本发明涉及污水生物脱氮技术领域，具体是强化含盐废水反硝化脱氮效果耦合膜污染控制装置及方法。
背景技术：
随着我国经济社会的快速发展和人们生产生活的需要，生活污水和工业废水的排放量不断提高，大量硝酸盐在水体环境中积累。盐度是废水行业中的一项重要指标，盐度增加会对废水处理系统中的微生物群落施加压力，导致微生物代谢速率降低，甚至造成死亡，直接影响废水的处理效果。
膜生物反应器(mbr)良好的固液分离性能，一方面能够保证出水水质的稳定，另一方面使生物量得以完全保留，有利于微生物群落较快的适应含盐废水环境，有效提高系统的脱氮性能，因此该工艺在强化含盐废水反硝化脱氮效果方面极具竞争力。
但高盐废水往往会抑制反硝化菌的活性，造成脱氮效果不理想；同时高盐胁迫下易引起污泥絮体的崩溃，导致膜污染的持续恶化。因此在含盐废水中，如何实现硝态氮的高效去除，有效减缓膜组件污染并降低运行成本，迫切需要进行研究。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供强化含盐废水反硝化脱氮效果耦合膜污染控制装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
强化含盐废水反硝化脱氮效果耦合膜污染控制装置，包括：反应器、配水箱、高位水箱、fbr池、mbr池、产水/反洗箱、曝气系统和plc控制系统，所述反应器被穿孔隔板分隔成fbr池与mbr池，fbr池进口处设有浮球阀，fbr池的内腔装有固定式载体，fbr池的侧壁设有加热棒和ph/do值探头；mbr池内装有mbr膜组件，mbr池底部设置穿孔曝气管；曝气泵通过管路连接气体流量计和穿孔曝气管；进水泵将配水箱中的原水输送至高位水箱，再通过浮球阀进入fbr池；mbr膜组件的顶端设有三通接口，三通接口一端通过产水泵连接产水/反洗箱，另一端通过反洗泵连接产水/反洗箱。
所述fbr池有效容积为42l，mbr池有效容积21.6l，fbr池和mbr池的体积比为2：1，fbr池3和mbr池4均为有机玻璃制成的长方体结构，反应器的长×宽×高为53cm×30cm×54cm；所述高位水箱设有进水口、出水口和溢流口，所述进水泵为单向泵，方向由配水箱至高位水箱；所述产水/反洗箱设有进水口、反洗口和溢流口，所述产水泵和反洗泵均为双向泵，在mbr膜组件的产水管路上设有压差计，ph/do值探头连接wtw水质分析仪；所述wtw水质监测仪、压差计、加热棒、进水泵、曝气泵、产水泵和反洗泵均与plc控制装置相连。
强化含盐废水反硝化脱氮效果耦合膜污染的控制方法，采用上述装置，包括挂膜阶段和运行阶段。
其中，挂膜阶段：将接种活性污泥和污水均匀混合后倒入反应器内，静置24h，使污泥与填料充分接触；启动装置，间歇进水至充满整个反应器，然后将反应器中的泥水混合物排空；连续进水，并逐渐缩短水力停留时间，待填料孔隙和表面形成2mm左右厚度的灰黑色生物膜时认为挂膜成功，进入运行阶段；
运行阶段：采用连续恒通量的运行方式，进水为人工合成废水，反应器内温度保持在27±2℃，ph为7.5-8.5，溶解氧do保持在缺氧状态(0.2-0.5mg/l)，水力停留时间hrt为8h；每天检测进、出水中硝态氮、氨氮、亚硝态氮及cod的浓度，并计算各指标的去除率；记录产水跨膜压差。
所述产水泵及反洗泵以10min为一个周期交替运行，产水泵在产水工况下运行9min后停止工作，反洗泵开启进行1min的反洗，一个周期结束。
作为本发明的优选方案：所述固定式载体由铁丝和聚氨酯海绵构成，固定式载体的长×宽×高为25cm×25cm×35cm。
