公布日：2023.09.15
申请日：2023.07.31
分类号：C02F3/30(2023.01)I;C02F3/28(2023.01)I;C02F3/02(2023.01)I;C02F1/44(2023.01)I
摘要
本发明提供了一种空气曝气型厌氧膜-氨氧化生物膜循环反应系统及废水处理方法，该系统包括依次连通的厌氧反应器、封闭式中空纤维膜组件和氨氧化生物膜反应池；废水处理方法包括：厌氧反应器将废水中的有机物进行降解，处理废水进入空气曝气的封闭式中空纤维膜组件，未经过滤的废水进入氨氧化生物膜反应池，将废水中的氨氮转化为硝氮、亚硝氮，废水回流至厌氧反应器，在反应器中将硝氮、亚硝氮转为氮气，实现总氮去除后，废水经中空纤维膜组件过滤排出系统。本发明能高效去除有机污染物，高效脱氮，省去传统需A/O+沉淀处理工艺去除污染物的步骤，同时使用空气替换沼气进行曝气，减少了出水中的有溶解性甲烷，保证了较高的出水水质与能源回收效率。
权利要求书
1.一种空气曝气型厌氧膜-氨氧化生物膜循环反应系统，其特征在于，包括依次连通的厌氧反应器、封闭式中空纤维膜组件和氨氧化生物膜反应池；所述厌氧反应器，内部不设置三相分离器，底部设有进水口，顶部设有用于排放沼气和氮气的出气口，用于处理进水废水中的有机污染物和回流废水中的硝态氮、亚硝态氮；所述封闭式中空纤维膜组件，由外部壳体和内部中空纤维膜组件构成，壳体与厌氧反应器连通；壳体内中空纤维膜组件下方设有空气曝气装置，还设有与中空纤维膜组件连通的排水口和与壳体连通的出水口；所述氨氧化生物膜反应池，与封闭式中空纤维膜组件的出水口连通，设有与厌氧反应器进水口连通的回流管路，用于处理将氨氮转化成硝态氮和亚硝态氮。
2.如权利要求1所述的空气曝气型厌氧膜-氨氧化生物膜循环反应系统，其特征在于，所述厌氧反应器与封闭式中空纤维膜组件之间设有循环水泵；所述排水口处设有带压力泵的排水管；所述回流管路设有回流泵。
3.一种利用如权利要求1～2任一项所述空气曝气型厌氧膜-氨氧化生物膜循环反应系统的废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将初始废水泵入厌氧反应器底部，进行有机污染物的去除，获得处理后的废水I；(2)废水I泵入封闭式中空纤维膜组件中，进行空气曝气，得到和空气混合的废水II；(3)废水II进入氨氧化生物膜反应池中，将废水中的氨氮转化成硝态氮和亚硝态氮，得到废水III；(4)废水III通过回流管路与初始废水混合后一同进入厌氧反应器中，同时进行有机污染物以及硝态氮和亚硝态氮的去除处理，得到废水IV；(5)重复循环步骤(2)～(4)，循环过程中监测封闭式中空纤维膜组件过滤后废水的有机污染物浓度和总氮含量，两者均达标后，将出水从封闭式中空纤维膜组件排水口泵出空气曝气型厌氧膜-氨氧化生物膜循环反应系统。
4.如权利要求3所述的废水处理方法，其特征在于，步骤(1)中，所述初始废水为市政废水，COD浓度为300～1000mg/L，总氮浓度为30～100mg/L，总磷浓度3～10mg/L。
5.如权利要求3所述的废水处理方法，其特征在于，步骤(1)中，所述厌氧反应器的工作压力0～20kpa，接种25～35g/L污泥，水力停留时间6～12h。
6.如权利要求3所述的废水处理方法，其特征在于，步骤(2)中，封闭式中空纤维膜组件运行的循环流量为产水流量的2～20倍，曝气流量为0～150m3/m2·h。
7.如权利要求3所述的废水处理方法，其特征在于，步骤(3)中，载体填充量为20～30％，接种自养氨氧化菌进行挂膜，挂膜后氨氧化活性为30～50mg·(g·h)-1，稳定运行后维持DO在0.5～1.5mg/L。
8.如权利要求3所述的废水处理方法，其特征在于，步骤(4)中，废水III与初始废水混合回流至厌氧反应器中形成的废水，在厌氧反应器停留的时间为6～12h。
9.如权利要求3所述的废水处理方法，其特征在于，步骤(5)中，当出水浓度超过设计浓度时停止过滤，进行内部循环。
发明内容
本发明提供了一种空气曝气型厌氧膜-氨氧化生物膜循环反应系统及废水处理方法，该循环反应系统不仅可以高效去除有机污染物，同时还可以高效去除废水中的总氮。
具体技术方案如下：
