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一种污同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧化系统及方法

阅读:2发布:2020-07-22

专利汇可以提供一种污同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧化系统及方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种污 水 同步短程反硝化-部分亚硝化-厌 氧 氨 氧化系统,其中的反应器从下至上通过隔板分隔成以下连通的区域:短程反硝化区、部分亚硝化-厌氧氨氧化区和三相分离区;污水和含硝态氮的回流液进入短程反硝化区,通过短程反硝化菌将硝态氮还原为亚硝态氮同时去除有机质;含有氨氮和亚硝态氮的水通过部分亚硝化-厌氧氨氧化区,部分氨氮通过氨氧化菌氧化为亚硝态氮,同时剩余的氨氮和亚硝态氮通过厌氧氨氧化菌进行脱氮,它与短程反硝化区之间设有第一隔板;三相分离区用于对处理后的产物进行分离,它与部分亚硝化-厌氧氨氧化区之间设有第二隔板;三相分离区设置三相分离器,三相分离后的回流液经回流口 泵 至短程反硝化区。,下面是一种污同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧化系统及方法专利的具体信息内容。

1.一种污同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧化系统,其特征在于,它包括反应器,所述反应器从下至上通过隔板分隔成三个连通的区域,依次为短程反硝化区、部分亚硝化-厌氧氨氧化区和三相分离区;
所述短程反硝化区连接进水口,用于将污水中的硝态氮经短程反硝化菌还原为亚硝态氮同时去除污水中的有机质;
所述部分亚硝化-厌氧氨氧化区用于将经过短程反硝化区处理后的进水中的一部分氨氮通过氨氧化菌氧化为亚硝态氮,同时将剩余的氨氮和亚硝态氮通过厌氧氨氧化转化为N2并生成硝态氮,它与短程反硝化区之间设有第一隔板(5);
所述三相分离区用于对经部分亚硝化-厌氧氨氧化区处理后的产物进行分离,它与部分亚硝化-厌氧氨氧化区之间设有第二隔板(26);
所述三相分离区设置三相分离器(10),三相分离后的回流液经回流口(13)至短程反硝化区。
2.如权利要求1所述的污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化系统,其特征在于,
所述部分亚硝化-厌氧氨氧化区内设置有曝气装置,所述曝气装置包括曝气盘(6)和通过进气管路与进气管路上的流量计(17)连接的空气压缩机(18),所述曝气盘设置于部分亚硝化-厌氧氨氧化区的底部。
3.如权利要求1所述的污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化系统,其特征在于,
还包括恒温水浴槽(24)和设置在所述反应器外部恒温水浴层,所述反应器外部恒温水浴层的进水口与出水口通过水浴循环泵(23)和水管与恒温水浴槽(24)相连通,形成水浴循环,为反应器提供恒定温度
4.如权利要求1所述的污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化系统,其特征在于,
还包括原水水箱(1),所述原水水箱(1)用于盛装污水原水,经进水泵(2)连通至所述短程反硝化区底部的进水口(3);
所述三相分离器(10)的回流口(13)流出的回流液经回流泵(22)连通至短程反硝化区底部的进水口(3);
所述三相分离器(10)还包括排气管(16)和出水口(14),排气管(16)用于分离后气体的排出;出水口(14)用于排出分离后经过溢流槽(15)的出水。
5.如权利要求2或4所述的污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化系统,其特征在于,
还包括PLC自动控制装置,所述PLC自动控制装置包括PLC控制器、水质多参数通用控制器(20)、触摸屏(21)和在线电极
所述PCL控制器连接进水泵(2)、回流泵(22)、流量计(17)、触摸屏(21)和水质多参数通用控制器(20),所述PLC控制器通过水质多参数通用控制器(20)反馈的数据和/或触摸屏(21)输入的指令控制所述流量计(17)、进水泵(2)、回流泵(22)中的一个或多个的流量;
所述水质多参数通用控制器(20)连接在线电极,用于接收在线电极输送的水质数据,经处理后发送给PLC控制器;
所述在线电极用于实时采集和监控反应器内的水质数据,并反馈给水质多参数通用控制器(20)。
6.如权利要求5所述的污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化系统,其特征在于,
所述在线电极包括设置于部分亚硝化-厌氧氨氧化区内的PH电极(9)和DO电极(8);
所述在线电极还包括设置于三相分离区内的ORP电极(12)和氨氮电极(11)。
7.如权利要求1所述的污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化系统,其特征在于,所述第一隔板(5)和第二隔板(26)上分布有均匀的孔,孔径为1cm,隔板上铺设有10目的筛网。
8.如权利要求1所述的污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化系统,其特征在于,所述短程反硝化区与部分亚硝化-厌氧氨氧化区的体积比为1:(2-4);所述反应器的短程反硝化区、部分亚硝化-厌氧氨氧化区和三相分离区的侧壁均分布有取样口;所述反应器的短程反硝化区、部分亚硝化-厌氧氨氧化区分别填充有K3生物填料和聚氨酯泡沫生物填料,填充体积比均为30%-50%。
9.一种污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化的方法,其特征在于,它使用如权利要求1-8中任一权利要求所述的污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化系统,包括以下步骤:
S1、向短程反硝化区投加富含短程反硝化菌的污泥,接种污泥的浓度为3000~6000mg/L;向部分亚硝化-厌氧氨氧化区内投加富含氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的污泥,接种污泥的浓度为2000-4000mg/L;
S2、使污水从短程反硝化区的底部进入短程反硝化区,同时打开回流泵(13),使含有硝态氮的回流液和污水与短程反硝化区内的接种污泥充分反应,将硝态氮转化为亚硝态氮同时除去水中有机质;
S3、经步骤S2处理后的污水进入部分亚硝化-厌氧氨氧化区,使污水与接种污泥充分反应,以使一部分氨氮经氨氧化菌生成亚硝态氮,同时厌氧氨氧化菌将剩余的氨氮和亚硝态氮转化成N2并生成硝态氮;
S4、经步骤S3处理后的污水进入三相分离区的三相分离器进行分离,同时回流液经回流口(13)从短程反硝化区的底部回流至短程反硝化区。
10.如权利要求9所述的污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化的方法,其特征在于,
还包括在S1步骤之前开启恒温水浴槽,使其与反应器的外部恒温水浴层形成热水循环的步骤,控制温度为30-35℃;
还包括在步骤S2之前开始PLC自动控制装置的各部件,通过DO电极(8)实时监测反应器内的溶解氧浓度,以通过流量计(17)将部分亚硝化-厌氧氨氧化区内的溶解氧浓度控制在
0.1-0.3mg/L范围内;通过氨氮电极(11)监测反应器内氨氮浓度,以通过控制进水泵(2)与回流泵(22)的进行流量、以及进水与回流比的调节,实现三相分离区氨氮浓度小于
5mg/L;
所述回流泵(22)的流量大于进水泵(2)的流量。