作为本发明再进一步的优选方案：所述mbr膜组件为束状膜组件，其上部为集水部分，直径9cm，高12.5cm，下部为膜丝，膜丝长度15cm，有效过滤面积为0.5m2，材质为pvdf。
作为本发明再进一步的优选方案：所述配水箱、高位水箱、fbr池、mbr池和产水/反洗箱连接的管路材质均为pe软管。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过构建fbr-mbr装置，依靠载体生物膜降解和膜组件截留的双重作用强化含盐废水中反硝化脱氮效果。fbr工艺中的固定式载体对污泥絮体起到保护作用，避免高盐胁迫引起系统崩溃，实现硝态氮高效去除，同时对mbr膜污染的控制起到积极作用；此外，穿孔曝气管和在线水力反洗对膜表面起到冲刷作用，延长了膜组件的工作时间，降低运营维护成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中1-配水箱；2-高位水箱；3-fbr池；4-mbr池；5-产水/反洗箱；6-固定式载体；7-mbr膜组件；8-浮球阀；9-ph/do值探头；10-wtw水质监测仪；11-压差计；12-进水泵；13-曝气泵；14-气体流量计；15-穿孔曝气管；16-产水泵；17-反洗泵；18-加热棒；19-plc控制装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1，本发明实施例中，强化含盐废水反硝化脱氮效果耦合膜污染控制装置，包括：反应器、配水箱1、高位水箱2、fbr池3、mbr池4、产水/反洗箱5、曝气系统和plc控制系统19，所述反应器被穿孔隔板分隔成fbr池3与mbr池4，fbr池3进口处设有浮球阀8，fbr池3的内腔装有固定式载体6，fbr池3的侧壁设有加热棒12和ph/do值探头9；mbr池4内装有mbr膜组件7，mbr池4底部设置穿孔曝气管16；曝气泵14通过管路连接气体流量计15和穿孔曝气管16；进水泵13将配水箱1中的原水输送至高位水箱2，再通过浮球阀8进入fbr池3；mbr膜组件7的顶端设有三通接口，三通接口一端通过产水泵17连接产水/反洗箱5，另一端通过反洗泵18连接产水/反洗箱5。
其中，fbr池3有效容积为42l，mbr池4有效容积21.6l，fbr池3和mbr池4的体积比为2：1，fbr池3和mbr池4均为有机玻璃制成的长方体结构，反应器的长×宽×高为53cm×30cm×54cm；fbr池3侧壁设有加热棒12，以应对低温环境对微生物菌群的不利影响；ph/do值探头9通过连接wtw水质分析仪10对水质进行实时监测，通过投加缓冲溶液/间歇曝气调控反应器内的ph/do值。
所述高位水箱2设有进水口、出水口和溢流口，所述进水泵13为单向泵，方向由配水箱1至高位水箱2；所述产水/反洗箱5设有进水口、反洗口和溢流口，所述产水泵17和反洗泵18均为双向泵，在mbr膜组件7的产水管路上设有压差计11，当压差计11跨膜压差tmp达到50kpa时需要将mbr膜组件7从mbr池4中取出，进行离线清洗。
所述wtw水质监测仪10、压差计11、加热棒12、进水泵13、曝气泵14、产水泵17和反洗泵18均与plc控制装置19相连，通过设定参数实现fbr池3和mbr池4的自动化运行。
强化含盐废水反硝化脱氮效果耦合膜污染控制的装置，其脱氮处理方法如下：
