甲烷與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備及其方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及甲烷與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備及其方法。本發(fā)明的設備是由內(nèi)部安裝有多個氣體膜組件的氣體膜分離容器、用于容置甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌附著的填料及懸浮液的環(huán)流式氧化容器、用于容置含有脫氮硫桿菌的懸浮溶液的升流式再生容器、固液分離容器和氣體導流容器構成。在環(huán)流式氧化容器甲烷被氧化，硫酸鹽被還原；氣體膜組件的分離作用，使未及時氧化的甲烷回流至環(huán)流式氧化容器繼續(xù)被氧化，使硫酸鹽還原產(chǎn)物硫化氫進入升流式再生容器被硝酸鹽氧化為硫酸鹽，成為再生的氧化劑，同時硝酸鹽被還原為氮氣，實現(xiàn)甲烷廢氣與含硫含氮廢水在兩個生化反應區(qū)協(xié)同有效地處理。本發(fā)明的設備結構緊湊、能耗低、操作簡單。
【專利說明】甲烷與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備及其方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于利用生物反應器協(xié)同處理廢氣、廢水的設備，特別涉及一種組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備及其方法。
【背景技術】
[0002]在污水厭氧處理、污泥濃縮與消化以及垃圾填埋過程中，伴隨惡臭物質產(chǎn)生的同時，還有大量的甲烷生成。無論是物化法還是生物法，目前主要是去除惡臭氣體中的硫化氫、氨和揮發(fā)性有機酸等污染物質，對甲烷的去除效果甚微。惡臭氣體中的甲烷濃度通常不高，作為能源回收利用在經(jīng)濟上不合算，通常是將處理后的仍含甲烷的氣體通過空氣稀釋高空排放。但是，甲烷屬于溫室氣體，其溫室效應是二氧化碳的26倍。而且甲烷還是危險氣體，其在空氣中的濃度為5% -15%時極易發(fā)生爆炸。因此，研究經(jīng)濟有效的甲烷與惡臭物質的協(xié)同控制技術，對于消除安全隱患、保護大氣環(huán)境具有重要的意義。
[0003]在厭氧條件下，甲烷氧化菌利用硫酸鹽將甲烷氧化為二氧化碳，反應式如式(I)。食品醫(yī)藥生產(chǎn)廢水、工業(yè)廢水以及礦山廢水中含有大量的硫酸鹽。硫酸鹽排入水體，會引起水體酸化、土壤板結等問題。利用含硫酸鹽的廢水處理含甲烷的廢氣，是甲烷與硫酸鹽協(xié)同處理的一個有效途徑。但是，甲烷被氧化為二氧化碳的同時，硫酸鹽被還原為硫離子(s2_)。當溶液中有H+存在時，S2_與H+結合生成硫化氫，反應式如式⑵。硫化氫極易從溶液中逸散到空氣中，形成惡臭污染。研究發(fā)現(xiàn)，在脫氮硫桿菌的作用下，硫化氫的厭氧氧化能夠與硝酸鹽的反硝化同時進行，硝酸鹽被還原為氮氣，硫化氫被氧化為硫酸鹽，反應式如式(3)。產(chǎn)物硫酸鹽可以作為氧化劑回用于甲烷的厭氧氧化?；手圃?、鋼鐵生產(chǎn)、火藥制造、牲畜飲料場、電子元件生 產(chǎn)、氧化有機和燃料生產(chǎn)等過程排放含有硝酸鹽和亞硝酸鹽的廢水。水中氮元素過多會引起水體富營養(yǎng)化，水質下降，危害水生動植物的生存。這樣，將甲烷氧化-硫酸鹽還原與硫化氫氧化-硝酸鹽反硝化兩個過程結合，利用硫酸鹽廢水氧化甲烷，利用硝酸鹽廢水再生甲烷氧化劑一硫酸鹽，可以實現(xiàn)含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理。
[0004]CH4+S0廣一C02+S2>2H20 (I)
[0005]S2>2H+ — H2S ? (2)
[0006]H2S+N03_ — N2 ? +SO廣+H2O (3)
[0007]但是，甲烷氧化-硫酸鹽還原過程是在甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌的作用下完成的。硫化氫氧化-硝酸鹽反硝化則是在脫氮硫桿菌的作用下進行的。甲烷氧化菌、硫酸鹽還原菌與脫氮硫桿菌甲烷的生長環(huán)境不同，很難在一個反應區(qū)內(nèi)生長?，F(xiàn)有專利一般相對獨立地設置上述兩個過程的反應區(qū)，如ZL200510126217.8公開了一種環(huán)流式膜生物反應器廢水處理設備和廢水處理方法，CN201310193077.0公開了 “一種基于間歇式膜生物反應器富集反硝化型甲烷厭氧氧化菌的裝置和方法”，該裝置包括SMBR反應器、進水箱、自動控制系統(tǒng)、出水箱、甲烷儲氣罐、氬氣儲氣罐，實現(xiàn)了厭氧甲烷細菌的快速富集；CN201310589503.2公開了“應用厭氧膜生物反應器對污水進行處理以脫硫除氮的方法”，將含有硝酸鹽和/或亞硝酸鹽以及硫化物的待處理污水引入?yún)捬醴磻髦胁⑴c脫氮硫桿菌相接觸，可高效脫硫脫氮。另外，甲烷的氧化速度較慢，使甲烷氧化-硫酸鹽還原過程的氣體產(chǎn)物中除了硫化氫、二氧化碳，通常還含有一定量未被氧化的甲烷。這部分甲烷如不能及時去除，不僅降低甲烷氧化凈化效果，還會影響硫化氫氧化-硝酸鹽反硝化過程，引起含甲烷廢氣與含硫含氮廢水不能協(xié)同生物處理的問題。