说明书全文

一种污同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧化系统及

方法

技术领域

背景技术

[0002] 随着我国经济社会的快速发展和城镇化进程的加快,废水排放量不断增加,大量的氮素随工业废水、农业废水和生活污水排入水体,造成生态环境严重破坏的同时,也对人类健康产生严重威胁,废水脱氮是我国水环境污染亟需解决的重要突出问题。
[0003] 当前,传统的生物硝化/反硝化仍然是污水脱氮的主流工艺,但其存在占地大、能耗高、脱氮效率低和需添加大量有机源等不足,因此新型高效、低能耗脱氮技术的开发在水污染控制领域具有重要的研究价值。
[0004] 厌氧氨氧化是一种新型生物脱氮工艺,其基本原理为:厌氧氨氧化细菌在厌氧条件下,将氨氮和亚硝态氮直接转化成氮气的过程。相比于传统硝化-反硝化工艺,可节约60%的曝气量、100%的有机碳源以及90%的运行费用,且无N2O排放、污泥产率低(约降低
90%),故而被认为是迄今为止最经济有效且具有广阔应用前景的生物脱氮工艺。
[0005] 专利CN 103214092 A公开了一种短程硝化-厌氧氨氧化生物脱氮装置,该工艺通过PLC系统控制整体运行,并综合了过程控制与终点控制,灵活应对进水氨氮负荷波动情况,耐氨氮冲击负荷能强,避免了水质变动条件下厌氧氨氧化工艺运行的不稳定性,然而,厌氧氨氧化在反应过程中理论上会产生一定量的硝态氮(约占进水中去除的总氮的11%),当其应用于高氨氮废水处理过程中,系统出水硝态氮浓度要远远大于理论计算值,导致总氮去除率始终小于90%,出水总氮难以达标。
[0006] 专利CN 104150590 B公开了一种高效经济的同步去除硝态氮和氨氮的生物反应器,实现了无需曝气条件下的同步脱氮除碳,但该反应器中厌氧氨氧化所需的基质(亚硝态氮),来源于短程反硝化,水质变动条件下厌氧氨氧化运行不稳定,耐受水力冲击能力差,去除负荷受短程反硝化限制。