挂膜阶段：将接种活性污泥和污水均匀混合后倒入反应器内，静置24h，使污泥与填料充分接触；启动装置，间歇进水至充满整个反应器，然后将反应器中的泥水混合物排空；连续进水，并逐渐缩短水力停留时间，待填料孔隙和表面形成2mm左右厚度的灰黑色生物膜时认为挂膜成功，进入下一阶段；
运行阶段：采用连续恒通量的运行方式，进水为人工合成废水，反应器内温度保持在27±2℃，ph为7.5-8.5，溶解氧do保持在缺氧状态(0.2-0.5mg/l)，水力停留时间hrt为8h；每天检测进、出水中硝态氮、氨氮、亚硝态氮及cod的浓度，并计算各指标的去除率；记录产水跨膜压差。
挂膜阶段中，人工废水主要成分为kno3、ch3coona，浓度分别保持在30±5mg/l和300±10mg/l。
挂膜阶段中，水力停留时间由最初12h逐步缩短至8h；反应器内温度保持在27±2℃，ph为7.5-8.5，溶解氧do控制在0.2-0.5mg/l。
运行阶段中，人工废水主要成分为kno3、ch3coona、nacl、微量元素ⅰ和ⅱ；kno3浓度为30±5mg/l，ch3coona浓度为120±10mg/l，碳氮比控制在4，nacl在不同运行阶段的浓度不同；微量元素ⅰ和ⅱ的投加量均为1ml/l。
所述产水泵17及反洗泵18以10min为一个周期交替运行，产水泵17在产水工况下运行9min后停止工作，反洗泵18开启进行1min的反洗，一个周期结束；所述mbr膜组件7运行时的产水通量为16l/(m2·h)，反洗通量为24l/(m2·h)。
实施例2：
在实施例1的基础之上，所述固定式载体6由铁丝和聚氨酯海绵构成，固定式载体6的长×宽×高为25cm×25cm×35cm，单个聚氨酯海绵规格为2.5cm×2.5cm×2.5cm，孔隙率为97-99％，密度和比表面积分别为0.91g/cm3和8000-10000m2/m3。
进一步的，所述mbr膜组件7为束状膜组件，其上部为集水部分，直径9cm，高12.5cm，下部为膜丝，膜丝长度15cm，有效过滤面积为0.5m2，材质为pvdf，完全浸没于mbr池4中。
所述配水箱1、高位水箱2、fbr池3、mbr池4和产水/反洗箱5连接的管路材质均为pe软管。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
技术特征：
1.强化含盐废水反硝化脱氮效果耦合膜污染控制装置，包括：反应器、配水箱(1)、高位水箱(2)、fbr池(3)、mbr池(4)、产水/反洗箱(5)、曝气系统和plc控制系统(19)，其特征在于，所述反应器被穿孔隔板分隔成fbr池(3)与mbr池(4)，fbr池(3)进口处设有浮球阀(8)，fbr池(3)的内腔装有固定式载体(6)，fbr池(3)的侧壁设有加热棒(12)和ph/do值探头(9)；mbr池(4)内装有mbr膜组件(7)，mbr池(4)底部设置穿孔曝气管(16)；曝气泵(14)通过管路连接气体流量计(15)和穿孔曝气管(16)；进水泵(13)将配水箱(1)中的原水输送至高位水箱(2)，再通过浮球阀(8)进入fbr池(3)；mbr膜组件(7)的顶端设有三通接口，三通接口一端通过产水泵(17)连接产水/反洗箱(5)，另一端通过反洗泵(18)连接产水/反洗箱(5)。
2.根据权利要求1所述的强化含盐废水反硝化脱氮效果耦合膜污染控制装置，其特征在于，所述fbr池(3)有效容积为42l，mbr池(4)有效容积21.6l，fbr池(3)和mbr池(4)的体积比为2:1，fbr池(3)和mbr池(4)均为有机玻璃制成的长方体结构，反应器的长×宽×高为53cm×30cm×54cm。
