權(quán)利要求

1.含氮有機(jī)廢水處理裝置，其特征在于：包括上流式厭氧污泥床反應(yīng)器和氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器，所述上流式厭氧污泥床反應(yīng)器包括反應(yīng)器主體，所述反應(yīng)器主體底部設(shè)有第一進(jìn)水口，頂部設(shè)有沼氣排出口，側(cè)壁上端設(shè)有第一出水口，所述反應(yīng)器主體內(nèi)設(shè)有厭氧污泥床，所述厭氧污泥床上方的所述反應(yīng)器主體內(nèi)設(shè)有三相分離器；所述氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器包括反應(yīng)器筒體，所述反應(yīng)器筒體下端設(shè)有進(jìn)氣口和第二進(jìn)水口，所述進(jìn)氣口連接所述沼氣排出口，所述第二進(jìn)水口連接所述第一出水口，所述反應(yīng)器筒體內(nèi)設(shè)有中空纖維膜組件，所述中空纖維膜組件作為生物膜的生長(zhǎng)場(chǎng)所并用于沼氣的擴(kuò)散傳輸，所述反應(yīng)器筒體上端設(shè)有第二出水口和出氣口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含氮有機(jī)廢水處理裝置，其特征在于：所述反應(yīng)器主體側(cè)壁上端還設(shè)有第一回流口，所述第一回流口通過回流泵連接所述反應(yīng)器主體下部；所述反應(yīng)器筒體側(cè)壁上端設(shè)有第二回流口，所述第二回流口通過循環(huán)泵連接所述第二進(jìn)水口。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含氮有機(jī)廢水處理裝置，其特征在于：所述沼氣排出口通過管路連接集氣室，所述集氣室通過管路連接所述進(jìn)氣口，所述沼氣排出口和所述集氣室之間的管路上設(shè)有氣體控制閥，所述集氣室和所述進(jìn)氣口之間的管路上設(shè)有氣泵、氣壓表和氣體流量計(jì)。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含氮有機(jī)廢水處理裝置，其特征在于：所述第一出水口通過管路連接過濾水箱，所述第一出水口與所述過濾水箱之間的管路上設(shè)有出水控制閥，所述過濾水箱通過第一蠕動(dòng)泵連接調(diào)節(jié)水池，所述調(diào)節(jié)水池通過第二蠕動(dòng)泵連接所述第二進(jìn)水口。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含氮有機(jī)廢水處理裝置，其特征在于：所述第二出水口通過管路連接出水箱，所述第二出水口與所述出水箱之間的管路上設(shè)有具支U型管；所述出氣口通過管路連接氣體收集裝置。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含氮有機(jī)廢水處理裝置，其特征在于：所述第一進(jìn)水口通過管路連接進(jìn)水箱，所述進(jìn)水箱與所述第一進(jìn)水口之間的管路上設(shè)有第三蠕動(dòng)泵。 7.含氮有機(jī)廢水處理方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1～6中任意一項(xiàng)所述的含氮有機(jī)廢水處理裝置進(jìn)行處理，包括以下步驟： 以馴化的厭氧活性污泥做為接種源，對(duì)所述上流式厭氧污泥床反應(yīng)器進(jìn)行啟動(dòng)馴化；以厭氧污泥和馴化的氫自養(yǎng)反硝化污泥作為接種源，對(duì)所述氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器進(jìn)行啟動(dòng)馴化； 將含氮有機(jī)廢水通入所述上流式厭氧污泥床反應(yīng)器中進(jìn)行異養(yǎng)反硝化去除含氮有機(jī)廢水中的COD，得到初級(jí)處理廢水和沼氣； 將所述初級(jí)處理廢水和所述沼氣通入所述氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器中進(jìn)行自養(yǎng)反硝化，去除所述初級(jí)處理廢水中的氮元素化合物。 8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的含氮有機(jī)廢水處理方法，其特征在于：對(duì)所述上流式厭氧污泥床反應(yīng)器進(jìn)行啟動(dòng)馴化時(shí)，所述厭氧活性污泥的體積占所述反應(yīng)器主體的體積為1/2～1/3，進(jìn)水的COD為2000mg/L，進(jìn)水的流速為2mL/min，水力停留時(shí)間為36h；對(duì)所述氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器進(jìn)行啟動(dòng)馴化前，以所述厭氧污泥和所述馴化的氫自養(yǎng)反硝化污泥按2.6:1配比而成的混合污泥作為所述接種源。 9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的含氮有機(jī)廢水處理方法，其特征在于：對(duì)所述氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器進(jìn)行啟動(dòng)馴化時(shí)，氫氣通入所述中空纖維膜組件的壓力為0.045MPa，進(jìn)水中硝態(tài)氮的含量為10.50mg/L。 10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的含氮有機(jī)廢水處理方法，其特征在于：所述含氮有機(jī)廢水的pH值為6～8，所述沼氣中甲烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞80％。

