，獲得處理后的廢水I；
(2)廢水I泵入封閉式中空纖維膜組件中，進(jìn)行空氣曝氣，得到和空氣混合的廢水II；
(3)廢水II進(jìn)入氨氧化生物膜反應(yīng)池中，將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮，得到廢水III；
(4)廢水III通過(guò)回流管路與初始廢水混合后一同進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器中，同時(shí)進(jìn)行有機(jī)污染物以及硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的去除處理，得到廢水IV；
(5)重復(fù)循環(huán)步驟(2)～(4)，循環(huán)過(guò)程中監(jiān)測(cè)封閉式中空纖維膜組件過(guò)濾后廢水的有機(jī)污染物濃度和總氮含量，兩者均達(dá)標(biāo)后，將出水從封閉式中空纖維膜組件排水口泵出空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)。
本發(fā)明中，初始廢水首先通過(guò)水泵泵入?yún)捬醴磻?yīng)器底部，進(jìn)行有機(jī)污染物的去除，厭氧反應(yīng)器內(nèi)接種絮狀或顆粒厭氧污泥、反硝化污泥及厭氧氨氧化污泥，厭氧反應(yīng)器未設(shè)有三相分離器，反應(yīng)中產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)頂部出氣口排出并回收，經(jīng)過(guò)反應(yīng)后的廢水通過(guò)水泵泵入封閉式中空纖維膜組件，封閉式中空纖維膜組件使用空氣進(jìn)行曝氣處理，廢水與曝氣的氣體進(jìn)入氨氧化生物膜反應(yīng)池，氨氧化生物膜反應(yīng)池內(nèi)有固定床或流動(dòng)床載體。附著于載體上的氨氧化菌利用氣水混合液帶來(lái)的溶劑氧，將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝氮和硝氮，之后通過(guò)回流管路與初始廢水混合后一同進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器底部，廢水中的亞硝氮與硝氮，在厭氧反應(yīng)器內(nèi)以有機(jī)物或還原態(tài)硫作為電子供體，經(jīng)異養(yǎng)反硝化菌或自養(yǎng)脫氮反應(yīng)生成氮?dú)猓瑢?shí)現(xiàn)總氮的去除，反應(yīng)中產(chǎn)生的氮?dú)饨?jīng)過(guò)頂部出氣口排出，經(jīng)過(guò)處理后的廢水再次進(jìn)入封閉式中空纖維膜組件中，進(jìn)行循環(huán)處理。
進(jìn)一步地，涉及一種空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)的廢水處理方法，其特征在于，步驟(1)中初始廢水為市政廢水，COD濃度為300～1000mg/L，總氮濃度為30～100mg/L，總磷濃度；3～10mg/L；
進(jìn)一步地，步驟(1)中厭氧反應(yīng)器，工作壓力0～20kpa，接種30g/L污泥，廢水停留時(shí)間6～12h，厭氧反應(yīng)器不設(shè)置三相分離器。
進(jìn)一步地，步驟(2)封閉式中空纖維膜組件運(yùn)行循環(huán)流量產(chǎn)水流量的4～20倍，曝氣流量為0～150m3/m2·h。
進(jìn)一步地，步驟(3)中，氨氧化生物膜反應(yīng)池載體填充量為25％，接種自養(yǎng)氨氧化菌進(jìn)行掛膜，掛膜后氨氧化活性為30～50mg·(g·h)-1，穩(wěn)定運(yùn)行后維持DO在0.5～1.5mg/L。
進(jìn)一步地，步驟(4)中，與初始廢水混合回流至厭氧反應(yīng)器中的廢水，在反應(yīng)器停留的時(shí)間為6～12h；
進(jìn)一步地，步驟(5)中當(dāng)出水濃度超過(guò)設(shè)計(jì)濃度時(shí)停止過(guò)濾，進(jìn)行內(nèi)部循環(huán)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
(1)本發(fā)明采用厭氧反應(yīng)器、封閉式中空纖維膜組件和氨氧化生物膜反應(yīng)池的組合形式，不僅可以在高效去除有機(jī)污染物，同時(shí)還能進(jìn)行高效脫氮，省去了仍需傳統(tǒng)的A/O+沉淀處理工藝進(jìn)行進(jìn)一步污染物去除的步驟。
(2)本發(fā)明通過(guò)使用空氣替換沼氣進(jìn)行曝氣，減少了出水中的有溶解性甲烷，從而保證了較高的出水水質(zhì)與能源回收效率。
(3)膜組件內(nèi)的污泥濃度低，結(jié)合曝氣與較高的膜面流速，大幅減緩了膜污染的發(fā)展進(jìn)程。
(4)外置膜組件的空氣曝氣既能用于膜組件的清洗，又為后續(xù)的氨氧化與硝化反應(yīng)提供氧氣，減少了系統(tǒng)的能耗。
（發(fā)明人：李熒;黃赫;樊宇坤;汪健樺;馬敏杰）
