厌氧膜生物-短程硝化反硝化的废水处理方法及系统
技术领域
[0001] 本
发明属于环保领域，尤其涉及一种厌氧膜生物-短程硝化反硝化的
废水处理方法及系统。
背景技术
[0002] 传统生物脱氮工艺厌氧-缺氧-好氧工艺因具有良好的处理效果而普遍应用于城市废水处理厂中。但是在此工艺中仍然面临着诸多问题，如能耗大，运行成本高，占地面积较大等。因此研发具有降低能耗，节约成本与减少占地面积的新型生物处理工艺具有重要意义。厌氧处理工艺具有能耗低的特点，可以将大分子有机物降解为小分子有机物，以便后续
微生物能更充分的利用有机物，与膜分离工艺结合可以有效的截留微生物，实现HRT(
水力停留时间)和SRT(
污泥停留时间)的分离，较传统厌氧工艺节省占地面积。而后续的短程硝化反硝化技术是将硝化反应控制在亚
硝酸盐阶段后直接进行反硝化反应。相较于全程硝化反硝化技术而言，短程硝化反硝化技术不仅可以缩短生物脱氮历程，减少水力停留时间，而且节约了25％的耗氧量、40％左右的反硝化
碳源，降低能耗与运行
费用。另一方面，以亚硝酸盐氮作为反硝化底物的反硝化速率是以硝酸盐氮为底物的一倍、污泥产率低等也是短程硝化反硝化生物脱氮的特点。但是在以亚硝酸盐为
电子受体短程硝化反硝化工艺中，维持亚硝酸盐的长期稳定积累，避免硝酸盐的积累成为控制短程硝化反硝化脱氮的主要因素。
发明内容
[0003] 有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种厌氧膜生物-短程硝化反硝化的废水处理方法及系统，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
[0004] 为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种厌氧膜生物-短程硝化反硝化的废水处理方法，包括：
[0005] 将待处理废水进行厌氧反应后得到第一废水；
[0006] 将第一废水过滤后进行生物脱氮反应达标后，即完成所述废水处理。
[0007] 作为本发明的另一个方面，还提供了一种厌氧膜生物-短程硝化反硝化的废水处理系统，包括：
[0008] 厌氧膜生物装置，待处理废水在其内发生厌氧反应得到第一废水；以及[0009] 短程硝化反硝化装置，用于将第一废水进行生物脱氮反应后得到达标废水。
[0010] 基于上述技术方案可知，本发明的厌氧膜生物-短程硝化反硝化的废水处理方法及系统相对于
现有技术至少具有以下优势之一：
[0011] 1、废水经过厌氧-短程脱氮处理以后，出水水质稳定达标；
[0012] 2、废水处理设备集中，减少了占地面积，操作管理方便；
[0013] 3、短程硝化反硝化脱氮过程节约了25％的耗氧量、40％左右的反硝化碳源，降低能耗与运行费用；
[0014] 4、
厌氧反应器控制系统(即第一实时控制单元)实时检测控制厌氧反应器水质参数情况变化，易于实现厌氧反应器的自动化控制；
[0015] 5、短程硝化反硝化反应器控制系统(即第二实时控制单元)实时检测控制短程硝化反硝化脱氮过程中水质参数情况变化，易于实现短程硝化反硝化脱氮的自动化控制。
附图说明
[0016] 图1为本发明
实施例的厌氧膜生物-短程硝化反硝化的废水处理系统的结构示意图。
[0017] 上图中，附图标记含义如下：
[0018] 100-第一实时控制单元；101-触控板；200-厌氧膜生物装置；201-第一DO
探头；202-第一pH探头；203-第一ORP探头；204-
超滤膜；205-压力表；206-第一出水
泵；300-中间调节水箱；400-短程硝化反硝化器；401-第二进水泵；402-曝气泵；403-空气流量计；404-曝气盘；405-第二DO探头；406-第二pH探头；407-第二ORP探头；408-第二出水泵；500-出水箱；
600-第二实时控制单元。
具体实施方式
[0019] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0020] 本发明利用厌氧膜生物-短程硝化反硝化组合工艺处理废水，在厌氧
膜生物反应器中去除废水的有机物即COD(
化学需氧量)，在短程硝化反硝化反应器中，
氨氮通过短程硝化反
硝化作用转
化成N2，进而实现有机物和氮的高效去除。该发明在保证废水处理达标的
基础上，工艺流程短，占地面积小，工艺设备集中，易于实现自动化控制。
