专利名称：一种甲烷作为碳源的投加方式及原水处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及水处理，尤其涉及水处理中的一种甲烷作为碳源的投加方式及原水处
理系统。
背景技术：
甲烷作为污水脱氮的一种新碳源，其安全有效投加是制约其应用的一个因素。现 有技术是先将甲烷和氧气混合，后向水中投加，这种方式导致其安全风险很大，且不利于氧 气投加量的控制，生物膜内部好氧区和缺氧区难以有效的分层，最终导致甲烷的有效利用 率低。因此，在好氧甲烷氧化反硝化中，同时向微生物提供甲烷和氧气，降低安全风险并为 其创造好氧的甲烷氧化环境和缺氧的反硝化环境是一个技术难题。
发明内容
为了解决现有技术中安全风险大，且不利于氧气投加量控制的问题，本发明提供 了一种甲烷作为碳源的投加方式及原水处理系统。本发明提供了一种甲烷作为碳源的投加方式，将甲烷和氧气分开传递，将所述甲 烷输送到透气膜的膜腔体中并通过所述膜腔体供给作为反硝化的气体碳源，所述透气膜上 附着生物膜，在所述膜腔体外通过曝气部向所述生物膜提供氧气。作为本发明的进一步改进，所述透气膜为透气性致密膜、微孔膜或透气性织物。作为本发明的进一步改进，在保持所述膜腔体中气体压力低于泡点的环境下采用 膜曝气方式进行污水脱氮反硝化处理。作为本发明的进一步改进，所述曝气部包括曝气头，在所述膜腔体外通过曝气头 向所述生物膜提供氧气。作为本发明的进一步改进，所述生物膜外层为好氧区，内层为缺氧区。本发明还提供了一种原水处理系统，包括入水部、出水部、通过膜曝气进行污水脱 氮的反硝化处理部，添加氧气的曝气部和添加甲烷工作部，所述反硝化处理部包括反应池， 所述反应池内设有第一膜组件，所述第一膜组件包括透气膜和附着在所述透气膜上的生物 膜，其中，所述入水部与所述反应池连接，所述反应池与所述出水部连接，所述曝气部设置 在所述反应池内并独立位于所述透气膜的膜腔体之外，所述添加甲烷工作部与所述透气膜 连接。作为本发明的进一步改进，所述反应池内设有第二膜组件和动力构件；其中，所述 第一膜组件为膜曝气组件，所述第二膜组件与所述出水部连通。作为本发明的进一步改进，所述动力构件为循环泵，所述第一膜组件为透气性致 密膜、微孔膜或透气性织物，所述第二膜组件为透气性致密膜、微孔膜或透气性织物。作为本发明的进一步改进，所述入水部包括进水泵、液体流量计和液位计，其中， 所述进水泵分别与所述液体流量计和所述液位计连接；所述出水部包括负压表、液体流 量计和抽吸泵，其中，所述负压表与所述液体流量计和所述抽吸泵依出水顺序连接；所述曝
3气部包括气体流量计和曝气头，其中，所述气体流量计和曝气头依次连接；所述添加甲烷 工作部包括进气口、气体流量计和气体压力表，其中，所述进气口与所述气体流量计和所 述气体压力表依次连接。作为本发明的进一步改进，所述曝气头设置在所述反应池内并独立位于所述所述 透气膜的膜腔体之外。本发明的有益效果是通过上述方案，将甲烷和氧气分开向水中传递，采用膜曝气 供给甲烷，膜腔体外以曝气方式供给氧气，降低了甲烷和氧气混合投加的安全风险，有利于 氧气投回量的控制，并且，本发明中用于甲烷传质的膜通常在膜/液界面为生物膜提供附 着生长的支撑载体，附着生长有生物膜的膜与气体碳源接触紧密，在这样的生物膜内部， 从膜渗透出来的甲烷和主液中的氧气以相反的方向向生物膜传递，使生物膜内部分为好氧 区和缺氧区，靠近膜腔的一侧为缺氧区，远离膜腔的一侧为好氧区，能为甲烷氧化和反硝化 分别提供良好的微环境。
