本發(fā)明屬于環(huán)境有機(jī)污染物生物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電子受體循環(huán)補(bǔ)償強(qiáng)化吡啶缺氧降解同步脫氮的方法及裝置。

背景技術(shù)：

污水處理技術(shù)領(lǐng)域中，吡啶屬于難降解有毒有害有機(jī)化合物。吡啶及其衍生物在殺蟲劑、染料、醫(yī)藥、催化劑、變形劑等工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。吡啶易揮發(fā)，有明顯的致畸和致癌特性。因此，含吡啶的廢水如不經(jīng)過處理排放，將造成嚴(yán)重的污染和危害。

目前，生物法處理工藝在吡啶降解中占有重要的地位，生物法是指利用微生物代謝分解廢水中的有機(jī)物，使之轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)化合物，從而使水體得到凈化的方法。由于微生物來源廣、繁殖快、易培養(yǎng)、適應(yīng)性強(qiáng)，且利用生物法處理廢水量較大，成本低廉。生物法分為好氧生物法、厭氧生物法和缺氧生物法三類。在吡啶廢水的好氧降解過程中，由于曝氣作用，吡啶易于揮發(fā)，從而產(chǎn)生令人作嘔的氣味；厭氧條件下由于缺少電子受體，吡啶難以開環(huán)，降解相對(duì)較慢。然而，在缺氧條件下(無分子氧但存在硝態(tài)氮等化合態(tài)氧)，吡啶可利用硝態(tài)氮作為電子受體，發(fā)生開環(huán)降解并同步實(shí)現(xiàn)硝態(tài)氮的反硝化。因此，針對(duì)焦化廢水等含吡啶工業(yè)廢水的處理，“前置缺氧反硝化-好氧硝化”被認(rèn)為是一種有效的處理工藝。在前置缺氧工段，吡啶等難降解的有機(jī)物在反硝化作用下可以得到很好的降解并同步釋放氨氮；缺氧過程釋放的氨氮和原水中的氨氮可在好氧工段被氧化為硝態(tài)氮，出水回流至前置缺氧工段進(jìn)行反硝化反應(yīng)。

然而，傳統(tǒng)的前置缺氧好氧聯(lián)用工藝的好氧工段硝化污泥流失嚴(yán)重，影響硝化效果。膜生物反應(yīng)器作為一種先進(jìn)的污水深度處理工藝，有效的將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)的生物反應(yīng)器相結(jié)合，具有占地面積小，有效截留微生物減少污泥流失，出水水質(zhì)優(yōu)良等特點(diǎn)。其中自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)器作為一個(gè)重要研究方向，使用廉價(jià)的粗孔微網(wǎng)基材代替微濾/超濾膜制作過濾組件，利用泥水分離工程初期活性污泥在粗孔微網(wǎng)基材上自然吸附沉積形成的污染層，起到過濾作用，有效解決了傳統(tǒng)微濾/超濾膜過濾組件價(jià)格昂貴、易發(fā)生膜污染等問題。自生動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器越來越受到國內(nèi)外水處理工作者的關(guān)注。然而，目前自生動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器主要用于低濃度有機(jī)廢水尤其是市政污水的處理，在高濃度難降解工業(yè)廢水處理領(lǐng)域的研究和應(yīng)用較少。

針對(duì)目前含吡啶工業(yè)廢水處理效果不佳，因此發(fā)展穩(wěn)定有效的含吡啶廢水降解及同步脫氮處理裝置和工藝具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)含吡啶廢水降解和脫氮效率低的不足，本發(fā)明提供了一種電子受體循環(huán)補(bǔ)償強(qiáng)化吡啶缺氧降解同步脫氮的方法及裝置，在一個(gè)連續(xù)流缺氧好氧自生動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)吡啶的完全降解及同步脫氮。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)解決方案是：

一種電子受體循環(huán)補(bǔ)償強(qiáng)化吡啶缺氧降解的裝置，反應(yīng)器裝置主體包括依次設(shè)置折流板反應(yīng)區(qū)、折流沉淀區(qū)和自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)，三個(gè)區(qū)域彼此相連通；反應(yīng)器本體外設(shè)置恒溫水浴夾層；折流板反應(yīng)區(qū)包括被折流板分隔的三個(gè)串聯(lián)的格室，且每個(gè)格室頂部均添有多面空心球填料；折流沉淀區(qū)底部與折流反應(yīng)區(qū)相通，上部與自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)相通所述自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置了膜組件和曝氣裝置；還設(shè)有連接自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)與折流板反應(yīng)區(qū)的回流管，回流管兩端分別連接進(jìn)水管與出水管。

