申请日2009.06.22
公开(公告)日2010.12.29
IPC分类号C02F9/14; C02F3/30; C02F3/10; C02F1/44; C02F3/28
摘要
本发明公开一种采用折流板与膜曝气耦合装置的污水处理方法，将驯化好的膜曝气膜组件置入运行稳定的厌氧折流板反应器的第三上流隔室内，构成耦合反应器，工艺流程为：污水-在厌氧折流板反应器第一上流隔室发生厌氧反应—在厌氧折流板反应器第二上流隔室发生厌氧反应—在厌氧折流板反应器第三上流隔室发生厌氧反应—在膜曝气生物膜组件内发生好氧和厌氧反应-在厌氧折流板反应器第四上流隔室发生厌氧反应—处理后清水，由于采用厌氧折流板反应器与膜曝气生物膜反应器的耦合，接近百分之百的氧气利用效率适合于生长缓慢的硝化细菌的生长和繁殖，提高了膜组件抗冲击负荷的能力;节省设备投资和运行成本;且容易达到运行所需的操作参数。
权利要求书
1.一种采用折流板与膜曝气耦合装置的污水处理方法，其特征在于，将驯化好的膜曝气膜组件置入运行稳定的厌氧折流板反应器的第三隔室内，构成耦合反应器，其工艺流程为：污水——在厌氧折流板反应器第一上流隔室发生厌氧反应——在厌氧折流板反应器第二上流隔室发生厌氧反应——在厌氧折流板反应器第三上流隔室发生厌氧反应——在膜曝气生物膜组件内发生好氧和厌氧反应——在厌氧折流板反应器第四上流隔室发生厌氧反应——处理后清水。
2.根据权利要求1所述的采用折流板与膜曝气耦合装置的污水处理方法，其特征在于，厌氧折流板反应器内部的折流板将反应器分成四个独立的隔室，膜组件置入第三上流隔室上半部。
3.根据权利要求1所述的采用折流板与膜曝气耦合装置的污水处理方法，其特征在于，膜曝气组件由疏水性的中空纤维膜束组成，每根纤维的一端集中于方形的封头中，封头内部中空，外部封死，连接曝气管道;另一端集中于另一个末梢封闭方形的封头中，此封头含有贯通的孔道。
说明书
采用折流板与膜曝气耦合装置的污水处理方法
技术领域
本发明属于水处理设备技术领域，具体是一种采用折流板与膜曝气耦合装置的污水处理方法。
背景技术
污水中的氮元素是诱发水体恶化的主要因素。含氮污染物的去除不仅需要大量专属微生物的协同作用，而且对环境条件要求十分苛刻，始终制约着脱氮工艺的发展。尤其在高浓度有机废水中实现脱氮，更是水处理行业中的难题。目前国内外普遍采用厌氧、好氧串联的方法处理高浓度有机含氮废水，但是此类工艺不仅流程长、基建费用高、占地面积大，而且需要回流等额外设施，不符合国家提倡的可持续发展目标。
高效的厌氧反应器具有较好的水力和有机负荷的适应能力，较长的生物停留时间和较低的污泥产率。但是出水水质的不稳定和含氮污染物的去除仍是难题。为了克服上述的缺点，许多研究者将厌氧反应器和好氧反应器串联使用，所使用的好氧工艺有好氧活性污泥、好氧生物膜反应器、序批式活性污泥法等等，但是普遍存在工艺较长和投资较大的不足。
膜曝气生物膜反应器是近些年兴起的将膜曝气技术与生物膜技术有机相结合的水处理新工艺。膜组件不仅是微生物生命活动的载体，而且是提供氧源的通道，因此能够将生物膜固定在膜的外表面，直接向生物膜内侧提供氧气。接近膜壁的微生物群落供氧充足而有机底物浓度较低，适宜硝化细菌的生长繁殖;相反，在生物膜外侧污染物浓度高而氧气缺乏，适宜厌氧微生物和反硝化菌的生存。虽然此种特殊的生物膜分层结构具有良好的硝化和反硝化效果，但是当进水C/N比值过高时，好氧异养菌的过度繁殖会抑制硝化菌的活性造成脱氮效果的下降。
