[发明专利]新型膜曝气厌氧颗粒污泥反应器及其高效脱氮与温室气体减排方法

权利要求书

1.新型膜曝气厌氧颗粒污泥床反应器，其特征在于，它包括进水泵(2)、反应器主体(3)、膜组件(4)、循环泵(5)、气体压力调节阀(7)和高压气瓶(8)；

所述的反应器主体(3)顶部为圆柱形，所述的反应器主体(3)顶部直径大于反应器主体(3)中部直径，反应器主体(3)顶部与反应器主体(3)中部连接处的为圆台形，反应器主体(3)底部为圆锥形；

反应器主体(3)的底部设有底部进水口(12)，反应器主体(3)的顶部设有出水口(6)，反应器主体(3)的中部侧壁上设有中间出气口(9)；

所述膜组件(4)设有进气口(10)、出气口(11)，反应器主体(3)的中间出气口(9)与膜组件(4)的进气口(10)连通；

膜组件(4)的出气口(11)与反应器主体(3)的底部进水口(12)通过循环泵(5)连通，进水口(1)与反应器主体(3)的底部进水口(12)通过进水泵(2)连通，高压气瓶(8)输出高压气体进入膜组件(4)，高压气瓶(8)与膜组件(4)之间设有气体压力调节阀(7)。

2.根据权利要求1所述的新型膜曝气厌氧颗粒污泥床反应器，其特征在于，所述的高压气瓶(8)中的气体是是95％甲烷和5％二氧化碳的高压混合气体。

3.一种利用如权利要求1所述的新型膜曝气厌氧颗粒污泥床反应器的高效脱氮与温室气体减排方法，包括以下步骤：

(a)新型膜曝气厌氧颗粒污泥反应器的接种，将经过富集培养的含有反硝化厌氧甲烷氧化细菌、反硝化厌氧甲烷氧化古细菌以及厌氧氨氧化功能微生物的絮状污泥与厌氧颗粒污泥投放至反应器内部，新型膜曝气厌氧颗粒污泥反应器中通过加入与新型膜曝气厌氧颗粒污泥反应器容积成比例的硝酸盐浓缩液和氨盐浓缩液来调节反应器内硝酸盐和氨盐的浓度，1ml的硝酸盐和氨盐浓缩液使反应器内硝酸盐和氨盐浓度分别提高25mg-N/L；95％甲烷和5％二氧化碳的高压混合气体通过气体压力调节阀(7)控制压力，并连接到膜曝气装置,所述高压混合气体通过膜组件(4)迅速溶解到厌氧颗粒污泥反应器液相中，为反硝化厌氧甲烷氧化菌提供生长底物；

(b)颗粒污泥中的反硝化厌氧甲烷氧化古菌利用膜曝气产生的溶解性甲烷为电子供体将硝酸盐还原为亚硝酸盐，供颗粒污泥中的厌氧氨氧化和反硝化厌氧甲烷氧化细菌利用；反硝化厌氧甲烷氧化细菌利用亚硝酸盐，以甲烷为还原剂，将亚硝酸盐还原成氮气；厌氧氨氧化微生物利用铵盐和亚硝酸盐，生成硝酸盐和氮气；厌氧氨氧化过程中产生的硝酸盐反之又可以被反硝化厌氧甲烷氧化古菌利用；

(c)新型膜曝气厌氧颗粒污泥反应器的运行温度为30-32℃,pH值维持在7.3-7.5,控制新型膜曝气厌氧颗粒污泥反应器内的气体压力为0.02-0.1Mpa,每天从新型膜曝气厌氧颗粒污泥反应器中取液相样品,根据该样品检测获得新型膜曝气厌氧颗粒污泥反应器内硝酸盐氮和氨盐氮的浓度,当硝酸盐氮的浓度低于100mg-N/L时,向反应器内加入硝酸盐和铵盐浓缩物,使反应器内的硝酸盐氮的浓度恢复到300mg-N/L以上；

(d)新型膜曝气厌氧颗粒污泥反应器运行50天后,反硝化厌氧甲烷氧化菌和厌氧氨氧化菌逐渐成为系统内的优势菌种，实现富集,但新型膜曝气厌氧颗粒污泥反应器内功能微生物主要以絮状污泥形式存在,此时，硝酸盐氮的消耗速率可以达到大约90mg-N/L/day和氨氮的消耗速率60mg-N/L/day；溶解性甲烷的去除效果可以达到42mg/L/day；

(e)反应器运行100天后，富含反硝化厌氧甲烷氧化菌和厌氧氨氧化菌的污泥逐渐开始颗粒化，新型膜曝气厌氧颗粒污泥反应器内明显出现形状规则的污泥，形状多成圆形或椭圆形，粒径在500-1000μm；此时，硝酸盐氮的消耗速率可以达到大约240mg-N/L/day和氨氮的消耗速率200mg-N/L/day；溶解性甲烷的去除效果可以达到约95mg/L/day；

(f)继续运行100天后，污泥粒径变大，颗粒污泥已经形成，污泥粒径在800-2000μm，硝酸盐氮和氨氮的消耗速率显著增加，最终硝酸盐氮消耗速率达到400mg-N/L/day以上，氨氮消耗速率达到300mg-N/L/day以上,对于水中溶解性甲烷的去除效果可以达到约170mg/L/day以上，而且新型膜曝气厌氧颗粒污泥反应器对于硝酸盐和铵盐的负载能力得到加强，硝酸盐的耐受浓度可以达到800mg-N/L以上，铵盐的耐受浓度可以达到800mg-N/L以上。