公布日：2023.09.15
申請日：2023.07.31
分類號：C02F3/30(2023.01)I;C02F3/28(2023.01)I;C02F3/02(2023.01)I;C02F1/44(2023.01)I
摘要
本發明提供了一種空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環反應系統及廢水處理方法，該系統包括依次連通的厭氧反應器、封閉式中空纖維膜組件和氨氧化生物膜反應池；廢水處理方法包括：厭氧反應器將廢水中的有機物進行降解，處理廢水進入空氣曝氣的封閉式中空纖維膜組件，未經過濾的廢水進入氨氧化生物膜反應池，將廢水中的氨氮轉化為硝氮、亞硝氮，廢水回流至厭氧反應器，在反應器中將硝氮、亞硝氮轉為氮氣，實現總氮去除后，廢水經中空纖維膜組件過濾排出系統。本發明能高效去除有機污染物，高效脫氮，省去傳統需A/O+沉淀處理工藝去除污染物的步驟，同時使用空氣替換沼氣進行曝氣，減少了出水中的有溶解性甲烷，保證了較高的出水水質與能源回收效率。
權利要求書
1.一種空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環反應系統，其特征在于，包括依次連通的厭氧反應器、封閉式中空纖維膜組件和氨氧化生物膜反應池；所述厭氧反應器，內部不設置三相分離器，底部設有進水口，頂部設有用于排放沼氣和氮氣的出氣口，用于處理進水廢水中的有機污染物和回流廢水中的硝態氮、亞硝態氮；所述封閉式中空纖維膜組件，由外部殼體和內部中空纖維膜組件構成，殼體與厭氧反應器連通；殼體內中空纖維膜組件下方設有空氣曝氣裝置，還設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池，與封閉式中空纖維膜組件的出水口連通，設有與厭氧反應器進水口連通的回流管路，用于處理將氨氮轉化成硝態氮和亞硝態氮。
2.如權利要求1所述的空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環反應系統，其特征在于，所述厭氧反應器與封閉式中空纖維膜組件之間設有循環水泵；所述排水口處設有帶壓力泵的排水管；所述回流管路設有回流泵。
3.一種利用如權利要求1～2任一項所述空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環反應系統的廢水處理方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將初始廢水泵入厭氧反應器底部，進行有機污染物的去除，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，進行空氣曝氣，得到和空氣混合的廢水II；(3)廢水II進入氨氧化生物膜反應池中，將廢水中的氨氮轉化成硝態氮和亞硝態氮，得到廢水III；(4)廢水III通過回流管路與初始廢水混合后一同進入厭氧反應器中，同時進行有機污染物以及硝態氮和亞硝態氮的去除處理，得到廢水IV；(5)重復循環步驟(2)～(4)，循環過程中監測封閉式中空纖維膜組件過濾后廢水的有機污染物濃度和總氮含量，兩者均達標后，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-氨氧化生物膜循環反應系統。
4.如權利要求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，所述厭氧反應器的工作壓力0～20kpa，接種25～35g/L污泥，水力停留時間6～12h。
6.如權利要求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行的循環流量為產水流量的2～20倍，曝氣流量為0～150m3/m2·h。
7.如權利要求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％，接種自養氨氧化菌進行掛膜，掛膜后氨氧化活性為30～50mg·(g·h)-1，穩定運行后維持DO在0.5～1.5mg/L。
8.如權利要求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器中形成的廢水，在厭氧反應器停留的時間為6～12h。
9.如權利要求3所述的廢水處理方法，其特征在于，步驟(5)中，當出水濃度超過設計濃度時停止過濾，進行內部循環。
發明內容
本發明提供了一種空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環反應系統及廢水處理方法，該循環反應系統不僅可以高效去除有機污染物，同時還可以高效去除廢水中的總氮。
