專利名稱：一種單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮污水處理設(shè)備及其工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)境工程中污水處理技術(shù)，特別是一種單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮 污水處理設(shè)備及其工藝。
背景技術(shù)：
水體富營(yíng)養(yǎng)化的一個(gè)重要污染源就是以氨氮為首要污染物的含氮廢水。含 氮廢水來源廣泛，如何采用高效低耗工藝進(jìn)行廢水脫氮是水污染控制技術(shù)研究 的重要方向。針對(duì)水中的氨氮污染，目前常用的氨氮控制技術(shù)可分為物化處理 技術(shù)和生物處理技術(shù)。生物處理技術(shù)因其效率較高、成本較低、能夠?qū)钡D(zhuǎn)
化為氮?dú)?N2)受到更多的關(guān)注。
傳統(tǒng)氨氮廢水脫氮工藝通常采用硝化-反硝化工藝，即氨態(tài)氮(NH/-N)首 先在硝化菌的作用下經(jīng)亞硝化、硝化過程生成硝態(tài)氮(N(V-N)，在這一過程中 需要提供足夠的氧氣(02)作為電子受體；然后在反硝化菌的作用下發(fā)生反硝 化作用，生成亞硝酸氮(N(V-N)，并進(jìn)而生成N2完成脫氮作用，在這一過程 中需要提供充足的有機(jī)碳源作為電子供體。
基于20世紀(jì)90年代厭氧氨氧化(ANAMMOX)過程的發(fā)現(xiàn)，近十幾年來， 研究人員已經(jīng)廣泛研究采用短程硝化-厭氧氨氧化過程完成氨氮廢水脫氮作用。 該過程發(fā)生途徑為氨氮首先在亞硝化菌作用下發(fā)生短程硝化作用生成N02—-N， 然后再在厭氧氨氧化菌的作用下，利用外加或剩余的氨氮作為電子供體，生成 的亞硝酸氮為電子受體，轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，達(dá)到脫氮的目的。該過程為完全自養(yǎng)過 程，節(jié)省了大量氧氣和有機(jī)碳源，并且產(chǎn)生污泥量少，尤其適合于處理高氨氮 廢水，是一種很有應(yīng)用前景的脫氮工藝。其基本化學(xué)方程式可表示為
皿4+ +1.5(92 —夠—+/T +//2(9
服4+ +1.32MV +0.066//C(93_ +0.13/T —
1.027V2 +0.26MV +0.066C//2O05〃015 +2.03//2(9
將ANAMMOX工藝應(yīng)用于廢水生物脫氮時(shí)，需首先解決部分硝化的問題， 即能夠?yàn)閰捬醢毖趸磻?yīng)提供氨氮和亞硝酸氮比例近似為1:1 (理論值為1:1.32)
4的進(jìn)水。這就需要建立厭氧氨氧化菌和其它微生物的協(xié)同作用系統(tǒng)，或與其它 工藝進(jìn)行組合?；谝陨蟽煞N思想，目前己開發(fā)出穩(wěn)定高效亞硝化脫氨-厭氧氨
氧化(SHARON-ANAMMOX)工藝、完全自養(yǎng)亞硝化脫氮(CANON)工藝、 限氧自養(yǎng)硝化反硝化(OLAND)工藝等自養(yǎng)型生物脫氮工藝。其中，CANON 和OLAND工藝可以實(shí)現(xiàn)同一個(gè)反應(yīng)器中全程自養(yǎng)脫氮，被認(rèn)為是一種很有發(fā) 展前景的可持續(xù)脫氮工藝。
全程自養(yǎng)脫氮所涉及的亞硝化菌和厭氧氨氧化菌分別為好氧自養(yǎng)菌和厭氧 自養(yǎng)菌，因此一般用兩種方式來開發(fā)全程自養(yǎng)脫氮工藝，其一是將亞硝化和厭 氧氨氧化分別在不同的反應(yīng)器中進(jìn)行，即所謂的二級(jí)全程自養(yǎng)脫氮工藝；其二 是亞硝化和厭氧氨氧化在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，即所謂的單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮工 藝。單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮工藝可以采取兩種方式來開發(fā)其一是通過設(shè)計(jì)和操作
控制，使反應(yīng)器交替產(chǎn)生好氧和缺氧條件，從而使亞硝酸細(xì)菌和厭氧氨氧化菌 輪流發(fā)揮作用，以實(shí)現(xiàn)全程自養(yǎng)脫氮；其二是通過操作控制，使反應(yīng)器內(nèi)的微 生物形成生物膜，讓亞硝酸細(xì)菌分布于好氧表層，厭氧氨氧化菌分布于缺氧內(nèi) 層，并利用基質(zhì)擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)全程自養(yǎng)脫氮。在實(shí)踐中，連續(xù)全程自養(yǎng)脫氮多實(shí)現(xiàn) 于生物轉(zhuǎn)盤、生物濾池、流化床、顆粒污泥和填料負(fù)載生物膜反應(yīng)器。
