[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

说明书

技术领域

本发明涉及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，属于污水处理技术领域。

背景技术

温室气体的持续排放引起全球气候变暖，导致冰川融化、海平面上升和极端天气频发等一系列环境问题，将对人类和生态系统造成严重、普遍和不可逆转影响，甲烷是全球第二大温室气体，其温室效应是CO₂的28倍，对大气辐射强度贡献超过18％，对气候变化的影响比二氧化碳更为显著。水处理技术中的厌氧技术因为有着低能耗、低污泥产量并产生甲烷作为可利用能源的优势而在世界范围被广泛应用。但是传统厌氧工艺所产生的甲烷往往大量的存在于污水处理的出水中，从出水中释放的大气中，从而引起温室效应。目前，污水处理厂已经成为全球范围内甲烷的重要排放源之一。

厌氧氨氧化Anammox和反硝化厌氧甲烷氧化DAMO是生物氮循环领域的最新发现，DAMO微生物包括DAMO细菌和DAMO古菌，两者都是以甲烷为电子供体的自养微生物，DAMO古菌将硝酸盐转化成亚硝酸盐，DAMO细菌将亚硝酸盐还原成氮气。Anammox微生物可以利用亚硝酸盐和铵盐生成氮气和硝酸盐。因此，DAMO微生物和Anammox微生物的耦合一方面为高效同步脱氮和去除甲烷提供了新选择，另一方面也是碳氮循环的关键环节，为甲烷的减排与氮素污染的处理提供了新的思路和选择。

然而，反硝化厌氧甲烷氧化DAMO和厌氧氨氧化Anammox微生物生长十分缓慢，有着长达11至30天的倍增时间，生物量积累耗时长，而且现有研究中，反硝化厌氧甲烷氧化DAMO和厌氧氨氧化Anammox微生物多以絮状污泥形式存在，沉降效果差，功能微生物易流失，从而难以得到实际应用。

此外，反硝化厌氧甲烷氧化DAMO微生物的生长以甲烷作为碳源，而甲烷在水中的溶解度低于常温常压下22mg/L时，难以保证充足的甲烷供反硝化厌氧甲烷氧化DAMO微生物生长并进行反硝化脱氮作用，气液传质速率低，导致细胞生长缓慢、生物合成速率慢，极大限制反硝化厌氧甲烷氧化DAMO微生物的大规模应用。

发明内容

本发明所述的新型膜曝气厌氧颗粒污泥反应器为了解决气体物质在水溶液中的溶解度很低，气液传质阻力大且传质速率低的问题；本发明所述的高效脱氮与温室气体减排方法为了解决传统厌氧工艺为达到高效脱氮的目的需要大量的外加碳源，增加成本，产生大量的甲烷气体排放至大气中造成的温室效应的问题。

为了实现上述目的，本发明新型膜曝气厌氧颗粒污泥反应器采用的技术方案是这样实现的：

新型膜曝气厌氧颗粒污泥反应器，所述的反应器包括进水泵，反应器主体，膜组件，循环泵，高压气瓶；

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

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

所述膜组件设有进气口、出气口，反应器主体的中间出气口与膜组件的进气口连通；

膜组件的出气口与反应器主体的底部进水口通过循环泵连通，进水口与反应器主体的底部进水口通过进水泵连通，高压气瓶输出高压气体进入膜组件，高压气瓶与膜组件之间设有气体压力调节阀。

进一步限定，所述的高压气瓶中的气体是95％甲烷和5％二氧化碳的高压混合气体。

一种利用如新型膜曝气厌氧颗粒污泥反应器所述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；