[发明专利]强化兼性氧化塘脱氮的好氧甲烷氧化反硝化装置及其工艺

说明书

本发明公开了一种强化兼性氧化塘脱氮的好氧甲烷氧化反硝化装置及其工艺。该好氧甲烷氧化反硝化装置由好氧甲烷氧化反硝化复合组件和供气系统两部分组成。其中，好氧甲烷氧化反硝化复合组件的顶部与底部设有网状结构的平板，平板间均匀设置填料、起支撑作用的支撑柱与中空纤维膜束，而供气系统主要向中空纤维膜束提供甲烷和氧气。工作时，只需要将若干好氧甲烷氧化反硝化复合组件串联或并联铺设在兼性氧化塘底部并持续供气即可强化兼性氧化塘的脱氮效能。本发明以好氧甲烷氧化反硝化过程为核心，通过将中空纤维膜和填料组合而成的复合组件投入兼性氧化塘底部来快速实现对现有氧化塘的改造与功能强化，成本较低，简单易行。

技术领域

本发明涉及反硝化脱氮的技术领域，特别涉及一种强化兼性氧化塘脱氮的好氧甲烷氧化反硝化装置及其工艺。

背景技术

畜禽废水污染负荷高，水质波动大，若处理不当会对周围生态环境造成严重影响。目前，畜禽废水处理的主流工艺为“厌氧发酵-好氧处理-氧化塘”，其中氮素的去除主要依靠硝化-反硝化过程，而反硝化过程又是其中的限制性步骤。所谓反硝化过程，就是以硝酸盐为电子受体，有机物为电子供体，将硝酸盐还原为氧化亚氮或氮气的过程。然而，在处理畜禽废水时往往会由于碳氮比失衡导致反硝化碳源不足，使得流入氧化塘的畜禽尾水仍残留较高浓度的硝态氮。

根据氧化塘内占优势的微生物类型及相应生化反应的不同，可将氧化塘分为好氧塘、兼性塘与厌氧塘。其中，兼性塘是最常见的一种氧化塘类型，塘深较深(1.2～2.5m)，一般作为畜禽尾水前级处理塘，因此其处理效果的好坏直接影响后续单元。这意味着，较高的硝酸盐浓度进水要求兼性塘拥有更高的污染物去除负荷。为保证系统的处理效果，对兼性塘进行提升改造是一个较为稳妥的方法。但鉴于改造原有兼性塘结构或增设新的处理单元成本较高，且氧化塘进水的反硝化碳源不充足，亟需寻找一种简单易行、低成本的兼性氧化塘升级改造方法。

好氧甲烷氧化反硝化(aerobic methane oxidation coupled todenitrification)是利用好氧甲烷氧化菌与反硝化菌的协作实现反硝化脱氮，即在好氧条件下好氧甲烷氧化菌将甲烷氧化为可溶性有机物并分泌给周围的反硝化菌，随后反硝化菌再利用这些碳源进行反硝化过程，其理论反应方程式如方程式(1)所示。该技术可以间接地将甲烷作为反硝化过程的电子供体，并且好氧甲烷氧化菌倍增时间短，易于培养，是解决畜禽废水等低碳比废水脱氮问题的一种富有潜力的技术。但是，甲烷传质阻力大、实际用于反硝化的甲烷比例低是制约该技术大规模推广应用的瓶颈。

CH₄+1.1O₂+0.72NO₃^-+0.72H⁺→0.36N₂+CO₂+2.36H₂O (1)

发明内容

基于此，本发明为寻找一种简单易行、低成本的畜禽养殖业兼性氧化塘的升级改造方法，提供一种强化畜禽尾水兼性氧化塘脱氮的好氧甲烷氧化反硝化装置及其工艺。

本发明采用的具体技术方案是：

强化畜禽尾水兼性氧化塘脱氮的好氧甲烷氧化反硝化装置，其包括：好氧甲烷氧化反硝化复合组件和供气系统；好氧甲烷氧化反硝化复合组件的顶部与底部均设有网状结构的平板，上下两块平板通过支撑柱支撑，上下两块平板间分布式均匀铺设有填料和中空纤维膜束，其中填料一端垂直固定在平板上，另一端不做固定，中空纤维膜束与网状结构平板平行放置，一端与布气管相连，另一端固定并封死；所述供气系统分为两条支路，一路为甲烷供给管路，由顺次相连的厌氧发酵装置、脱硫塔、甲烷气体储存罐和鼓风机组成，另一路为空气供给管路；两条支路并接后，通过布气管与好氧甲烷氧化反硝化复合组件相连，用于向中空纤维膜束中供给甲烷与氧气。

作为优选，所述供气系统的两条支路上均设有压力表与压力调节阀。