單級(jí)自養(yǎng)脫氮技術(shù)具有占地少、耗能低、剩余污泥產(chǎn)量少等優(yōu)勢(shì)，被國(guó)內(nèi) 外評(píng)價(jià)為可持續(xù)的生物脫氮技術(shù)。但目前該工藝實(shí)施過程中，菌種富集周期較 長(zhǎng)，運(yùn)行控制條件較嚴(yán)格，生物膜傳質(zhì)速率較慢，導(dǎo)致存在負(fù)荷低、處理效果 差、穩(wěn)定性差的問題，限制了該技術(shù)的實(shí)際工程應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種可以提高氧、氨氮等 基質(zhì)傳質(zhì)效率，增加過程控制穩(wěn)定性，縮短菌種富集時(shí)間，改善工藝運(yùn)行性能 的單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮污水處理設(shè)備及其工藝。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下.. 一種單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮污水 處理設(shè)備包括反應(yīng)器、出水泵和攪拌器，所述的攪拌器安裝在反應(yīng)器底部，所 述的反應(yīng)器底部安裝有進(jìn)水管和排泥管，所述的反應(yīng)器上安裝有進(jìn)氣管，所述 的設(shè)備還包括分離膜組件、曝氣膜組件，所述的分離膜組件安裝在反應(yīng)器內(nèi)的 中央位置，所述的曝氣膜組件由膜管組成，纏繞在反應(yīng)器內(nèi)壁；所述的進(jìn)氣管 與曝氣膜組件連接，所述的出水泵安裝在出水管路上，其進(jìn)水口通過管路與分離膜組件連接、其出水口連接有排水管。
本發(fā)明所述的曝氣膜組件的曝氣膜采用孔徑在微米級(jí)范圍的無機(jī)或有機(jī)微 孔膜，所述的分離膜組件是微濾膜和超濾膜組件。
本發(fā)明所述的曝氣膜組件可以由微孔濾膜組成，安裝在反應(yīng)器底部。
本發(fā)明在所述的反應(yīng)器的外部設(shè)置有監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控儀表，所述的監(jiān) 控儀表包括氣體流量和壓力監(jiān)測(cè)裝置、進(jìn)水流量控制和監(jiān)測(cè)裝置、在線溶解氧 儀、亞硝酸鹽和硝酸鹽濃度監(jiān)測(cè)裝置。
一種單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮污水處理工藝包括以下步驟
A、 接種或馴化氨氧化菌和厭氧氨氧化菌建議在3(TC左右的條件下，按 照現(xiàn)有技術(shù)所述典型工藝進(jìn)行菌種馴化；
B、 反應(yīng)器采用間歇曝氣、間歇出水運(yùn)行模式將高氨氮廢水從進(jìn)水管輸入 反應(yīng)器，向反應(yīng)器中通入空氣或氧氣進(jìn)行曝氣，控制曝氣條件，建議控制溶解
氧在0.5-1.0mg/L左右，使氨氮在氨氧化菌作用下發(fā)生部分短程硝化，也就是說 通過亞硝化使氨氮與亞硝酸氮濃度比例約為1:1，然后停止曝氣，使亞硝酸氮和 剩余氨氮在厭氧氨氧化作用下生成氮?dú)?，完成脫氮，?jīng)過膜分離作用獲得清潔 出水。
本發(fā)明所述的步驟B也可以采用反應(yīng)器連續(xù)曝氣的運(yùn)行模式將高氨氮廢 水從進(jìn)水管輸入反應(yīng)器，向反應(yīng)器中通入空氣或氧氣進(jìn)行曝氣，控制低溶解氧 在0.5mg/L以下，同時(shí)完成部分短程硝化和厭氧氨氧化兩個(gè)過程，完成脫氮，經(jīng) 過膜分離作用獲得清潔出水。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
1、 由于本發(fā)明的采用膜曝氣DO易控制的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)短程硝化；利用膜分 離MBR的良好截留效果，實(shí)現(xiàn)增殖極其緩慢ANAMMOX菌的富集，利用兩者 的結(jié)合實(shí)現(xiàn)單級(jí)自養(yǎng)脫氮，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