[0008] 膜生物反應器是一種由膜過濾取代傳統(tǒng)生化處理技術中二次沉淀池和沙濾池的水處理技術。膜生物反應器的出現(xiàn)提高了泥水分離效率。利用膜的分離作用，將水中的污染物降解菌截留在反應器內(nèi)，提高降解菌的濃度，從而增加生物反應器的去除能力。CN01123900.X公開了“分體式膜生物反應器及水處理方法”，所述及的生物膜反應器包括篩網(wǎng)、調(diào)節(jié)池、生物反應器和膜濾池，采用淺水層鼓起的方式進行膜沖洗以有效降低能耗。CN201210505701.1公開了“一體化氣浮-膜生物反應器”，該反應器殼體由兩個單池組成，其中左側單池的上部為氣浮室、下部為生物濾層，右側單池中放置膜組件，并在殼體外部設置回流加壓容器裝置以有效去除水中的藻類。CN201310068691.4公開了“一種膜生物反應器”，包括氧化溝、真空裝置、透過液池和透過液管路，其中氧化溝內(nèi)設置有多個膜箱，每一個膜箱內(nèi)設置有多個超濾膜組件或微濾膜膜組件，達到較好的泥水分離效果。CN201110435627.6公開了 “一種VT-MBR生物反應器”，由VTBR裝置、膜分離裝置、緩沖池、循環(huán)泵和排氣口組成，利用膜的截留作用，延長大分子難降解有機物在反應器內(nèi)的停留時間，并可在管式膜組件內(nèi)部膜表面形成不同流態(tài)的氣液兩相流，增大了膜表面的剪切力，提高膜的透水率。然而，無論早期的分體式膜生物反應器還是現(xiàn)有的一體式膜生物反應器，都是通過真空泵或其它類型泵得到過濾液，因而能耗高。
[0009]氣體分離膜是近年來發(fā)展很快的一項新技術。不同的高分子膜對不同種類的氣體分子的透過率和選擇性不同，因而可以從氣體混合物中選擇分離和富集某種氣體。如ZL200310117133.9公布了一種氣膜-生物反應器廢氣處理設備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于解決含甲烷廢氣與含硫含氮廢水不能協(xié)同生物處理的問題，利用氣體分離膜選擇分離氣體以及膜組件截留降解菌的特性，將甲烷氧化-硫酸鹽還原與硫化氫氧化-硝酸鹽反硝化兩個反應過程結合。
[0011]本發(fā)明的另一目的是提供利用組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備進行含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的方法。
[0012]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案如下:甲烷與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備，包括環(huán)流式氧化容器、氣體膜選擇分離容器、升流式再生容器、固液分離容器和氣體導流容器。
[0013]所述的環(huán)流式氧化容器的內(nèi)部安裝有隔板將環(huán)流式氧化容器分成固定式反應區(qū)和懸浮式反應區(qū)，固定式反應區(qū)與懸浮式反應區(qū)通過設置在隔板兩端的第一液體導流口和第二液體導流口相連通，液體在固定式反應區(qū)內(nèi)向下流動，在懸浮式反應區(qū)內(nèi)向上流動；所述的固定式反應區(qū)內(nèi)部安裝有帶有多個孔的氣體分布板，氣體分布板上裝填有填料，且填料是在第一液體導流口和第二液體導流口之間；固定式反應區(qū)的頂部開有第一出氣口，底部開有第一排泥口 ；固定式反應區(qū)外側壁上端開有第一進水口，下端開有第一進氣口，且第一進水口高于第一液體導流口，第一進氣口高于第二液體導流口 ；第二液體導流口高于第一排泥口 ；所述的懸浮式反應區(qū)的底部開有排水口。
[0014]所述的氣體膜選擇分離容器的底部設置第二出氣口，一側壁上設置第二進氣口，另一側壁上設置第三出氣口，所述第二進氣口與第一出氣口相連通；氣體膜選擇分離容器的內(nèi)部安裝有多個氣體分離膜組件，多個氣體分離膜組件之間通過管道相連通，且每一個氣體膜組件的底部通過各自的管道與一總管道相連通，多個氣體膜組件的一端通過管道與第二進氣口連通，另一端通過管道與第三出氣口相連通；總管道與第二出氣口相連通，第二出氣口與第一進氣口連通，且第二出氣口與第一進氣口之間設置第一真空泵。
