一种运行单级自养生物脱氮工艺的炭管膜曝气生物膜反应器，属于水处理设备技术领域。该反应器膜组件采用多微孔炭管膜等距离垂直排列组成，每根炭管用无纺布包裹，微生物附着在无纺布填料上；空气用气泵从膜组件底端的封头打入炭管膜内腔，部分气体透过炭管膜壁进入反应器，剩余部分从另一端排除；通过调节气体流量计逐步控制炭管膜内腔压力进而调节供氧量，进而控制反应器内溶解氧。本发明专利技术的效果是具有高效的氧传质速率、巨大的生物膜载体比表面积和内外分层的特殊生物膜结构，容易达到单级自养生物脱氮工艺运行所需的操作参数。炭管膜曝气生物膜反应器适用于运行单级自养生物脱氮工艺，是一种市场应用前景广阔的新型生物脱氮反应器。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水处理设备
，涉及到一种运行单级自养生物脱氮工艺的炭管膜曝气 生物膜反应器。
技术介绍
20世纪80年代末一种全新的生物反应厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation, ANA丽0X)的发现，为人们研究和开发单级自养生物脱氮工艺提供了理论依据。它能利用厌 氧氨氧化菌以亚硝酸根为电子受体，氨为电子供体生成氮气，由于厌氧氨氧化反应具有縮短 硝化进程，降低需氧量和碱度消耗，减少剩余污泥产生量，节省运行费用等优点，引起了人 们的广泛关注，与之相关的单级自养生物脱氮工艺近年来成为了国内外研究的热点，其中包 括CANON (completely autotrophic nitrogen removal over nitrite)工艺、0LAND ( oxygen-limited autotrophic nitrification禾入enitrification)工艺以及SNAP ( single-stage nitrogen removal using anammox and partial nitritation)工艺等，这些工艺都是依靠好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的协同作用所完成。在微氧条件下，自养型好 氧氨氧化菌以氧作为电子受体，把部分氨氧化成亚硝酸根，厌氧氨氧化菌再以氨作为电子供 体，亚硝酸根为电子受体，生成氮气完成废水中的氮的去除。在这些单级自养生物脱氮工艺中，溶解氧浓度、氨氮负荷和亚硝化程度是反应能否顺利 进行的关键因素，因此反应器具备有效的供氧效率和高效的污泥截留能力是提高反应器负荷 ，维持好氧和厌氧氨氧化菌群动态平衡，进而保证工艺长期稳定运行的关键。目前实验室中运行单级自养生物脱氮工艺如CANON的反应器以气升反应器和SBR应用较多。拥有更高氧传质 速率的气升式反应器氨氮的去除负荷可以达到1.5Kg N/m3.d，是SBR的20倍，但系统稳定性 较差。由于气升反应器频繁发生的跑泥现象会造成部分生物量的流失，这对于缓慢增长的 anammox等自养菌群的富集影响巨大，因而导致反应器处理效率下降并可能出现亚硝酸的短 暂积累。尽管SBR反应器对缓慢增长的自养细菌的富集效果更加出众。但SBR反应器的气体传 输效率不高，较低的工艺负荷限制了其进一步工业应用。相比之下，采用固定形式的生物膜 反应器也许更适合单级生物脱氮工艺原理的应用，根据郝晓地等的模型分析，在优化的生物转盘反应器中，D0控制在0.6mg/L可得到最大的氮去除效率(氨氮95. 5%、总氮87. 5%)，但 这只是优化后的结果，如何提高单级自养生物脱氮工艺的处理效率还是尚未解决的问题。膜曝气生物反应器(membrane aerated bioreactor， MABR)是利用透气膜进行曝气供氧 的一种污水生物处理组合新工艺。膜曝气的主要特点在于无泡曝气和特殊结构的生物膜。 MABR是采用微孔膜或致密透气膜曝气供氧，膜组件既是供氧通道，又是生物膜载体。通过控 制膜孔内的空气压力，氧气几乎全部被生物膜吸收，氧气浓度沿生物膜厚度逐渐衰减，至生 物膜与主体溶液界面处DO浓度为零，形成无泡曝气。因此在曝气膜上形成的生物膜结构与传 统载体生物膜(例如生物滤池)结构相反，曝气膜内侧为好氧菌，中间层为兼氧菌，外层为 厌氧菌。因此在曝气膜内侧，DO浓度最大，微生物以好氧硝化菌为主；而外层生物膜处于缺 氧或厌氧环境，且此处有机物、N03—浓度最高，可使反硝化速率达到最高，因此可在生物膜 内同时发生硝化一反硝化过程，可达到同时去除有机物和氮的目的。无泡曝气的高传氧效率 使MABR在高浓度废水的处理中具有明显优势。而MABR中好氧一厌氧菌群共存的特殊生物膜结 构，使该工艺在强化硝化及同步脱氮除碳方面具有很大的应用潜力。由于运行此工艺的关键 菌种之一ANA丽OX菌的生长速率很低，最大比生长速率小于O. Id—、所以要求反应器有良好 的生物吸附能力。