2、 由于本發(fā)明將曝氣用疏水膜和分離用親水膜安置在同一個(gè)圓柱狀反應(yīng)器 中，形成膜曝氣分離反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)無泡曝氣、膜分離和生物降解的耦合。利用 膜曝氣效率高，易于控制的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)含氮廢水良好的短程硝化；利用超濾膜的 分離作用對(duì)生長(zhǎng)緩慢的氨氧化菌和厭氧氨氧化菌進(jìn)行良好的富集，同時(shí)獲得很 好的出水水質(zhì)。本發(fā)明的效果和益處是膜曝氣可使氧利用效率達(dá)到或接近 100%，尤其適用于含氮廢水的部分硝化，另外可以提高生物反應(yīng)器容積負(fù)荷，減小占地，降低成本；分離膜可徹底去除懸浮雜質(zhì)，出水無須消毒，其對(duì)活性
污泥的截留在保證生物量的同時(shí)減少了剩余污泥生成量。


本發(fā)明共有附圖2張，其中
圖1是單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮污水處理的工藝流程圖。
圖2是單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮污水處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、分離膜組件，2、出水泵，3、曝氣膜組件，4、攪拌器，5、反應(yīng) 器，6、進(jìn)水管、7、排泥管，8、進(jìn)氣管，9、排水管；10、監(jiān)控儀表。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地描述。如圖1-2所示， 一種單級(jí)全程自 養(yǎng)脫氮污水處理設(shè)備包括反應(yīng)器5、出水泵2和攪拌器4，所述的攪拌器4安裝 在反應(yīng)器5底部，所述的反應(yīng)器5底部安裝有進(jìn)水管6和排泥管7，所述的反應(yīng) 器5上安裝有進(jìn)氣管8，所述的設(shè)備還包括分離膜組件1、曝氣膜組件3，所述 的分離膜組件1安裝在反應(yīng)器5內(nèi)的中央位置，所述的曝氣膜組件3由膜管組 成，纏繞在反應(yīng)器5內(nèi)壁；所述的進(jìn)氣管8與曝氣膜組件3連接，所述的出水 泵2安裝在出水管路上，其進(jìn)水口通過管路與分離膜組件1連接、其出水口連 接有排水管9。所述的曝氣膜組件3的曝氣膜采用孔徑在微米級(jí)范圍的無機(jī)或有 機(jī)微孔膜，所述的分離膜組件1是微濾膜和超濾膜組件。所述的曝氣膜組件3 可以由微孔濾膜組成，安裝在反應(yīng)器5底部。在所述的反應(yīng)器5的外部設(shè)置有 監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控儀表10，所述的監(jiān)控儀表IO包括氣體流量和壓力監(jiān)測(cè)裝置、 進(jìn)水流量控制和監(jiān)測(cè)裝置、在線溶解氧儀、亞硝酸鹽和硝酸鹽濃度監(jiān)測(cè)裝置。
一種單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮污水處理工藝包括以下步驟
A、 接種或馴化氨氧化菌和厭氧氨氧化菌建議在30。C左右的條件下，按 照現(xiàn)有技術(shù)所述典型工藝進(jìn)行菌種馴化；
B、 反應(yīng)器5采用間歇曝氣、間歇出水運(yùn)行模式將高氨氮廢水從進(jìn)水管6 輸入反應(yīng)器5，向反應(yīng)器5中通入空氣或氧氣進(jìn)行曝氣，控制曝氣條件，建議控 制溶解氧在0.5-1.0mg/L左右，使氨氮在氨氧化菌作用下發(fā)生部分短程硝化，也 就是說通過亞硝化使氨氮與亞硝酸氮濃度比例約為1:1，然后停止曝氣，使亞硝 酸氮和剩余氨氮在厭氧氨氧化作用下生成氮?dú)猓瓿擅摰?，?jīng)過膜分離作用獲 得清潔出水。也可以采用反應(yīng)器5連續(xù)曝氣的運(yùn)行模式將高氨氮廢水從進(jìn)水管6輸入反應(yīng)器5，向反應(yīng)器5中通入空氣或氧氣進(jìn)行曝氣，控制低溶解氧在
0.5mg/L以下，同時(shí)完成部分短程硝化和厭氧氨氧化兩個(gè)過程，完成脫氮，經(jīng)過 膜分離作用獲得清潔出水。
權(quán)利要求