3.根据权利要求1所述的强化含盐废水反硝化脱氮效果耦合膜污染控制装置，其特征在于，所述高位水箱(2)设有进水口、出水口和溢流口，所述进水泵(13)为单向泵，方向由配水箱(1)至高位水箱(2)。
4.根据权利要求1所述的强化含盐废水反硝化脱氮效果耦合膜污染控制装置，其特征在于，所述产水/反洗箱(5)设有进水口、反洗口和溢流口，所述产水泵(17)和反洗泵(18)均为双向泵，在mbr膜组件(7)的产水管路上设有压差计(11)，ph/do值探头(9)连接wtw水质分析仪(10)。
5.根据权利要求4所述的强化含盐废水反硝化脱氮效果耦合膜污染控制装置及方法，其特征在于，所述wtw水质监测仪(10)、压差计(11)、加热棒(12)、进水泵(13)、曝气泵(14)、产水泵(17)和反洗泵(18)均与plc控制装置(19)相连。
6.根据权利要求1所述的强化含盐废水反硝化脱氮效果耦合膜污染控制装置，其特征在于，所述固定式载体(6)由铁丝和聚氨酯海绵构成，固定式载体(6)的长×宽×高为25cm×25cm×35cm。
7.根据权利要求1所述的强化含盐废水反硝化脱氮效果耦合膜污染控制装置，其特征在于，所述配水箱(1)、高位水箱(2)、fbr池(3)、mbr池(4)和产水/反洗箱(5)连接的管路材质均为pe软管。
8.根据权利要求1所述的强化含盐废水反硝化脱氮效果耦合膜污染控制装置，其特征在于，所述mbr膜组件(7)为束状膜组件，其上部为集水部分，直径9cm，高12.5cm，下部为膜丝，膜丝长度15cm，有效过滤面积为0.5m2，材质为pvdf。
9.强化含盐废水反硝化脱氮效果耦合膜污染的控制方法，采用权利要求1-4中任意一条权利要求所述的装置，其特征在于，包括挂膜阶段和运行阶段，挂膜阶段：将接种活性污泥和污水均匀混合后倒入反应器内，静置24h，使污泥与填料充分接触；启动装置，间歇进水至充满整个反应器，然后将反应器中的泥水混合物排空；连续进水，并逐渐缩短水力停留时间，待填料孔隙和表面形成2mm左右厚度的灰黑色生物膜时认为挂膜成功，进入运行阶段；运行阶段：采用连续恒通量的运行方式，进水为人工合成废水，反应器内温度保持在27±2℃，ph为7.5-8.5，溶解氧do保持在缺氧状态，水力停留时间hrt为8h；每天检测进、出水中硝态氮、氨氮、亚硝态氮及cod的浓度，并计算各指标的去除率；记录产水跨膜压差。
10.根据权利要求9所述的强化含盐废水反硝化脱氮效果耦合膜污染的控制方法，其特征在于，所述产水泵(17)及反洗泵(18)以10min为一个周期交替运行，产水泵(17)在产水工况下运行9min后停止工作，反洗泵18开启进行1min的反洗，一个周期结束。
技术总结
本发明公开了强化含盐废水反硝化脱氮效果耦合膜污染控制装置，包括：反应器、配水箱、高位水箱、FBR池、MBR池、产水/反洗箱、曝气系统和PLC控制系统，所述反应器被穿孔隔板分隔成FBR池与MBR池，FBR池进口处设有浮球阀，FBR池的内腔装有固定式载体，FBR池的侧壁设有加热棒和pH/DO值探头；MBR池内装有MBR膜组件，MBR池底部设置穿孔曝气管；曝气泵通过管路连接气体流量计和穿孔曝气管；通过构建FBR‑MBR装置，依靠载体生物膜降解和膜组件截留的双重作用强化含盐废水中反硝化脱氮效果。FBR工艺中的固定式载体对污泥絮体起到保护作用，避免高盐胁迫引起系统崩溃，实现硝态氮高效去除，同时对MBR膜污染的控制起到积极作用。
技术开发人、权利持有人：王朝朝;殷春雨;李思敏;张炜;唐锋兵;金鑫;高鹏