具體技術方案如下：
本發明提供了一種空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環反應系統，包括依次連通的厭氧反應器、封閉式中空纖維膜組件和氨氧化生物膜反應池；
厭氧反應器，內部不設置三相分離器，底部設有進水口，頂部設有用于排放沼氣和氮氣的出氣口，用于處理進水廢水中的有機污染物和回流廢水中的硝態氮、亞硝態氮；
封閉式中空纖維膜組件，由外部殼體和內部中空纖維膜組件構成，殼體與厭氧反應器連通；殼體內中空纖維膜組件下方設有空氣曝氣裝置，還設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；
氨氧化生物膜反應池，與封閉式中空纖維膜組件的出水口連通，設有與厭氧反應器進水口連通的回流管路，用于處理將氨氮轉化成硝態氮和亞硝態氮。
進一步地，所述厭氧反應器與封閉式中空纖維膜組件之間設有循環水泵；所述排水口處設有帶壓力泵的排水管；所述回流管路設有回流泵。
本發明還提供了一種空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環反應系統的廢水處理方法，包括以下步驟：
(1)將初始廢水泵入厭氧反應器底部，進行有機污染物的去除，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，進行空氣曝氣，得到和空氣混合的廢水II；
(3)廢水II進入氨氧化生物膜反應池中，將廢水中的氨氮轉化成硝態氮和亞硝態氮，得到廢水III；
(4)廢水III通過回流管路與初始廢水混合后一同進入厭氧反應器中，同時進行有機污染物以及硝態氮和亞硝態氮的去除處理，得到廢水IV；
(5)重復循環步驟(2)～(4)，循環過程中監測封閉式中空纖維膜組件過濾后廢水的有機污染物濃度和總氮含量，兩者均達標后，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-氨氧化生物膜循環反應系統。
本發明中，初始廢水首先通過水泵泵入厭氧反應器底部，進行有機污染物的去除，厭氧反應器內接種絮狀或顆粒厭氧污泥、反硝化污泥及厭氧氨氧化污泥，厭氧反應器未設有三相分離器，反應中產生的沼氣經過頂部出氣口排出并回收，經過反應后的廢水通過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行曝氣處理，廢水與曝氣的氣體進入氨氧化生物膜反應池，氨氧化生物膜反應池內有固定床或流動床載體。附著于載體上的氨氧化菌利用氣水混合液帶來的溶劑氧，將氨氮轉化為亞硝氮和硝氮，之后通過回流管路與初始廢水混合后一同進入厭氧反應器底部，廢水中的亞硝氮與硝氮，在厭氧反應器內以有機物或還原態硫作為電子供體，經異養反硝化菌或自養脫氮反應生成氮氣，實現總氮的去除，反應中產生的氮氣經過頂部出氣口排出，經過處理后的廢水再次進入封閉式中空纖維膜組件中，進行循環處理。
進一步地，涉及一種空氣曝氣型厭氧膜-氨氧化生物膜循環反應系統的廢水處理方法，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；
進一步地，步驟(1)中厭氧反應器，工作壓力0～20kpa，接種30g/L污泥，廢水停留時間6～12h，厭氧反應器不設置三相分離器。
進一步地，步驟(2)封閉式中空纖維膜組件運行循環流量產水流量的4～20倍，曝氣流量為0～150m3/m2·h。
進一步地，步驟(3)中，氨氧化生物膜反應池載體填充量為25％，接種自養氨氧化菌進行掛膜，掛膜后氨氧化活性為30～50mg·(g·h)-1，穩定運行后維持DO在0.5～1.5mg/L。
進一步地，步驟(4)中，與初始廢水混合回流至厭氧反應器中的廢水，在反應器停留的時間為6～12h；
進一步地，步驟(5)中當出水濃度超過設計濃度時停止過濾，進行內部循環。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
(1)本發明采用厭氧反應器、封閉式中空纖維膜組件和氨氧化生物膜反應池的組合形式，不僅可以在高效去除有機污染物，同時還能進行高效脫氮，省去了仍需傳統的A/O+沉淀處理工藝進行進一步污染物去除的步驟。
(2)本發明通過使用空氣替換沼氣進行曝氣，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與能源回收效率。
(3)膜組件內的污泥濃度低，結合曝氣與較高的膜面流速，大幅減緩了膜污染的發展進程。
(4)外置膜組件的空氣曝氣既能用于膜組件的清洗，又為后續的氨氧化與硝化反應提供氧氣，減少了系統的能耗。
（發明人：李熒;黃赫;樊宇坤;汪健樺;馬敏杰）