1、一種單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮污水處理設(shè)備包括反應(yīng)器(5)、出水泵(2)和攪拌器(4)，所述的攪拌器(4)安裝在反應(yīng)器(5)底部，所述的反應(yīng)器(5)底部安裝有進(jìn)水管(6)和排泥管(7)，所述的反應(yīng)器(5)上安裝有進(jìn)氣管(8)，其特征在于所述的設(shè)備還包括分離膜組件(1)、曝氣膜組件(3)，所述的分離膜組件(1)安裝在反應(yīng)器(5)內(nèi)的中央位置，所述的曝氣膜組件(3)由膜管組成，纏繞在反應(yīng)器(5)內(nèi)壁；所述的進(jìn)氣管(8)與曝氣膜組件(3)連接，所述的出水泵(2)安裝在出水管路上，其進(jìn)水口通過管路與分離膜組件(1)連接、其出水口連接有排水管(9)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮污水處理設(shè)備，其特征在于 所述的曝氣膜組件(3)的曝氣膜采用孔徑在微米級(jí)范圍的無機(jī)或有機(jī)微孔膜， 所述的分離膜組件(1)是微濾膜和超濾膜組件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮污水處理設(shè)備，其特征在于 所述的曝氣膜組件(3)由微孔濾膜組成，安裝在反應(yīng)器(5)底部。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮污水處理設(shè)備，其特征在于 在所述的反應(yīng)器(5)的外部設(shè)置有監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控儀表(10)，所述的監(jiān) 控儀表(10)包括氣體流量和壓力監(jiān)測(cè)裝置、進(jìn)水流量控制和監(jiān)測(cè)裝置、在線 溶解氧儀、亞硝酸鹽和硝酸鹽濃度監(jiān)測(cè)裝置。
5、 一種單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮污水處理工藝包括以下步驟A、 接種或馴化氨氧化菌和厭氧氨氧化菌建議在3(TC左右的條件下，按 照現(xiàn)有技術(shù)所述典型工藝進(jìn)行菌種馴化；B、 反應(yīng)器(5)采用間歇曝氣、間歇出水運(yùn)行模式將高氨氮廢水從進(jìn)水 管(6)輸入反應(yīng)器(5)，向反應(yīng)器(5)中通入空氣或氧氣進(jìn)行曝氣，控制曝 氣條件，建議控制溶解氧在0.5-1.Omg/L左右，使氨氮在氨氧化菌作用下發(fā)生部 分短程硝化，也就是說通過亞硝化使氨氮與亞硝酸氮濃度比例約為1:1，然后停 止曝氣，使亞硝酸氮和剩余氨氮在厭氧氨氧化作用下生成氮?dú)?，完成脫氮，?jīng) 過膜分離作用獲得清潔出水。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮污水處理工藝，其特征在于 所述的步驟B也可以采用反應(yīng)器(5)連續(xù)曝氣的運(yùn)行模式將高氨氮廢水從進(jìn)水管(6)輸入反應(yīng)器(5)，向反應(yīng)器(5)中通入空氣或氧氣進(jìn)行曝氣，控制 低溶解氧在0.5mg/L以下，同時(shí)完成部分短程硝化和厭氧氨氧化兩個(gè)過程，完成 脫氮，經(jīng)過膜分離作用獲得清潔出水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮污水處理設(shè)備及工藝，所述的設(shè)備包括反應(yīng)器、出水泵、攪拌器、分離膜組件和曝氣膜組件，分離膜組件安裝在反應(yīng)器內(nèi)的中央位置，曝氣膜組件由膜管組成，纏繞在反應(yīng)器內(nèi)壁；所述的進(jìn)氣管與曝氣膜組件連接，出水泵進(jìn)水口通過管路與分離膜組件連接。所述的方法主要是控制溶解氧在0.5-1.0mg/L左右，使氨氮在氨氧化菌作用下發(fā)生部分短程硝化，然后停止曝氣，通過厭氧氨氧化作用完成脫氮，經(jīng)過膜分離作用獲得清潔出水。本發(fā)明將曝氣膜和分離膜安置在同一個(gè)反應(yīng)器中，形成膜曝氣分離反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)無泡曝氣、膜分離和生物降解的耦合。利用膜曝氣效率高，易于控制的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)含氮廢水良好的短程硝化。
文檔編號(hào)C02F9/14GK101671094SQ20091018782
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月9日
發(fā)明者張壽通, 李彥生, 王連峰, 費(fèi)慶志, 郭海燕 申請(qǐng)人:大連交通大學(xué)