[0015]所述的固液分離容器內(nèi)部裝有膜組件，一側壁上端設置出水口，下端設置第三進氣口，所述出水口通過管道及循環(huán)泵與第一進水口連通，第三進氣口與第三出氣口相連通；且第三進氣口與第三出氣口之間設有第二真空泵。
[0016]所述的升流式再生容器的底部設有第二排泥口，頂部設有排氣口，一側壁的上端設有第二進水口 ；另一側壁下端通過連通口與固液分離容器相連通，液體在所述的升流式再生容器內(nèi)向上流動。
[0017]所述的氣體導流容器在升流式再生容器與固液分離容器之間，氣體導流容器一側壁的上端設有第一氣體導流孔與固液分離容器相連通；另一側壁的下端設有第二氣體導流孔與所述的升流式再生容器相連通。
[0018]所述的連通口低于所 述的第二氣體導流孔。
[0019]所述的氣體分布板上的孔的孔徑為3~50mm。
[0020]所述的第一進氣口低于氣體分布板，且高于第二液體導流口。
[0021 ] 所述第一進水口高于第一液體導流口。
[0022]所述氣體分離膜組件至少為2個。
[0023]所述環(huán)流式氧化容器的固定式反應區(qū)的填料上附著有甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌，懸浮式反應區(qū)內(nèi)甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌懸浮在溶液中；升流式再生容器內(nèi)裝載有含有脫氮硫桿菌的懸浮水溶液；含硫酸鹽的廢水從第一進水口連續(xù)進入環(huán)流式氧化容器中的固定式反應區(qū)并向下流動，穿過所述的填料，經(jīng)過第二液體導流口進入懸浮式反應區(qū)并向上流動，再通過第一液體導流口回流至固定式反應區(qū)，從而使液體在環(huán)流式氧化容器內(nèi)的兩個反應區(qū)內(nèi)環(huán)流流動；同時，附著在所述的填料上或懸浮在懸浮式反應區(qū)溶液中的硫酸鹽還原菌將硫酸鹽還原為S2_ ;甲烷從第一進氣口進入環(huán)流式氧化容器中并向上流動，附著在所述的填料上的甲烷氧化菌利用溶液中的硫酸鹽將甲烷氧化為二氧化碳；一部分甲烷從下部的第二液體導流口進入所述的環(huán)流式氧化容器中的懸浮式反應區(qū)并向上流動，提升懸浮式反應區(qū)內(nèi)的液體促進環(huán)流流動的同時被懸浮的甲烷氧化菌氧化；硫酸鹽的還原產(chǎn)物硫化氫與未及時被氧化的甲烷從第一出氣口排出，經(jīng)第二進氣口進入氣體分離膜組件內(nèi)，難于透過氣體分離膜的甲烷作為滲余氣，通過連通第二出氣口的總管道流出氣體膜選擇分離容器，并通過真空泵從第一進氣口回流進入環(huán)流式氧化容器中繼續(xù)被氧化；易于透過氣體分離膜組件的硫化氫、二氧化碳作為滲透氣透過所述的氣體分離膜，通過第三出氣口和第三進氣口進入固液分離容器中并向上流動，通過第一氣體導流孔進入氣體導流容器中并向下流動，穿過第二氣體導流孔進入升流式再生容器并向上流動；含硝酸鹽的廢水從第二進水口進入所述的升流式再生容器中并向下流動，懸浮在所述的升流式再生容器中的脫氮硫桿菌利用硝酸鹽將硫化氫氧化為硫酸鹽，同時，硝酸鹽被還原為氮氣；氮氣和二氧化碳從升流式再生容器的頂部的排氣口排出；多余的污泥從第二排泥口排出；含有硫化氫的氧化產(chǎn)物硫酸鹽和脫氮硫桿菌的液體從底部的連通口進入所述的固液分離容器；固液分離容器內(nèi)設置的膜組件將含有硫酸鹽的液體和脫氮硫桿菌分離；含硫酸鹽的液體從固液分離容器的出水口經(jīng)過循環(huán)泵從第一進水口輸入環(huán)流式氧化容器的固定式反應區(qū)內(nèi)，作為再生的氧化劑繼續(xù)氧化甲烷；處理后的水從排水口排出。
[0024]所述的升流式再生容器高于固液分離容器，固液分離容器的膜出水靠膜組件上方的重力水頭驅動連續(xù)出水，降低運行能耗；脫氮硫桿菌被截留在固液分離容器內(nèi)；從第三進氣口進入固液分離容器的含硫化氫、二氧化碳的滲透氣一方面沖刷膜表面，使污泥或脫氮硫桿菌不能附著在膜表面，防止膜污染，另一方面推動水流，使含脫氮硫桿菌的液體通過第一氣體導流孔和第二氣體導流孔回流至升流式再生區(qū)，避免脫氮硫桿菌的流失。
[0025]所述的氣體分離膜組件中的氣體分離膜為卷式膜，中空纖維膜或平板膜，膜材料為聚酰亞胺、聚砜或聚二甲基硅氧烷。
[0026]所述的固液分離容器的膜組件為中空纖維膜或平板膜，膜材料為聚丙烯或聚砜。
[0027]所述的填料為輕質多孔的天然材料或合成材料；如無機填料是火山巖、珍珠巖、礫石、陶?；蚧钚蕴科渲械囊环N或幾種的混合；或有機填料是樹皮、木片、塑料球或樹脂泡沫其中的一種或幾種的混合。
[0028]所述的含有甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌的懸浮水溶液中的甲烷氧化菌的含量為
5.0XlO3 ~1.0X10nCFU/ml，硫酸鹽還原菌的含量為 5.0XlO5 ~1.0X 10nCFU/ml。
