基于无泡曝气的铁碳泥膜强化贫电子污水处理装置及方法

本发明涉及一种基于无泡曝气的铁碳泥膜强化贫电子污水处理装置及方法，属于污水处理。

背景技术：

1、现有生活污水大多存在碳源不足的问题，反硝化所需电子供体不足，导致常规的活性污泥法脱氮常需外加碳源，一方面增加成本，另一方面外加碳源也会造成污泥产量提高，增加后续污泥处理负担。

2、铁碳微电解利用铁阳极的腐蚀反应产生fe2+，富集硝酸盐还原型二价铁氧化菌(nrfob)，nrfob在传递氧化fe2+得到的电子至泛醌后，细胞内膜上的nar通过接受来自泛醌的电子将硝态氮还原，降低了贫电子供体污水处理过程中对额外有机物的需求。此外，电子供给过程中所产生的铁混凝还能够提高对污水中磷酸盐的去除效果。然而，铁腐蚀及fe2+氧化过程需要氧气的参与，现有铁碳微电解技术所采用的鼓风曝气等曝气方式氧利用率不高，且传统鼓风曝气能耗占污水处理厂能耗的50-70％，导致能耗较高。同时，在水处理领域，水力的扰动并不会对系统造成很大的损伤，但是气水一起作用产生的剪切力是巨大的，那么传统的鼓风曝气必然会导致系统内扰动较大，也易对铁碳表面形成的泥膜进行剪切，进而易使得被氧化的铁形成的铁泥脱落，最终导致反应器启动时间较长；另外，普通曝气会造成反应器内溶解氧达到6-7mg/l，使暴露出来的铁大量无效氧化损失，而另外大量铁损失又会造成氢氧化铁(铁泥)大量产生，堵塞反应池。

3、另外，现有技术中利用铁碳微电解技术的污水处理设备，大多是铁碳堆放在设备的底部或上部，在设备运行一定时间后，需要向设备内补充铁碳，而当铁碳位于设备底部时，在补充铁碳的过程中，会不可避免的对设备内污水产生较大扰动，且若铁碳上方有其它结构，还需要挪移该结构才能进行铁碳补充，导致补充铁碳的过程较为繁琐；而当铁碳位于设备上部时，又会对铁碳下方的其它结构造成阻碍，不利于设备检修。

技术实现思路

1、本发明是为了解决现有的膜传氧生物膜技术不能适应低碳氮比污水、反硝化过程碳源所产生的电子供体不足且外加碳源运行成本较高的问题，进而提供了一种基于无泡曝气的铁碳泥膜强化贫电子污水处理装置及方法。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

3、一种基于无泡曝气的铁碳泥膜强化贫电子污水处理装置，包括反应器主体、进水水箱、出水水箱、气瓶及mabr膜组件，其中，反应器主体内竖向固设有多孔分隔板，通过多孔分隔板将反应器主体内部左右分隔为铁碳填充室及无泡曝气室，所述mabr膜组件固装在无泡曝气室内，且通过供气管路与气瓶连接，所述铁碳填充室内设置有铁碳微电解填料，所述进水水箱通过进水管路连接至反应器主体的进水口，所述出水水箱通过出水管路连接至反应器主体的出水口。

4、进一步地，所述mabr膜组件的数量为多个，且沿水平方向并排固装在反应器主体的一侧壁。

5、进一步地，所述mabr膜组件采用疏水性有机膜。

6、进一步地，反应器主体的顶部盖设有顶盖。

7、进一步地，供气管路上设置有进气阀门、压力表及气体流量计。

8、进一步地，进水管路上设置有进水阀门、进水泵及进水流量计，出水管路上设置有出水阀门。

9、进一步地，反应器主体的进水口与出水口分别设置在反应器主体的前后两个侧壁上，且进水口低于出水口设置。

10、进一步地，出水口的直径大于或等于进水口的直径设置。

11、一种采用上述装置的污水处理方法，包括如下步骤：

12、步骤一、进水水箱中的原水经进水管路进入反应器主体，通过控制进水量，使反应器主体内有效容积与进水量之比为设定的水力停留时间；

13、步骤二、气瓶通过供气管路及膜组件向反应器主体内进行无泡曝气；

14、步骤三、反应器主体内的污水经过铁碳填充室的铁碳污泥微电解过程与mabr膜组件表面附着的生物膜的微生物代谢过程耦合，协同去除水中污染物；

15、步骤四、反应器主体内的污水经出水管路排入出水水箱。

16、进一步地，步骤一中设定的水力停留时间为8～48h。

17、本发明与现有技术相比具有以下效果：

18、反应器主体内的污水经过铁碳填充室的铁碳污泥微电解过程与mabr膜组件表面附着的生物膜的微生物代谢过程耦合，协同去除水中污染物，与现有技术相比，有效提高对生活污水的处理效果，为解决贫电子污水脱氮问题提出一种简单有效、低能耗的处理策略。

