耦合前置短程反硝化的PN/A反应系统及反应工艺
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 授权; |
| 专利有效性 | 有效专利 | 当前状态 | 授权 |
| 申请号 | CN202311078370.2 | 申请日 | 2023-08-25 |
| 公开(公告)号 | CN117003382A | 公开(公告)日 | 2023-11-07 |
| 申请人 | 广东清研环境科技有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 刘旭; 王思琦; 史绪川; 何钜源; 陈福明; 刘淑杰; 王艳青; | 第一发明人 | 刘旭 |
| 权利人 | 广东清研环境科技有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 广东清研环境科技有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：广东省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：广东省惠州市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：广东省惠州市惠城区惠州仲恺高新区陈江街道元晖路陈江创业大厦707室 | 邮编 | 当前专利权人邮编：516029 |
| 主IPC国际分类 | C02F3/28 | 所有IPC国际分类 | C02F3/28 |
| 专利引用数量 | 6 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 12 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京智乾知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 刘莹莹; |
| 摘要 | 本 发明 提供了一种耦合前置短程反硝化的PN/A反应系统和反应工艺。所述反应系统包括短程反硝化反应池和PN/A反应池，所述短程反硝化反应池设有总进 水 管，所述短程反硝化反应池与所述PN/A反应池之间通过连接管连通，所述PN/A反应池包括一体化池体和控 制模 块 、以及设置在所述反应池中的排水模块、分质排泥模块和脱气模块，所述排水模块包括出水单元和回流水单元，所述回流水单元连通所述出水单元和所述总进水管，所述一体化池体中形成有环流沉降区，通过调节所述环流沉降区内 混合液 的上升流速从而在所述环流沉降区内形成一级沉降区和二级沉降区，其中所述一级沉降区位于所述二级沉降区的上方。 | ||
| 权利要求 | 1.一种耦合前置短程反硝化的PN/A反应系统，其特征在于，所述反应系统包括短程反硝化反应池和PN/A反应池，所述短程反硝化反应池设有总进水管，所述短程反硝化反应池与所述PN/A反应池之间通过连接管连通，所述PN/A反应池包括一体化池体和控制模块、以及设置在所述反应池中的排水模块、分质排泥模块和脱气模块，所述排水模块包括出水单元和回流水单元，所述回流水单元连通所述出水单元和所述总进水管，所述一体化池体中形成有环流沉降区，通过调节所述环流沉降区内混合液的上升流速从而在所述环流沉降区内形成一级沉降区和二级沉降区，其中所述一级沉降区位于所述二级沉降区的上方。 |
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| 说明书全文 | 耦合前置短程反硝化的PN/A反应系统及反应工艺技术领域背景技术[0002] 高氨氮废水的处理一直以来是工业废水处理领域中的重点研究方向之一，使用厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)工艺对高氨氮废水进行脱氮处理，在缺氧条件下，以氨为电子供体，以亚硝氮为电子受体，将氨氧化成氮气。在此基础上衍生出的短程硝化‑厌氧氨氧化(partial nitritation and anammox,PN/A)工艺，能够实现在不加碳源的条件下的自养脱氮，同时节省曝气能耗60％，是具有前景的高效生物脱氮工艺。 [0003] 然而，工业废水中的溶解性污染物通常包括有机物，这些有机物直接进入到短程硝化‑厌氧氨氧化反应池中，可能会导致异养菌的大量繁殖影响短程硝化‑厌氧氨氧化反应的稳定性。而前置的短程反硝化可以利用工业废水中的碳源和硝酸盐氮，并为后续的厌氧氨氧化反应提供所需的亚硝氮基质。