一種強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器及方法
【專利摘要】一種強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器及方法，屬于環(huán)境保護(hù)和污水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，反應(yīng)器主要包括反應(yīng)池以及設(shè)于反應(yīng)池內(nèi)的微孔曝氣器、導(dǎo)流筒和膜組件，微孔曝氣器設(shè)于導(dǎo)流筒正下方，產(chǎn)生微氣泡用于形成氣提作用和控制膜污染，導(dǎo)流筒設(shè)于反應(yīng)池中央位置，膜組件設(shè)于導(dǎo)流筒內(nèi)部，通過顆?；钚蕴客都雍退Y選方式快速完成內(nèi)部功能微生物的培養(yǎng)和富集，微生物一方面通過形成顆粒型生物膜得以固定化，另一方面借助膜組件的高效截留作用以懸浮態(tài)形式得以富集，在氣提作用下所有微生物隨污水在導(dǎo)流筒內(nèi)外做上下循環(huán)運(yùn)動(dòng)；本發(fā)明能大幅度提高全程自養(yǎng)脫氮生物量和反應(yīng)活性，同時(shí)保證較高的出水水質(zhì)。
【專利說明】一種強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)和污水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮 反應(yīng)器及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 可持續(xù)發(fā)展和碳減排一直是環(huán)境保護(hù)和污水處理【技術(shù)領(lǐng)域】的重要發(fā)展目標(biāo)和趨 勢。傳統(tǒng)基于硝化-反硝化原理的脫氮技術(shù)不僅在好氧硝化階段需要消耗大量電能用于曝 氣充氧，而且需要足夠有機(jī)碳源用以反硝化過程，存在高能耗、高占地、高排碳等弊端。此 夕卜，由于目前污水有機(jī)碳源不足的現(xiàn)象較為普遍，尤其對(duì)于經(jīng)過濃縮預(yù)處理的污水，傳統(tǒng)脫 氮技術(shù)應(yīng)用受到極大限制。
[0003] 全程自養(yǎng)脫氮（Completely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite, CANON) 被認(rèn)為是目前最經(jīng)濟(jì)有效的新型脫氮技術(shù)，它在同一反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)了氨氮亞硝化和厭氧氨 氧化的原位耦合，不僅節(jié)省了 60%左右的曝氣能耗，而且無需有機(jī)碳源參與。然而，該技術(shù) 在實(shí)際應(yīng)用中卻存在著功能菌群富集困難、氨氮去除負(fù)荷低等難題，尤其是對(duì)于低溫、低氨 氮廢水。因此，如何提高反應(yīng)器內(nèi)氨氧化菌（亞硝化）和厭氧氨氧化菌的生物量及反應(yīng)活 性對(duì)保障全程自養(yǎng)脫氮過程順利進(jìn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)和科學(xué)意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫 氮反應(yīng)器及方法，解決了污水全程自養(yǎng)脫氮功能菌群富集困難、脫氮效率低等問題，同時(shí)能 夠有效去除污水中的有機(jī)物和懸浮物，保證了較高的出水水質(zhì)，簡化工藝流程。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器，包括反應(yīng)池10以及設(shè)于反應(yīng)池10內(nèi)的微孔 曝氣器5、導(dǎo)流筒8和膜組件9,所述反應(yīng)池10頂部設(shè)有排氣口 11，底部設(shè)有進(jìn)水口和進(jìn)氣 口，所述膜組件9為中空纖維膜組件，膜組件9的頂部與所有膜絲內(nèi)腔相通。
[0007] 所述反應(yīng)池10的進(jìn)水口經(jīng)管道連接有進(jìn)水池1和進(jìn)水泵2,所述微孔曝氣器5經(jīng) 管道連接有氣泵3和流量控制器4,所述膜組件9經(jīng)管道連接有出水泵12和出水池13。