[0029]所述的含有脫氮硫桿菌的懸浮水溶液中的脫氮硫桿菌的含量為1.0X IO5~1.0X10nCFU/ml。
[0030]所述含硝酸鹽的廢水中硝酸鹽濃度為10_2000mg/L。
[0031]所述含硫酸鹽的廢水中硫酸鹽濃度為100_2000mg/L。
[0032]所述甲烷濃度范圍:20-70%。
[0033]所述處理時間為I小時-2天。
[0034]有益效果:
[0035]本發(fā)明結構緊湊，操作簡便，能耗較低；氧化劑循環(huán)利用的組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備，實現(xiàn)含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理。甲烷在氧化區(qū)被硫酸鹽氧化為二氧化碳，硫酸鹽還原產(chǎn)物硫化氫經(jīng)多級氣體分離膜的選擇分離，與未被降解的甲烷分離后進入再生區(qū)；硫化氫在再生區(qū)被硝酸鹽氧化為硫酸鹽，完成氧化劑的再生；再生的氧化劑回流至氧化區(qū)，為甲烷的氧化提供氧化劑，實現(xiàn)氧化劑的循環(huán)利用；再生區(qū)的出水采用膜組件過濾，防止脫氮硫桿菌流失和進入氧化區(qū)；甲烷氧化-硫酸鹽還原與硫化氫氧化-硝酸鹽反硝化兩個過程均采用厭氧條件，不需要補充額外的氧氣，節(jié)省能耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明結構示意圖
[0037]其中，1.第一進氣口 2.固定式反應區(qū)3.填料4.環(huán)流式氧化容器5.第一進水口 6.第一出氣口 7.第一液體導流口 8.第二液體導流口 9.懸浮式反應區(qū)10.第一排泥口 11.第二進氣口 12.氣體膜選擇分離容器13.氣體分離膜組件14.總管道15.第二出氣口 16.第三出氣口 17.第一真空泵18.第二真空泵19.第三進氣口 20.固液分離容器21.膜組件22.出水口 23.第一氣體導流孔24.第二氣體導流孔25.連通口 26.第二排泥口 27.升流式再生容器28.第二進水口 29.排氣口 30.氣體導流容器31.循環(huán)泵32.排水口 33.氣體分布板34.隔板
【具體實施方式】
[0038]實施例1
[0039]請參見圖1。塑料板制成的組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備，其長、寬、高分別為1.5m、0.5m、l.2m ;包括用于容置甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌附著的填料3以及容置甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌懸浮溶液的環(huán)流式氧化容器4、氣體膜選擇分離容器12、用于容置脫氮硫桿菌懸浮溶液的升流式再生容器27、固液分離容器20和氣體導流容器30。
[0040]所述的環(huán)流式氧化容器4的內(nèi)部安裝有隔板34將環(huán)流式氧化容器分成固定式反應區(qū)2和懸浮式反應區(qū)9，固定式反應區(qū)2與懸浮式反應區(qū)9通過設置在隔板34兩端的第一液體導流口 7和第二液體導流口 8相連通，液體在的固定式反應區(qū)2內(nèi)向下流動，在懸浮式反應區(qū)9內(nèi)向上流動；所述的固定式反應區(qū)2內(nèi)部安裝有帶有多個孔的氣體分布板33，氣體分布板33上裝填有填料3，且填料3是在第一液體導流口 7和第二液體導流口 8之間；固定式反應區(qū)2的頂部開有第一出氣口 6，底部開有第一排泥口 10 ;固定式反應區(qū)2外側壁上端開有第一進水口 5，下端開有第一進氣口 1，且第一進水口 5高于第一液體導流口 7，第一進氣口 I高于第二液體導流口 8 ;第二液體導流口 8高于第一排泥口 10 ;所述的懸浮式反應區(qū)9的底部開有排水口 32。 [0041]所述的氣體膜選擇分離容器12的底部設置第二出氣口 15，一側壁上設置第二進氣口 11，另一側壁上設置第三出氣口 16，所述第二進氣口 11與第一出氣口 6相連通；氣體膜選擇分離容器12的內(nèi)部安裝有多個氣體分離膜組件13，多個氣體分離膜組件13之間通過管道相連通，且每一個氣體分離膜組件13的底部通過各自的管道與一總管道14相連通，多個氣體分離膜組件13的一端通過管道與第二進氣口 11連通，另一端通過管道與第三出氣口 16相連通；總管道14與第二出氣口 15相連通，第二出氣口 15與第一進氣口 I連通，且第二出氣口 15與第一進氣口 I之間設置第一真空泵17。
[0042]所述的固液分離容器20內(nèi)部裝有膜組件21，一側壁上端設置出水口 22，下端設置第三進氣口 19，所述出水口 22通過管道及循環(huán)泵31與第一進水口 5連通，第三進氣口 19與第三出氣口 16相連通；且第三進氣口 19與第三出氣口 16之間設有第二真空泵18。
