CN103086561A - 一种基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮*** - Google Patents

一种基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***。本发明提供了一种可靠性高、除碳及脱氮同时进行和除碳及脱氮的效果好的基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***。该***包括厌氧塔、好氧塔、短程硝化塔和厌氧氨氧化塔；厌氧塔内第一填料，好氧塔内装有第二填料，短程硝化塔内装有第三填料，厌氧氨氧化塔内装有第四填料；进水箱与厌氧塔进水口连接，厌氧塔出水口与好氧塔进水口连接，好氧塔出水口与中间水箱连接，中间水箱与短程硝化塔进水口连接，短程硝化塔出水口与厌氧氨氧化塔进水口连接，厌氧氨氧化塔出水口连接排出设备。

Description

一种基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***
技术领域
本发明涉及一种污水处理***，具体来说是一种基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***。
背景技术
随着我国工业的快速发展，产生的含碳和氮的有机废水逐年增加。因此，污水处理刻不容缓。然而，现有技术中大多采用池型结构工艺，占地面积大、土建费用高、需要大面积进行曝气，动力消耗大、构筑物复杂、维护管理麻烦。池型结构中的填料与废水的接触不充分，去除效果不佳，因为结构的关系，只能使一种微生物存在，故除碳及脱氮不能同时进行。另外现有的脱氮技术一般是先经过硝化作用，再经过反硝化作用，去除效果不是很理想，且容易出现污泥膨胀问题。
移动床生物膜反应器(Moving bed biofilm reactor，MBBR)具有处理能力高、能耗低、不发生堵塞、不需要反冲洗、水头损失小、操作维护简单等工艺特点。([1]张鹏等，MBBR法处理城市污水去除污染物的特性研究[J].水处理技术)。MBBR法结合了传统的活性污泥法和生物接触氧化法两者的优点而形成的一种高效的废水处理方法。其核心部分就是以密度接近于水的悬浮填料直接投加到反应池中作为微生物的活性载体，在反应池内的曝气和水流的提升作用下，使得悬浮填料处于流化状态。([2-3]牛学义.MBBR和传统活性污泥法组合的BAS工艺[I]。中国给水排水，2006(20)；范懋功.MBBR法在工业废水处理中的应用[J].工业用水与废水，2003(03))。传统生物脱氮方法由好氧硝化和缺氧反硝化2种工艺组成。在硝化反应中，NH4 +首先由亚硝酸菌氧化成NO2 -；再由硝酸菌氧化成NO3 -；在反硝化反应中，NO3 -先被还原成NO2 -，继而转化为N2。可以看出NO2 -在脱氮过程中经历了一个闭路循环，这个循环增加了硝化的曝气量和反硝化有机物的投加量。短程硝化是利用硝酸菌和亚硝酸菌的差异、控制硝化反应只进行到NO2 -阶段，也就是造成大量的NO2 -累积，然后就进行反硝化反应。短程硝化的标志是持续稳定的NO2 -的累积，要求硝化产物中NO2 -/(NO3 -+NO2 -)值至少大于0.5。与传统硝化方法相比，短程硝化具有以下优点：节约反硝化碳源的消耗量；提高了反硝化效率；减少了剩余污泥的处理量；减少了硝化O2的需要量。([4]Turk N，M avinic D S.M aintaining nitrite build2up in a systemacclimated to free ammonia[J].Wat Res，1989，23(2)：1383-1388.)。
现有技术分析存在以下技术问题：