說(shuō)明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種含氮有機(jī)廢水處理裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)城市工業(yè)化的推進(jìn)和城市規(guī)模的擴(kuò)大，高氮有機(jī)廢水的處理工藝及裝置已成為當(dāng)前水處理領(lǐng)域迫切需要的技術(shù)需求。有機(jī)物和高氮化合物(如亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮等)等污染來(lái)源廣泛，有機(jī)化工材料生產(chǎn)、酒精生產(chǎn)、造紙印刷等均會(huì)產(chǎn)生大量的高氮有機(jī)廢水，工業(yè)廢水大量排放已然威脅到水生態(tài)系統(tǒng)，該類廢水具有有機(jī)物、氮素含量高、成分復(fù)雜等特點(diǎn)，而且還有強(qiáng)堿強(qiáng)酸的性質(zhì)；高氮有機(jī)廢水排入水體會(huì)對(duì)水體、土壤和空氣造成一定的污染，對(duì)人類健康帶來(lái)心腦血疾病、癌癥和神經(jīng)性疾病等問題，造成潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)；而工業(yè)中廢水含有的大量硝態(tài)氮是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化和部分水域水質(zhì)下降的一大原因，由此轉(zhuǎn)化而來(lái)的亞硝態(tài)氮進(jìn)入飲用水還會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生毒害。

傳統(tǒng)技術(shù)中對(duì)高氮有機(jī)廢水的處理主要有吸附法、蒸發(fā)法、電解還原法、回收法、混凝沉淀—吸附法、反滲透法等，此類方法工藝復(fù)雜需要消耗大量的化學(xué)藥品，成本較為昂貴，且治理效果不佳難以達(dá)到國(guó)家所規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，針對(duì)高氮有機(jī)廢水尋求高效經(jīng)濟(jì)的處理技術(shù)具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種含氮有機(jī)廢水處理裝置及方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)COD和氮素的同步去除，降低溫室效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)物的利用率，而且對(duì)電子供體的依賴性較低，不受碳源的影響。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明提供一種含氮有機(jī)廢水處理裝置，包括上流式厭氧污泥床反應(yīng)器和氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器，所述上流式厭氧污泥床反應(yīng)器包括反應(yīng)器主體，所述反應(yīng)器主體底部設(shè)有第一進(jìn)水口，頂部設(shè)有沼氣排出口，側(cè)壁上端設(shè)有第一出水口，所述反應(yīng)器主體內(nèi)設(shè)有厭氧污泥床，所述厭氧污泥床上方的所述反應(yīng)器主體內(nèi)設(shè)有三相分離器；所述氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器包括反應(yīng)器筒體，所述反應(yīng)器筒體下端設(shè)有進(jìn)氣口和第二進(jìn)水口，所述進(jìn)氣口連接所述沼氣排出口，所述第二進(jìn)水口連接所述第一出水口，所述反應(yīng)器筒體內(nèi)設(shè)有中空纖維膜組件，所述中空纖維膜組件作為生物膜的生長(zhǎng)場(chǎng)所并用于沼氣的擴(kuò)散傳輸，所述反應(yīng)器筒體上端設(shè)有第二出水口和出氣口。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)器主體側(cè)壁上端還設(shè)有第一回流口，所述第一回流口通過回流泵連接所述反應(yīng)器主體下部；所述反應(yīng)器筒體側(cè)壁上端設(shè)有第二回流口，所述第二回流口通過循環(huán)泵連接所述第二進(jìn)水口。