发明内容

[0007] 本发明的目的是针对上述现有技术缺陷,提供一种污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化系统及其方法,该系统和方法可以改善厌氧氨氧化脱氮效果,并实现硝态氮和氨氮的同步去除。
[0008] 为实现上述目的,本发明的技术方案是:一种污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化系统,它包括反应器,所述反应器从下至上通过隔板分隔成三个连通的区域,依次为短程反硝化区、部分亚硝化-厌氧氨氧化区和三相分离区;所述短程反硝化区连接进水口和回流口,用于通过区域内接种污泥中的短程反硝化菌将其中的硝态氮还原为亚硝态氮,同时去除污水中的有机质;所述部分亚硝化-厌氧氨氧化区用于通过区域内接种污泥中的氨氧化菌和厌氧氨氧化菌去除经过短程反硝化区处理后的污水中的氨氮(通过以下两种反应同时进行:一是将氨氮在氨氧化菌作用下氧化为亚硝态氮的反应,二是将氨氮和亚硝态氮在厌氧氨氧化菌作用下转化为氮气并生成硝态氮的反应),它与短程反硝化区之间设有第一隔板;所述三相分离区用于对经部分亚硝化-厌氧氨氧化区处理后的产物进行分离,它与短程反硝化区之间设有第二隔板;所述三相分离区设置三相分离器,三相分离后的回流物经回流口至短程反硝化区。
[0009] 可以看出,本发明系统中,反应器的短程反硝化区主要功用一是通过短程反硝化菌使污水原来存在的硝态氮以及回流液中的硝态氮被短程反硝化,即脱硝生成亚硝态氮;二是通过短程反硝化消耗水中有机质,即除碳。部分亚硝化-厌氧氨氧化区作用是脱氮,其同时进行两步反应:一是氨氧化细菌将一部分氨氮转化为亚硝态氮;二是厌氧氨氧化菌将亚硝态氮和剩余的氨氮转化成N2并生成硝态氮。三相分离区的作用是将气体和液体还有少量污泥分离,排出气体和水,并将回流液回流至短程反硝化区。
[0010] 进一步的,上述部分亚硝化-厌氧氨氧化区内设置有曝气装置,所述曝气装置包括曝气盘和通过进气管路与进气管路上的流量计连接空气压缩机,所述曝气盘设置于部分亚硝化-厌氧氨氧化区的底部。
[0011] 该装置用于根据亚硝化-厌氧氨氧化区内PH值变化以及溶解氧浓度实时向亚硝化-厌氧氨氧化内充入压缩空气进行曝气,以使反应更充分。
[0012] 进一步的,本发明系统还包括恒温水浴槽和设置在所述反应器外部恒温水浴层,所述反应器外部恒温水浴层的进水口与出水口通过水浴循环泵和水管与恒温水浴槽相连通,形成水浴循环,为反应器提供恒定温度
[0013] 短程反硝化反应、亚硝化反应以及厌氧氨氧化反应都需要合适的温度,本发明的恒温水浴槽和设置在所述反应器外部恒温水浴层就是为上述反应实时提供所需的温度。
[0014] 进一步的,本发明系统还包括原水水箱,所述原水水箱用于盛装污水原水,经进水泵连通至所述短程反硝化区底部的进水口;所述三相分离器的回流口流出的回流液经回流泵连通至短程反硝化区底部的进水口;所述三相分离器还包括排气管和出水口,排气管用于分离后气体排出;出水口用于排出分离后经过溢流槽的出水。
[0015] 原水进水和回流液回流是短程反硝化区待处理物的两大来源,本领域人员公知,反应器设置有排泥处理部件,用于定时排泥。
[0016] 更进一步的,本发明系统还包括PLC自动控制装置,所述PLC自动控制装置包括PLC控制器、水质多参数通用控制器、触摸屏和在线电极;所述PCL控制器连接进水泵、回流泵、流量计、触摸屏和水质多参数通用控制器,所述PLC控制器通过水质多参数通用控制器反馈的数据和/或触摸屏输入的指令控制所述流量计、进水泵、回流泵中的一个或多个的流量;所述水质多参数通用控制器连接在线电极,用于接收在线电极输送的水质数据,经处理后发送给PLC控制器;所述在线电极用于实时采集和监控反应器内的水质数据,并反馈给水质多参数通用控制器。
