一种MABR与CH4-MBfR联用式处理含对硝基苯酚废水的装置的制作方法

本发明涉及废水处理技术领域，具体为一种采用联用式方法对含对硝基苯酚废水进行精细处理的设备。

背景技术：

对硝基苯酚既是酚类化合物，又是硝基芳香族的化合物，具有较高的化学稳定性，可生化性低，对生态系统构成潜在危险，被美国环保局(usepa)列入优先控制污染物“黑名单”中，也是我国水污染控制中重点处理的有害污染物之一。对硝基苯酚是一种广泛应用的精细有机化工中间体，被广泛应用于农药、医药、染料、炸药、石油化工、油漆和防腐等领域。

对硝基苯酚废水处理方法主要包括物理法、化学法和生物法，其中物理法和化学法，如吸附法、萃取法、氧化法等具有许多缺点，其工艺复杂，成本高以及易产生二次污染，生物法处理对硝基苯酚较为理想，不仅可以有效降解，而且不需要复杂的预处理和提取等，目前，微生物降解对硝基苯酚的研究多为中低浓度范围，众多研究发现很难除去微生物降解过程中产生的大量亚硝酸盐，并且有机污染物的毒性强，对微生物抑制作用强。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种mabr与ch4-mbfr联用式处理含对硝基苯酚废水的装置，从而较为简便的对含硝基苯酚废水进行精细处理。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种mabr与ch4-mbfr联用式处理含对硝基苯酚废水的装置,包括依次连通的废水存放装置、mabr装置和ch4-mbfr装置，所述mabr装置和ch4-mbfr装置间连接一个中间出水水箱。

优选的，所述mabr装置设有mabr主体反应器、空气曝气系统、mabr污泥循环系统和mabr水循环系统；所述mabr主体反应器置于一个恒温水浴设备内，且mabr主体反应器内设有中空纤维膜；所述废水存放装置依次通过水调节阀、水体流量计和进水泵与mabr主体反应器的进水口接通，所述mabr主体反应器的出水口通过污泥沉降管接通中间出水水箱。

优选的，所述空气曝气系统包括空气压缩泵、气体调节阀、气体流量计和气体压力表，所述mabr主体反应器设有气管封头，且空气压缩泵的管路依次通过气体调节阀、气体流量计和气体压力表和气管封头与mabr主体反应器接通。

优选的，所述mabr污泥循环系统包括污泥沉降管、污泥循环泵和水循环泵，所述mabr主体反应器的出水口与上循环水口间依次接通污泥沉降管、污泥循环泵和水循环泵。

优选的，所述mabr水循环系统设有水循环泵，所述mabr主体反应器的下循环水口与上循环水口通过水循环泵接通。

优选的，所述ch4-mbfr装置设有ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱、甲烷曝气系统、ch4-mbfr污泥循环系统和ch4-mbfr水循环系统；所述ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱的进水口通过第二进水泵、第二水体流量计和第二水调节阀接通中间出水水箱；所述ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱的出水口依次接通第二污泥沉降管和总出水水箱。

优选的，所述ch4-mbfr装置还包括ch4-mbfr主体反应器第二反应管柱，所述ch4-mbfr主体反应器第二反应管柱接通ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱的出水口与第二污泥沉降管，且所述ch4-mbfr主体反应器第二反应管柱接通ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱的进水口和第二进水泵。

优选的，所述甲烷曝气系统包括甲烷气体钢瓶、第二气体调节阀、第二气体流量计和第二气体压力表，所述ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱和ch4-mbfr主体反应器第二反应管柱均设有第二气管封头，且甲烷气体钢瓶的管路依次通过第二气体调节阀、第二气体流量计、第二气体压力表和第二气管封头与ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱和ch4-mbfr主体反应器第二反应管柱接通。

优选的，所述ch4-mbfr污泥循环系统设有第二污泥沉降管、第二污泥循环泵和第二水循环泵，所述ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱的出水口与进水口间依次接通ch4-mbfr主体反应器第二反应管柱、第二污泥沉降管、第二污泥循环泵和第二水循环泵。

优选的，所述ch4-mbfr水循环系统设有第二水循环泵，所述第二水循环泵接通ch4-mbfr主体反应器第二反应管柱和ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱的进水口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明充分结合了两种膜反应器的优势，能够有效降解对硝基苯酚，实现深度脱氮，使出水达标排放。由于mabr采用无泡曝气，氧气利用率高，可达100％，氧传质范围较小，先经过厌氧层菌群进行水解酸化等作用，降低其毒性，在经过好氧及兼氧层菌群进行新陈代谢矿化降解；ch4-mbfr主体反应器内反硝化型甲烷厌氧氧化菌群生物膜可以有效深度脱氮处理，微生物膜内部存在大量产甲烷菌群，可以为该生物膜供给部分甲烷，节省碳源添加成本，减少甲烷温室气体排放。

