短程硝化-反硝化脫氮膜生物反應(yīng)器及其污水處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物脫氮裝置，屬于污水處理領(lǐng)域，具體涉及一種短程硝化-反硝化 脫氮膜生物反應(yīng)器及其污水處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 水體富營養(yǎng)化是指大量的氮、磷等元素排入水體后，促使藻類等水生生物大量生 長繁殖，使有機(jī)物產(chǎn)生的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水體消耗速度，造成水體中有機(jī)物積蓄，破壞了水生 生態(tài)平衡。常見的較為嚴(yán)重的水體富營養(yǎng)化的表現(xiàn)有：水體發(fā)生"水華"、"赤潮"等現(xiàn)象。水 體富營養(yǎng)化會污染水資源，嚴(yán)重影響人類的日常生活，然而絕大多數(shù)的水體富營養(yǎng)化都是 由于人類活動過程中向水體輸入氮、磷等元素而在水體中富集引起。因此，為了防止水體富 營養(yǎng)化，首先應(yīng)該減少或者截斷因人類活動而向水體輸入的富含氮、磷等外部營養(yǎng)物質(zhì)的 污染物。
[0003] 近年來，有大量污水處理設(shè)施在大規(guī)模的興建，同時也采用了生物脫氮工藝，其目 的都在于，削減因人類活動而向水體輸入的富含氮、磷等外部營養(yǎng)物質(zhì)的污染物，進(jìn)而防治 水污染。傳統(tǒng)的生物脫氮工藝包括A2/0、A/0、氧化溝、SBR及其變種、UCT等，其基本原理是 在將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮（NH/-N)的基礎(chǔ)上，先利用好氧段由硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌的協(xié)同 作用，將氨氮通過硝化作用轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮（N-NO 2O、硝態(tài)氮（N-NO3O。再在缺氧條件下通 過反硝化作用將N-NCV、N-NCV轉(zhuǎn)化為氮氣（N 2)，溢出水面釋放到大氣，參與自然界氮的循 環(huán)。減少水中含氮量，降低出水的潛在危險性，達(dá)到削減水中氮元素目的。
[0004] 反硝化菌是屬于異養(yǎng)型兼性厭氧菌，在厭氧的條件下以NOx-N為電子受體，以有機(jī) 物為電子供體。碳源是反硝化過程中不可少的一種物質(zhì)，進(jìn)水的C/N直接影響生物脫氮除 氮效果。當(dāng)進(jìn)水C/N低于3. 4時，傳統(tǒng)的生物脫氮工藝將面臨碳源不足的問題而無法實現(xiàn) 生物脫氮，若外加甲醇、乙酸鈉等方式補(bǔ)充碳源，采用大量的、持續(xù)的外加碳源措施，又將 造成污水處理成本的顯著增加。并且，養(yǎng)殖廢水、垃圾滲濾液、化工廢水及部分城市生活污 水的C/N都遠(yuǎn)低于此值，傳統(tǒng)的生物脫氮工藝將難以實現(xiàn)脫氮目的。此外，A 2AK A/0、氧化 溝、SBR及其變種、UCT等傳統(tǒng)生物脫氮工藝構(gòu)架組合中，含有多重污泥和混合液的回流，增 加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了基建和運行費用；脫氮過程對能源消耗多，這些都不符合環(huán)境低 碳可持續(xù)發(fā)展的要求。
[0005] 所以，針對廣泛存在的養(yǎng)殖廢水、垃圾滲濾液、化工廢水等高氨氮濃度、低C/N廢 水，開發(fā)一種低成本投入、可持續(xù)的高效脫氮反應(yīng)器，提高生物脫氮的去除效果，降低處理 成本，將更符合環(huán)境低碳可持續(xù)發(fā)展的趨勢。