19、本发明耦合铁碳污泥及无泡曝气生物膜，一方面利用无泡曝气提高气体供给效率，避免普通供氧方式导致的混合液中氧气浓度高，继而造成铁快速氧化的铁损失的问题，其次利用铁碳微电解供电子降低脱氮过程对有机物的依赖，最后电子供给过程中产生的铁混凝能够高效除磷，与现有技术相比，采用本发明的基于无泡曝气的铁碳泥膜强化贫电子污水处理装置装置，出水水质更好、受有机碳浓度影响更低、供氧量更少、占地面积更小、运行费用更低、操作管理更简单、维修工作量更小以及及对工人的操作技术水平要求更低。

20、本发明采用无泡曝气技术将膜腔内的氧气经由膜孔扩散进入混合液中，高效的氧传质提高氧气利用效率，同时避免普通供氧方式造成的混合液中氧气浓度高、铁大量氧化造成铁损失的问题。

21、本发明中，通过采用mabr膜组件，利用生物过程能够实现膜曝气的真正无泡曝气，气体由膜孔扩散出，在未形成肉眼可见气泡前被附着在曝气膜表面的生物快速利用，进而形成无泡曝气，有效避免被氧化的铁形成的铁泥脱落。

22、本发明中，气体经mabr膜组件中的生物膜进入反应器主体内，不与铁碳直接接触，进一步避免铁碳的大量损失。

23、在反应器主体1内设置铁碳填充室，通过投加铁碳微电解填料10缓解低碳氮比污水碳源不足的问题；

24、本发明中的铁碳微电解填料10使用寿命更长，只需在装置启动阶段投加一次即可维持装置高效运行，操作简单，运行成本低。

技术特征：

1.一种基于无泡曝气的铁碳泥膜强化贫电子污水处理装置，其特征在于：包括反应器主体(1)、进水水箱(2)、出水水箱(3)、气瓶(4)及mabr膜组件(5)，其中，反应器主体(1)内竖向固设有多孔分隔板(6)，通过多孔分隔板(6)将反应器主体(1)内部左右分隔为铁碳填充室及无泡曝气室，所述mabr膜组件(5)固装在无泡曝气室内，且通过供气管路(9)与气瓶(4)连接，所述铁碳填充室内设置有铁碳微电解填料(10)，所述进水水箱(2)通过进水管路(11)连接至反应器主体(1)的进水口(1-1)，所述出水水箱(3)通过出水管路(12)连接至反应器主体(1)的出水口(1-2)。

2.根据权利要求1所述的基于无泡曝气的铁碳泥膜强化贫电子污水处理装置，其特征在于：所述mabr膜组件(5)的数量为多个，且沿水平方向并排固装在反应器主体(1)的一侧壁。

3.根据权利要求1或2所述的基于无泡曝气的铁碳泥膜强化贫电子污水处理装置，其特征在于：所述mabr膜组件(5)采用疏水性有机膜。

4.根据权利要求1所述的基于无泡曝气的铁碳泥膜强化贫电子污水处理装置，其特征在于：反应器主体(1)的顶部盖设有顶盖(13)。

5.根据权利要求1所述的基于无泡曝气的铁碳泥膜强化贫电子污水处理装置，其特征在于：供气管路(9)上设置有进气阀门(14)、压力表(15)及气体流量计(16)。

6.根据权利要求1所述的基于无泡曝气的铁碳泥膜强化贫电子污水处理装置，其特征在于：进水管路(11)上设置有进水阀门(17)、进水泵(18)及进水流量计(19)，出水管路(12)上设置有出水阀门(20)。

7.根据权利要求1所述的基于无泡曝气的铁碳泥膜强化贫电子污水处理装置，其特征在于：反应器主体(1)的进水口(1-1)与出水口(1-2)分别设置在反应器主体(1)的前后两个侧壁上，且进水口(1-1)低于出水口(1-2)设置。

8.根据权利要求1或7所述的基于无泡曝气的铁碳泥膜强化贫电子污水处理装置，其特征在于：出水口(1-2)的直径大于或等于进水口(1-1)的直径设置。

9.一种采用上述权利要求1～8中任一权利要求所述装置的污水处理方法，其特征在于：包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的污水处理方法，其特征在于：步骤一中设定的水力停留时间为8～48h。

技术总结
一种基于无泡曝气的铁碳泥膜强化贫电子污水处理装置及方法，属于污水处理技术领域。本发明解决了现有的膜传氧生物膜技术不能适应低碳氮比污水、反硝化过程碳源所产生的电子供体不足且外加碳源运行成本较高的问题。反应器主体内竖向固设有多孔分隔板，通过多孔分隔板将反应器主体内部左右分隔为铁碳填充室及无泡曝气室，MABR膜组件固装在无泡曝气室内，且通过供气管路与气瓶连接，铁碳填充室内设置有铁碳微电解填料，进水水箱通过进水管路连接至反应器主体的进水口，出水水箱通过出水管路连接至反应器主体的出水口。污水经过铁碳污泥微电解过程与MABR膜组件表面附着的生物膜的微生物代谢过程耦合，协同去除水中污染物。

技术研发人员：张晗,薛莹,白朗明,赵静,余张杰,王金龙,梁恒
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15