该联用式废水处理装置产泥量少，微生物活性高，氧气及甲烷利用率高且传质效果好，能耗低，运行成本低，出水水质稳定，能够实现对硝基苯酚无害化处理，避免二次污染，具有很高的废水处理效益。

附图说明

图1为本发明mabr与ch4-mbfr联用式处理含对硝基苯酚废水的装置的整体示意图。

图2为本发明mabr与ch4-mbfr联用式处理含对硝基苯酚废水的装置的mabr装置示意图。

图3为本发明mabr与ch4-mbfr联用式处理含对硝基苯酚废水的ch4-mbfr装置示意图。

1、废水存放装置；2、mabr主体反应器；3、恒温水浴设备；4、中空纤维膜；5、水调节阀；6、水体流量计；7、进水泵；8、空气压缩泵；9、气体调节阀；10、气体流量计；11、气体压力表；12、气管封头；13、污泥沉降管；14、中间出水水箱；15、污泥循环泵；16、水循环泵；17、ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱；18、第二进水泵；19、第二水体流量计；20、第二水调节阀；21、第二污泥沉降管；22、总出水水箱；23、ch4-mbfr主体反应器第二反应管柱；24、第二水循环泵；25、甲烷气体钢瓶；26、第二气体调节阀；27、第二气体流量计；28、第二气体压力表；29、第二气管封头；30、第二污泥循环泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种mabr与ch4-mbfr联用式处理含对硝基苯酚废水的装置，包括依次连通的废水存放装置1、mabr装置和ch4-mbfr装置，所述mabr装置和ch4-mbfr装置间连接一个中间出水水箱14。mabr装置的生物膜为二沉池中的高微生物量活性污泥进行循环挂膜而形成的异向传质微生物膜；所述ch4-mbfr装置的生物膜采用含反硝化型甲烷厌氧氧化功能菌群污泥进行循环挂膜而形成的异向传质微生物膜。膜曝气生物膜反应器(mabr)是将传统生物膜法与气体分离膜技术耦合一体而产生的新型污水处理技术。具有独特的脱氮除碳技术优势，其核心部位为中空纤维膜外表面上的异相传质微生物膜，位于中空纤维膜和废水之间，两边分别吸收氧气(电子受体)和有机污染物(电子供体)，氧气通曝气系统进入中空纤维膜膜腔内，根据选择透过性和浓度差的驱动下由膜腔内向外传递到微生物膜中，为生物膜提供电子受体；有机污染物与微生物膜外层存在浓度差，又因微生物膜对污染物的吸附作用，使有机基质不断向微生物膜内部传质；独特的曝气方式和异向传质过程是微生物膜的功能菌群在生物膜微观环境中的分层现象：从最靠近中空纤维膜膜壁一侧到废水界面，依次为好氧层、兼氧层和厌氧层，好氧层主要富集着硝化菌群和异养好氧菌群，兼氧层主要富集着反硝化菌群，厌氧层主要富集着厌氧发酵菌、产氢产酸菌以及产甲烷菌等厌氧异养型微生物。这种独特结构可以使mabr系统拥有同步硝化反硝化作用、氧气利用率高且氧控制灵活、微生物膜活性高、污泥龄长、产泥量少以及运行成本低等诸多优点。但对硝基苯酚毒性强，对微生物有强抑制作用，使mabr生物膜最外侧厌氧菌群脱氮性能大大降低，因此需外接脱氮工艺进行深度脱氮处理。

甲烷基质膜曝气膜生物反应器(ch4-mbfr)与mabr技术相似，将传统的生物膜法污水处理技术与气体分离膜技术耦合而成的新型污水净化技术，不同的是中空纤维膜内部供给甲烷，反应器挂膜采用含反硝化型甲烷厌氧氧化菌群污泥。反硝化型甲烷厌氧氧化菌群(damo)以no2-、no3为电子受体，以甲烷作为电子供体，由甲烷厌氧氧化古菌和反硝化细菌共同作用下经逆向产甲烷途径转化为co2、n2，该菌群可以利用厌氧反硝化菌产生的甲烷作为反硝化过程中的电子供体，可以减少反硝化过程中外加碳源量，节约成本，又可减少温室气体的排放，甲烷传质及利用率高等优点。利用ch4-mbfr系统装置为mabr系统出水进行深度脱氮处理，以及降解残留的微量对硝基苯酚。