本发明提供了一种空气曝气型厌氧膜-氨氧化生物膜循环反应系统，包括依次连通的厌氧反应器、封闭式中空纤维膜组件和氨氧化生物膜反应池；
厌氧反应器，内部不设置三相分离器，底部设有进水口，顶部设有用于排放沼气和氮气的出气口，用于处理进水废水中的有机污染物和回流废水中的硝态氮、亚硝态氮；
封闭式中空纤维膜组件，由外部壳体和内部中空纤维膜组件构成，壳体与厌氧反应器连通；壳体内中空纤维膜组件下方设有空气曝气装置，还设有与中空纤维膜组件连通的排水口和与壳体连通的出水口；
氨氧化生物膜反应池，与封闭式中空纤维膜组件的出水口连通，设有与厌氧反应器进水口连通的回流管路，用于处理将氨氮转化成硝态氮和亚硝态氮。
进一步地，所述厌氧反应器与封闭式中空纤维膜组件之间设有循环水泵；所述排水口处设有带压力泵的排水管；所述回流管路设有回流泵。
本发明还提供了一种空气曝气型厌氧膜-氨氧化生物膜循环反应系统的废水处理方法，包括以下步骤：
(1)将初始废水泵入厌氧反应器底部，进行有机污染物的去除，获得处理后的废水I；
(2)废水I泵入封闭式中空纤维膜组件中，进行空气曝气，得到和空气混合的废水II；
(3)废水II进入氨氧化生物膜反应池中，将废水中的氨氮转化成硝态氮和亚硝态氮，得到废水III；
(4)废水III通过回流管路与初始废水混合后一同进入厌氧反应器中，同时进行有机污染物以及硝态氮和亚硝态氮的去除处理，得到废水IV；
(5)重复循环步骤(2)～(4)，循环过程中监测封闭式中空纤维膜组件过滤后废水的有机污染物浓度和总氮含量，两者均达标后，将出水从封闭式中空纤维膜组件排水口泵出空气曝气型厌氧膜-氨氧化生物膜循环反应系统。
本发明中，初始废水首先通过水泵泵入厌氧反应器底部，进行有机污染物的去除，厌氧反应器内接种絮状或颗粒厌氧污泥、反硝化污泥及厌氧氨氧化污泥，厌氧反应器未设有三相分离器，反应中产生的沼气经过顶部出气口排出并回收，经过反应后的废水通过水泵泵入封闭式中空纤维膜组件，封闭式中空纤维膜组件使用空气进行曝气处理，废水与曝气的气体进入氨氧化生物膜反应池，氨氧化生物膜反应池内有固定床或流动床载体。附着于载体上的氨氧化菌利用气水混合液带来的溶剂氧，将氨氮转化为亚硝氮和硝氮，之后通过回流管路与初始废水混合后一同进入厌氧反应器底部，废水中的亚硝氮与硝氮，在厌氧反应器内以有机物或还原态硫作为电子供体，经异养反硝化菌或自养脱氮反应生成氮气，实现总氮的去除，反应中产生的氮气经过顶部出气口排出，经过处理后的废水再次进入封闭式中空纤维膜组件中，进行循环处理。
进一步地，涉及一种空气曝气型厌氧膜-氨氧化生物膜循环反应系统的废水处理方法，其特征在于，步骤(1)中初始废水为市政废水，COD浓度为300～1000mg/L，总氮浓度为30～100mg/L，总磷浓度；3～10mg/L；
进一步地，步骤(1)中厌氧反应器，工作压力0～20kpa，接种30g/L污泥，废水停留时间6～12h，厌氧反应器不设置三相分离器。
进一步地，步骤(2)封闭式中空纤维膜组件运行循环流量产水流量的4～20倍，曝气流量为0～150m3/m2·h。
进一步地，步骤(3)中，氨氧化生物膜反应池载体填充量为25％，接种自养氨氧化菌进行挂膜，挂膜后氨氧化活性为30～50mg·(g·h)-1，稳定运行后维持DO在0.5～1.5mg/L。
进一步地，步骤(4)中，与初始废水混合回流至厌氧反应器中的废水，在反应器停留的时间为6～12h；
进一步地，步骤(5)中当出水浓度超过设计浓度时停止过滤，进行内部循环。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用厌氧反应器、封闭式中空纤维膜组件和氨氧化生物膜反应池的组合形式，不仅可以在高效去除有机污染物，同时还能进行高效脱氮，省去了仍需传统的A/O+沉淀处理工艺进行进一步污染物去除的步骤。
(2)本发明通过使用空气替换沼气进行曝气，减少了出水中的有溶解性甲烷，从而保证了较高的出水水质与能源回收效率。
(3)膜组件内的污泥浓度低，结合曝气与较高的膜面流速，大幅减缓了膜污染的发展进程。
(4)外置膜组件的空气曝气既能用于膜组件的清洗，又为后续的氨氧化与硝化反应提供氧气，减少了系统的能耗。
（发明人：李荧;黄赫;樊宇坤;汪健桦;马敏杰）