第一，设备投资大、构筑物复杂和维护管理难；第二，设备中不具有除碳及脱氮同时进行的功能；第三，除碳及脱氮的效果不佳；第四脱氮时，容易出现污泥膨胀问题。
发明内容
本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种可靠性高、除碳及脱氮同时进行和除碳及脱氮的效果好的基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***，包括厌氧塔、好氧塔、短程硝化塔和厌氧氨氧化塔；厌氧塔内装有附着厌氧微生物的第一填料，好氧塔内装有附着好氧微生物的第二填料，短程硝化塔内装有附着亚硝化细菌的第三填料，厌氧氨氧化塔内装有附着厌氧氨氧化菌的第四填料；进水箱通过第一蠕动泵与厌氧塔进水口连接，厌氧塔出水口与好氧塔进水口连接，好氧塔出水口与中间水箱连接，中间水箱通过第二蠕动泵与短程硝化塔进水口连接，短程硝化塔出水口与厌氧氨氧化塔进水口连接，厌氧氨氧化塔出水口连接排出设备；好氧塔进水口上部设有第一曝气管，第一曝气管依次与第一气体流量计和第一空压机连接，短程硝化塔进水口上部设有第二曝气管，第二曝气管依次与第二气体流量计和第二空压机连接。
为了能够使厌氧反应器内填料处于流动状态，优选地，所述厌氧塔顶部设置第一电动搅拌机，厌氧氨氧化塔顶部设置第二电动搅拌机，第一电动搅拌机和第二电动搅拌机均通过连接杆连接搅拌叶片，搅拌叶片***到第一填料和第四填料中。
为了使填料与废水充分接触，所述厌氧塔进水口、好氧塔进水口、短程硝化塔进水口、厌氧氨氧化塔进水口对应设置在厌氧塔、好氧塔、短程硝化塔和厌氧氨氧化塔一侧的下部；厌氧塔出水口、好氧塔出水口、短程硝化塔出水口、厌氧氨氧化塔出水口对应设置在厌氧塔、好氧塔、短程硝化塔和厌氧氨氧化塔另一侧的上部。
为了便于取样，所述各个厌氧塔出水口、好氧塔出水口、短程硝化塔出水口、厌氧氨氧化塔出水口的数量均为两个以上。
为了能保证除碳及脱氮的效果，所述第一填料占厌氧塔体积30％～40％，第四填料占厌氧氨氧化塔体积30％～40％，第二填料占好氧塔体积50％～60％，第三填料占短程硝化塔体积50％～60％。
为了便于出水，所述厌氧塔出水口、厌氧氨氧化塔出水口设置在厌氧塔和厌氧氨氧化塔左右两侧，且每侧厌氧塔出水口和厌氧氨氧化塔出水口有两个以上。
为了能更均匀的搅拌填料和污水混合，所述第一电动搅拌机和第二电动搅拌机是正反转电机，第二电动搅拌机在连接杆上设置一套以上搅拌叶片。
为了排出污泥，所述厌氧塔、好氧塔、短程硝化塔和厌氧氨氧化塔下部一侧均设置排泥口。
作为一种优选的结构，所述厌氧塔、好氧塔、短程硝化塔和厌氧氨氧化塔均是圆柱形塔式结构。
为了便于控制污水的进出，所述厌氧塔进水口、好氧塔进水口、短程硝化塔进水口、厌氧氨氧化塔进水口、厌氧塔出水口、好氧塔出水口、短程硝化塔出水口和厌氧氨氧化塔出水口上均设置阀门。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
1、本发明采用厌氧塔、好氧塔、短程硝化塔、厌氧氨氧化塔及厌氧塔、好氧塔、短程硝化塔和厌氧氨氧化塔对应设有第一填料、第二填料、第三填料和第四填料，具有除碳及脱氮同时进行，净化污水效果好，结构简单，操作方便，可靠性高，产生污泥少和维护管理方便的特点。
2、本发明采用第一空压机、第一气体流量计、第一曝气管、第二空压机、第二气体流量计、第二曝气管、第一电动搅拌机和第二电动搅拌机，具有可以使污水净化更彻底，提高污水净化效果的特点。
3、本发明采用搅拌叶片在连接杆上设置1套以上，具有结构简单、提高净化效果的特点。
4、本发明采用厌氧塔、好氧塔、短程硝化塔和厌氧氨氧化塔均是圆柱形塔式结构，具有结构简单，反应接触面积大，净化效果好的特点。
附图说明
图1为本发明基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***的整体结构示意图；
