一種新型多格室脫氮型膜生物反應器的製作方法
2023-11-04 04:23:27
專利名稱：一種新型多格室脫氮型膜生物反應器的製作方法
技術領域：
本發明屬於膜生物反應器廢水處理設備，主要針對有機氮含量較高的難降解工業 廢水處理，具體為一種新型多格室脫氮型膜生物反應器。
背景技術：
水體中氨氮含量過高會迅速消耗水中的溶解氧，並導致藻類的過渡繁殖，從而引 起表層水體的富營養化，破壞水生生態系統，甚至造成整個水體的黑臭和功能喪失。在近幾 年的我國七大水系和重點湖庫的主要汙染指標中，氨氮位居第三，成為水體氮素汙染的主 要形式。生物脫氮技術是目前應用最廣泛的廢水脫氮技術，其中較為成熟的工藝主要有 A/0 (或A2/0)、氧化溝、生物接觸氧化、曝氣生物濾池等，工藝中的好氧段一般可以兼顧有機 物的異養氧化、有機氮的氨化以及氨氮的自養硝化等過程，整體上通過氨化、硝化和反硝化 等不同微生物代謝過程的協同作用將廢水中的有機氮和氨氮轉化為氮氣而去除。然而，這 些工藝的設計及運行參數所針對的一般都是較易降解的城市汙水，對於高有機氮、難降解、 有毒有害的工業廢水而言適用性較差，有機物的異養氧化、有機氮的氨化以及氨氮的自養 硝化過程無法同時兼顧，甚至互相競爭和影響，出水一般很難滿足排放標準。本發明在普通浸沒型MBR反應器的基礎上，通過內部結構改進將A/0脫氮、接觸氧 化、氧化溝、泳動床等不同工藝與MBR反應器進行了耦合集成，研發了針對難降解工業廢水 具有高效除碳、脫氮功能的新型膜生物反應器。該反應器整體上不但具有脫氮功能的獨立 缺氧區，而且具有好氧區多格室間推流和單格室內循環完全混合的不同流態特徵，增強了 反應器的宏觀環境選擇性；另外好氧區多格室內聚丙烯纖維填料的安裝，使得反應器內同 時持有活性汙泥和生物膜的不同微生物形態，從而增強了反應器對不同生長率及特性的微 生物的微環境選擇性。因此，該反應器微觀上充分實現了不同功能微生物的選擇性持留，宏 觀上實現了有機物異養氧化、有機氮氨化以及氨氮自養硝化過程的自然分離和功能強化， 水力停留時間和汙泥停留時間可靈活控制，減小了工藝佔地面積，提高了反應器的整體處 理效率。
發明內容
本發明的目的是針對高有機氮、難降解、有毒有害工業廢水，提供一種結構緊湊、 操作簡便、處理效率高、可實現有機物和營養元素N同步高效去除的一體化汙水處理裝置。本發明為一種新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於反應器進水(1)經 水泵( 首先注入缺氧區(3)，然後依次進入好氧區的5個不同的好氧格室(4、5、6、7、8)和 單獨的膜分離格室(9)，在出水抽吸泵(11)的作用下，經中空纖維膜組件(10)分離後出 水(1 排出，缺氧區內設電動機械攪拌裝置(13)，剩餘汙泥經排放口 0 排出；通過設置 前置缺氧區和好氧區，模擬集成A/0工藝，主要用於反硝化脫氮，缺氧區/好氧區體積比為 1/5，硝化液和汙泥通過回流泵回流至缺氧區；通過將好氧區分為多段格室串聯，模擬
3集成氧化溝工藝，反應器整體呈推流狀態，混合液通過格室間連通孔(14)依次進入下一格 室，單個格室內呈完全混合式流態；通過內循環隔板(16)在1/3處將每個好氧格室隔成上 下連通的兩側，1/3側底部設曝氣頭(1 進行充氧曝氣，並使好氧格室形成內循環，風量由 1#風機(18)提供，2/3側豎向安裝生物填料(17)，在循環流的水力湍流作用下形成不規則 擺動；混合液在膜分離室實現泥水分離，膜組件選用淹沒式的中空纖維簾式膜組件(10)， 通過抽吸泵(11)產生負壓抽吸出水(1 ；被濃縮後的汙泥隨硝化液經回流泵重新回 流至缺氧區(3)；膜組件下方設曝氣裝置(20)，由姊風機(19)提供風量，使簾式膜組件膜 絲產生擾動，防止產生泥餅，影響膜組件產水率。上述新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於反應器設置獨立的前置缺氧 區，可根據進水的水質條件，靈活掌握和調控反應器總氮去除效果。