[0008] 所述反應(yīng)池10由有機(jī)玻璃制成,上部為圓柱體，底部為錐形結(jié)構(gòu)，高徑比為3-6。 [0009] 所述導(dǎo)流筒8為中空筒狀結(jié)構(gòu)，縱向設(shè)于反應(yīng)池10中央位置，所述微孔曝氣器5 設(shè)于導(dǎo)流筒8正下方，所述膜組件9設(shè)于導(dǎo)流筒8內(nèi)部中央位置。
[0010] 所述導(dǎo)流筒8與反應(yīng)池10的內(nèi)徑比為0. 7-0. 9,占整個(gè)反應(yīng)池10高度的70-80%; 所述膜組件9橫向長度占導(dǎo)流筒內(nèi)徑的30-50%。
[0011] 所述膜組件9為PVDF中空纖維膜組件。
[0012] 本發(fā)明還提供了基于所述反應(yīng)器的一種強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮方法，包括以下步 驟：
[0013] 步驟一，進(jìn)水池1中的原污水在進(jìn)水泵2作用下進(jìn)入到反應(yīng)池10,處理后經(jīng)膜組件 9和出水泵12進(jìn)入到出水池13 ;
[0014] 步驟二，空氣經(jīng)氣泵3和流量控制器4進(jìn)入微孔曝氣器5進(jìn)行曝氣，用于供氧以及 產(chǎn)生微氣泡6以在導(dǎo)流筒8內(nèi)形成氣提作用并控制膜組件9污染，最后通過排氣口 11排出， 同時(shí)通過調(diào)節(jié)流量控制器4將溶解氧控制在0. 2-0. 5mg/L ;
[0015] 步驟三，將普通活性污泥接種到反應(yīng)池10內(nèi)，使得污泥濃度維持在6-8g/L ;
[0016] 步驟四，將顆?；钚蕴堪凑?0_150g/L的量投入到反應(yīng)池10內(nèi)，并通過水力篩選 方式快速完成內(nèi)部功能微生物的培養(yǎng)和富集，微生物一方面通過形成顆粒型生物膜7得以 固定化，另一方面借助膜組件9的高效截留作用以懸浮態(tài)形式得以富集，同時(shí)在氣提作用 下所有微生物隨污水在導(dǎo)流筒8內(nèi)外做上下循環(huán)運(yùn)動(dòng)。
[0017] 所述功能微生物是氨氧化菌和厭氧氨氧化菌，所述顆粒型生物膜7包括微生物自 固定化形成的顆粒污泥和以活性炭顆粒為載體所形成的生物膜。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要用于解決污水全程自養(yǎng)脫氮功能菌群富集困難、脫 氮效率低等難題；本發(fā)明在同一反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)了基于顆粒型生物膜的微生物固定化和基于 膜截留的懸浮態(tài)菌群富集兩種技術(shù)的耦合，能大幅度提高全程自養(yǎng)脫氮的生物量和反應(yīng)活 性；本發(fā)明所述反應(yīng)器及方法不僅能有效去除氨氮，還會(huì)對(duì)污水中的有機(jī)物和懸浮物有較 好的去除作用，能保證較高的出水水質(zhì)，可作為廢水處理工藝中的深度處理單元，能簡化整 個(gè)工藝流程。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一種強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0022] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的功能菌群富集困難、氨氮去除負(fù)荷低等難題，本發(fā)明提 供一種強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器及方法，在同一反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)基于顆粒型生物膜的微 生物固定化和基于膜截留的懸浮態(tài)菌群富集兩種技術(shù)的耦合，能提高生物量和及其反應(yīng)活 性，有效去除污水中的氨氮、有機(jī)物和懸浮物等。