優(yōu)選地，所述沼氣排出口通過管路連接集氣室，所述集氣室通過管路連接所述進(jìn)氣口，所述沼氣排出口和所述集氣室之間的管路上設(shè)有氣體控制閥，所述集氣室和所述進(jìn)氣口之間的管路上設(shè)有氣泵、氣壓表和氣體流量計(jì)。

優(yōu)選地，所述第一出水口通過管路連接過濾水箱，所述第一出水口與所述過濾水箱之間的管路上設(shè)有出水控制閥，所述過濾水箱通過第一蠕動(dòng)泵連接調(diào)節(jié)水池，所述調(diào)節(jié)水池通過第二蠕動(dòng)泵連接所述第二進(jìn)水口。

優(yōu)選地，所述第二出水口通過管路連接出水箱，所述第二出水口與所述出水箱之間的管路上設(shè)有具支U型管；所述出氣口通過管路連接氣體收集裝置。

優(yōu)選地，所述第一進(jìn)水口通過管路連接進(jìn)水箱，所述進(jìn)水箱與所述第一進(jìn)水口之間的管路上設(shè)有第三蠕動(dòng)泵。

本發(fā)明還提供一種含氮有機(jī)廢水處理方法，采用以上所述的含氮有機(jī)廢水處理裝置進(jìn)行處理，包括以下步驟：

以馴化的厭氧活性污泥做為接種源，對(duì)所述上流式厭氧污泥床反應(yīng)器進(jìn)行啟動(dòng)馴化；以厭氧污泥和馴化的氫自養(yǎng)反硝化污泥作為接種源，對(duì)所述氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器進(jìn)行啟動(dòng)馴化；

將含氮有機(jī)廢水通入所述上流式厭氧污泥床反應(yīng)器中進(jìn)行異養(yǎng)反硝化去除含氮有機(jī)廢水中的COD，得到初級(jí)處理廢水和沼氣；

將所述初級(jí)處理廢水和所述沼氣通入所述氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器中進(jìn)行自養(yǎng)反硝化，去除所述初級(jí)處理廢水中的氮元素化合物。

優(yōu)選地，對(duì)所述上流式厭氧污泥床反應(yīng)器進(jìn)行啟動(dòng)馴化時(shí)，所述厭氧活性污泥的體積占所述反應(yīng)器主體的體積為1/2～1/3，進(jìn)水的COD為2000mg/L，進(jìn)水的流速為2mL/min，水力停留時(shí)間為36h；對(duì)所述氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器進(jìn)行啟動(dòng)馴化前，以所述厭氧污泥和所述馴化的氫自養(yǎng)反硝化污泥按2.6:1配比而成的混合污泥作為所述接種源。

優(yōu)選地，對(duì)所述氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器進(jìn)行啟動(dòng)馴化時(shí)，氫氣通入所述中空纖維膜組件的壓力為0.045MPa，進(jìn)水中硝態(tài)氮的含量為10.50mg/L。

優(yōu)選地，所述含氮有機(jī)廢水的pH值為6～8，所述沼氣中甲烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞80％。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明提供的含氮有機(jī)廢水處理裝置及方法，將上流式厭氧污泥床反應(yīng)器和氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器進(jìn)行耦合連接，通過上流式厭氧污泥床反應(yīng)器對(duì)COD高效去除，并將獲得的沼氣清潔能源與氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器中自氧反硝化過程結(jié)合，處理高氮有機(jī)廢水中的氮元素化合物，能夠?qū)崿F(xiàn)COD和氮的高效同步去除，而且對(duì)電子供體的依賴性較低，不受碳源的影響，能夠克服碳源不足和高耗氧量的技術(shù)瓶頸，高效利用沼氣，實(shí)現(xiàn)甲烷無(wú)害化，降低溫室效應(yīng)，從而提高工藝系統(tǒng)的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的含氮有機(jī)廢水處理裝置的結(jié)構(gòu)連接示意圖；

圖2為本發(fā)明中上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中UASB啟動(dòng)階段內(nèi)進(jìn)水COD濃度與容積負(fù)荷情況圖；