综上所述，只有兼具厌氧反应器高效的去碳能力与膜曝气生物膜良好的脱氮效果的新型反应器，才能达到处理高浓度有机含氮废水时在单一反应器内实现碳氮污染物同时去除的目的。
发明内容
本发明的目的在于实现厌氧折流板反应器与膜曝气生物膜反应器的耦合，该耦合反应器不仅同时具有两个反应器的精华部分，而且弥补了各自的缺陷，具有产酸相、产甲烷相、硝化相和反硝化相等多个生物相分离的特征，出水水质好，占地面积小，在单一反应器内完成高浓度有机含氮废水处理中的同时去碳脱氮功效。
为了实现上述的发明目的，本发明利用膜曝气生物膜外层的厌氧状态与厌氧折流板反应器内部环境相融合的特性，将驯化好的膜曝气膜组件置入运行稳定的厌氧折流板反应器的第三上流隔室内，以此构成耦合反应器。
本发明其工艺流程为：污水——在厌氧折流板反应器第一上流隔室发生厌氧反应——在厌氧折流板反应器第二上流隔室发生厌氧反应——在厌氧折流板反应器第三上流隔室发生厌氧反应——在膜曝气生物膜组件发生好氧和厌氧反应——在厌氧折流板反应器第四上流隔室发生厌氧反应——处理后清水。
本发明的厌氧折流板反应器内部的折流板将反应器分成四个独立的隔室，这样不仅使水流大多呈推流与完全混合流相结合的复合型流态，从而获得较高的容积利用率和处理能力，而且具有良好的生物固体截留能力。在反应器内微生物可在不同区域内生长，与不同阶段进水相接触，在一定程度上实现生物相的分离，从而实现稳定和提高处理效果的目的。
膜曝气组件由疏水性的中空纤维膜束组成，每根纤维的一端集中于方形的封头中，封头内部中空，外部封死，连接曝气管道;另一端集中于另一个末梢封闭方形的封头中，此封头含有多处贯通的孔道，液体可自由的通过，不会影响上流隔室内液体的上升。由于膜组件安置在厌氧折流板反应器第三个上流隔室的上半部，与隔室内下半部的污泥层仅有少量的接触。
本发明的耦合反应器整体仍然处于密闭状态，各个隔室的气体单独收集。曝气膜组件采用纯氧为气源，当气体透过膜壁进入生物膜内层时被好氧菌利用，其利用效率接近100%。因此膜组件不会向厌氧隔室内排入气体，即没有改变原有沼气的成分。膜组件的置入不会改变原有折流板反应器的推流形式，且生物膜内的微生物种群与原有的厌氧微生物种群互无干扰。产酸菌主要分布于耦合反应器的第一上流隔室，产甲烷菌主要分布于反应器的第二和第三上流隔室，硝化细菌存在于曝气生物膜的内侧，而反硝化细菌存在于曝气生物膜的外侧和耦合反应器的第四上流隔室。不同的微生物相在各自适宜的环境条件下进行生命代谢活动，不仅避免不同生化过程之间存在的相互竞争和抑制，而且充分发挥不同微生物种群之间协同共生的作用，实现单一反应器处理高浓度有机含氮废水的同时去碳脱氮功效。
本发明的有益效果是：由于采用厌氧折流板反应器与膜曝气生物膜反应器的耦合，驯化好的膜曝气膜组件置入运行稳定的厌氧折流板反应器的第三上流隔室内，中空纤维膜较大的比表面积有利于微生物的附着，接近百分之百的氧气利用效率适合于生长缓慢的硝化细菌的生长和繁殖，提高了膜组件抗冲击负荷的能力;耦合反应器没有增大占地面积和增加工艺流程，无需额外的运行成本和能耗;耦合反应器启动简易，容易达到运行所需的操作参数。采用本耦合反应器处理高浓度有机含氮废水，同时去碳脱氮效果良好，运行以来未出运行问题，是一种市场应用前景广阔的新型反应器。
附图说明
图1是耦合反应器的结构示意图。
1为进水口，2为蠕动泵，3为厌氧污泥，4为保温夹层，5为膜组件，6为液体取样口，7为气体收集口，8为压力表，9为氧气进口，10为出水口，11为上流隔室，12为下流隔室。