图1是本发明一种原水处理系统的结构示意图。
具体实施例方式下面结合
及具体实施方式
对本发明进一步说明。图1中的附图标号为进水泵1 ；进水液体流量计2 ；液位计3 ；第一膜组件4 ；第二 膜组件5 ；第二气体流量计6 ；曝气头7 ；循环泵8 ；出水负压表9 ；进气负压表10 ；出水液体 流量计11 ；抽吸泵12 ；进气口 13 ；第一气体流量计14 ；气压表15 ；膜生物反应池16。如图1所示，一种原水处理系统包括入水部、出水部、通过膜曝气进行污水脱氮的 反硝化处理部、添加甲烷工作部和添加氧气的曝气部，所述源加甲烷工作部为添加气体碳 源工件部，其中所述入水部与所述通过膜曝气进行污水脱氮的反硝化处理部连接，所述添 加氧气的曝气部与所述反硝化处理部连接，所述通过膜曝气进行污水脱氮的反硝化处理部 分别与所述出水部和所述添加甲烷工作部连接。其中，所述通过膜曝气进行污水脱氮的反硝化处理部为反应池16，所述反应池为 膜生物反应池16，所述反应池内安装有第一膜组件4、第二膜组件5和动力构件；其中，所述 第一膜组件4为膜曝气组件，所述第一膜组件4包括透气膜和附着在所述透气膜上的生物 膜，所述第一膜组件4与所述添加甲烷工作部连通，具体为，所述添加甲烷工作部与所述透 气膜连接，以实现将甲烷独立的输入到所述透气膜的膜腔体中，所述第二膜组件5与所述 出水部连通，其中，所述动力构件为循环泵8，所述透气膜为透气性致密膜、微孔膜或透气性 织物，所述第二膜组件5为透气性致密膜、微孔膜或透气性织物。所述入水部包括进水泵1、进水液体流量计2和液位计3，其中，所述进水泵1分 别与所述进水液体流量计2和所述液位计3连接；所述出水部包括出水负压表10、出水液 体流量计11和抽吸泵12，其中，所述出水负压表10与所述出水液体流量计11和所述抽吸 泵12依出水顺序连接；所述添加甲烷工作部包括进气口 13、第一气体流量计14和气体压 力表15，其中，所述进气口 13与所述第一气体流量计14和所述气体压力表15依进气顺序 连接所述曝气部包括第二气体流量计6和曝气头7，所述曝气头7设置在所述反应池16内并位于所述透气膜的膜腔体之外，以实现将氧气和甲烷分开传递，其中，所述第二气体流 量计6与所述曝气头7依进气顺序连接。为了降低甲烷和氧气混合投加引起的安全风险，同时为甲烷氧化和反硝化分别提 供适宜的微环境，本发明以上述的原水处理系统为基础，提供了一种甲烷作为碳源的投加 方式，包括以下步骤
第一步、将气体碳源输送到透气膜的膜腔体中并通过膜腔体供给作为反硝化的气体碳
源；
第二步、所述透气膜上附着生物膜，在透气膜的膜腔体外以曝气方式向生物膜供氧，具 体为通过曝气头7向生物膜供氧，使生物膜外层为好氧区，内层为缺氧区；