[0021] 本发明公开了一种废水处理方法，包括：
[0022] 将待处理废水进行厌氧反应后得到第一废水；
[0023] 将第一废水过滤后进行生物脱氮反应达标后，即完成所述废水处理。
[0024] 在本发明的一些实施例中，所述厌氧反应的反应
温度为25至35℃；
[0025] 在本发明的一些实施例中，所述厌氧反应的pH为7.2至8.5；
[0026] 在本发明的一些实施例中，所述厌氧反应中污泥的浓度为15至25g/L，污泥中的有机负荷为0.25至0.7kgCOD/(m3d)；
[0027] 在本发明的一些实施例中，所述生物脱氮反应的反应温度为25至35℃；
[0028] 在本发明的一些实施例中，所述生物脱氮反应的pH为7.2至8.0；
[0029] 在本发明的一些实施例中，所述生物脱氮反应中污泥的浓度为6至10g/L，污泥中3
的氮负荷为0.25至0.7kgN/(md)。
[0030] 在本发明的一些实施例中，所述生物脱氮反应包括：将第一废水经短程反硝化反应、短程硝化反应过滤后得到达标废水。
[0031] 在本发明的一些实施例中，所述短程硝化反应过程中曝气；
[0032] 在本发明的一些实施例中，所述曝气流量为0.5至10L/min；
[0033] 在本发明的一些实施例中，所述生物脱氮反应步骤中当第一废水的氧化还原
电极值小于-5时，判定短程反硝化反应完成；
[0034] 在本发明的一些实施例中，所述生物脱氮反应步骤中当所述第一废水的pH连续检测曲线出现氨谷点后停止曝气。
[0035] 在本发明的一些实施例中，所述废水的化学需氧量为450至600mg/L，NH4+-N浓度为30至100mg/L；
[0036] 在本发明的一些实施例中，所述生物脱氮反应是在短程硝化反硝化装置中实现的；
[0037] 在本发明的一些实施例中，所述废水采用序批式的方法进入短程硝化反硝化装置。
[0038] 本发明还公开了一种废水处理系统，用于执行如上所述的废水处理方法，包括：
[0039] 厌氧膜生物装置，待处理废水在其内发生厌氧反应得到第一废水；以及[0040] 短程硝化反硝化装置，用于将第一废水进行生物脱氮反应后得到达标废水。
[0041] 在本发明的一些实施例中，所述厌氧膜生物装置包括：
[0042] 厌氧
膜生物反应器，其内发生厌氧反应；以及
[0043] 第一实时控制单元，用于实时监测废水的电极电位值、pH值和溶解氧量；
[0044] 在本发明的一些实施例中，所述第一实时控制单元包括第一ORP探头、第一pH探头、第一溶解氧探头。
[0045] 在本发明的一些实施例中，所述短程硝化反硝化装置包括：
[0046] 短程硝化反硝化反应器，其内进行生物脱氮反应；
[0047] 曝气单元，为生物脱氮反应提供氧气；以及
[0048] 第二实时控制单元，用于实时监测短程硝化反硝化反应器内的氧化还原电位值、pH值和溶解氧量并根据检测值控制生物脱氮反应的进行或停止。
[0049] 在本发明的一些实施例中，所述曝气单元包括曝气盘、空气流量计和曝气泵；
[0050] 在本发明的一些实施例中，所述第二探头包括第二ORP探头、第二pH探头、第二溶解氧探头；
[0051] 在本发明的一些实施例中，所述短程硝化反硝化反应器上设有搅拌单元。
[0052] 在本发明的一些实施例中，所述废水处理系统还包括用于实现短程硝化反硝化装置内批次进水的中间调节水箱，所述中间调节水箱与厌氧膜生物装置和短程硝化反硝化装置连接；
[0053] 在本发明的一些实施例中，所述废水处理系统还包括过滤装置，所述过滤装置与厌氧膜生物装置的出水口连接；
[0054] 在本发明的一些实施例中，所述的过滤装置包括超滤膜；
[0055] 在本发明的一些实施例中，所述超滤膜的材质包括聚偏氟乙烯，超滤膜的孔径为2
500至20000道尔顿，超滤膜的有效膜面积为0.05至0.1m。
[0056] 在一个示例性实施例中，本发明的厌氧膜生物-短程硝化反硝化的处理系统，包括厌氧膜生物装置、短程硝化反硝化装置、中间调节池，具体包括具体厌氧反应器、管式膜组件、调节池、短程硝化反硝化反应器、厌氧反应器控制单元(即第一实时控制单元)、短程硝化反硝化反应器控制单元(即第二实时控制单元)、泵、曝气盘、曝气设备、搅拌装置、ORP探头、pH探头、DO探头；
[0057] 其中，在短程硝化反硝化反应器的内底部安装有曝气盘和曝气管；