電子受體循環(huán)補(bǔ)償強(qiáng)化吡啶缺氧降解的裝置的反應(yīng)器形狀為長方體，材質(zhì)均采用有機(jī)玻璃。

進(jìn)一步的，回流管、進(jìn)水管和出水管采用蠕動(dòng)泵管，進(jìn)出水開關(guān)分別由閥門控制。

進(jìn)一步的，膜組件為平板式的自生動(dòng)態(tài)膜，該動(dòng)態(tài)膜基質(zhì)材料為尼龍篩網(wǎng)。

進(jìn)一步的，出水管與膜組件連接；所述的曝氣裝置連接空氣壓縮機(jī)。

進(jìn)一步的，出水管、進(jìn)水管通過兩個(gè)三通閥與回流管連通。

該電子受體循環(huán)補(bǔ)償強(qiáng)化吡啶缺氧降解的裝置對(duì)吡啶廢水的強(qiáng)化缺氧降解及同步脫氮方法具體步驟如下：

向反應(yīng)器折流板反應(yīng)區(qū)和自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)分別加入馴化的活性污泥；吡啶廢水和回流出水經(jīng)進(jìn)水管連續(xù)均勻由進(jìn)水口進(jìn)入反應(yīng)器，在ABR折流板反應(yīng)區(qū)每個(gè)格室內(nèi)依次流動(dòng)，回流水中的硝態(tài)氮作為電子受體強(qiáng)化了吡啶在ABR中的缺氧降解，微生物利用吡啶降解產(chǎn)物反硝化同步脫氮；未降解完的剩余吡啶隨廢水經(jīng)過折流沉淀區(qū)溢流進(jìn)入自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)繼續(xù)進(jìn)行好氧降解，完成吡啶的完全降解；自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)中，吡啶降解產(chǎn)生的氨氮在好氧條件下發(fā)生硝化生成硝態(tài)氮；廢水經(jīng)自生動(dòng)態(tài)膜發(fā)生泥水分離后，蠕動(dòng)泵控制一部分出水與硝態(tài)氮按回流比為100-400％的比例連續(xù)回流至折流板反應(yīng)區(qū)，其中，硝態(tài)氮作為電子受體強(qiáng)化吡啶的缺氧降解；另一部分由出水口排出。

進(jìn)一步的，吡啶廢水在電子受體循環(huán)補(bǔ)償強(qiáng)化吡啶缺氧降解的裝置的水力停留時(shí)間為5-6天。

進(jìn)一步的，吡啶廢水的濃度為500mg/L-1500mg/L。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明將缺氧好氧工藝結(jié)合自生動(dòng)態(tài)膜技術(shù)，好氧段產(chǎn)生的硝態(tài)氮作為電子受體回流到缺氧段通過反硝化去除同時(shí)循環(huán)補(bǔ)償強(qiáng)化吡啶降解。最大限度的利用了反應(yīng)器有效空間，簡化了廢水處理工藝流程，降低了運(yùn)行成本，有效降解吡啶的同時(shí)完成脫氮，提高了對(duì)難降解有毒有害物質(zhì)的處理效率。

(2)本發(fā)明所述的反應(yīng)裝置以成熟的ABR折流板反應(yīng)器和好氧反應(yīng)器為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)，ABR折流板反應(yīng)區(qū)頂部多面空心球填料有效防止污泥流失。折流沉淀區(qū)能有效減小上浮污泥流失，并且使廢水溢流進(jìn)入自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)，有效避免因?yàn)槠貧庠斐傻暮醚跄嗨旌衔锘亓鳌８倪M(jìn)后的反應(yīng)裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用維修方便、成本低、易于工程放大的特點(diǎn)，對(duì)目前已有的難降解有毒有害有機(jī)物處理工藝進(jìn)行升級(jí)改造具有深遠(yuǎn)的意義。

(3)本發(fā)明采用先進(jìn)的自生動(dòng)態(tài)膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)的生物反應(yīng)器相結(jié)合，自生動(dòng)態(tài)膜技術(shù)不僅具有占地面積小，有效截留硝化細(xì)菌減少污泥流失，既保證了高效的硝化反應(yīng)又提高處理效率，保障了優(yōu)良的出水水質(zhì)，而且價(jià)格低廉，不易產(chǎn)生膜污染，易清洗，可重復(fù)利用的特點(diǎn)，有利于反應(yīng)裝置長期穩(wěn)定的運(yùn)行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種電子受體循環(huán)補(bǔ)償強(qiáng)化吡啶缺氧降解裝置的整體示意圖。