[0017] 还进一步的,上述在线电极包括设置于部分亚硝化-厌氧氨氧化区内的PH电极和DO电极,所述PH电极和DO电极分别用于在线获得部分亚硝化-厌氧氨氧化区内的PH值和溶解氧;所述在线电极还包括设置于三相分离区内的ORP电极和氨氮电极,所述三相分离区内的ORP电极和氨氮电极分别用于监测三相分离区的氧化还原电位和氨氮浓度。
[0018] 进一步的,上述第一隔板和第二隔板上分布有均匀的孔,孔径为1cm,隔板上铺设有10目的筛网。
[0019] 进一步的,上述短程反硝化区与部分亚硝化-厌氧氨氧化区的体积比为1:(2-4);所述反应器的短程反硝化区、部分亚硝化-厌氧氨氧化区和三相分离区的侧壁均分布有取样口;所述反应器的短程反硝化区、部分亚硝化-厌氧氨氧化区分别填充有K3生物填料和聚氨酯泡沫生物填料,填充体积比均为30%-50%。
[0020] 本发明还提供了一种污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化的方法,它使用上述污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化系统,包括以下步骤:
[0021] S1、向短程反硝化区投加富含短程反硝化菌的污泥,接种污泥的浓度为3000~6000mg/L;向部分亚硝化-厌氧氨氧化区内投加富含氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的污泥,接种污泥的浓度为2000-4000mg/L;
[0022] S2、使污水从短程反硝化区的底部进入短程反硝化区,同时打开回流口(13),使含有硝态氮的回流液和污水与短程反硝化区内的接种污泥充分反应,将硝态氮转化为亚硝态氮同时除去水中有机质;
[0023] S3、经步骤S2处理后的污水进入部分亚硝化-厌氧氨氧化区,使污水与接种污泥充分反应,以使一部分氨氮经氨氧化菌生成亚硝态氮,同时厌氧氨氧化菌将剩余的氨氮和亚硝态氮转化成N2并生成硝态氮;
[0024] S4、经步骤S3处理后的污水进入三相分离去的三相分离器进行分离,回流液经回流口从短程反硝化区的底部回流至短程反硝化区。
[0025] 进一步的,上述S1步骤之前开启恒温水浴槽,使其与反应器的外部恒温水浴层形成热水循环的步骤;还包括在步骤S2之前开始PLC自动控制装置的各部件,通过DO电极实时监测反应器内的溶解氧浓度,以通过流量计将部分亚硝化-厌氧氨氧化区内的溶解氧浓度控制在0.1-0.3mg/L范围内;通过氨氮电极监测反应器内氨氮浓度,以通过控制进水泵与回流泵的流量调节进水量与回流比,实现三相分离区氨氮浓度小于5mg/L;所述回流泵的流量大于进水泵的流量。
[0026] 本发明与现有技术相比具有以下优点:1)单级反应器即可完成同步脱硝除碳脱氮;2)前置短程反硝化,去除原水中的有机质,同时为厌氧氨氧化菌提供基质;3)部分亚硝化-厌氧氨氧化结合短程反硝化降低出水NO3-含量,提高总氮去除率,实现废水的深度脱氮;4)分区添加不同生物活性填料,有利于优化功能菌生境,并可以有效降低菌种流失率;5)基于多电极(DO、pH、氨氮)在线联合监控,实时记录并反映反应器运行参数,通过PLC系统控制自动运行,系统稳定高效。
附图说明
[0027] 从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中,本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解,其中:
[0028] 图1为本发明实施例的污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化系统的结构示意图;
[0029] 其中:1—原水水箱;2—进水泵;3—进水口;5—隔板;6—曝气盘;8—DO在线电极;9—pH在线电极;10—三相分离器;11—氨氮电极;12—ORP电极;13—回流口;14—出水口;
15—溢流槽;16—排气口;17—气体流量计;18—空气压缩机;20—水质多参数通用控制器;
21—触摸屏;22—回流泵;23—水浴循环泵;24—恒温水浴槽;25—出水箱。