具体实施方式
下面结合附图介绍本发明的具体实施例：
本发明利用膜曝气生物膜外层的厌氧状态与厌氧折流板反应器内部环境相融合的特性，将驯化好的膜曝气膜组件置入运行稳定的厌氧折流板反应器的第三上流隔室内，以此构成耦合反应器。
本发明其工艺流程为：污水——在厌氧折流板反应器第一上流隔室发生厌氧反应——在厌氧折流板反应器第二上流隔室发生厌氧反应——在厌氧折流板反应器第三上流隔室发生厌氧反应——在膜曝气生物膜组件发生好氧和厌氧反应——在厌氧折流板反应器第四上流隔室发生厌氧反应——处理后清水。
下面结合附图对本发明的一个具体实施例做详细说明，膜组件5的中空纤维孔径为0.1μm，有效面积为0.8m2，为保证无泡传质压力表8的数值为0.85～1bar。厌氧折流板反应器由有机玻璃制成，共有四个上流隔室11和三个下流隔室12，其长宽高分别为10cm×10cm×32cm和2cm×10cm×32cm，折板角度为45°。上流隔室的横截面积为下流隔室的5倍，废水在上流隔室中缓慢上升有助于保持较高的污泥截留能力，而废水在下流隔室的快速下降进入下一个上流隔室，能够有效地减少沟流和堵塞的现象的产生。上流隔室装填厌氧颗粒污泥3，约占隔室体积的一半。反应器设有保温夹层4，采用夹套式恒温水浴加热，温度为28±1℃。
本发明的工艺流程是这样的，人工合成废水由蠕动泵2以2.7ml/min的流量从进水口1处注入厌氧折流板反应器第一个上流隔室11的底部，废水的化学需氧量和氨氮的浓度分别为2400mg/L和80mg/L。废水中的有机物在此隔室内被厌氧污泥3酸化水解，产生大量的挥发性脂肪酸，这个过程发生的是厌氧反应;然后废水经过下流隔室12依次进入后端隔室。从液体取样口6可以取得上流隔室内的泥污和上清液样品，用于分析颗粒污泥的性状和废水中的污染物含量。第二和第三隔室内的厌氧污泥将酸类物质甲烷化，产生的甲烷和二氧化碳等气体从隔室上方的气体收集口7排出，同样发生的是厌氧反应。由于消耗了大量的有机物使得废水中化学需氧量和氨氮的比值约为4.5∶1，为第三个上流隔室中的曝气膜组件5提供了适宜的运行环境。纯氧由氧气进口9注入膜组件内部，通过压力表8读取膜内氧气压力，并且控制在适宜的范围内。膜组件上生物膜内层的硝化细菌将氨氮转化为硝态氮，发生好氧反应;外层的反硝化细菌将硝态氮转化为氮气，发生厌氧反应，总氮得到一定的去除。由于亚硝酸盐产生于膜组件生物膜内侧，一部分进而被氧化为硝酸盐，另一部分在生物膜外侧被转变为氮气，所以第三个下流隔室水中含有少量的亚硝态氮。而膜组件生物膜内层的少量好氧异养菌能够利用氧气将部分有机底物氧化成二氧化碳;外层的反硝化菌则会利用碳源作为电子供体，将来自内层的硝态氮转变为氮气，所以第三个下流隔室废水中化学需氧量大幅度降低。废水进入第四个上流隔室后，厌氧颗粒污泥利用有机物将剩余的硝态氮转变为氮气，发生厌氧反应，使得出水口10的出水中污染物浓度降低。
膜组件的置入对前端隔室的水解酸化过程不会产生任何的影响，虽然与中间隔室的污泥层有少量的接触，但是生物膜外层的厌氧状态理论上同样不会影响隔室内污泥床的产甲烷过程。膜组件的硝化作用和不完全的反硝化作用，使得流入后端隔室内部的液相中含有一定量硝态氮。由于存在底物之间的相互竞争关系，反硝化反应要优先于产甲烷反应发生，即甲烷过程开始之前，硝态氮已经被完全转化。因此反应器具有很好的总氮去除效果，去除率高达80%以上。