圖4為本發(fā)明中UASB進(jìn)水、UASB出水和MBfR出水的COD濃度圖；

圖5為本發(fā)明中UASB進(jìn)水、UASB出水和MBfR出水的NO 2 --N及NO 3 --N濃度圖；

圖中：1-上流式厭氧污泥床反應(yīng)器、2-氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器、3-反應(yīng)器主體、4-第一進(jìn)水口、5-沼氣排出口、6-第一出水口、7-厭氧污泥床、8-三相分離器、9-反應(yīng)器筒體、10-進(jìn)氣口、11-第二進(jìn)水口、12-中空纖維膜組件、13-第二出水口、14-出氣口、15-第一回流口、16-回流泵、17-第二回流口、18-循環(huán)泵、19-集氣室、20-氣體控制閥、21-氣泵、22-氣壓表、23-氣體流量計(jì)、24-過濾水箱、25-第一蠕動(dòng)泵、26-調(diào)節(jié)水池、27-第二蠕動(dòng)泵、28-出水箱、29-具支U型管、30-氣體收集裝置、31-進(jìn)水箱、32-第三蠕動(dòng)泵、33-出水控制閥、34-三通。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種含氮有機(jī)廢水處理裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)COD和氮素的同步去除，降低溫室效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)物的利用率，而且對(duì)電子供體的依賴性較低，不受碳源的影響。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1-圖5所示，本實(shí)施例提供一種含氮有機(jī)廢水處理裝置，包括上流式厭氧污泥床反應(yīng)器1和氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器2，上流式厭氧污泥床反應(yīng)器1包括反應(yīng)器主體3，反應(yīng)器主體3底部設(shè)有第一進(jìn)水口4，頂部設(shè)有沼氣排出口5，側(cè)壁上端設(shè)有第一出水口6，反應(yīng)器主體3內(nèi)設(shè)有厭氧污泥床7，厭氧污泥床7上方的反應(yīng)器主體3內(nèi)設(shè)有三相分離器8；氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器2包括反應(yīng)器筒體9，反應(yīng)器筒體9下端設(shè)有進(jìn)氣口10和第二進(jìn)水口11，進(jìn)氣口10連接沼氣排出口5，第二進(jìn)水口11連接第一出水口6，反應(yīng)器筒體9內(nèi)設(shè)有中空纖維膜組件12，中空纖維膜組件12作為生物膜的生長(zhǎng)場(chǎng)所并用于沼氣的擴(kuò)散傳輸，反應(yīng)器筒體9上端設(shè)有第二出水口13和出氣口14。

本裝置將上流式厭氧污泥床反應(yīng)器1(USAB)和氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器2(MBfR)進(jìn)行耦合連接，通過上流式厭氧污泥床反應(yīng)器1對(duì)COD高效去除，并將獲得的沼氣清潔能源與氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器中自氧反硝化過程結(jié)合，處理高氮有機(jī)廢水中的氮元素化合物，能夠?qū)崿F(xiàn)COD和氮的高效同步去除，而且對(duì)電子供體的依賴性較低，不受碳源的影響，能夠克服碳源不足和高耗氧量的技術(shù)瓶頸，高效利用沼氣，實(shí)現(xiàn)甲烷無(wú)害化，降低溫室效應(yīng)，從而提高工藝系統(tǒng)的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

本實(shí)施例中，反應(yīng)器主體3側(cè)壁上端還設(shè)有第一回流口15，第一回流口15通過回流泵16連接反應(yīng)器主體3下部，回流的作用是使反應(yīng)器主體3內(nèi)液體及微生物充分混合均勻，以使反應(yīng)器主體3內(nèi)保持足夠且恒定的生物群體；反應(yīng)器筒體9側(cè)壁上端設(shè)有第二回流口17，第二回流口17通過循環(huán)泵18連接第二進(jìn)水口11，以使MBfR的反應(yīng)器筒體9內(nèi)部的液體達(dá)到充分混合的效果，其中，內(nèi)循環(huán)的流速為進(jìn)水流速的200倍。

本實(shí)施例中，沼氣排出口5通過管路連接集氣室19，集氣室19通過管路連接進(jìn)氣口10，沼氣排出口5和集氣室19之間的管路上設(shè)有氣體控制閥20，集氣室19和進(jìn)氣口10之間的管路上設(shè)有氣泵21、氣壓表22和氣體流量計(jì)23。進(jìn)入MBfR的沼氣的氣壓由集氣室19通過氣壓表22和氣體控制閥20的聯(lián)動(dòng)操作調(diào)節(jié)，通過氣體流量計(jì)23計(jì)量通入的氣體，氣體流量計(jì)23的范圍為0.1-8L/min。