mabr装置设有mabr主体反应器2、空气曝气系统、mabr污泥循环系统和mabr水循环系统；mabr主体反应器2置于一个恒温水浴设备3内，且mabr主体反应器2内设有中空纤维膜4；废水存放装置1依次通过水调节阀5、水体流量计6和进水泵7与mabr主体反应器2的进水口接通，mabr主体反应器2的出水口通过污泥沉降管13接通中间出水水箱14。

mabr中空纤维膜组件设有中空纤维膜丝；膜组件由102根膜丝组成，总有效比表面积为68.6m²/m³，膜丝一端连接封头采用环氧树脂灌封胶固定，另一端利用环氧树脂灌封胶封闭，膜组件为闭端式；中空纤维膜丝为聚偏氟乙烯(pvdf)疏水透气性中空纤维膜，所述膜丝外径为2mm，内径为1.1mm，截留孔径为0.03μm。mabr装置生物膜附着在中空纤维膜外表面，由里向外为好氧层、兼氧层、厌氧层等；厌氧层直接接触对硝基苯酚模拟污水，进行厌氧水解酸化，降低其毒性，改善废水的可生化性，好氧及兼氧层进行深度矿化降解对硝基苯酚。

空气曝气系统包括空气压缩泵8、气体调节阀9、气体流量计10和气体压力表11，mabr主体反应器2设有气管封头12，且空气压缩泵8的管路依次通过气体调节阀9、气体流量计10和气体压力表11和气管封头12与mabr主体反应器2接通。

mabr污泥循环系统包括污泥沉降管13、污泥循环泵15和水循环泵16，mabr主体反应器2的出水口与上循环水口间依次接通污泥沉降管13、污泥循环泵15和水循环泵16。从而将含有少量泥沙的水分过滤，并重新接入水循环系统。

mabr水循环系统设有水循环泵16，所述mabr主体反应器2的下循环水口与上循环水口通过水循环泵16接通。

ch4-mbfr装置设有ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱17、甲烷曝气系统、ch4-mbfr污泥循环系统和ch4-mbfr水循环系统；ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱17的进水口通过第二进水泵18、第二水体流量计19和第二水调节阀20接通中间出水水箱14；ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱17的出水口依次接通第二污泥沉降管21和总出水水箱22。

具体的，ch4-mbfr装置还增设ch4-mbfr主体反应器第二反应管柱23，从而实现更好的反应效果，ch4-mbfr主体反应器第二反应管柱23接通ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱17的出水口与第二污泥沉降管21，且ch4-mbfr主体反应器第二反应管柱23接通ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱17的进水口和第二进水泵18，同样ch4-mbfr主体反应器设置有空纤维膜组件。

ch4-mbfr中空纤维膜组件同样设有中空纤维膜丝；膜组件由52根膜丝组成，总有效比表面积为76.2m²/m³，膜丝一端连接气管封头采用环氧树脂灌封胶固定，另一端连接封闭式封头利用环氧树脂灌封胶进行封死；中空纤维膜丝材质及参数皆与mabr膜组件相同。ch4-mbfr装置生物膜为反硝化型甲烷厌氧氧化菌群以及其他厌氧型菌群，皆附着在中空纤维膜外表面，对mabr出水进行后期脱氮以及降解残留的微量有机污染物。

甲烷曝气系统包括甲烷气体钢瓶25、第二气体调节阀26、第二气体流量计27和第二气体压力表28，所述ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱17和ch4-mbfr主体反应器第二反应管柱23均设有第二气管封头29，且甲烷气体钢瓶25的管路依次通过第二气体调节阀26、第二气体流量计27、第二气体压力表28和两处第二气管封头29实现与ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱17和ch4-mbfr主体反应器第二反应管柱23接通。

ch4-mbfr污泥循环系统设有第二污泥沉降管21、第二污泥循环泵30和第二水循环泵24，所述ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱17的出水口与进水口间依次接通ch4-mbfr主体反应器第二反应管柱23、第二污泥沉降管21、第二污泥循环泵30和第二水循环泵24。从而将含有少量泥沙的水分过滤，并重新接入水循环系统。

ch4-mbfr水循环系统设有第二水循环泵24，所述第二水循环泵24接通ch4-mbfr主体反应器第二反应管柱23和ch4-mbfr主体反应器第一反应管柱17的进水口。