[0023] 如圖1所示，在本發(fā)明實(shí)施例中，一種強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器，主要包括反 應(yīng)池10以及設(shè)于反應(yīng)池內(nèi)的微孔曝氣器5、導(dǎo)流筒8和膜組件9。反應(yīng)池10由有機(jī)玻璃制 成，上部為圓柱體，底部為錐形結(jié)構(gòu)，高徑比范圍3-6,本實(shí)施例中選擇高徑比為5。導(dǎo)流筒8 為兩端開口的中空圓柱結(jié)構(gòu)，縱向設(shè)于反應(yīng)池10中央位置與反應(yīng)池10同軸，且與反應(yīng)池10 的內(nèi)徑比范圍0. 7-0. 9,占整個(gè)反應(yīng)池10高度的70% -80%，本實(shí)施例中選擇導(dǎo)流筒8與反 應(yīng)池10的內(nèi)徑比為0. 8,占整個(gè)反應(yīng)池10高度的72%。微孔曝氣器5設(shè)于導(dǎo)流筒8正下 方，用以產(chǎn)生微氣泡6,提高反應(yīng)效率。膜組件9設(shè)于導(dǎo)流筒8內(nèi)部中央位置，且其橫向長度 占導(dǎo)流筒8內(nèi)徑的30% -50%，本實(shí)施例中選擇膜組件9占導(dǎo)流筒8內(nèi)徑的45%，膜組件9 為PVDF中空纖維膜組件，其頂部與所有膜絲內(nèi)腔相通，并通過管道連接出水泵12和出水池 13。反應(yīng)池10頂部設(shè)有排氣口 11，底部設(shè)有進(jìn)水口和進(jìn)氣口，進(jìn)水口經(jīng)管道連接有進(jìn)水池 1和進(jìn)水泵2。微孔曝氣器5作為進(jìn)氣口，經(jīng)管道連接有氣泵3和流量控制器4。
[0024] 如圖2所示，在本發(fā)明實(shí)施例中，一種強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮方法，包括以下步 驟：
[0025] 步驟一，進(jìn)水池1中的原污水借助進(jìn)水泵2從反應(yīng)池10進(jìn)水口泵入，處理后經(jīng)膜 組件9和出水泵12進(jìn)入出水池13。實(shí)驗(yàn)所用原污水采用模擬的無碳源低氨氮濃度污水，其 中，氨氮為50-100mg/L ;反應(yīng)器內(nèi)pH為7. 0-8. 0,溫度為15-17°C。
[0026] 步驟二，空氣經(jīng)氣泵3、流量控制器4和微孔曝氣器5從反應(yīng)池10進(jìn)氣口泵入，除 供氧外，還用于在導(dǎo)流筒8內(nèi)形成氣提作用和控制膜組件9污染，最后通過排氣口 11排出。 同時(shí)通過調(diào)節(jié)流量控制器將溶解氧控制在0. 2-0. 5mg/L。
[0027] 步驟三和步驟四，在啟動(dòng)期，將普通活性污泥接種到反應(yīng)池10內(nèi)，使得最終污泥 濃度維持在6_8g/L;同時(shí)加入30X60目活性炭，其投加量為100g/L。通過水力篩選方式快 速完成顆粒型亞硝化-厭氧氨氧化生物膜的培養(yǎng)和懸浮態(tài)功能菌群的富集。微生物一方面 通過形成顆粒型生物膜7得以固定化，另一方面借助膜組件9的高效截留作用以懸浮態(tài)形 式得以富集。同時(shí)在氣提作用下所有微生物隨污水在導(dǎo)流筒8內(nèi)外做上下循環(huán)流動(dòng)。水力 停留時(shí)間從開始的24-27h逐步縮短到3-5h。整個(gè)啟動(dòng)可劃分為3-5個(gè)階段，通過定期檢測 進(jìn)出水總氮濃度，確保每次調(diào)整水力停留時(shí)間前反應(yīng)器的總氮去除率都能穩(wěn)定在70-80% 左右。每一階段末期，取出活性炭和污泥樣品，通過顯微觀察和粒徑分布測定監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi) 顆粒型亞硝化-厭氧氨氧化生物膜培養(yǎng)富集情況，具體包括微生物自固定化形成的顆粒污 泥和以活性炭顆粒為載體所形成的生物膜兩類。最后通過高通量測序、FISH等分子生物學(xué) 方法對(duì)形成的顆粒型生物膜及懸浮態(tài)富集污泥中的功能微生物如氨氧化菌和厭氧氨氧化 菌等的分布情況進(jìn)行表征，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)亞硝化-厭氧氨氧化功能菌群豐度達(dá)到75-80%以 上時(shí)，說明反應(yīng)器的啟動(dòng)期順利完成。
[0028] 為了保證反應(yīng)器長期高效穩(wěn)定運(yùn)行，首先需要對(duì)溶解氧、pH和溫度進(jìn)行連續(xù)控制； 其次通過調(diào)節(jié)污泥的排放量，維持30-40天的污泥齡；最后監(jiān)測膜組件跨膜壓差的變化情 況，當(dāng)其達(dá)到〇. 05-0. 07MPa時(shí)，可以對(duì)其進(jìn)行化學(xué)清洗。