圖2為本發(fā)明處理反應(yīng)裝置的剖視圖，其中A-A圖為圖1膜組件7的剖視圖；B-B圖為圖1曝氣裝置8的剖視圖。

圖3為實(shí)施例1中的不同回流比下吡啶廢水處理變化趨勢圖。

圖4為實(shí)施例2中的不同吡啶濃度下吡啶廢水處理變化趨勢圖。

圖5為實(shí)施例3中的吡啶廢水處理變化趨勢圖。

圖6為實(shí)施例3中的缺氧去除率效果以及出水濁度圖。

圖7為對(duì)照例1中的吡啶廢水處理變化趨勢圖。

圖8為對(duì)照例1中的缺氧去除率效果以及出水濁度圖。

圖9為對(duì)照例2中的好氧反應(yīng)區(qū)出水效果圖。

其中，1、閥門；2、水浴夾層；3、折流板；4、多面空心球填料；5、折流沉淀區(qū)；6、三通閥；7、膜組件；8、曝氣裝置；9、自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)；10、回流管；11、蠕動(dòng)泵；12、閥門；13、折流板反應(yīng)區(qū)；14、進(jìn)水管；15、出水管；16、空氣壓縮機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明所采用的一種電子受體循環(huán)補(bǔ)償強(qiáng)化吡啶缺氧降解裝置如圖1所示，該裝置的反應(yīng)器本體包括依次設(shè)置的折流板反應(yīng)區(qū)13、折流沉淀區(qū)5和自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)9，三個(gè)區(qū)域彼此相連通；所述的反應(yīng)器本體外設(shè)置恒溫水浴夾層2；所述的折流板反應(yīng)區(qū)13包括被折流板3分隔的三個(gè)串聯(lián)的格室，且每個(gè)格室頂部均添有多面空心球填料4；所述的折流沉淀區(qū)底部與折流板反應(yīng)區(qū)13相通，其上部與自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)9相通；所述自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)9內(nèi)設(shè)置了膜組件7和曝氣裝置8；該裝置設(shè)有連接自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)9與折流板反應(yīng)區(qū)13的回流管10，回流管10兩端分別連接進(jìn)水管14與出水管15。

回流管10、進(jìn)水管14和出水管15采用蠕動(dòng)泵管，回流管10中間設(shè)有蠕動(dòng)泵11，進(jìn)出水開關(guān)分別由閥門1，12控制。

膜組件7為平板式的自生動(dòng)態(tài)膜，該動(dòng)態(tài)膜基質(zhì)材料為尼龍篩網(wǎng)。

出水管15與膜組件7連接；所述的曝氣裝置8連接空氣壓縮機(jī)16。

出水管15、進(jìn)水管14通過兩個(gè)三通閥6與回流管10連通。

實(shí)施例1

本實(shí)例以含吡啶廢水作為處理對(duì)象。接種的污泥為馴化過的活性污泥，ABR折流反應(yīng)區(qū)和自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)污泥濃度分別為8g/L和6g/L。濃度為500mg/L的吡啶廢水以2.16L/d的流速由進(jìn)水口進(jìn)入反應(yīng)裝置ABR折流板反應(yīng)區(qū)。打開進(jìn)出水三通閥，調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵使自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)出水按回流比分別設(shè)置為0％、100％、200％、300％、400％的流量回流至ABR折流反應(yīng)區(qū)進(jìn)水。吡啶廢水在ABR折流板反應(yīng)區(qū)內(nèi)在有硝態(tài)氮存在的情況下進(jìn)行缺氧降解，并依次流經(jīng)三個(gè)格室。在此過程中，廢水中的硝態(tài)氮作為電子受體的情況強(qiáng)化了吡啶的缺氧降解，釋放氨氮并生成小分子有機(jī)中間產(chǎn)物同時(shí)硝態(tài)氮發(fā)生反硝化脫氮，實(shí)現(xiàn)了吡啶的高效降解并同步脫氮。含有少量未降解完全的剩余吡啶廢水進(jìn)入折流沉淀區(qū)進(jìn)行泥水分離后，廢水通過溢流進(jìn)入自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)。在自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)底部設(shè)有曝氣裝置，由空氣壓縮機(jī)提供氧氣。經(jīng)過自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)回流至ABR折流反應(yīng)區(qū)的硝態(tài)氮強(qiáng)化吡啶缺氧降解，最終實(shí)現(xiàn)硝態(tài)氮作為電子受體強(qiáng)化吡啶缺氧降解同時(shí)脫氮的處理效果。廢水依次流經(jīng)三個(gè)格室，在ABR折流板反應(yīng)區(qū)進(jìn)行吡啶的缺氧降解。廢水在折流沉淀區(qū)溢流進(jìn)入自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)。在自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)完成剩余吡啶的完全降解和硝化反應(yīng)，并通過污泥吸附在膜基質(zhì)上形成的自生動(dòng)態(tài)膜完成過濾，實(shí)現(xiàn)泥水分離，截留硝化細(xì)菌提高污泥濃度保證硝化效率，優(yōu)化出水水質(zhì)。出水通過動(dòng)態(tài)膜出水管排出。