此外，在曝气膜壁上生长微生物，易造成孔径堵塞的问题。为了节省工艺 运行和基建投资费用，需要开发廉价，高效的膜组件形式，以适用于单级自养生物脱氮工艺 的运行。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种运行单级自养生物脱氮工艺的炭管膜曝气生物 膜反应器(MABR)，以适用于单级自养生物脱氮工艺的运行。 实现本专利技术的技术方案如下运行单级自养生物脱氮工艺的MABR，主要由膜组件、进水装置、曝气装置和温度控制装 置组成，进水装置的进水蠕动泵与包裹无纺布的炭管膜生物反应器入水端相接，曝气装置与 包裹无纺布的炭管膜生物反应器的曝气管相通，温度控制装置与包裹无纺布的炭管膜生物反 应器的外层相连。膜组件由多微孔炭管膜等距离垂直排列组成，每根炭管用无纺布包裹，以增加反应器对4生物的持留能力。微生物附着在无纺布填料上，而不是生长在曝气膜表面，能有效的减缓炭 管膜表面的膜污染问题。进水装置由进水蠕动泵和进水箱组成。曝气装置是由气泵、气体流量计和压力表组成，空气用气泵从膜组件底端的封头打入炭 管膜内腔，部分气体透过炭管膜壁进入反应器，剩余部分从另一端排除。通过调节气体流量 计逐步控制炭管膜内腔压力进而调节供氧量，进而控制反应器内溶解氧。膜内压力由压力表 读出。温度控制装置由加热水回流泵和加热水箱组成，其作用在于给微生物生长和代谢创造稳 定适宜的温度条件。单级自养生物脱氮工艺的整个运行过程为 (1)第1阶段接种普通硝化污泥启动MABR。进水在调节pH值为7-7.5之后由进水水箱和 蠕动泵打入反应器底部。通过温度控制装置控制反应装置的温度在35-37 。启动机械搅拌 装置(旋转速度二100r/min)以保证反应器内水体保持全混流状态。溶解氧由曝气装置提供 ，经由炭管无纺布透过膜壁进入反应器，剩余部分从另一端排除。通过调节气体流量计逐步 降低炭管膜内腔压力从而降低反应器内溶解氧。膜内腔压力由压力表读取。通过控制pH值， 温度，溶解氧，将亚硝酸氧化细菌从反应器内洗脱，使得好氧氨氧化菌大量持留，实现亚硝 酸盐的大量积累，为可能发生的厌氧氨氧化反应创造条件。当反应器出水中氨氮和亚硝酸氮 浓度的比例接近l: l时，工艺进入第2阶段。反应器在第2阶段，再次接种厌氧氨氧化污泥启动单级自养生物脱氮工艺，使之附着在无纺布填料上，构成生物膜的外层。通过进一步调节气体流量计，调 节炭管膜内腔压力，以此来控制生物膜内形成好氧层和厌氧层同时存在的分层结构，使好氧 氨氧化菌群和厌氧氨氧化菌群在生物膜内协同共生，进行短程硝化和厌氧氨氧化，实现全程 自养生物脱氮。本专利技术的效果和益处是MABR具有高效的氧传质速率、巨大的生物膜载体比表面积和内 外分层的特殊生物膜结构，容易达到单级自养生物脱氮工艺运行所需的操作参数。所用炭管 是以煤为原材料经高温裂解炭化而成，具有机械强度高、化学稳定性好、成本低廉等特点， 节省工艺的基建投资费用。由于炭管外层包裹的无纺布造价低、质量轻、孔隙度大，有利于微生物的附着、生长与繁殖，特别适合于生长缓慢的微生物的培养及其工艺的运行。 附图说明附图是MABR运行单级自养生物脱氮工艺流程图。图中l加热水回流泵；2气泵；3气体流量计；4加热水箱；5进水蠕动泵； 6进水箱；7出水口； 8取样口； 9机械搅拌装本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种运行单级自养生物脱氮工艺的炭管膜曝气生物膜反应器，其特征在于：该曝气生物膜反应器包括膜组件、进水装置、曝气装置和温度控制装置组成，进水装置的进水蠕动泵（５）与炭管膜生物反应器入水端相接，曝气装置与炭管膜生物反应器的曝气管相通，温度控制装置与炭管膜生物反应器的外层相连； 膜组件由多微孔炭管膜等距离垂直排列组成，每根炭管（１１）用无纺布（１２）包裹，微生物附着在无纺布（１２）填料上； 进水装置由进水蠕动泵（５）和进水箱（６）组成； 曝气装置是由气泵（２）、气 体流量计（３）和压力表（１０）组成，空气用气泵（２）从膜组件底端的封头打入炭管膜内腔，部分气体透过炭管膜壁进入反应器，剩余部分从另一端排除；通过调节气体流量计逐步控制炭管膜内腔压力进而调节供氧量，进而控制反应器内溶解氧；膜内压力由压力表（１０）读出； 温度控制装置由加热水回流泵（１）和加热水箱（４）组成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨凤林，刘思彤，宫正，薛源，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]
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