[0006] 授權(quán)公告號為CN101863586B的專利申請公開了一種用于脫氮的膜生物反應(yīng)器及 其污水脫氮方法，該膜生物反應(yīng)器包括反應(yīng)池和反應(yīng)池內(nèi)的膜組件以及膜組件連接的出水 口，反應(yīng)池底部分別設(shè)有一個進(jìn)水口和一個回流液入口，所述的膜生物反應(yīng)器內(nèi)通過四塊 垂直導(dǎo)流擋板分隔為五個串聯(lián)的小池，進(jìn)水口與第一缺氧池相連；第一缺氧池通過上端的 折流出口與好氧池相通，好氧池底部設(shè)有第一曝氣裝置；好氧池進(jìn)而通過下端的折流出口 與第二缺氧池相通；第二缺氧池再通過上端的折流出口與厭氧池相通；最后厭氧池通過下 端的折流出口與膜池相通，膜池底部設(shè)有第二曝氣裝置；膜池中有垂直放置的膜組件，并有 出水口與膜池相連；膜池的底部還設(shè)有污泥排放口，并與排泥泵連接；膜池的頂部還設(shè)有 回流液出口，并通過回流泵連接到第一缺氧池底部的回流液入口；其中，五個串聯(lián)的小池的 容積比為1: 1: 1: 1:1?3,第一曝氣裝置的曝氣量與好氧池容積的比為2-4. 51Γ1，第二曝氣 裝置的曝氣量與膜池容積的比為3?7h'
[0007] 該膜生物反應(yīng)器雖然能夠?qū)崿F(xiàn)深度脫氮處理，可減輕膜污染，而且利用膜的高效 截留分離特性，過濾出水的水質(zhì)良好；但是，該膜生物反應(yīng)器的污水脫氮處理進(jìn)程過短，且 污水在膜生物反應(yīng)器中為單向流動，易造成污水脫氮處理不充分，污水處理效果不佳，尤其 是針對養(yǎng)殖廢水、垃圾滲濾液、化工廢水等高氨氮濃度、低C/N廢水，處理效果更有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供了一種短程硝化-反硝化脫氮膜生物反應(yīng)器及其污水處理工藝，該反 應(yīng)器可實現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)部污水的內(nèi)循環(huán)流動脫氮過程，提高污水的脫氮處理效果。
[0009] 一種短程硝化-反硝化脫氮膜生物反應(yīng)器，包括脫氮反應(yīng)池、膜組件，所述脫氮反 應(yīng)池分為多級串聯(lián)的反應(yīng)室，每級反應(yīng)室內(nèi)部通過折板墻分隔為缺氧區(qū)和兼氧區(qū)，且兩者 的頂部和底部均相連通；相鄰兩級反應(yīng)室間通過穿孔墻分隔，穿孔墻上的通孔沿水流方向 孔徑逐漸變小；所述膜組件設(shè)于末級反應(yīng)室的兼氧區(qū)內(nèi)，所述短程硝化-反硝化脫氮膜生 物反應(yīng)器還包括往每級反應(yīng)室的厭氧區(qū)供水的布水裝置以及往每級反應(yīng)室的兼氧區(qū)底部 通氣的曝氣裝置。
[0010] 所述缺氧區(qū)內(nèi)設(shè)置有生物選擇器，通過選擇器對微生物進(jìn)行選擇性培養(yǎng)以防止污 水處理過程中發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象，從而影響反應(yīng)室內(nèi)污水與活性污泥混合液內(nèi)循環(huán)的進(jìn) 行。
[0011] 在兼氧區(qū)曝氣過程中，壓縮空氣由曝氣裝置釋放進(jìn)入兼氧區(qū)內(nèi)，由于氣體的推動 作用和壓縮空氣在水中的裹夾與混合作用，使得水與氣的混合液密度減小而向上流動，并 在翻過折板墻的過程中到達(dá)液面，此時氣液分離，氣泡逸出水面，而液體翻過折板墻進(jìn)入缺 氧區(qū)的生物選擇器內(nèi)與從布水裝置進(jìn)入的污水混合，繼續(xù)進(jìn)行污水脫氮處理過程。由于缺 氧區(qū)未與曝氣裝置相連，故污水與活性污泥的混合液因相對密度增大而向下沉，并重新進(jìn) 入兼氧區(qū)。所以，污水與活性污泥的混合液在兼氧區(qū)內(nèi)向上流動，在缺氧區(qū)內(nèi)向下流動，構(gòu) 成無動力內(nèi)循環(huán)體系，其中，缺氧區(qū)和兼氧區(qū)內(nèi)混合液的密度差即是循環(huán)的內(nèi)動力，混合液 可在缺氧區(qū)和兼氧區(qū)中交替循環(huán)，從而提高了污水處理的效果。