图2为本发明基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***在COD为1000负荷下，不同停留时间的去除率图，其中符号“----”表示进水，符号“——”表示出水，符号“.....”表示去除率；
图3为本发明基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***的短程硝化塔出水氨氮和亚硝氮的比例图，其中符号“——”表示出水氨氮，符号“——-——-——”表示亚硝氮积累量，符号“.....”表示亚硝氮/氨氮。
图中标号与名称如下：
1进水箱             2第一蠕动泵
3厌氧塔进水口       4第一填料
5第一电动搅拌机     6厌氧塔出水口
7第一空压机         8第一气体流量计
9第一曝气管         10厌氧塔
11好氧塔            12好氧塔出水口
13中间水箱          14第二蠕动泵
15短程硝化塔        16短程硝化塔出水口
17厌氧氨氧化塔      18厌氧氨氧化塔出水口
19第二电动搅拌机    20第二空压机
21第二气体流量计    22第二曝气管
23排泥口            24第二填料
25第三填料          26第四填料
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***，包括厌氧塔10、好氧塔11、短程硝化塔15和厌氧氨氧化塔17；厌氧塔10内装有附着厌氧微生物的第一填料4，好氧塔内装有附着好氧微生物的第二填料24，短程硝化塔15内装有附着亚硝化细菌的第三填料25，厌氧氨氧化塔17内装有附着厌氧氨氧化菌的第四填料26；进水箱1通过第一蠕动泵2与厌氧塔进水口3连接，厌氧塔出水口6与好氧塔进水口连接，好氧塔出水口12与中间水箱13连接，中间水箱13通过第二蠕动泵14与短程硝化塔15进水口连接，短程硝化塔出水口16与厌氧氨氧化塔17进水口连接，厌氧氨氧化塔出水口18连接排出设备；好氧塔进水口上部设有第一曝气管9，第一曝气管9依次与第一气体流量计8和第一空压机7连接，短程硝化塔15进水口上部设有第二曝气管22，第二曝气管22依次与第二气体流量计21和第二空压机20连接。因为好氧塔11的曝气量大，污水中溶解氧含量高，而短程硝化反应需要的溶解氧含量很低，所以中间水箱13的作用为降低短程硝化塔15进水的溶解氧，另外还可以起到调节pH的作用。厌氧塔10、好氧塔11、短程硝化塔15和厌氧氨氧化塔17的下部一侧均设置排泥口23，用于排出污泥。为了能够使厌氧反应器内填料处于流动状态，厌氧塔10和厌氧氨氧化塔17顶部设置第一电动搅拌机5和第二电动搅拌机19，第一电动搅拌机5和第二电动搅拌机19均通过连接杆连接搅拌叶片，搅拌叶片***到第一填料4和第四填料26中。
为了使填料与废水充分接触，厌氧塔进水口3、好氧塔进水口、短程硝化塔进水口、厌氧氨氧化塔进水口对应设置在厌氧塔10、好氧塔11、短程硝化塔15和厌氧氨氧化塔17一侧的下部；厌氧塔出水口6、好氧塔出水口12、短程硝化塔出水口16、厌氧氨氧化塔出水口18对应设置在厌氧塔10、好氧塔11、短程硝化塔15和厌氧氨氧化塔17另一侧的上部。为了便于出水，本实施例，厌氧塔出水口6、好氧塔出水口12、短程硝化塔出水口16、厌氧氨氧化塔出水口18设置3个，为了便于出水，厌氧塔出水口6、厌氧氨氧化塔出水口18还设置在厌氧塔10和厌氧氨氧化塔17另一侧，且厌氧塔出水口6和厌氧氨氧化塔出水口18有3个。其厌氧塔出水口6和厌氧氨氧化塔出水口18的数量各为6个。
为了能保证除碳及脱氮的效果，第一填料4占厌氧塔10体积40％，第四填料26占厌氧氨氧化塔17体积35％，第二填料24占好氧塔11体积60％，第三填料25占短程硝化塔15体积55％。
