本實用新型屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用組合膜生物反應(yīng)系統(tǒng)的氮富集亞硝化反硝化脫氮裝置。

背景技術(shù)：

低C/N比是我國城市生活污水的典型水質(zhì)特征。傳統(tǒng)的污水處理工藝主要通過硝化、反硝化作用將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽、亞硝酸鹽通過還原作用，再轉(zhuǎn)化為氮氣，達(dá)到脫氮的目的。而生活污水中碳源含量通常不足，傳統(tǒng)處理工藝需要向反硝化階段投加碳源，造成運行成本增加。

針對低C/N生活污水脫氮，申請者發(fā)明了“一種利用組合膜生物反應(yīng)系統(tǒng)的氮富集及去除方法及裝置”(專利號：ZL201310270168.X)在運行過程中發(fā)現(xiàn)將富集后的氨氮進(jìn)行硝化作用，硝化過程中曝氣量較大，增加能耗。如果將硝化階段控制在亞硝化階段，硝化階段將減少25％的曝氣需氧量，大大節(jié)省了能耗。在硝化出水與分離器中截留的COD進(jìn)行反硝化作用過程中發(fā)現(xiàn)，雖然總氮去除率比傳統(tǒng)脫氮系統(tǒng)去除率高，但出水中硝氮含量依舊較高。如將亞硝酸鹽氮作為反硝化的氮源可節(jié)省40％的反硝化碳源，這樣就進(jìn)一步解決了C/N生活污水反硝化過程中碳源不足的問題，將脫氮效率進(jìn)一步提高。

為了解決現(xiàn)有的低C/N生活污水脫氮效率較低，能耗較大、碳源不足等問題，本實用新型通過氨氮分離器將出水中氨氮濃度、出水pH提高，進(jìn)而使亞硝化進(jìn)水中的游離氨(FA)控制在較高濃度下，同時通過氣體流量計控制較小的曝氣使亞硝化穩(wěn)定運行。產(chǎn)生的亞硝化鹽氮與氨氮分離器截留的COD通過短程反硝化作用達(dá)到脫氮的效果。該裝置可有效解決硝化過程異養(yǎng)與自養(yǎng)菌的競爭，以及反硝化過程中碳氮比不足的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是針對現(xiàn)有處理低C/N比廢水處理效率不高的問題，尤其為處理碳源不足的廢水提供一種處理裝置。

本實用新型的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種氮富集亞硝化反硝化脫氮裝置，其特征在于：該裝置包括敞口的氨氮分離器(3)、亞硝化反應(yīng)器(16)、和短程反硝化反應(yīng)器(27)；

氨氮分離器(3)包括原水進(jìn)水蠕動泵(1)，進(jìn)水管(2)，電源(4)，時間繼電器(5)，導(dǎo)線(6)，電極(7)，攪拌器(8)，膜組件C(9)，壓力表(10)，氨氮富集液出水蠕動泵(11)氨氮富集液出水管(12)；氨氮分離器(3)中原水經(jīng)過進(jìn)水蠕動泵進(jìn)入氨氮分離器中，膜組件C(9)位于氨氮分離器內(nèi)；膜組件C(9)由超濾膜或者微濾膜之一(31)、陽離子交換膜(30)、以及帶有導(dǎo)流槽(33)和孔洞(34)的支撐板(32)組成，陽離子交換膜位于支撐板一側(cè)、超濾膜或者微濾膜之一位于支撐板另一側(cè)；膜組件C出水口(29)與氨氮富集液出水管(12)、壓力表(10)和出水蠕動泵(11)依次相連，并受時間繼電器(5)的控制；電極(7)放置在氨氮分離器(3)內(nèi)，攪拌器(8)葉片位于膜組件C(9)旁；電極(7)的兩極經(jīng)導(dǎo)線(6)分別和電源(4)相連，電極陽極正對膜組件C(9)的陽離子交換膜，電極陰極正對超濾膜或微濾膜之一；