具体的，mabr主体反应器的有效容积为2.5l，ch4-mbfr主体反应器的有效容积为0.06l。

工作原理：将配置的对硝基苯酚模拟污水经过进水系统引入mabr主体反应器中，通过曝气系统以无泡供氧的形式向mabr中空纤维膜组件的膜腔内曝气，氧气在浓度差的驱动下由内向外传递，为附着在mabr中空纤维膜外表面上的微生物供氧，使mabr中空纤维膜外表面上的微生物膜形成好氧层、兼氧层、厌氧层三个层次，通过调节阀将曝气气压调节到所用曝气膜泡点以下并接近泡点，曝气压力控制为0.016mpa，ph控制在7.1～7.8，水力停留时间控制在24h，mabr主体反应器处理对硝基苯酚废水效果达到最佳状态。

经过mabr处理的废水进入ch4-mbfr装置内，通过甲烷曝气系统以无泡曝气的形式向ch4-mbfr中空纤维膜膜腔内供给甲烷，甲烷在膜两侧分压差的推动下透过膜的微小孔隙，以微观分子态的形式向附着在中空纤维膜外表面上的反硝化型甲烷厌氧氧化菌群供给甲烷；污水中的底物从生物膜的表层传递到生物膜的内部，在生物膜中的反硝化型甲烷厌氧氧化菌群的代谢作用下，污水中的亚硝态氮、硝态氮等被去除；甲烷供给采用间歇性曝气方式，曝气压力控制为0.035mpa，ph控制在7.2～7.6，水力停留时间控制在24～36h，ch4-mbfr主体反应器脱氮效果达到最佳状态。

对硝基苯酚废水经过mabr与ch4-mbfr联用式工艺处理后的对硝基苯酚去除率高达于96％；cod去除率高于90％，亚硝态氮去除率高于94％，硝态氮去除率高于96％。

结合技术方案和附图详细说明提出以下实施例：

实施例1

采用mabr与ch4-mbfr联用式处理对硝基苯酚废水装置，对硝基苯酚模拟废水配置添加的各类营养成分和浓度如下：nano30.1g/l、nahco30.4g/l、kh2po40.71g/l、k2so40.38g/l、mgso40.5g/l、na2co30.3g/l、znso40.08g/l、mncl20.05g/l、cacl20.02g/l、cuso40.025g/l、fecl3-6h2o0.12g/l、nicl20.01g/l、cocl20.05g/l；mabr出水加入营养物质后通入ch4-mbfr装置中，该营养成分为：mgso4·7h2o1g/l、cacl2·2h2o0.270g/l、feso4·7h2o0.0091g/l。磷酸缓冲液：kh2po424.4g/l，na2hpo410.2g/l，量取2ml/l。痕量元素溶液：feso4·7h2o2.486g/l、mncl2·4h2o0.5g/l、zncl20.05g/l、niso4·6h2o0.101g/l、cocl2·6h2o0.05g/l、na2moo40.026g/l、h3bo30.05g/l、cuso4·5h2o0.31g/l、35％hcl5ml/l量取1ml/l。

对硝基苯酚浓度采用hplc1260高效液相色谱仪测定，色谱条件如下：色谱柱：agilentxdb-c18(4.6×150mm，5μm)，柱温：35℃；水加1％乙酸作为流动相a，加1％乙酸作为流动相，b流动相：v(甲醇)：v(水)＝60：40，流速：1.0ml/min，注入量：20μl。

mabr进水水质：cod227mg/l，对硝基苯酚100mg/l，ph值控制在7.1～7.8。mabr反应装置温度控制在27±0.5℃，以连续进水方式运行，水循环流速为10.3ml/min，污泥循环流速为3.2ml/min，进水流速为2.1ml/min，水力停留时间控制在24h。ch4-mbfr反应装置温度控制在30±0.5℃，并以间歇方式运行，水力停留时间控制在24～36h，水循环流速为10ml/min，污泥循环流速为2.4ml/min，ph值控制在7.2～7.6。

最终出水水质为：对硝基苯酚＜0.03mg/l，cod：＜3mg/l，nh2-n：＜1mg/l，nh3-n：＜0.6mg/l。mabr出水各指标的去除率为：对硝基苯酚：96.79％，cod：90.67％。ch4-mbfr出水各指标的去除率为：nh2-n：94.13％，nh3-n：96.25％。

实施例2

处理装置、运行条件、检测方法以及对硝基苯酚模拟废水配置添加的各类营养成分及浓度皆与实施例1相同。mabr进水水质：cod1424mg/l，对硝基苯酚680mg/l。

最终出水水质为：对硝基苯酚＜4.21mg/l，cod：＜32mg/l，nh2-n：＜5.2mg/l，nh3-n：＜3.7mg/l。mabr出水各指标的去除率为：对硝基苯酚：92.32％，cod：85.16％。ch4-mbfr出水各指标的去除率为：nh2-n：92.07％，nh3-n：93.34％。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。