[0012] 所述折板墻的底部設(shè)有折向兼氧池的折板。所述缺氧區(qū)的底部遠(yuǎn)離兼氧區(qū)一側(cè)設(shè) 有傾斜設(shè)置的導(dǎo)流斜坡。折板和導(dǎo)流斜坡的設(shè)置均可起到污水導(dǎo)流作用，避免部分污水堆 積反應(yīng)室底部缺氧區(qū)和兼氧區(qū)相通的區(qū)域內(nèi)，從而影響內(nèi)循環(huán)體系的順利進(jìn)行。
[0013] 所述折板墻的頂部設(shè)有高度可調(diào)的堰板。該堰板在折板墻上可上下移動，堰板移 動至最高位置時，高于折板墻且與液面高度一致，調(diào)節(jié)堰板的高度可調(diào)節(jié)污水與活性污泥 混合液從兼氧區(qū)頂部流入缺氧區(qū)過程中的流量，從而使反應(yīng)室內(nèi)部的內(nèi)循環(huán)脫氮系統(tǒng)的脫 氮效果更佳。
[0014] 由于氣體與液體的密度不同，液體會受到重力的作用向下運動，而氣體向上運動， 向上的氣體會附著在變徑孔壁面上，并沿著孔徑變大的方向運動，回流至兼氧區(qū)內(nèi)，氣體回 流比例大于100%，從而使兼氧池區(qū)的氣體不會隨液體一同沿穿孔墻進(jìn)入下一級的缺氧區(qū)。 作為優(yōu)選，所述穿孔墻的通孔與水平方向的夾角為30?60°，通孔的進(jìn)水入口端高于出口 端。
[0015] 第一級反應(yīng)室的厭氧區(qū)設(shè)有回泥口，最后一級反應(yīng)室的兼氧區(qū)設(shè)有排泥口。本發(fā) 明短程硝化-反硝化脫氮膜生物反應(yīng)器，除包括脫氮反應(yīng)池、膜組件、布水裝置和曝氣裝置 夕卜，還設(shè)有污泥回流裝置和污泥排放裝置；所述污泥回流裝置的進(jìn)口端與末級反應(yīng)室的兼 氧區(qū)相連，出口端與第一級反應(yīng)室的缺氧區(qū)相連通；所述污泥排放裝置的一端與末級反應(yīng) 室的兼氧區(qū)相通。
[0016] 本發(fā)明還提供了一種所述短程硝化-反硝化脫氮膜生物反應(yīng)器的污水處理工藝， 通過布水系統(tǒng)向各級反應(yīng)室的缺氧區(qū)通入污水，通過曝氣系統(tǒng)在兼氧區(qū)底部曝氣，使污水 在缺氧區(qū)和兼氧區(qū)內(nèi)進(jìn)行循環(huán)脫氮，待脫氮處理結(jié)束后，污水經(jīng)膜生物反應(yīng)器過濾后流出。
[0017] 作為優(yōu)選，控制缺氧區(qū)的水力停留時間為0. 5?3. Oh，兼氧區(qū)的水力停留時間為 I. 0 ?5. Oh0
[0018] 傳統(tǒng)的全程硝化-反硝化生物脫氮途徑為：
[0019] NH/-N - NCV-N - NCV-N - NCV-N - N2
[0020] 短程硝化-反硝化生物脫氮途徑為：
[0021] NH/-N - Ν02_-Ν - N2
[0022] 與傳統(tǒng)的全程硝化-反硝化生物脫氮途徑相比，本發(fā)明采用的短程硝化-反硝化 途徑節(jié)約了 NOf-N - NOf-N的耗氧量，節(jié)約供氧量可達(dá)25%以上，在反硝化過程中亦可節(jié) 省碳源40%，節(jié)約運行費用。
[0023] 為了有利于短程硝化-反硝化過程的發(fā)生，作為優(yōu)選，兼氧區(qū)的溶解氧濃度小于 I. 5mg/L，缺氧區(qū)的溶解氧濃度小于0. 5mg/L，所述缺氧區(qū)內(nèi)游離氨的濃度為9?300mg/L， pH值為7. 0-9. 0。通過控制曝氣量和堰板高度可調(diào)節(jié)缺氧區(qū)和兼氧區(qū)的溶解氧濃度達(dá)到上 述要求。通過控制布水支線閥門的開啟度，可調(diào)節(jié)缺氧區(qū)的進(jìn)水流量，從而使缺氧區(qū)內(nèi)游 離氨的濃度控制在上述范圍內(nèi)，該游離氨的濃度大于亞硝酸