[發(fā)明專利]一種運行單級自養(yǎng)生物脫氮工藝的炭管膜曝氣生物膜反應器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910302086.2
• 申請日: 2009-05-04
• 公開（公告）號: CN101538087A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發(fā)明（設計）人: 楊鳳林;劉思彤;宮正;薛源
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C02F3/30
• 分類號: C02F3/30
• 代理公司: 大連理工大學專利中心
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發(fā)明屬于水處理設備技術領域，涉及到一種運行單級自養(yǎng)生物脫氮工藝的炭管膜曝氣生物膜反應器。

背景技術

20世紀80年代末一種全新的生物反應厭氧氨氧化(anaerobic?ammonia?oxidation，ANAMMOX)的發(fā)現(xiàn)，為人們研究和開發(fā)單級自養(yǎng)生物脫氮工藝提供了理論依據(jù)。它能利用厭氧氨氧化菌以亞硝酸根為電子受體，氨為電子供體生成氮氣，由于厭氧氨氧化反應具有縮短硝化進程，降低需氧量和堿度消耗，減少剩余污泥產生量，節(jié)省運行費用等優(yōu)點，引起了人們的廣泛關注，與之相關的單級自養(yǎng)生物脫氮工藝近年來成為了國內外研究的熱點，其中包括：CANON(completely?autotrophic?nitrogen?removal?over?nitrite)工藝、OLAND(oxygen-limited?autotrophic?nitrification杁enitrification)工藝以及SNAP(single-stage?nitrogen?removal?using?anammox?and?partial?nitritation)工藝等，這些工藝都是依靠好氧氨氧化菌和厭氧氨氧化菌的協(xié)同作用所完成。在微氧條件下，自養(yǎng)型好氧氨氧化菌以氧作為電子受體，把部分氨氧化成亞硝酸根，厭氧氨氧化菌再以氨作為電子供體，亞硝酸根為電子受體，生成氮氣完成廢水中的氮的去除。

在這些單級自養(yǎng)生物脫氮工藝中，溶解氧濃度、氨氮負荷和亞硝化程度是反應能否順利進行的關鍵因素，因此反應器具備有效的供氧效率和高效的污泥截留能力是提高反應器負荷，維持好氧和厭氧氨氧化菌群動態(tài)平衡，進而保證工藝長期穩(wěn)定運行的關鍵。目前實驗室中運行單級自養(yǎng)生物脫氮工藝如CANON的反應器以氣升反應器和SBR應用較多。擁有更高氧傳質速率的氣升式反應器氨氮的去除負荷可以達到1.5Kg?N/m³.d，是SBR的20倍，但系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。由于氣升反應器頻繁發(fā)生的跑泥現(xiàn)象會造成部分生物量的流失，這對于緩慢增長的anammox等自養(yǎng)菌群的富集影響巨大，因而導致反應器處理效率下降并可能出現(xiàn)亞硝酸的短暫積累。盡管SBR反應器對緩慢增長的自養(yǎng)細菌的富集效果更加出眾。但SBR反應器的氣體傳輸效率不高，較低的工藝負荷限制了其進一步工業(yè)應用。相比之下，采用固定形式的生物膜反應器也許更適合單級生物脫氮工藝原理的應用，根據(jù)郝曉地等的模型分析，在優(yōu)化的生物轉盤反應器中，DO控制在0.6mg/L可得到最大的氮去除效率(氨氮95.5％、總氮87.5％)，但這只是優(yōu)化后的結果，如何提高單級自養(yǎng)生物脫氮工藝的處理效率還是尚未解決的問題。

膜曝氣生物反應器(membrane?aerated?bioreactor，MABR)是利用透氣膜進行曝氣供氧的一種污水生物處理組合新工藝。膜曝氣的主要特點在于無泡曝氣和特殊結構的生物膜。MABR是采用微孔膜或致密透氣膜曝氣供氧，膜組件既是供氧通道，又是生物膜載體。通過控制膜孔內的空氣壓力，氧氣幾乎全部被生物膜吸收，氧氣濃度沿生物膜厚度逐漸衰減，至生物膜與主體溶液界面處DO濃度為零，形成無泡曝氣。因此在曝氣膜上形成的生物膜結構與傳統(tǒng)載體生物膜(例如生物濾池)結構相反，曝氣膜內側為好氧菌，中間層為兼氧菌，外層為厭氧菌。因此在曝氣膜內側，DO濃度最大，微生物以好氧硝化菌為主；而外層生物膜處于缺氧或厭氧環(huán)境，且此處有機物、NO₃^-濃度最高，可使反硝化速率達到最高，因此可在生物膜內同時發(fā)生硝化-反硝化過程，可達到同時去除有機物和氮的目的。無泡曝氣的高傳氧效率使MABR在高濃度廢水的處理中具有明顯優(yōu)勢。而MABR中好氧-厭氧菌群共存的特殊生物膜結構，使該工藝在強化硝化及同步脫氮除碳方面具有很大的應用潛力。由于運行此工藝的關鍵菌種之一ANAMMOX菌的生長速率很低，最大比生長速率小于0.1d^-1，所以要求反應器有良好的生物吸附能力。此外，在曝氣膜壁上生長微生物，易造成孔徑堵塞的問題。為了節(jié)省工藝運行和基建投資費用，需要開發(fā)廉價，高效的膜組件形式，以適用于單級自養(yǎng)生物脫氮工藝的運行。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種運行單級自養(yǎng)生物脫氮工藝的炭管膜曝氣生物膜反應器(MABR)，以適用于單級自養(yǎng)生物脫氮工藝的運行。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案如下：