为了能更均匀的搅拌填料和污水混合，本实施例第一电动搅拌机5和第二电动搅拌机19是正反转电机。本实施例厌氧塔10内的搅拌叶片在连接杆上设置一套叶片组，厌氧氨氧化塔内的搅拌叶片在连接杆上设置三套叶片组。当然也可以在厌氧塔10内的搅拌叶片在连接杆上设置多套叶片组。
本实施例，厌氧塔10、好氧塔11、短程硝化塔15和厌氧氨氧化塔17均是圆柱形塔式结构。为了便于控制污水的进出，厌氧塔进水口3、好氧塔进水口、短程硝化塔进水口、厌氧氨氧化塔进水口、厌氧塔出水口6、好氧塔出水口12、短程硝化塔出水口16和厌氧氨氧化塔出水口18上均设置阀门。
如图2所示，当停留时间为24h时，进水化学需氧量(COD)为1064mg/L，好氧出水化学需氧量(COD)为26mg/L，去除率达到97.6％。
如图3所示，当在第1个时间点时，短程硝化塔出水氨氮浓度为58.34mg/L，亚硝氮浓度为76.84mg/L，亚硝氮/氨氮为1.317，此时适于后续厌氧氨氧化反应。
本发明实现的原理：先对高负荷、难降解的有机废水进行厌氧处理，经过厌氧处理后，废水的有机负荷已经降低，再对废水进行好氧处理，进一步去除有机物，从而达到除碳的目的。为了脱氮，先设置了一个短程硝化塔，使一部分氨氮转化成亚硝氮，再进入厌氧氨氧化塔，在厌氧氨氧化菌的作用下，氨氮和亚硝氮反应变为氮气，从而达到脱氮的目的。脱氮过程中污泥量少，不会出现污泥膨胀和污泥上浮等现象。具体的说，进水箱内的废水在第一蠕动泵的作用下，经厌氧塔进水口送入厌氧塔内，厌氧塔内填充有30％～40％的第一填料，第一填料在第一电动搅拌机带动搅拌叶片的作用下在厌氧塔内上下浮动，废水与第一填料表面上的厌氧微生物充分接触，此过程能去除40％～60％的COD(化学需氧量)。废水处理后经厌氧塔出水口自流进入好氧塔内，第一空压机产生的空气经第一气体流量计和第一曝气管从好氧塔下部布入池内，第一曝气管在好氧塔进水口上部，此时在曝气作用下，第二填料在好氧塔内上下流动，表面生长着大量好氧微生物(优选的好氧塔内溶解氧浓度为2～4mg/L)，经过这一级的处理，总的COD去除率能达到80％以上，至此，整个工艺的除碳过程已经结束。经过二级处理的污水经好氧塔出水口流入中间水箱，然后在第二蠕动泵的作用下从短程硝化塔进水口进入短程硝化塔内，第三填料表面附着着亚硝化细菌(优选的短程硝化塔内溶解氧浓度为0.5mg/L以下)，通过第二空压机、第二气体流量计和第二曝气管控制溶解氧，pH在进水箱内调节好，一般控制在8.0～8.2之间，反应只停留在亚硝化阶段，氨氮一部分被氧化成亚硝氮，使出水亚硝氮和氨氮的比例维持在1.3∶1左右，通过三级处理的污水从短程硝化塔出水口流到厌氧氨氧化塔进水口，从而进入到厌氧氨氧化塔内，第四填料上生长着大量厌氧氨氧化菌(厌氧氨氧化菌需要避光才能存活)，厌氧氨氧化细菌以NH4 +为电子供体，以NO2 -为电子受体，将氨氮和硝态氮转变成N2而去除，处理完成后的污水，从厌氧氨氧化塔出水口排到排出设备(如大木桶等)。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***，其特征在于：包括厌氧塔(10)、好氧塔(11)、短程硝化塔(15)和厌氧氨氧化塔(17)；厌氧塔(10)内装有附着厌氧微生物的第一填料(4)，好氧塔(11)内装有附着好氧微生物的第二填料(24)，短程硝化塔(15)内装有附着亚硝化细菌的第三填料(25)，厌氧氨氧化塔(17)内装有附着厌氧氨氧化菌的第四填料(26)；进水箱(1)通过第一蠕动泵(2)与厌氧塔进水口(3)连接，厌氧塔出水口(6)与好氧塔进水口连接，好氧塔出水口(12)与中间水箱(13)连接，中间水箱(13)通过第二蠕动泵(14)与短程硝化塔(15)进水口连接，短程硝化塔出水口(16)与厌氧氨氧化塔(17)进水口连接，厌氧氨氧化塔出水口(18)连接排出设备；好氧塔(11)进水口上部设有第一曝气管(9)，第一曝气管(9)依次与第一气体流量计(8)和第一空压机连接(7)，短程硝化塔(15)进水口上部设有第二曝气管(22)，第二曝气管(22)依次与第二气体流量计(21)和第二空压机(20)连接。