[0058] 其中，所述厌氧膜生物反应器的末端设有一超滤膜(即过滤装置)，所述废水通过所述超滤膜进入到中间调节水箱，回流水进入到厌氧膜生物装置；
[0059] 其中，超滤膜材质为聚偏氟乙烯，孔径为500～20000道尔顿，有效膜面积为0.05～0.1m2。
[0060] 其中，所述厌氧膜生物-短程硝化反硝化的处理系统包括第一实时控制单元和第二实时控制单元，所述第一实时控制单元包括第一探头、第一集成
电路箱和第一终端电脑，所述第二实时控制单元包括第二探头、第二集成电路箱和第二终端电脑；
[0061] 其中，第一实时控制单元通过第一ORP探头、第一pH探头、第一DO探头实时检测控制厌氧反应器运行状况；
[0062] 其中，第二实时控制单元通过第二ORP探头、第二pH探头、第二DO探头实时检测控制短程硝化反硝化反应器运行状况；
[0063] 其中，所述第一探头与第一集成电路箱连接，所述第二探头与第二集成电路箱连接，终端电脑(包括第一终端电脑和第二终端电脑)通过集成电路箱(包括第一集成电路箱和第二集成电路箱)和数字触控板(包括第一数字触控板和第二数字触控板)记录和计算所述pH探头(包括第一pH探头和第二pH探头)、所述ORP探头(包括第一ORP探头和第二ORP探头)和所述溶解氧DO探头(包括第一DO探头和第二DO探头)的实时监测数据；
[0064] 厌氧膜生物-短程硝化反硝化处理方法如下：
[0065] (1)废水通过第一进水泵连续进入到厌氧反应器进行厌氧处理，进水COD在450mg/L-600mg/L，NH4+-N(氨氮)浓度在30-100mg/L；
[0066] (2)厌氧反应器
温度控制在35℃左右，pH控制在7.2-8.5之间，厌氧反应器污泥浓度在20g/L左右，进水有机负荷控制在0.25-0.7kgCOD/(m3d)，HRT(水力停留时间)在13-37.5小时之间；
[0067] (3)厌氧反应器中处理过的废水经过管式膜组件过滤，所述管式膜组件孔径为500～20000道尔顿；
[0068] (4)经过过滤的废水进入到中间调节水箱；
[0069] (5)所述中间调节水箱的水进入到后续短程硝化反硝化反应器中进行生物脱氮反应处理，所述短程硝化反硝化反应(即生物脱氮反应)的反应温度为25至35℃；所述短程硝化反硝化反应的pH为7.2至8.0；所述污泥浓度为6至10g/L，污泥中的氮负荷为0.25至0.7kgN/(m3d)；
[0070] 其步骤如下：
[0071] 进水阶段：开启搅拌单元、第二进水泵，采用序批式进水方式，按照设计处理量，待处理的所述高浓度废水输入所述短程硝化反硝化反应器中，关闭第二进水泵；
[0072] 缺氧阶段：在搅拌单元充分搅拌作用下，废水中的硝态氮被还原为亚硝态氮，亚硝态氮被还原为氮气；
[0073] 好氧阶段：开启所述曝气单元，废水中的氨态氮和有机物被氧化，所述氨态氮被氧化为亚态氮，亚态氮被氧化为硝态氮；
[0074] 排水阶段：在所述好氧阶段结束后，开始沉淀40-60min，开启第二出水泵，设计处理量的所述废水排出，关闭所述第二出水泵。
[0075] 其中，所述第二实时控制单元全程开启，检测高浓度废水中的电极电位、pH值和溶解氧的大小。
[0076] 其中，其中膜曝气流量可为5-15L/min，所述输入流量可为0.3-1L/min，所述设计处理量可为0.5-2L/周期。
[0077] 其中，所述废水中的有机物作为碳源作为所述缺氧阶段中的硝态氮和亚硝态氮的还原提供电子；所述缺氧阶段内，当废水的氧化还原电极电位随时间的变化值即dORP/dt小于-5时，判定反硝化完成，延时10-40min再后进入好氧阶段；
[0078] 其中，所述曝气单元的曝气流量可为0.5-10L/min，废水中的氨态氮和有机物被氧化，所述氨态氮被氧化为亚硝态氮，亚硝态氮被氧化为硝态氮；在好氧阶段，根据pH连续检测曲线上的“氨谷点”(dpH/dt＝0)实时控制好氧阶段的曝气时长，即先采用合适的曝气流量持续曝气，当pH连续检测曲线出现“氨谷点”后立即停止曝气，通过优化曝气时间已逐步减少亚硝氮的氧化，从而使脱氮过程逐渐由全程硝化-反硝化转变为短程硝化反硝化，亚硝化率可以持续增高并最终达到80％。
[0079] 其中，步骤(4)中第一出水泵采用连续式抽吸。
[0080] 以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。