亞硝化反應(yīng)器(16)包括亞硝化反應(yīng)器進(jìn)水管(14)，亞硝化進(jìn)水蠕動泵(15)，曝氣裝置(17)，氣體流量計(18)，氣泵(19)，時間控制開關(guān)(20)；亞硝化反應(yīng)器(16)中曝氣裝置(17)與氣路管線、氣體流量計(18)和氣泵(19)依次相連；亞硝化出水管(22)與亞硝化出水蠕動泵(24)相連，亞硝化反應(yīng)器(16)內(nèi)的曝氣裝置(17)位于反應(yīng)器下部；

短程反硝化反應(yīng)器(27)包括-氨氮分離器分離有機物出水管(21)，攪拌器(8)，反硝化亞硝化液進(jìn)水管(25)、反硝化亞硝化液進(jìn)水蠕動泵(26)，反硝化出水蠕動泵(28)。

總流程：原水經(jīng)進(jìn)水蠕動泵進(jìn)入氨氮分離器底部；NH₄⁺在氨氮分離器中利用電場力被選擇性地透過陽離子交換膜進(jìn)行分離富集，被富集的氨氮富集 液經(jīng)氨氮富集出水管由蠕動泵抽入到氨氮富集液收集箱；在亞硝化進(jìn)水蠕動泵的作用下氨氮富集液被抽入到亞硝化反應(yīng)器中；氨氮富集液經(jīng)過亞硝化反應(yīng)后，由亞硝化出水蠕動泵抽出到亞硝化出水水箱收集；反硝化蠕動泵將亞硝化反應(yīng)器出水與氨氮分離器截留COD按照一定比例抽入短程反硝化反應(yīng)器中進(jìn)行反硝化脫氮作用。

本實用新型提供了一種利用上述裝置進(jìn)行氨氮富集、亞硝化、短程反硝化除氮的方法，其特征在于：它具有如下工藝流程步驟：

(1)廢水：廢水經(jīng)進(jìn)水泵增壓后，經(jīng)進(jìn)水管流入氨氮分離器中；

(2)膜組件C對廢水中NH₄⁺富集及有機物分離：氨氮分離器中在電場力作用下，經(jīng)過膜組件中陽離子交換膜將進(jìn)水氨氮富集，出水氨氮濃度提高；通過超濾膜將進(jìn)水COD截留在氨氮分離器中，使進(jìn)入亞硝化反應(yīng)器的膜組件出水中COD減小；

(3)SBR亞硝化反應(yīng)：將收集的氨氮富集液經(jīng)蠕動泵引入亞硝化反應(yīng)器中，NH₄⁺在曝氣條件下通過氨氧化菌氧化為NO₂^-，形成亞硝化液并對亞硝化液進(jìn)行收集；

(4)SBR短程反硝化反應(yīng)器：將收集的亞硝化液與氨氮分離器被截留的COD經(jīng)蠕動泵通過短程反硝化進(jìn)水管進(jìn)入短程反硝化反應(yīng)器中，在缺氧條件下進(jìn)行脫氮反應(yīng)；

(5)出水：經(jīng)過第四步處理后出水可以進(jìn)行排放。

氨氮分離器將氨氮富集并且將亞硝化進(jìn)水控制在較適宜pH下，在亞硝化階段由于氨氮分離器將亞硝化進(jìn)水中COD截留且將亞硝化進(jìn)水FA控制在較高水平，可以縮短亞硝化啟動的時間，保證亞硝化的穩(wěn)定運行。反硝化脫氮是由NO₂^-還原為含氮氣體過程，避免了從NO₃^-還原為NO₂^-消耗碳源的過程，可有效減少碳源消耗量，解決生活污水碳源不足問題。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出效果：

1、亞硝化與短程反硝化在各自適宜環(huán)境下運行,容易控制反應(yīng)條件，穩(wěn)定性強，運行效率更高。

2、通過氨氮分離器中的超濾膜將亞硝化進(jìn)水中的COD截留，消除亞硝化過程中異養(yǎng)微生物與自養(yǎng)硝化菌的競爭，經(jīng)過氨氮分離器富集后的氨氮與氨氮分離器中較高的pH出水供給亞硝化反應(yīng)器，可為亞硝化的穩(wěn)定運行提供條件，提高亞硝化效率。

3、針對生活污水中C/N低、反硝化過程碳源不足造成總氮去除率較低。將COD截留在氨氮分離器中作為反硝化的碳源，短程反硝化以亞硝化產(chǎn)物NO₂^-作為電子受體，與以NO₃^-作為電子受體相比短程反硝化可以節(jié)約14.1％的碳源和55.7％的反硝化時間。