其中，所述第一步中的透气膜为透气性致密膜、微孔膜或透气性织物，所述透气性致密 膜为硅橡胶膜或中空纤维膜；所述微孔膜为疏水性聚合物膜或陶瓷膜，所述第一步中的气 体碳源为甲烷或富含甲烷的其它混合气体。所述第二步中通过膜腔体供给作为反硝化的气体碳源，在保持膜腔体中气体压力 低于泡点压力(依据具体的膜材料和膜孔径大小等因素而定，如0. 1微米孔径的亲水性微 滤膜的泡点为0. 8 1. 5个大气压)的环境下采用膜曝气方式进行污水脱氮反硝化处理。在以下的实施方案中，所述气体碳源采用主要成分为甲烷的气体，甲烷等有机气 体能被反硝化细菌利用，作为反硝化碳源实现脱氮。在好氧条件下反硝化细菌与部分微生 物进行协同作用，部分微生物利用氧将甲烷氧化为甲醇，反硝化细菌再利用甲醇进行反硝 化实现脱氮，在缺氧情况下某些反硝化菌能利用甲烷作反硝化碳源进行反硝化。经好氧硝化处理的污水在进水泵1的作用下进入所述甲烷为反硝化碳源的膜生 物反应池16中，所述进水液体流量计2用于计量和对进水量进行微调，所述液位计3用于 控制膜生物反应池16中的液位，若所述膜生物反应池16中液位超过预定值，将关闭所述进 水泵1，当液位低于预定值，则开启所述进水泵1。其中，第一膜组件4用于向膜生物反应池 16中导入甲烷气体或甲烷含量较高的混合气体(以下说明以甲烷为例)，第二膜组件5用于 出水；第二气体流量计6用于控制曝气头7中的曝气量，控制反应期内的溶解氧浓度；由于 所述膜生物反应池16内曝气头7的曝气量有限，水体的循环搅动效果较差，因此在所述膜 生物反应池16配套设置有循环泵8，所述循环泵8设置不仅有利于进水和膜生物反应池16 内溶解氧的均勻分布，同时有力与为微生物提供良好的生长微环境。甲烷通过进气口 13、第 一气体流量计14和气体压力表15进入所述第一膜组件4的膜腔体，其中，甲烷气由进气口 13进入，气量通过所述气体流量计14调节，所述第一气压表15用于测定气压，进气负压表 10用于测定第一膜组件4进气过程中的抽吸负压。出水部通过抽吸泵12的抽吸作用进行， 出水量通过液体流量计11调节，出水负压表10用于测定第二膜组件5出水过程中的抽吸 负压。所述氧气通过所述第二气体流量计6进入曝气头7，由所述曝气头7进行曝气，通过 第一膜组件4和曝气头7实现甲烷和氧气的分开传递，实现上述甲烷作为碳源的投加方式。在上述污水脱氮反硝化处理过程中，所述膜生物反应池16在运行过程中，对液相 流速在不同阶段有不同的要求。运行前期，即挂膜阶段，液相流速不宜过高，以保持污泥 不静沉的最小流速为宜，否则生物膜受到较大的剪切力而很难生长，正常运行期间，为减 小液相边界层厚度，加快底物的传递速率，同时控制生物膜的过度积累，应保持较高的液 相流速，以不至于使生物膜脱落的最大流速为宜。
本发明技术方案的有益效果在于甲烷和氧气分开向水中传递，降低了甲烷和氧 气混合的风险性，氧气和甲烷以相反的方向向附着在膜丝上的生物膜传递，能在生物膜内 部形成好氧区和缺氧区，更利于甲烷的氧化和反硝化。本发明中甲烷和氧气分开向水中传递，采用膜曝气供给甲烷，膜腔体外以其它方 式供给氧气，降低了甲烷和氧气混合投加的安全风险。本发明中用于甲烷传质的膜通常在 膜/液界面为生物膜提供附着生长的支撑载体，附着生长有生物膜的膜与气体碳源接触紧 密，在这样的生物膜内部，从膜渗透出来的甲烷和主液中的氧气以相反的方向向生物膜传 递。生物膜内部分为好氧区和缺氧区，靠近膜腔的一侧为缺氧区，远离膜腔的一侧为好氧 区。能为甲烷氧化和反硝化分别提供良好的微环境。本发明是属于水体污染控制与治理科技重大专项“城市水污染控制与水环境综合 整治技术体系研究与示范”主题的子课题实施方案，课题名称高排放标准城市污水处理厂 升级改造关键技术研究与工程示范，子课题名称高排放标准曝气生物滤池处理流程升级 改造关键技术研究与工程示范。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的 保护范围。