本實(shí)施例中，第一出水口6通過管路連接過濾水箱24，第一出水口6與過濾水箱24之間的管路上設(shè)有出水控制閥，過濾水箱24通過第一蠕動(dòng)泵25連接調(diào)節(jié)水池26，調(diào)節(jié)水池26通過第二蠕動(dòng)泵27連接第二進(jìn)水口11。過濾水箱24的作用是過濾USAB出水的雜質(zhì)，調(diào)節(jié)水池26的作用是平衡水質(zhì)和水量，同時(shí)充當(dāng)MBfR進(jìn)水池的角色。

本實(shí)施例中，第二出水口13通過管路連接出水箱28，第二出水口13與出水箱28之間的管路上設(shè)有具支U型管29；出氣口14通過管路連接氣體收集裝置30，以便收集氣體。具支U型管29的設(shè)置保證反應(yīng)器筒體9內(nèi)外壓強(qiáng)恒定，防止大氣壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部造成干擾

本實(shí)施例中，第一進(jìn)水口4通過管路連接進(jìn)水箱31，進(jìn)水箱31與第一進(jìn)水口4之間的管路上設(shè)有第三蠕動(dòng)泵32，通過第三蠕動(dòng)泵32來(lái)將待處理廢水注入反應(yīng)器主體3內(nèi)。

本實(shí)施例中，三相分離器集氣罩頂以上的覆蓋水深為0.8m，三相分離器沉淀區(qū)四壁傾斜角度為50°～55°之間，沉淀區(qū)斜面高度約為0.6m～0.8m。三相分離器8的主要作用是進(jìn)行氣(沼氣)液(水)分離和污泥回流，集氣罩的作用是收集沼氣，集氣罩頂?shù)淖饔檬欠乐拐託馔庑埂ｋS著水流的上升流動(dòng)，氣、水、泥三相混合液上升至三相分離器8中，氣體遇到反射式檔板后折向集氣室而有效地分離排出，污泥和水進(jìn)入上部的靜止沉淀區(qū)，在重力的作用下泥水分離，污泥回落至污泥層，上清液則排入后續(xù)處理設(shè)施，沉淀池的作用是泥水分離的場(chǎng)所。中空纖維膜組件12優(yōu)選為微孔聚乙烯的疏水性中空纖維膜絲，中空纖維膜絲有效長(zhǎng)度為23-26cm，外徑為280-300μm，中空纖維膜組件12含有15-25根中空纖維膜絲，總有效表面積為70-80cm 2。中空纖維膜組件12與進(jìn)氣口10連接，沼氣(主要成分為甲烷)從反應(yīng)器筒體9底部以10psig的壓力持續(xù)進(jìn)入中空纖維膜組件12中，進(jìn)行無(wú)泡擴(kuò)散。

一種含氮有機(jī)廢水處理方法，采用以上所述的含氮有機(jī)廢水處理裝置進(jìn)行處理，包括以下步驟：

以馴化的厭氧活性污泥做為接種源，對(duì)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器1進(jìn)行啟動(dòng)馴化；以厭氧污泥和馴化的氫自養(yǎng)反硝化污泥作為接種源，對(duì)氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器2進(jìn)行啟動(dòng)馴化；

將含氮有機(jī)廢水通入上流式厭氧污泥床反應(yīng)器1中進(jìn)行異養(yǎng)反硝化去除含氮有機(jī)廢水中的COD，得到初級(jí)處理廢水和沼氣；

將初級(jí)處理廢水和沼氣通入氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器2中進(jìn)行自養(yǎng)反硝化，去除初級(jí)處理廢水中的氮元素化合物。

本實(shí)施例中，對(duì)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器1進(jìn)行啟動(dòng)馴化時(shí)，厭氧活性污泥的體積占反應(yīng)器主體3的體積為1/2～1/3，進(jìn)水的COD為2000mg/L，進(jìn)水的流速為2mL/min，水力停留時(shí)間為36h；對(duì)氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器2進(jìn)行啟動(dòng)馴化前，以厭氧污泥和馴化的氫自養(yǎng)反硝化污泥按2.6:1配比而成的混合污泥作為接種源。