[0043]所述的升流式再生容器27的底部設有第二排泥口 26，頂部設有排氣口 29，一側壁的上端設有第二進水口 28;另一側壁下端通過連通口 25與固液分離容器20相連通，液體在所述的升流式再生容器27內(nèi)向上流動。
[0044]所述的氣體導流容器30在升流式再生容器27與固液分離容器20之間，氣體導流容器30 —側壁的上端設有第一氣體導流孔23與固液分離容器20相連通；另一側壁的下端設有第二氣體導流孔24與所述的升流式再生容器27相連通。
[0045]含硫酸鹽的廢水從第一進水口 5連續(xù)進入環(huán)流式氧化容器4中的固定式反應區(qū)2并向下流動，穿過所述的填料3，經(jīng)過第二液體導流口 8進入懸浮式反應區(qū)9并向上流動，再通過第一液體導流口 7回流至固定式反應區(qū)2，從而使液體在環(huán)流式氧化容器4內(nèi)的兩個反應區(qū)內(nèi)環(huán)流流動；同時，附著在所述的填料3上或懸浮在懸浮式反應區(qū)溶液中的硫酸鹽還原菌將硫酸鹽還原為S2_ ；甲烷從第一進氣口 I進入環(huán)流式氧化容器4中并向上流動，附著在所述的填料3上的甲烷氧化菌利用溶液中的硫酸鹽將甲烷氧化為二氧化碳；一部分甲烷從下部的第二液體導流口 8進入所述的環(huán)流式氧化容器4中的懸浮式反應區(qū)9并向上流動，提升懸浮式反應區(qū)9內(nèi)的液體促進環(huán)流流動的同時被懸浮的甲烷氧化菌氧化；硫酸鹽的還原產(chǎn)物硫化氫與未及時被氧化的甲烷從第一出氣口 6排出，經(jīng)第二進氣口 11進入氣體分離膜組件13內(nèi)，難于透過氣體分離膜的甲烷作為滲余氣，通過連通第二出氣口 15的總管道14流出氣體膜選擇分離容器12，并通過第一真空泵17從第一進氣口 5回流進入環(huán)流式氧化容器4中繼續(xù)被氧化；易于透過氣體分離膜組件的硫化氫、二氧化碳作為滲透氣透過所述的氣體分離膜，通過第三出氣口 16和第三進氣口 19進入固液分離容器20中并向上流動，通過第一氣體導流孔23進入氣體導流容器30中并向下流動，穿過第二氣體導流孔24進入升流式再生容器27并向上流動；硝酸鹽從第二進水口 28進入所述的升流式再生容器27中并向下流動，懸浮在所述的升流式再生容器27中的脫氮硫桿菌利用硝酸鹽將硫化氫氧化為硫酸鹽，同時，硝酸鹽被還原為氮氣；氮氣和二氧化碳從升流式再生容器27的頂部的排氣口 29排出；多余的污泥從第二排泥口 26排出；含有硫化氫的氧化產(chǎn)物硫酸鹽和脫氮硫桿菌的液體從底部的連通口 25進入所述的固液分離容器20 ;固液分離容器20內(nèi)設置的膜組件21將含有硫酸鹽的液體和脫氮硫桿菌分離；含硫酸鹽的液體從固液分離容器20的出水口 22經(jīng)過循環(huán)泵31從第一進水口 5輸入環(huán)流式氧化容器4的固定式反應區(qū)2內(nèi)，作為再生的氧化劑繼續(xù)氧化甲烷；處理后的水從排水口 32排出。
[0046]所述的升流式再生容器27高于固液分離容器20，固液分離容器20的膜出水靠膜組件21上方的重力水頭驅動連續(xù)出水，降低運行能耗；脫氮硫桿菌被截留在固液分離容器20內(nèi)；從第三進氣口 19進入固液分離20的含硫化氫、二氧化碳的滲透氣一方面沖刷膜表面，使污泥或脫氮硫桿菌不能附著在膜表面，防止膜污染，另一方面推動水流，使含脫氮硫桿菌的液體通過第一氣體導流孔23和第二氣體導流孔24回流至升流式再生容器27，避免脫氮硫桿菌的流失。
[0047]室溫條件下，利用上述組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備進行含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理。
[0048]在環(huán)流式氧化容器4的固定式反應區(qū)2內(nèi)部安裝的承托填料的帶有多個孔的氣體分布板33上裝有活性炭填料3，且甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌附著在所述的填料上；在由第一容器構成的環(huán)流式氧化區(qū)的懸浮式反應區(qū)內(nèi)甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌懸浮在溶液中，甲烷氧化菌的含量為5.0X 104CFU/ml，硫酸鹽還原菌的含量為1.0 X 108CFU/ml ;在升流式再生容器27內(nèi)裝載有含有脫氮硫桿菌的懸浮水溶液，脫氮硫桿菌的含量為1.0X IO6CFU/ml。氣體膜選擇分離容器12中安裝有2個氣體分離膜組件13，氣體分離膜為平板膜，膜材料為聚酰亞胺。固液分離容器20內(nèi)設置膜組件21，膜組件為中空纖維膜，膜材料為聚丙烯。