上述新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於好氧區分為5個格室，格室間 液流呈推流特徵，從而使得反應器中的流態滿足難降解有機物梯度降解的特徵，並增強了 反應器各好氧格室對不同功能性微生物的選擇性。上述新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於各好氧格室1/3處設立上下 連通的隔板，1/3側曝氣，在單側曝氣提升的作用下，單格室內液流呈順時針內循環的完全 混合特徵，從而將單個格室分為升流區和回落區，升流區和回落區體積比1 :2，有效增強了 底質與微生物的接觸和傳質效果。上述新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於好氧區5個格室內的回落區 靠隔板側豎向安裝有懸掛型的聚丙烯纖維生物填料，安裝面積為回落區的1/2，在內循環水 力湍流的作用下形成不規則擺動。上述新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於懸浮活性汙泥處於延時曝氣 狀態，其中的微生物處於內源呼吸期，可實現反應器剩餘汙泥減量化。上述新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於所安裝的懸掛型聚丙烯纖維 填料上附著生長生物膜，有利於生長緩慢的特徵性有機物降解細菌、氨化細菌以及硝化細 菌的持留，可增強反應器中不同功能微生物的活性。上述新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於反應器中同時持留有懸浮活 性汙泥、顆粒汙泥、生物膜等多種微生物存在形態。上述新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於反應器可穩定持留普通好氧 性異養菌、難降解有機物降解細菌、氨化細菌、硝化細菌、反硝化細菌、自養反硝化細菌、厭 氧氨氧化細菌等多種不同類型微生物。上述新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於反應器中存在硝化/反硝化、 短程硝化/反硝化、同時硝化/反硝化、亞硝化/厭氧氨氧化等多種不同的脫氮過程。上述新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於反應器設置獨立的膜分離室， 實現泥水分離和混合液回流。上述新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於反應器針對高有機氮、難降 解、有毒有害的工業廢水，在實現COD高效去除的同時，可實現TN的高效去除。
圖1為本發明所述的一種新型多格室脫氮型膜生物反應器結構圖。
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1-進水口，2-進水泵，3-缺氧區，4-好氧格室A，5_好氧格室B，6_好氧格室C， 7-好氧格室D，8-好氧格室E，9-膜分離格室，10-膜組件，11-抽吸泵，12-出水口，13-機械 攪拌裝置，14-格室間連通孔，15-好氧格室曝氣裝置，16-內循環隔板，17-聚丙烯纖維生物 填料，18-1#風機，19- 風機，20-膜分離格室曝氣裝置，21-回流泵，22-剩餘汙泥排放口。
圖2為本發明所述的一種新型多格室脫氮型膜生物反應器平面布置圖。 1-進水口，2-進水泵，3-缺氧區，4-好氧格室A，5-好氧格室B，6-好氧格室C，7-好氧 格室D，8-好氧格室E，9-膜分離格室，10-膜組件，11-抽吸泵，12-出水口，13-機械攪拌裝 置，14-格室間連通孔，15-好氧格室曝氣裝置，16-內循環隔板，17-聚丙烯纖維生物填料， 18-1#風機，19-2#風機，20-膜分離格室曝氣裝置，21-回流泵，22-剩餘汙泥排放口。