本實(shí)施例中，對(duì)氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器2進(jìn)行啟動(dòng)馴化時(shí)，氫氣通入中空纖維膜組件12的壓力為0.045MPa，進(jìn)水中硝態(tài)氮的含量為10.50mg/L。

本實(shí)施例中，含氮有機(jī)廢水的pH值為6～8，所述沼氣中甲烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞80％。

下面對(duì)進(jìn)水箱、UASB和MBfR的制作分別解釋說(shuō)明：

(1)進(jìn)水箱的制作：UASB的進(jìn)水箱31底部設(shè)置有磁力攪拌器以保證進(jìn)水充分混合均勻，進(jìn)水通過第三蠕動(dòng)泵32泵入到反應(yīng)器主體3中。

(2)UASB的制作：反應(yīng)器主體3上蓋板由有機(jī)玻璃制成，上蓋板和反應(yīng)器主體3之間通過法蘭盤橡膠墊密封。在上蓋板頂部靠近反應(yīng)器主體3內(nèi)部上側(cè)的位置設(shè)置三相分離器8，三相分離器8上端安裝有出氣管(作為沼氣排出口5)，UASB產(chǎn)生的氣體由出氣管控制進(jìn)入集氣室19，UASB處理完的廢水由第一出水口6排出，經(jīng)過出水控制閥33進(jìn)入過濾水箱24，三相分離器8的下側(cè)設(shè)置有反應(yīng)部分層，固定安裝有布水器，反應(yīng)器主體3底部設(shè)置有第一進(jìn)水口4，第一進(jìn)水口4與進(jìn)水箱31通過第三蠕動(dòng)泵32連接。

(3)MBfR的制作：將聚乙烯疏水性中空纖維膜絲裁剪成適當(dāng)長(zhǎng)度對(duì)彎成U型，將膜絲端頭插入PVC套管并用1:1環(huán)氧樹脂與固化劑混合膠固定密封，保證膜絲的貫通性，然后將PVC套管固接在PVC外牙直通上，再在外牙上纏上止水膠帶再擰入上法蘭盤的預(yù)留接PVC直通的內(nèi)螺紋中。組裝的中空纖維膜組件12含有含有15-25根中空纖維膜絲，有效長(zhǎng)度為23-26cm，外徑為280-300μm，總有效表面積為70-80cm 2。。在反應(yīng)器筒體9底部PVC套管的下方打孔形成(混合氣)進(jìn)氣口10并在進(jìn)氣管路上設(shè)置氣壓表22和氣體流量計(jì)23，以監(jiān)控管路上混合氣壓力。反應(yīng)器筒體9上方設(shè)置第二回流口17，通過循環(huán)泵18將混合液泵入三通34處再進(jìn)入反應(yīng)器筒體9內(nèi)部，使反應(yīng)器混合液充分混合反應(yīng)。第二出水口13后接入具支U型管29，以保證反應(yīng)器內(nèi)外壓強(qiáng)恒定，防止大氣壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部造成干擾。具支U型管29后連接出水箱28。

UASB和MBfR之間通過過濾水箱24和調(diào)節(jié)水池26連接。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明處理方法作進(jìn)一步解釋說(shuō)明：

(1)配置模擬進(jìn)水

對(duì)于UASB，在去離子水中添加溶質(zhì)配置模擬進(jìn)水，具體成分如下：

C 6H 12O 6·6H 2O 1008mg/L、NaHCO 3 1000mg/L、NH 4Cl 250mg/L、MgSO 4·7H 2O 200g/L、K 2HPO 4·3H 2O 100g/L、KH 2PO 480g/L、Na 3C 6H 5O 7·2H 2O 100g/L、CaCl 2·2H 2O 250g/L、NiCl 2·6H 2O 20g/L、FeCl 3·6H 2O 8g/L、MgSO 4·4H 2O 10g/L、ZnCl 213g/L、CoCl 2·2H 2O 15g/L、CuCl 2·2H 2O 5g/L，溫度調(diào)節(jié)在35±1℃。