[0049] 含有31%甲烷的廢氣，從第一進氣口 I進入組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備中，含有267mg/L硫酸鹽的廢水從第一進水口 5進入組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理中，含有35mg/L硝酸鹽的廢水從第二進水口 28進入組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備中，停留時間為12小時,廢氣中甲烷的去除率達到99%，廢水中硫酸鹽的去除率91%，硝酸鹽的去除率80%。
[0050]實施例2.[0051]請參見圖1。組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備，其長、寬、高分別為4.0m,2.50m、l.50m。設備結構及對廢氣、廢水的處理方法同實施例1。
[0052]室溫條件下，利用上述設備對含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理。環(huán)流式氧化容器4的固定式反應區(qū)2中裝有填料3，填料3為樹皮，填料3上附著有甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌，在環(huán)流式氧化容器4的懸浮式反應區(qū)9內(nèi)甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌懸浮在溶液中，甲烷氧化菌的含量為1.0X 106CFU/ml，硫酸鹽還原菌的含量為5.0 X 109CFU/ml ;升流式再生容器中裝載有含有脫氮硫桿菌的懸浮水溶液，脫氮硫桿菌的含量為1.0X IO7CFU/ml。氣體膜選擇分離容器12中安裝有3個氣體分離膜組件13，氣體分離膜為卷式膜，膜材料為聚砜。固液分離容器20內(nèi)設置膜組件21，膜組件為平板膜，膜材料為聚丙烯。
[0053]含有53%甲烷的廢氣，從第一進氣口 I進入組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備中，含有300mg/L硫酸鹽的廢水從第一進水口 5連續(xù)進入組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理中，含有125mg/L硝酸鹽的廢水從第二進水口 28進入組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理中，停留時間為I天，甲烷、硫酸鹽和硝酸鹽的去除率分別達到90.2%，91%和79.6%。
[0054]實施例3.[0055]請參見圖1。組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備，其 長、寬、高分別為4.5m,3.5m、l.8m。設備結構及對廢氣處理方法同實施例1。
[0056]室溫條件下，利用上述設備對含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理。環(huán)流式氧化容器4的固定式反應區(qū)2中裝有填料3，填料3為樹脂泡沫和塑料球的混合物，填料3上附著有甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌，在環(huán)流式氧化容器4的懸浮式反應區(qū)9內(nèi)甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌懸浮在溶液中，甲烷氧化菌的含量為1.0X109CFU/ml，硫酸鹽還原菌的含量為1.0X101(lCFU/ml ;升流式再生容器中裝載有含有脫氮硫桿菌的懸浮水溶液，脫氮硫桿菌的含量為1.0X 101(lCFU/ml。氣體分離膜選擇分離容器12中安裝有3個氣體分離膜組件13，氣體分離膜為中空纖維膜，膜材料為聚酰亞胺。固液分離容器20內(nèi)設置膜組件21，膜組件為平板膜，膜材料為聚砜。
[0057]含有60%甲烷的廢氣，從第一進氣口 I進入組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備中，含有1200mg/L硫酸鹽的廢水從第一進水口 5連續(xù)進入組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理中，含有800mg/L硝酸鹽的廢水從第二進水口 28進入組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理中，停留時間為1.5天，甲烷、硫酸鹽和硝酸鹽的去除率分別達到82%，81%和70%。
[0058]實施例4.[0059]請參見圖1。組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備，其長、寬、高分別為6.5m、4.5m,2.0m。設備結構及對廢氣處理方法同實施例1。