[0081] 下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0082] 下述实施例中所用材料、
试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获取。
[0083] 以下实施例采用的厌氧膜生物反应器-短程硝化反硝化的废水处理系统，如图1所示，其中，
[0084] 厌氧膜生物装置包括：第一进水泵、厌氧膜生物反应器200、第一实时控制单元100、第一ORP探头203、第一pH探头202、第一DO探头201、第一出水泵206。第一进水泵与厌氧膜生物反应器200连接，厌氧膜生物反应器200与第一出水泵206、超滤膜204的
回流管连接，第一出水泵206与超滤膜204连接，超滤膜204与中间调节水箱300连接，第一实时控制单元
100的PLC系统通过第一ORP探头203、第一PH探头202、第一DO探头201实时监测厌氧膜生物反应器200内运行情况。
[0085] 短程硝化反硝化装置包括：第二进水泵401、第二ORP探头407、第二PH探头406、第二DO探头405、短程硝化反硝化反应器400、第二实时控制单元600、曝气盘404，第二进水泵401与中间调节水箱300连接，短程硝化反硝化反应器400与第二进水泵401连接、第二实时控制单元600的PLC控制系统通过第二ORP探头407、第二PH探头406、第二DO探头405、实时监测短程硝化反硝化反应器400内运行情况。
[0086] 在本实施例中，进水通过第一进水泵连续进入到厌氧膜生物反应器200中，第一实时控制单元100通过实时监测第一ORP探头203、第一PH探头202、第一DO探头201调节进水流量。厌氧膜生物反应器200出水通过第一出水泵206进入到超滤膜204进行过滤，超滤膜206回流水进入到厌氧膜生物反应器200中，滤后水进入到中间调节水箱300。中间调节水箱300的废水通过第二进水泵401间歇进入到短程硝化反硝化反应器400，部分
原水也进入到此反应器400中。第二实时控制单元600的PLC系统通过实时监测第二ORP探头407、第二PH探头406、第二DO探头405调节进水流量，利用优化曝气时间法控制亚硝化过程，最终达到短程硝化反硝化脱氮的目的。
[0087] 实施例1
[0088] 在本实施例中，厌氧膜生物反应器进水流量为106.6L/d，有机负荷率为1.5(kg/m3/d)，水力停留时间为6.5H，污泥停留时间为100天；短程硝化反硝化反应器氨氮进水负荷0.15(kg/m3/d)，污泥停留时间为9.3d。
[0089] 经过上述步骤处理前后的废水中的污染物浓度及去除率见表1。
[0090] 表1、废水处理运行结果
[0091] 参数(mg/L) 进水 出水 平均去除率(％)COD 502±44 25±10 95
NH4+-N 50±5 3±1 94
-
NO2-N ND 12±2 -
NO3--N ND 2±1 -
TP 6±2 0.5±0.2 93
[0092] ND：未检出
[0093] 由表1数据可知，废水经过处理以后，COD去除率达到95％，NH4+-N去除率达到94％，说明该厌氧膜生物反应器-SBR组合工艺对污染具有较好的处理效果。
[0094] 实施例2
[0095] 在本实施例中，厌氧膜生物反应器进水流量为30L/d，有机负荷率为0.5(kg/m3/d)，水力停留时间为6.5H，污泥停留时间为100天；短程硝化反硝化反应器氨氮进水负荷0.05(kg/m3/d)，污泥停留时间为15d。
[0096] 经过上述步骤处理前后的废水中的污染物浓度及去除率见表2。
[0097] 表2、废水处理运行结果
[0098]参数(mg/L) 进水 出水 平均去除率(％)
COD 523±128 35±10 94
NH4+-N 50±6 2.5±1 95
NO2--N ND 8±2 -
NO3--N ND 3±1 -
TP 6±2 0.5±0.2 92
[0099] 由表2数据可知，废水经过处理以后，COD去除率达到94％，NH4+-N去除率达到95％，说明该厌氧膜生物反应器-SBR组合工艺对污染具有较好的处理效果。
[0100] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