具體實施例方式廢水從進水口(1)通過進水泵( 進入反應器缺氧區(3)，在缺氧環境下，通過懸 浮汙泥中異養微生物的作用，有機物得到初步降解；同時，懸浮汙泥中的反硝化細菌，利用 從膜分離室回流的混合液中的硝酸鹽、亞硝酸鹽作為電子受體，氧化分解有機碳源，使有機 物濃度進一步降低。之後，廢水通過格室間連通孔(14)依次進入好氧區的5個不同的好氧 格室(4、5、6、7、8)和單獨的膜分離格室(9)，完成難降解有機物的好氧分解、氨化和硝化等 過程。此時，廢水有機物和有機氮濃度已經很低，氨氮被氧化為硝酸鹽、亞硝酸鹽，通過回流 泵將硝化液和汙泥回流至缺氧區C3)經反硝化脫除。最終，廢水中有機物和營養元素 N得到高效去除，處理水在抽吸泵(11)的作用下，經中空纖維膜組件(10)的分離後，由出水 口 (12)排出。實施例1 利用上述實施方式處理模擬生活汙水。反應器尺寸為L 48cmXB 37cmXH 65cm, 總有效容積99L，好氧區填料填充比33%，回流比100 200%，好氧區總曝氣量25L/min， 膜分離格室曝氣量5L/min，缺氧區攪拌機轉速30 40rpm，在進水COD 670 880mg/L， NH4+-N 60 90mg/L，TN 80 110mg/L條件下，調節反應器進水流量8L/h，水力停留時間 12. 4h，反應器穩定運行1個月，出水COD 8 12mg/L, NH4+_N < 3mg/L, TN 8 13mg/L,汙 染物平均去除率分別為COD 97 99%，NH/-N 95 99%，TN 80 90%。實施例2 利用上述實施方式處理模擬幹法腈綸廢水。反應器尺寸為L 48cmXB 37cmXH 65cm,總有效容積99L，好氧區填料填充比33%，回流比100 200%，好氧區總曝氣量25L/ min，膜分離格室曝氣量5L/min，缺氧區攪拌機轉速30 40rpm，在進水COD 700 900mg/ L，NH4+-N80 100mg/L，TN 90 105mg/L條件下，調節反應器進水流量5L/h，水力停留時 間19. 8h，反應器穩定運行1個月，出水COD 40 70mg/L, NH4+_N < 3mg/L, TN 12 20mg/ L，汙染物平均去除率分別為COD 90 95%，NH/-N 97 99%，TN 76 83%。實施例3 利用上述實施方式處理實際幹法腈綸廢水。反應器尺寸為L 48cmXB 37cmXH 65cm,總有效容積99L，好氧區填料填充比33%，回流比100 200 %，好氧區總曝氣量 25L/min,膜分離格室曝氣量5L/min，缺氧區攪拌機轉速30 40rpm，在進水COD 1000 2200mg/L,NH4+-N 100 160mg/L，TN 170 200mg/L條件下，調節反應器進水流量3L/h，水 力停留時間33h，反應器穩定運行1個月，出水COD 250 390mg/L, NH4+_N 2 5mg/L, TN25 60mg/L，汙染物平均去除率分別為COD 75 80%，NH4+_N 95 98%，TN 70 80%。
權利要求
1.一種新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於膜生物反應器進水(1)經水泵 (2)注入缺氧區(3)，經攪拌裝置(1 混合後進行反硝化脫氮；然後推流依次通過連通孔 (14)進入好氧區多個不同的好氧格室⑷、(5)、(6)、(7)、⑶進行有機物異養氧化、有機氮 氨化和自養硝化等生物反應過程；每個好氧格室通過在1/3處設置內循環隔板(16)將其隔 成上下連通的兩側，1/3側底部設曝氣頭(1 進行曝氣充氧，並使好氧格室形成內循環，風 量由風機(18)提供，2/3側豎向安裝聚丙烯纖維生物填料(17)，在循環流的水力湍流作用 下形成不規則擺動；最後進入膜分離格室(9)，由抽吸泵(11)抽吸經膜組件(10)分離後出 水(1 ；膜組件下方設曝氣裝置(19)，風量由風機00)提供，以防止膜前產生泥餅；剩餘 汙泥經排放口 0 排出；硝化液和汙泥通過回流泵回流至缺氧區(3)。
2.按照權力要求1所述的新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於膜生物反應 器設置獨立的前置缺氧區，可根據進水的水質條件，靈活掌握和調控反應器總氮去除效果。