[0060]室溫條件下，利用上述設備對含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理。環(huán)流式氧化容器4的固定式反應區(qū)2中裝有填料3，填料3為礫石和陶粒的混合物，填料3上附著有甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌，在環(huán)流式氧化容器4的懸浮式反應區(qū)9內(nèi)甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌懸浮在溶液中，甲烷氧化菌的含量為5.0X101(lCFU/ml，硫酸鹽還原菌的含量為
1.0X 10nCFU/ml ;升流式再生容器中裝載有含有脫氮硫桿菌的懸浮水溶液，脫氮硫桿菌的含量為1.0X 10nCFU/ml。氣體膜選擇分離容器12中安裝有4個氣體膜組件13，氣體膜組件13的氣體分離膜為平板膜，膜材料為聚二甲基硅氧烷。固液分離容器20內(nèi)設置膜組件21，膜組件為中空纖維膜，膜材料為聚丙烯。
[0061]含有65%甲烷的廢氣，從第一進氣口 I進入組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備中，含有1800mg/L硫酸鹽的廢水從第一進水口 5連續(xù)進入組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理中，含有1500mg/L硝酸鹽的廢水從第二進水口 28進入組合式含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理中，停留時間為2天，甲烷、硫酸鹽 和硝酸鹽的去除率分別達到75%，80%和70%。
【權利要求】
1.甲烷與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備，包括環(huán)流式氧化容器、氣體膜選擇分離容器、升流式再生容器、固液分離容器和氣體導流容器；其特征是， 所述的環(huán)流式氧化容器的內(nèi)部安裝有隔板將環(huán)流式氧化容器分成固定式反應區(qū)和懸浮式反應區(qū)，固定式反應區(qū)與懸浮式反應區(qū)通過設置在隔板兩端的第一液體導流口和第二液體導流口相連通，液體在固定式反應區(qū)內(nèi)向下流動，在懸浮式反應區(qū)內(nèi)向上流動；所述的固定式反應區(qū)內(nèi)部安裝有帶有多個孔的氣體分布板，氣體分布板上裝填有填料，且填料在第一液體導流口和第二液體導流口之間；固定式反應區(qū)的頂部開有第一出氣口，底部開有第一排泥口 ；固定式反應區(qū)外側壁上端開有第一進水口，下端開有第一進氣口，且第一進水口高于第一液體導流口，第一進氣口高于第二液體導流口 ；第二液體導流口高于第一排泥口 ；所述的懸浮式反應區(qū)的底部開有排水口； 所述的氣體膜選擇分離容 器的底部設置第二出氣口，一側壁上設置第二進氣口，另一側壁上設置第三出氣口，所述第二進氣口與第一出氣口相連通；氣體膜選擇分離容器的內(nèi)部安裝有多個氣體分離膜組件，多個氣體分離膜組件之間通過管道相連通，且每一個氣體分離膜組件的底部通過各自的管道與一總管道相連通，多個氣體分離膜組件的一端通過管道與第二進氣口連通，另一端通過管道與第三出氣口相連通；總管道與第二出氣口相連通，第二出氣口與第一進氣口連通，且第二出氣口與第一進氣口之間設置第一真空泵； 所述的固液分離容器內(nèi)部裝有膜組件，固液分離容器一側壁上端設置出水口，下端設置第三進氣口，所述出水口通過管道及循環(huán)泵與第一進水口連通，第三進氣口與第三出氣口相連通；且第三進氣口與第三出氣口之間設有第二真空泵； 所述的升流式再生容器的底部設有第二排泥口，頂部設有排氣口，一側壁的上端設有第二進水口 ；另一側壁下端通過連通口與固液分離容器相連通，液體在所述的升流式再生容器內(nèi)向上流動； 所述的氣體導流容器在升流式再生容器與固液分離容器之間，氣體導流容器一側壁的上端設有第一氣體導流孔與固液分離容器相連通；另一側壁的下端設有第二氣體導流孔與所述的升流式再生容器相連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的甲烷與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備，其特征是:所述的第一進氣口低于氣體分布板，且高于第二液體導流口。
3.根據(jù)權利要求1所述的甲烷與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備，其特征是:所述第一進水口高于第一液體導流口。