4、針對傳統(tǒng)生物脫氮系統(tǒng)對低C/N生活污水處理的局限性，將膜組合IEM-UF與亞硝化與短程反硝化工藝相結(jié)合，形成了IEM-UF組合膜氮富集亞硝化短程反硝化脫氮系統(tǒng)，該系統(tǒng)穩(wěn)定性強、能耗低、總氮去除率明顯提高。

附圖說明

圖1為本實用新型示意圖。

圖2為本實用新型組合膜組件示意圖。

圖3為本實用新型支撐板示意圖

圖中：1-原水進(jìn)水泵 2-進(jìn)水管 3-氨氮分離器 4-電源 5-時間繼電器 6-導(dǎo)線 7-電極 8-攪拌器 9-膜組件 C 10-壓力表 11-氨氮富集液出水蠕動泵 12-氨氮收集液出水管 13-收集箱 14-亞硝化反應(yīng)器進(jìn)水管 15-亞硝化進(jìn)水蠕動泵 16-亞硝化反應(yīng)器 17-曝氣裝置 18-氣體流量計 19-氣泵20-時間控制開關(guān) 21-氨氮分離器分離有機物出水管 22-亞硝化出水管 23-氨氮分離器反硝化進(jìn)水蠕動泵 24-亞硝化出水蠕動泵 25-反硝化亞硝化液進(jìn)水管 26-反硝化亞硝化液進(jìn)水蠕動泵 27-短程反硝化反應(yīng)器 28-反硝化出水蠕動泵 29-膜組件C出水口 30-陽離子交換膜31-超濾膜(或者微濾膜) 32-支撐板 33-導(dǎo)流槽 34-孔洞

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1及實施例詳細(xì)加以說明，以進(jìn)一步理解本實用新型。

本實用新型利用IEM-UF組合膜處理生活污水一種裝置其中包括：氨氮分離器、亞硝化反應(yīng)器、短程反硝化反應(yīng)器。氨氮分離器為長方體形，有效體積為20L。其中膜組件C，是由陽離子交換膜30、超濾膜(或者微濾膜)31和帶有導(dǎo)流槽33和孔洞34的支撐板32組成；陽離子交換膜30和超濾膜(或者微濾膜)31分別固定在支撐板32的兩面，電極板為網(wǎng)狀鐵電極。短程反硝化反應(yīng)器、亞硝化反應(yīng)器為圓柱形有機玻璃制成，有效容積為2.0L。其中亞硝化反應(yīng)器為敞口容器，反硝化反應(yīng)器為密閉容器。

本實用新型所采用的陽離子交換膜30為來自日本astom提供的型號為CMS的陽離子交換膜，超濾膜31為國內(nèi)某廠家提供的孔徑為0.1μm、膜通量為18.75-20.83L/m².h的超濾膜。

具體運行步驟如下：

(1)原水(廢水)：廢水經(jīng)進(jìn)水泵(1)增壓后，經(jīng)進(jìn)水管(2)以流量為1-10ml/min流入氨氮分離器(3)中；

(2)膜組件C對廢水中NH₄⁺富集及有機物分離：氨氮分離器(3)中設(shè)置有膜組件C(9)和攪拌器(8)，膜組件C(9)由陽離子交換膜(30)和超濾膜(31)組成，可以對廢水中NH₄⁺和有機物分別進(jìn)行富集和分離，攪拌使溶液混合均勻；膜組件C出水口(29)與氨氮富集出水管(12)、壓力表(10)和出水蠕動泵(11)依次相連，并受時間繼電器(5)的控制，打開出水蠕動泵(11)，調(diào)整流量為1-9ml/min；同時，將攪拌器(8)放入氨氮分離器(3)中并運行，其攪拌葉片位于膜組件C(9)旁，HRT為5h-2.5d；電極(7)的兩極經(jīng)導(dǎo)線(6)分別與電源(4)相連，并將陽極正對離子交換膜(30)，陰極正對超濾膜(31)，打開電源(4)，調(diào)整到電流為0.05-0.3A，并保持不變；出水蠕動泵(11)，在時間繼電器(5)的控制下，出水為間歇性出水即出水蠕動泵抽停時間比為8分鐘:1-5分鐘，出水經(jīng)氨氮富集出水管(12)到達(dá)氨氮富集液箱(13)中，當(dāng)壓力表(10)指示數(shù)值超過15kpa時，需對膜組件C(9)進(jìn)行清洗；