权利要求
一种甲烷作为碳源的投加方式，其特征在于将甲烷和氧气分开传递，将所述甲烷输送到透气膜的膜腔体中并通过所述膜腔体供给作为反硝化的气体碳源，所述透气膜上附着生物膜，在所述膜腔体外通过曝气部向所述生物膜提供氧气。
2.根据权利要求1所述的甲烷作为碳源的投加方式，其特征在于所述透气膜为透气 性致密膜、微孔膜或透气性织物。
3.根据权利要求2所述的甲烷作为碳源的投加方式，其特征在于在保持所述膜腔体 中气体压力低于泡点的环境下采用膜曝气方式进行污水脱氮反硝化处理。
4.根据权利要求3所述的甲烷作为碳源的投加方式，其特征在于所述曝气部包括曝 气头，在所述膜腔体外通过曝气头向所述生物膜提供氧气。
5.根据权利要求2所述的甲烷作为碳源的投加方式，其特征在于所述生物膜外层为 好氧区，内层为缺氧区。
6.一种原水处理系统，其特征在于包括入水部、出水部、通过膜曝气进行污水脱氮的 反硝化处理部，添加氧气的曝气部和添加甲烷工作部，所述反硝化处理部包括反应池，所述 反应池内设有第一膜组件，所述第一膜组件包括透气膜和附着在所述透气膜上的生物膜， 其中，所述入水部与所述反应池连接，所述反应池与所述出水部连接，所述曝气部设置在所 述反应池内并独立位于所述透气膜的膜腔体之外，所述添加甲烷工作部与所述透气膜连 接。
7.根据权利要求6所述的原水处理系统，其特征在于所述反应池内设有第二膜组件 和动力构件；其中，所述第一膜组件为膜曝气组件，所述第二膜组件与所述出水部连通。
8.根据权利要求7所述的原水处理系统，其特征在于所述动力构件为循环泵，所述第 一膜组件为透气性致密膜、微孔膜或透气性织物，所述第二膜组件为透气性致密膜、微孔膜 或透气性织物。
9.根据权利要求6所述的原水处理系统，其特征在于所述入水部包括进水泵、液体 流量计和液位计，其中，所述进水泵分别与所述液体流量计和所述液位计连接；所述出水部包括负压表、液体流量计和抽吸泵，其中，所述负压表与所述液体流量计 和所述抽吸泵依出水顺序连接；所述曝气部包括气体流量计和曝气头，其中，所述气体流量计和曝气头依次连接；所述添加甲烷工作部包括进气口、气体流量计和气体压力表，其中，所述进气口与所 述气体流量计和所述气体压力表依次连接。
10.根据权利要求9所述的原水处理系统，其特征在于所述曝气头设置在所述反应池 内并独立位于所述所述透气膜的膜腔体之外。
全文摘要
本发明涉及水处理，尤其涉及水处理中的一种甲烷作为碳源的投加方式及原水处理系统。本发明提供了一种甲烷作为碳源的投加方式，将甲烷和氧气分开向水中传递，所述甲烷通过膜曝气系统向水中传递，所述氧气通过独立的曝气系统向水中传递。本发明还提供了一种应用上述投加方式进行碳源投加的原水处理系统。本发明的有益效果是将甲烷和氧气分开向水中传递，采用膜曝气供给甲烷，膜腔体外以曝气方式供给氧气，降低了甲烷和氧气混合投加的安全风险，有利于氧气投加量的控制。
文档编号C02F3/28GK101962226SQ20101028731
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者李继, 王宏杰, 董文艺, 许彪, 赵志军 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院