3.按照權力要求1所述的新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於好氧區分為 5個格室，格室間液流呈推流特徵，從而使得反應器中的流態滿足難降解有機物梯度降解的 特徵，並增強了反應器各好氧格室對不同功能性微生物的選擇性。
4.按照權力要求1所述的新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於各好氧格室 1/3處設立上下連通的隔板，1/3側曝氣，在單側曝氣提升的作用下，單格室內液流呈順時 針內循環的完全混合特徵，從而將單個格室分為升流區和回落區，升流區和回落區體積比 1 2，有效增強了底質與微生物的接觸和傳質效果。
5.按照權力要求1所述的新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於好氧區5個 格室內的回落區靠隔板側豎向安裝有懸掛型的聚丙烯纖維生物填料，安裝面積為回落區的 1/2，在內循環水力湍流的作用下形成不規則擺動。
6.按照權力要求1所述的新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於懸浮活性汙 泥處於延時曝氣狀態，其中的微生物處於內源呼吸期，可實現反應器剩餘汙泥減量化。
7.按照權力要求1所述的新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於所安裝的懸 掛型聚丙烯纖維填料上附著生長生物膜，有利於生長緩慢的特徵性有機物降解細菌、氨化 細菌以及硝化細菌的持留，可增強反應器中不同功能微生物的活性。
8.按照權力要求1所述的新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於膜生物反應 器中同時持留有懸浮活性汙泥、顆粒汙泥、生物膜等多種微生物存在形態。
9.按照權力要求1所述的新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於膜生物反應 器可穩定持留普通好氧性異養菌、難降解有機物降解細菌、氨化細菌、硝化細菌、反硝化細 菌、自養反硝化細菌、厭氧氨氧化細菌等多種不同類型微生物。
10.按照權力要求1所述的新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於膜生物反應 器中存在硝化/反硝化、短程硝化/反硝化、同時硝化/反硝化、亞硝化/厭氧氨氧化等多 種不同的脫氮過程。
11.按照權力要求1所述的新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於膜生物反應 器設置獨立的膜分離室，實現泥水分離和混合液回流。
12.按照權力要求1至11所述的新型多格室脫氮型膜生物反應器，其特徵在於反應 器針對高有機氮、難降解、有毒有害的工業廢水，在實現COD高效去除的同時，可實現TN的 高效去除。
全文摘要
本發明屬於一種新型多格室脫氮型膜生物反應器，主要針對有機氮含量較高的難降解工業廢水處理。反應器進水1經水泵2注入缺氧區3，經攪拌裝置13混合後進行反硝化脫氮；然後推流依次通過連通孔14進入好氧區多個不同的好氧格室4、5、6、7、8進行好氧除碳、氨化和硝化；好氧格室通過內循環隔板16在1/3處將其隔成上下連通的兩側，1/3側底部設曝氣系統15、18充氧曝氣，2/3側豎向安裝生物填料17；最後進入膜分離格室9，由抽吸泵11抽吸經膜組件10分離後出水12；膜組件下方設曝氣裝置19、20，以防止產生泥餅；剩餘汙泥經排放口22排出；硝化液和汙泥通過回流泵21回流至缺氧區3。反應器結構緊湊，處理效率高。
文檔編號C02F9/14GK102115296SQ201110007319
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月14日 優先權日2011年1月14日
發明者宋永會, 李斌, 楊崇臣, 塗響, 田智勇, 辛旺, 錢鋒, 魏健 申請人:中國環境科學研究院