對(duì)于MBfR，在去離子水中添加溶質(zhì)配置模擬進(jìn)水，具體成分如下：

NO 3 --N 30mg/L、NaHCO 3250mg/L、KH 2PO 433mg/L、MgSO 4·7H 2O 50mg/L、ZnSO 4·7H 2O100mg/L、MnCl 2·4H 2O 30mg/L、H 3BO 3300mg/L、CoCl 2·6H 2O 200mg/L、CuCl 2·2H 2O 10mg/L、NiCl 2·6H 2O 10mg/L、Na 2SeO 3 30mg/L；用1mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)pH的范圍為7.2-7.6，并對(duì)模擬進(jìn)水使用高壓釜進(jìn)行滅菌處理。

(2)UASB和MBfR啟動(dòng)馴化

在運(yùn)行初期，將UASB和MBfR分別啟動(dòng)馴化。

在UASB中，以250mL實(shí)驗(yàn)室馴化完成的厭氧活性污泥作為接種源；在MBfR中，以桂林市某污水處理廠反硝化池中的厭氧污泥與實(shí)驗(yàn)室馴化成熟的氫自養(yǎng)反硝化污泥按2.6:1配比而成的混合污泥作為接種源。

啟動(dòng)前先把馴化好的厭氧活性污泥用2.5mm孔徑的篩網(wǎng)過濾以便去除粒徑較大的污染物質(zhì)，然后加入到UASB中，污泥體積為反應(yīng)器主體的體積的1/2-1/3，在UASB中，進(jìn)水速率為2.0mL/min；三相分離器有效的截留污泥和其中的微生物，使得反應(yīng)器的微生物濃度升高，為反應(yīng)器運(yùn)行提供基礎(chǔ)，完成對(duì)有機(jī)物(COD Cr)的去除。

水中的pH控制在7左右，目的是使產(chǎn)甲烷微生物處于相對(duì)適宜的pH范圍，利于反應(yīng)器的啟動(dòng)以及后續(xù)為MBfR提供充足的電子供體。

采用低COD進(jìn)水對(duì)UASB反應(yīng)器進(jìn)行馴化，初始進(jìn)水COD為2000mg/L，水力停留時(shí)間(HRT)為36h，進(jìn)水流速設(shè)置為2mL/min，反應(yīng)器正常運(yùn)行后，當(dāng)COD的去除率穩(wěn)定在95％以上時(shí)，逐漸縮短水力停留時(shí)間為30h，每天測(cè)定出水的COD濃度、產(chǎn)沼氣的情況。

在MBfR中，采用連續(xù)流的方式進(jìn)水，氫氣以0.045MPa的壓力通入中空纖維膜中，進(jìn)水NO 3 --N的濃度為10.50mg/L，反應(yīng)器通過蠕動(dòng)泵進(jìn)行自循環(huán)回流，進(jìn)水速率和自循環(huán)回流速度逐漸提高，具體條件如表1所示。

表1 MBfR啟動(dòng)運(yùn)行工況

(3)穩(wěn)定運(yùn)行階段

UASB和MBfR之間通過蠕動(dòng)泵連接。采取連續(xù)流的方式進(jìn)水，模擬進(jìn)水中添加COD濃度逐漸升高。

第一個(gè)階段為1-20d，COD濃度保持在2000mg/L,UASB的HRT設(shè)置為48h，UASB和MBfR的進(jìn)水流速分別為2.0mL/min和0.5mL/min；UASB回流不開啟。

第二個(gè)階段為21-40d，COD濃度保持在2000mg/L，UASB的HRT設(shè)置為36h，UASB和MBfR的進(jìn)水流速分別為2.0mL/min和0.5mL/min；UASB回流速度設(shè)置為2mL/min，MBfR的回流速度為50mL/min。

第三個(gè)階段為41-60d，COD濃度保持在2500mg/L，UASB的HRT設(shè)置為36h，UASB和MBfR的進(jìn)水流速分別為2.0mL/min和0.5mL/min；UASB回流速度設(shè)置為2mL/min，MBfR的回流速度為50mL/min。

第四個(gè)階段為61-80d，COD濃度保持在3000mg/L，UASB的HRT設(shè)置為24h，UASB和MBfR的進(jìn)水流速分別為2.0mL/min和0.5mL/min；UASB回流速度設(shè)置為2mL/min，MBfR的回流速度為50mL/min。