(3)SBR亞硝化反應(yīng)：將氨氮富集液箱(13)中的廢水經(jīng)亞硝化進(jìn)水 管(14)由亞硝化進(jìn)水蠕動泵(15)引入亞硝化反應(yīng)器(16)中。亞硝化進(jìn)水pH范圍為7.5-8.2，亞硝化反應(yīng)器中活性污泥MLSS為3000-3500mg/L，曝氣裝置(17)設(shè)置在反應(yīng)器底部，由氣體流量計(18)，控制DO在0.4-1.5mg/L。通過時間控制器(20)使亞硝化反應(yīng)器采用SBR方式運行，其中一個周期中進(jìn)水0.5h，曝氣反應(yīng)4-8h，靜置0.5-1h，排水0.5h。NH₄⁺在亞硝化活性污泥和曝氣條件下，形成亞硝化液；將亞硝化液進(jìn)行收集為下一階段的反硝化過程提供氮源。

(4)SBR短程反硝化反應(yīng)：將亞硝化液由反硝化進(jìn)水管(25)經(jīng)蠕動泵(23)、氨氮分離器分離出的有機物由出水管(21)經(jīng)蠕動泵(26)送入反硝化反應(yīng)器中，將二者流量按1-3比1的流量比進(jìn)入短程反硝化反應(yīng)器中進(jìn)行反硝化，短程反硝化進(jìn)水pH范圍為7.0-7.8。反硝化反應(yīng)器中活性污泥MLSS為3000-3500mg/L，通過時間控制器(20)使反硝化以SBR方式運行，其中短程反硝化反應(yīng)器中進(jìn)水0.5h，反應(yīng)2-4h，靜置0.5-1h，排水0.5h。反應(yīng)器為封閉缺氧環(huán)境，在攪拌器(8)的攪拌下進(jìn)行反硝化。進(jìn)而完成有機物去除和脫氮。

(5)出水：經(jīng)過第四步處理出水，由蠕動泵將出水排放。

結(jié)果：

當(dāng)原水為配水時，其主要水質(zhì)指標(biāo)平均值為：NH₄⁺-N＝60-80mg/L、COD＝180-200mg/L；操作條件為：控制膜組件C出水的蠕動泵抽停時間比均為8分鐘:5分鐘，進(jìn)水流量為7.5mL/min，膜組件C出水流量均為6mL/min，膜組件C電流為0.2A，亞硝化反應(yīng)器活性污泥MLSS＝3200mg/L，反應(yīng)4h。反硝化反應(yīng)器活性污泥MLSS＝3000mg/L，將亞硝化出水與氨氮分離器出水按照流量1：1比例進(jìn)入反硝化反應(yīng)器中，反應(yīng)4h。出水主要指標(biāo)平均值可以達(dá)到：COD＝33mg/L，NH₄⁺-N＝36.3mg/L，NO₃^--N＝0.32mg/L，NO₂^--N＝1.45mg/L；去除率平均值分別為：COD＝88.9％，NH₄⁺-N＝39.5％，TN＝36.5％。

控制膜組件C出水的蠕動泵抽停時間比均為8分鐘:5分鐘，進(jìn)水流量為7.5mL/min，膜組件C出水流量均為6mL/min，膜組件C電流為0.2A，亞硝 化反應(yīng)器活性污泥MLSS＝3000mg/L，反應(yīng)6h。反硝化反應(yīng)器活性污泥MLSS＝3200mg/L，將亞硝化出水與氨氮分離器出水按照流量1：1比例進(jìn)入反硝化反應(yīng)器中，反應(yīng)4h。出水主要指標(biāo)平均值可以達(dá)到：COD＝30.2mg/L，NH₄⁺-N＝26.4mg/L，NO₃^--N＝0.28mg/L，NO₂^--N＝1.45mg/L；去除率平均值分別為：COD＝89.9％，NH₄⁺-N＝42.1％，TN＝46.2％。