4.根據(jù)權利要求1所述的甲烷與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備，其特征是:連通口低于第二氣體導流孔。
5.一種利用權利要求1~4中任意一項所述的甲烷與含硫含氮廢水協(xié)同處理的膜生物處理設備進行含甲烷廢氣與含硫含氮廢水協(xié)同處理的方法:其特征是:環(huán)流式氧化容器的固定式反應區(qū)的填料上附著有甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌，懸浮式反應區(qū)內(nèi)甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌懸浮在溶液中；升流式再生容器內(nèi)裝載有含有脫氮硫桿菌的懸浮水溶液； 含硫酸鹽的廢水從第一進水口進入環(huán)流式氧化容器中的固定式反應區(qū)并向下流動，穿過所述的填料，經(jīng)過第二液體導流口進入懸浮式反應區(qū)并向上流動，再通過第一液體導流口回流至固定式反應區(qū)，從而使液體在環(huán)流式氧化容器內(nèi)的兩個反應區(qū)內(nèi)環(huán)流流動；同時，附著在所述的填料上或懸浮在懸浮式反應區(qū)溶液中的硫酸鹽還原菌將硫酸鹽還原為S2_ ；甲烷從第一進氣口進入環(huán)流式氧化容器中并向上流動，附著在所述的填料上的甲烷氧化菌利用溶液中的硫酸鹽將甲烷氧化為二氧化碳；一部分甲烷從下部的第二液體導流口進入所述的環(huán)流式氧化容器中的懸浮式反應區(qū)并向上流動，提升懸浮式反應區(qū)內(nèi)的液體促進環(huán)流流動的同時被懸浮的甲烷氧化菌氧化；硫酸鹽的還原產(chǎn)物硫化氫與未及時被氧化的甲烷從第一出氣口排出，經(jīng)第二進氣口進入氣體分離膜組件內(nèi)，難于透過氣體分離膜的甲烷作為滲余氣，通過連通第二出氣口的總管道流出氣體膜選擇分離容器，并通過第一真空泵從第一進氣口回流進入環(huán)流式氧化容器中繼續(xù)被氧化；易于透過氣體分離膜組件的硫化氫、二氧化碳作為滲透氣透過所述的氣體分離膜，通過第三出氣口和第三進氣口進入固液分離容器中并向上流動，通過第一氣體導流孔進入氣體導流容器中并向下流動，穿過第二氣體導流孔進入升流式再生容器并向上流動；硝酸鹽廢水從第二進水口進入所述的升流式再生容器中并向下流動，懸浮在所述的升流式再生容器中的脫氮硫桿菌利用硝酸鹽將硫化氫氧化為硫酸鹽，同時，硝酸鹽被還原為氮氣；氮氣和二氧化碳從升流式再生容器的頂部的排氣口排出；多余的污泥從第二排泥口排出；含有硫化氫的氧化產(chǎn)物硫酸鹽和脫氮硫桿菌的液體從底部的連通口進入所述的固液分離容器；固液分離容器內(nèi)設置的膜組件將含有硫酸鹽的液體和脫氮硫桿菌分離；含硫酸鹽的液體從固液分離容器的出水口經(jīng)過循環(huán)泵從第一進水口輸入環(huán)流式氧化容器的固定式反應區(qū)內(nèi)，作為再生的氧化劑繼續(xù)氧化甲烷；處理后的水從排水口排出。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法:其特征是:所述的升流式再生容器高于固液分離容器，固液分離容器的膜出水靠膜組件上方的重力水頭驅動連續(xù)出水，降低運行能耗；脫氮硫桿菌被截留在固液分離容器內(nèi)；從第三進氣口進入固液分離容器的含硫化氫的滲透氣一方面沖刷膜表面，使污泥或脫氮硫桿菌不能附著在膜表面，防止膜污染，另一方面推動水流，使含脫氮硫桿菌的液體通過第一氣體導流孔和第二氣體導流孔回流至升流式再生容器，避免脫氮硫桿菌的流失。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法:其特征是:所述的氣體選擇分離膜組件中的氣體分離膜為卷式膜，中空纖維膜或平板膜，膜材料為聚酰亞胺、聚砜或聚二甲基硅氧烷。
8.根據(jù)權利要求5所述的方法:其特征是:所述的填料為輕質多孔的天然材料或合成材料。
9.根據(jù)權利要求5所述的方法:其特征是:所述的含有甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌的懸浮水溶液中的甲烷氧化菌的含量為5.0 X IO3~1.0X10nCFU/ml，硫酸鹽還原菌的含量為 5.0 X IO5 ~1.0 X 10nCFU/ml。
10.根據(jù)權利要求5所述的方法:其特征是:所述的含有脫氮硫桿菌的懸浮水溶液中的脫氮硫桿菌的含量為1.0X IO5~1.0X 10nCFU/ml。
【文檔編號】B01D53/52GK103979732SQ201410195422
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權日:2014年5月9日
【發(fā)明者】李琳, 席婧茹, 劉俊新 申請人:中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心