[0029] 對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在上述原理的基礎(chǔ)上，還可以對(duì)本發(fā)明所 述反應(yīng)器及方法做出若干改變和改進(jìn)，這些改變和改進(jìn)也應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器，其特征在于，包括反應(yīng)池（10)以及設(shè)于反應(yīng) 池（10)內(nèi)的微孔曝氣器（5)、導(dǎo)流筒（8)和膜組件（9)，所述反應(yīng)池（10)頂部設(shè)有排氣口 (11)，底部設(shè)有進(jìn)水口和進(jìn)氣口，所述膜組件（9)為中空纖維膜組件，膜組件（9)的頂部與 所有膜絲內(nèi)腔相通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)池 (10)的進(jìn)水口經(jīng)管道連接有進(jìn)水池（1)和進(jìn)水泵（2)，所述微孔曝氣器（5)經(jīng)管道連接有 氣泵（3)和流量控制器（4)，所述膜組件（9)經(jīng)管道連接有出水泵（12)和出水池（13)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)池 (10)由有機(jī)玻璃制成，上部為圓柱體，底部為錐形結(jié)構(gòu)，高徑比為3-6。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器，其特征在于，所述導(dǎo)流筒（8) 為中空筒狀結(jié)構(gòu)，縱向設(shè)于反應(yīng)池（10)中央位置，所述微孔曝氣器（5)設(shè)于導(dǎo)流筒（8)正 下方，所述膜組件（9)設(shè)于導(dǎo)流筒（8)內(nèi)部中央位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器，其特征在于，所述導(dǎo)流 筒⑶與反應(yīng)池（10)的內(nèi)徑比為〇. 7-0. 9,占整個(gè)反應(yīng)池（10)高度的70-80% ;所述膜組 件（9)橫向長度占導(dǎo)流筒內(nèi)徑的30-50%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器，其特征在于，所述膜組件（9) 為PVDF中空纖維膜組件。
7. 基于權(quán)利要求1所述反應(yīng)器的一種強(qiáng)化污水全程自養(yǎng)脫氮方法，其特征在于，包括 以下步驟： 步驟一，進(jìn)水池（1)中的原污水在進(jìn)水泵（2)作用下進(jìn)入到反應(yīng)池（10)，處理后經(jīng)膜組 件（9)和出水泵（12)進(jìn)入到出水池（13); 步驟二，空氣經(jīng)氣泵（3)和流量控制器（4)進(jìn)入微孔曝氣器（5)進(jìn)行曝氣，用于供氧以 及產(chǎn)生微氣泡（6)以在導(dǎo)流筒（8)內(nèi)形成氣提作用并控制膜組件（9)污染，最后通過排氣 口（11)排出，同時(shí)通過調(diào)節(jié)流量控制器⑷將溶解氧控制在〇. 2-0. 5mg/L ; 步驟三，將普通活性污泥接種到反應(yīng)池（10)內(nèi)，使得污泥濃度維持在6-8g/L; 步驟四，將顆?；钚蕴堪凑?0-150g/L的量投入到反應(yīng)池（10)內(nèi)，并通過水力篩選方 式快速完成內(nèi)部功能微生物的培養(yǎng)和富集，微生物一方面通過形成顆粒型生物膜（7)得以 固定化，另一方面借助膜組件（9)的高效截留作用以懸浮態(tài)形式得以富集，同時(shí)在氣提作 用下所有微生物隨污水在導(dǎo)流筒（8)內(nèi)外做上下循環(huán)運(yùn)動(dòng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述脫氮方法，其特征在于：所述功能微生物是氨氧化菌和厭氧氨 氧化菌，所述顆粒型生物膜（7)包括微生物自固定化形成的顆粒污泥和以活性炭顆粒為載 體所形成的生物膜。
【文檔編號(hào)】C02F3/30GK104045158SQ201410293564
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】王凱軍, 徐恒, 汪翠萍 申請人:清華大學(xué)