由圖3所示，當(dāng)回流比為300％時(shí)，吡啶完全去除，DMBR出水總氮含量為最低的21mg/L。氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度分別為0、0和21mg/L。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是控制蠕動(dòng)泵開關(guān)使回流比保持在300％，改變進(jìn)水吡啶濃度為500、1000、1500mg/L，其他與實(shí)施例一相同。

由圖4所示，隨著進(jìn)水吡啶濃度的增加，本反應(yīng)裝置依然保持100％的吡啶去除率。在吡啶濃度為1500mg/L時(shí)，DMBR出水氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度分別為0、0和42mg/L。

實(shí)施例3

本實(shí)例以含吡啶廢水作為處理對(duì)象。接種的污泥為馴化過的活性污泥，ABR折流反應(yīng)區(qū)和自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)污泥濃度分別為8g/L和6g/L。濃度為1500mg/L，調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵使自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)出水按回流比為300％的流量回流至ABR折流反應(yīng)區(qū)進(jìn)水。其他與實(shí)施例1相同。

由圖5、圖6所示，進(jìn)水、ABR出水和DMBR出水吡啶濃度分別為1500mg/L、223mg/L和0mg/L出水濁度在8NTU以下。ABR出水氨氮為19mg/L而DMBR出水氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度分別為0、0和36mg/L。吡啶缺氧去除率高達(dá)85％，TOC缺氧去除率高達(dá)85.2±0.6％，總氮缺氧去除率為78±0.3％?；亓飨鯌B(tài)氮作為電子受體對(duì)吡啶降解有明顯強(qiáng)化作用。本發(fā)明所述的反應(yīng)方法及裝置對(duì)吡啶的降解同步脫氮和出水水質(zhì)優(yōu)化取得了顯著的提升。

對(duì)照例1

本對(duì)照例與實(shí)施例3不同的是關(guān)閉進(jìn)出水三通閥，廢水依次流經(jīng)ABR折流板反應(yīng)區(qū)三個(gè)格室，在ABR折流板反應(yīng)區(qū)進(jìn)行吡啶的缺氧降解。廢水在折流沉淀區(qū)溢流進(jìn)入自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)。在自生動(dòng)態(tài)膜反應(yīng)區(qū)完成剩余吡啶的完全降解和硝化反應(yīng)，并通過污泥吸附在膜基質(zhì)上形成的自生動(dòng)態(tài)膜完成過濾，實(shí)現(xiàn)泥水分離，截留硝化細(xì)菌提高污泥濃度保證硝化效率，優(yōu)化出水水質(zhì)。出水通過動(dòng)態(tài)膜出水管排出。其他與實(shí)施例3相同。

測試數(shù)據(jù)如圖7、圖8所示，進(jìn)水、ABR出水和DMBR出水吡啶濃度分別為1500mg/L、917mg/L和0mg/L出水濁度在8NTU以下。ABR出水氨氮為105mg/L而DMBR出水氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度分別為135、70和57mg/L。吡啶缺氧去除率為52％，TOC缺氧去除率為38.8±0.8％，總氮缺氧去除率為3±0.6％。

對(duì)照例2

本對(duì)照例與實(shí)施例3不同的是去掉自生動(dòng)態(tài)膜組件，好氧反應(yīng)區(qū)出水直接通過出水管排出。好氧反應(yīng)區(qū)出水依然按照300％的回流比回流至ABR折流板反應(yīng)區(qū)進(jìn)水。其他與實(shí)施例3相同。

由圖9所示，好氧反應(yīng)區(qū)出水氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度分別為64.8mg/L、67.8mg/L和14.47mg/L，出水濁度為92NTU。由于污泥隨出水一起排出導(dǎo)致出水濁度增加，硝化細(xì)菌流失導(dǎo)致硝化效果較實(shí)施例一有明顯下降。因此，本發(fā)明所述的反應(yīng)方法及裝置中自生動(dòng)態(tài)膜的運(yùn)用對(duì)硝化效果和出水水質(zhì)的提高起到了明顯的促進(jìn)作用。