第五個(gè)階段為81-100d，COD濃度保持在3500mg/L，UASB的HRT設(shè)置為24h，UASB和MBfR的進(jìn)水流速分別為2.0mL/min和0.5mL/min；UASB回流速度設(shè)置為4mL/min，MBfR的回流速度為50mL/min。

UASB反應(yīng)器啟動(dòng)階段主要試驗(yàn)參數(shù)如表2所示。

表2 UASB反應(yīng)器啟動(dòng)階段主要試驗(yàn)參數(shù)

結(jié)果分析如下：

在此運(yùn)行條件中，UASB的作用是去除COD Cr，而MBfR的作用是幾乎完全去除UASB中無(wú)法除去的亞硝酸鹽和硝酸鹽。

對(duì)于COD而言，圖3反應(yīng)了UASB啟動(dòng)階段內(nèi)進(jìn)水COD濃度與容積負(fù)荷情況，圖4反應(yīng)了UASB-MBfR COD濃度去除情況，結(jié)合圖4所示，在反應(yīng)器初期，出水的COD濃度較高，COD的去除效果差，這可能是由于UASB中的微生物還沒有完全適應(yīng)高濃度的COD進(jìn)水，導(dǎo)致部分COD功能菌受到了抑制，隨著時(shí)間日期的延續(xù)，微生物經(jīng)過優(yōu)勝劣汰的選擇，適應(yīng)反應(yīng)器的高濃度的COD后，出水的COD不斷降低，第20天反應(yīng)器減少了水力停留時(shí)間，COD去除率達(dá)到了84.75％，反應(yīng)器的容積負(fù)荷提高了33％，隨著天數(shù)的增加，COD的去除效率總體上呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，但是由于每個(gè)階段改變了條件，微生物的生長(zhǎng)代謝需要一定的天數(shù)來(lái)適應(yīng)容積負(fù)荷的變化，最后到了第100天，UASB反應(yīng)器的去除率達(dá)到了98％，反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定，可證明UASB運(yùn)行良好，同時(shí)UASB-MBfR反應(yīng)器整體對(duì)COD達(dá)到了99.14％。對(duì)于COD而言，在UASB中每個(gè)階段容積負(fù)荷均不同，且每個(gè)階段的COD進(jìn)水濃度在2000-3500mg/L的范圍內(nèi)波動(dòng)，然而MBfR出水COD Cr的濃度均能達(dá)到優(yōu)于99％的水平，

對(duì)于總氮含量(TN)來(lái)說(shuō)，由于異養(yǎng)反硝化和異養(yǎng)生物質(zhì)的結(jié)合，UASB對(duì)部分總氮有一定的去除作用。同時(shí)在COD Cr濃度較高的情況下，UASB對(duì)總氮的去除效果較好。同時(shí)通過UASB出水NO 3 --N濃度和MBfR出水NO 3 --N濃度的比較，可以看出MBfR出水NO 3 --N濃度高于UASB出水NO 3 --N濃度，進(jìn)一步對(duì)實(shí)施例數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，MBfR出水TN濃度變化的原因是由于MBfR反應(yīng)器內(nèi)的氫自養(yǎng)反硝化菌發(fā)揮了自養(yǎng)反硝化脫氮的功能，導(dǎo)致MBfR反應(yīng)器內(nèi)的出水NO 3 --N濃度相較UASB反應(yīng)器內(nèi)的出水NO 3 --N濃度大幅減少，同時(shí)反應(yīng)器NO 2 --N出水濃度也維持在一個(gè)較低的范圍。

該工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，在61-80d，HRT為24h，UASB和MBfR的進(jìn)水流速分別為2.0mL/min和0.5mL/min時(shí)，對(duì)MBR-MBfR兩級(jí)同步脫氮除碳的雙膜耦合工藝來(lái)說(shuō)，此時(shí)UASB-MBfR兩級(jí)反應(yīng)器對(duì)COD和TN去除的效果最好，此時(shí)COD和NO 3 --N去除率均大于90％。綜上，本發(fā)明提出的含氮有機(jī)廢水處理方法，能高效用于低碳氮比污水中COD和含氮化合物的去除。

本發(fā)明中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

含氮有機(jī)廢水處理裝置及方法.pdf