具体实施方式

[0030] 为了使本领域技术人员更好地理解本发明,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
[0031] 实施例1
[0032] 一种同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化系统,其结构如图1所示,包括原水水箱1,反应器,PLC自动控制装置,曝气装置,出水水箱25;
[0033] 反应器包括相通的三部分,从下到上依次为短程反硝化区、部分亚硝化-厌氧氨氧化区和三相分离区;短程反硝化区下部与进水-排泥区直接相通,短程反硝化区顶部与部分亚硝化-厌氧氨氧化区底部之间设有第一隔板5,部分亚硝化-厌氧氨氧化区顶部与三相分离区底部通过第二隔板26相连,三相分离器10的气体排出管与水封连接,短程反硝化区内有悬浮填料,部分亚硝化-厌氧氨氧化区设有填料支架,填充了聚氨酯泡沫生物活性填料,均匀分布于反应区内,部分亚硝化-厌氧氨氧化区域底部设有曝气盘6,三相分离器10内设有溢流槽15与出水口14相连,反应器侧壁设有出水口14、回流口13及均匀分布的取样口。
[0034] 反应器底部设有进水口13,原水水箱1的进水经由进水泵2控制、三相分离器10的回流口返回的回流物经回流泵22控制从进水口13经过排泥后进入反应器底部的短程反硝化区,出水口14和排气口16设置在顶部,侧面不同高度处设有取样口;可以看出,反应器设有回流系统,包括流管和回流泵,所述回流管上端与三相分离器10的底部连通、下端通过回流泵与反应器的短程反硝化区底部连通。
[0035] 反应器外部设有恒温水浴层,其中水浴进水口与水浴出水口通过水浴循环泵、水管与恒温水浴槽24相连,形成水浴循环,为反应器提供恒定温度。
[0036] 曝气装置包括通过进气管连接的空气压缩机18、气体流量计17、减压和曝气盘6,所述曝气盘设置于部分亚硝化-厌氧氨氧化区的底部。
[0037] PLC自动控制装置包括应器内部设置的DO电极8、pH电极9、ORP电极12、氨氮电极11,这些电极均通过水质多参数通用控制器20与PLC控制器相连,上述水质多参数通用控制器20、PLC控制器以及触摸屏21也是PLC自动控制装置的一部分,用于通过电极在线获得的数据自动控制或者通过触摸屏21输入指令控制气体流量计17、回流泵22、进水泵2的流量以及回流泵22与进水泵2的流量比,最终实现通过溶解氧、氨氮联合控制模式,控制曝气强度、进水量和回流比的自动运行。
[0038] 所述第一隔板5和第二隔板26上分布有均匀的孔径为1cm的孔,板上铺设有10目的筛网。
[0039] 反应器中反硝化区与部分亚硝化-厌氧氨氧化区的体积比为1:(2-4)。
[0040] 实施例2
[0041] 一种污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化的方法,它使用实施例1的污水同步短程反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化系统,包括以下步骤:
[0042] S1、向短程反硝化区投加富含短程反硝化菌的污泥,接种污泥的浓度为3000~6000mg/L;向部分亚硝化-厌氧氨氧化区内投加富含氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的污泥,接种污泥的浓度为2000-4000mg/L;
[0043] S2、使污水从短程反硝化区的底部进入短程反硝化区,同时打开回流口(13),使含有硝态氮的回流液和污水与短程反硝化区内的接种污泥充分反应,将硝态氮转化为亚硝态氮同时除去水中有机质;
[0044] S3、经步骤S2处理后的污水进入部分亚硝化-厌氧氨氧化区,使污水与接种污泥充分反应,以使一部分氨氮经氨氧化菌生成亚硝态氮,同时厌氧氨氧化菌将剩余的氨氮和亚硝态氮转化成N2并生成硝态氮;
[0045] S4、经步骤S3处理后的污水进入三相分离去的三相分离器进行分离,回流物经回流口从短程反硝化区的底部回流至短程反硝化区。
[0046] 优选在S1步骤之前开启恒温水浴槽,使其与反应器的外部恒温水浴层形成热水循环的步骤;
[0047] 优选在步骤S2之前开始PLC自动控制装置的各部件,通过DO电极8实时监测反应器内的溶解氧浓度,以通过流量计17将部分亚硝化-厌氧氨氧化区内的溶解氧浓度控制在0.1-0.3mg/L范围内;通过氨氮电极11监测反应器内氨氮浓度,以通过控制进水泵2与回流泵22的阀进行流量和进水与回流比的调节,实现在三相分离区氨氮浓度小于5mg/L;
[0048] 优选所述回流泵22的流量大于进水泵2的流量。
[0049] 以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
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