2.根据权利要求1所述的基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***，其特征在于：所述厌氧塔(10)顶部设置第一电动搅拌机(5)，厌氧氨氧化塔(17)顶部设置第二电动搅拌机(19)，第一电动搅拌机(5)和第二电动搅拌机(19)均通过连接杆连接搅拌叶片。
3.根据权利要求1所述的基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***，其特征在于：所述厌氧塔进水口(3)、好氧塔进水口、短程硝化塔进水口、厌氧氨氧化塔进水口对应设置在厌氧塔(10)、好氧塔(11)、短程硝化塔(15)和厌氧氨氧化塔(17)一侧的下部；厌氧塔出水口(6)、好氧塔出水口(12)、短程硝化塔出水口(16)、厌氧氨氧化塔出水口(18)对应设置在厌氧塔(10)、好氧塔(11)、短程硝化塔(15)和厌氧氨氧化塔(17)另一侧的上部。
4.根据权利要求3所述的基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***，其特征在于：所述厌氧塔出水口(6)、好氧塔出水口(12)、短程硝化塔出水口(16)、厌氧氨氧化塔出水口(18)的数量分别设置两个以上。
5.根据权利要求1所述的基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***，其特征在于：所述第一填料(4)占厌氧塔(10)体积30％～40％，第四填料(26)占厌氧氨氧化塔(17)体积30％～40％，第二填料(24)占好氧塔(11)体积50％～60％，第三填料(25)占短程硝化塔(15)体积50％～60％。
6.根据权利要求1所述的基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***，其特征在于：所述厌氧塔出水口(6)、厌氧氨氧化塔出水口(18)设置在厌氧塔(10)和厌氧氨氧化塔(17)左右两侧，且每侧厌氧塔出水口和厌氧氨氧化塔出水口的数量大于等于两个。
7.根据权利要求2所述的基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***，其特征在于：所述第一电动搅拌机(5)和第二电动搅拌机(19)是正反转电机，所述两个电动搅拌机在连接杆上设置至少一套搅拌叶片。
8.根据权利要求1所述的基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***，其特征在于：所述厌氧塔(10)、好氧塔(11)、短程硝化塔(15)和厌氧氨氧化塔(17)下部一侧均设置排泥口(23)。
9.根据权利要求1所述的基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***，其特征在于：所述厌氧塔(10)、好氧塔(11)、短程硝化塔(15)和厌氧氨氧化塔(17)均是圆柱形塔式结构。
10.根据权利要求1所述的基于移动床生物膜反应器的除碳及脱氮***，其特征在于：所述厌氧塔进水口、好氧塔进水口、短程硝化塔进水口、厌氧氨氧化塔进水口、厌氧塔出水口(6)、好氧塔出水口(12)、短程硝化塔出水口(16)和厌氧氨氧化塔出水口(18)上均设置阀门。
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