因此，可以考虑将短程反硝化与PN/A工艺结合，例如，公开号为CN113845222A的中国专利申请公开了一种两次排水内源短程反硝化/厌氧氨氧化两段式工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法，其通过添加中间水箱，积攒碳源，从而实现短程反硝化‑厌氧氨氧化反应。 [0004] 而目前将短程反硝化、短程硝化以及厌氧氨氧化反应三者进行结合的工艺通常以以下三种方式存在：1、三个反应分别在三个装置中完成，这种方法提供的装置复杂，控制方式繁琐，经济效益极低；2、直接将短程反硝化与厌氧氨氧化反应结合在一个反应体系中进行，首先反硝化菌将水中的硝酸盐氮还原成亚硝氮，随后厌氧氨氧化菌(AnAOB)将亚硝氮和水中剩余氨氮转化成氮气排出系统，而反硝化菌与AnAOB的增殖速度存在巨大差异，这样会导致系统不稳定，污泥排出不畅，使得体系崩溃；3、将短程硝化‑厌氧氨氧化反应在一个体系中进行，短程硝化菌(AOB)发生短程硝化作用，将氨氮转化生成亚硝氮，AnAOB将氨氮和亚硝氮转化为氮气，起到脱氮的作用，而AOB生长快于AnAOB会发生更多的短程硝化作用，将氨氮转化为亚硝氮，而这部分亚硝氮又来不及被AnAOB消耗掉；另一方面，产生的氮气带动污泥上浮，同时带动AnAOB随出水排出流失；导致亚硝氮不断积累，进而又对AnAOB产生抑制作用，最终导致整个系统崩溃。 [0005] 因此，需要提供一种能够长期稳定运行且实现自动调节的耦合前置短程反硝化的PN/A反应系统及反应工艺。 发明内容[0006] 针对现有技术的不足，本发明提供一种耦合前置短程反硝化的PN/A反应系统及反应工艺；可根据水质条件自动调节曝气，通过分质排泥调节反应池中的污泥比例，实现短程反硝化、短程硝化、厌氧氨氧化的同时进行，且能够实现固液气三相自动分离，能够长期稳定运行。 [0007] 本发明的第一方面提供了一种耦合前置短程反硝化的PN/A反应系统，所述反应系统包括短程反硝化反应池和PN/A反应池，所述短程反硝化反应池设有总进水管，所述短程反硝化反应池与所述PN/A反应池之间通过连接管连通，所述PN/A反应池包括一体化池体和控制模块、以及设置在所述反应池中的排水模块、分质排泥模块和脱气模块，所述排水模块包括出水单元和回流水单元，所述回流水单元连通所述出水单元和所述总进水管，所述一体化池体中形成有环流沉降区，通过调节所述环流沉降区内混合液的上升流速从而在所述环流沉降区内形成一级沉降区和二级沉降区，其中所述一级沉降区位于所述二级沉降区的上方。 [0008] 进一步地，所述出水单元包括排水堰和排水管，所述排水堰设置在所述一体化池体顶部中央，所述排水管的一端开设在所述排水堰的底部，其另一端穿过所述一体化池体的侧壁与外界连通，所述回流水单元的一端开设在所述排水管的管壁上、另一端连接至所述总进水管。 [0009] 进一步地，所述分质排泥模块包括排泥管、收集部、升流调节管和回流泵，其中，所述排泥管的一端与所述一级沉降区连通、另一端与所述收集部连通；所述升流调节管的一端与所述二级沉降区连通、另一端与所述收集部的清液部分连通；所述回流泵用于将所述收集部中的清液回流至所述二级沉降区内。 [0010] 进一步地，所述一体化池体中还设有脱气模块，所述脱气模块设置在所述排水模块的两侧，所述环流沉降区位于所述脱气模块的下方。 [0014] 根据本发明的第二方面提供了一种耦合前置短程反硝化的PN/A反应工艺，其特征在于，所述反应工艺包括如下步骤： [0015] 步骤I、在短程反硝化反应池中接种反硝化菌，并在PN/A反应池中接种短程硝化菌和厌氧氨氧化菌； [0016] 步骤II、将污水泵入所述短程反硝化反应池中，并进行短程反硝化反应，反应后的液体排放到所述PN/A反应池中，所述PN/A反应池中包括一体化池体； [0017] 步骤III、所述步骤II中排入到所述PN/A反应池中的液体进入一体化池体并在所述一体化池体中与污泥接触以泥水混合物的形式进行短程硝化‑厌氧氨氧化反应； [0018] 步骤IV、所述一体化池体中反应后的泥水混合物发生泥水分离，随后将经过泥水分离后的上清液排放。 [0019] 进一步地，所述步骤IV中所述将泥水分离后的上清液排放为： [0020] 步骤IV‑1、监测进水氨氮浓度，当进水氨氮浓度超过预设值时，将所述上清液按照计算的回流比回流至所述短程反硝化反应池中，与新泵入所述短程反硝化反应池中的污水一同进行短程反硝化反应，随后重复所述步骤II、所述步骤III和所述步骤IV；或者 [0021] 步骤IV‑1’、监测泥水分离后的一体化池体中的所述上清液的氨氮浓度，当氨氮浓度低于预设值时，将所述上清液排放到外界。 [0022] 进一步地，所述步骤III包括： [0023] 通过控制曝气量同时将氨氮的浓度控制在高于20mg/L的范围内、将亚硝氮的浓度控制在低于50mg/L的范围内、以及将溶解氧浓度控制在不超过0.5mg/L的范围内，从而使得所述短程硝化反应以及所述厌氧氨氧化反应同时进行。 [0024] 进一步地，所述反应工艺还包括：步骤V、所述PN/A反应池中的污泥浓度超过预设值范围时，停止对所述短程反硝化反应池的入水，并开始对所述PN/A反应池进行分质排泥。 [0025] 进一步地，所述步骤V包括： [0026] 步骤V‑1、在所述一体化池体中形成环流沉降区，并通过调节上升流速使得所述环流沉降区分成一级沉降区和二级沉降区，所述二级沉降区位于所述一级沉降区下方； [0027] 步骤V‑2、通过排泥管排出所述一级沉降区内的污泥； [0028] 步骤V‑3、将步骤V‑2中排出的污泥在收集部中进行二次沉降并将所述收集部中的澄清液通过所述升流调节管回流至所述二级沉降区内； [0029] 步骤V‑4、通过调节所述澄清液的回流速率来调节所述反应池内的上升流速。 [0030] 本发明提供的耦合前置短程反硝化的PN/A反应系统将短程反硝化反应池与短程硝化‑厌氧氨氧化反应池(PN/A反应池)结合，将短程反硝化处理后的清液排入到PN/A反应池中，随后将经过PN/A反应池反应并泥水分离的上清液回流至短程反硝化反应池中，使得上清液中的少量的硝酸盐和有机污染物(COD)都能够得到充分去除。本发明的反应系统中的短程反硝化反应池可以为设有膜过滤系统的MBR池，或者所述短程反硝化反应池设置有固定或者悬浮的生物膜填料，污泥会截留在池内或者附着生长于生物膜上，随后清液排放到PN/A反应池中，避免了反硝化菌被带入PN/A反应池中，不会对随后的短程硝化‑厌氧氨氧化反应造成影响。 [0031] 此外，PN/A反应池中通过设置监控模块和调节模块实现在一个反应池中同时进行短程硝化和厌氧氨氧化反应，并且PN/A反应池和短程反硝化反应池中的反应也可以同时进行，并且PN/A反应池能够实现短程硝化‑厌氧氨氧化反应和泥水分离的过程。且通过监测单元监测到PN/A反应池中的污泥浓度超过预设值的时候，能够控制并对反应器中不同污泥的比例进行调控，避免由于AOB增长较快产生过多的亚硝氮抑制AnAOB的生长导致系统脱氮性能降低，保证一体化池体中的生化反应稳定运行。 [0032] 进一步地，本发明提供的耦合前置短程反硝化的PN/A反应工艺能够实现曝气量的自动控制和调节，进而控制水中溶解氧浓度、氨氮浓度和亚硝氮浓度，使得短程反硝化反应、短程硝化反应和厌氧氨氧化反应同时自动进行，污水在短程反硝化反应池中经过生物膜截留能够避免将反硝化菌带入到下一反应阶段，经过短程硝化‑厌氧氨氧化反应后的泥水混合物能够泥水分离，清液可以回流与新泵入的污水一同进行短程反硝化作用，这样能够提高工艺的总氮去除率，总氮去除率能够达到95％以上，例如能够达到98％。附图说明 [0033] 图1为根据本发明的耦合前置短程反硝化的PN/A反应系统的整体示意图。 [0034] 图2为根据本发明的耦合前置短程反硝化的PN/A反应系统中的PN/A反应池的立体示意图。 [0035] 图3为根据本发明的耦合前置短程反硝化的PN/A反应系统中的PN/A反应池的侧视示意图。 [0036] 图4为根据本发明的耦合前置短程反硝化的PN/A反应系统中的PN/A反应池的正视示意图。 具体实施方式[0037] 下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。所举实施方式只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。 [0038] 本发明的第一方面提供了一种耦合前置短程反硝化的PN/A反应系统10，反应系统10包括短程反硝化反应池100和PN/A反应池200，该短程反硝化反应池100的设有总进水管 120，该短程反硝化反应池100与PN/A反应池200之间通过连接管130连通，当启动该反应系统10后，通过外设的水泵经由进水管泵入短程反硝化反应池100中，该进水管例如开设在短程反硝化反应池100的底板上或者侧壁上，优选开设在短程反硝化反应池侧壁100的下部分，形成从短程反硝化反应池100的下方入水。 [0039] 进一步地，PN/A反应池200包括一体化池体210和控制模块、以及设置在反应池中的排水模块220、分质排泥模块230和脱气模块240，排水模块220包括出水单元221和回流水单元222，所述回流水单元222连通出水单元221和总进水管120，所述一体化池体210中形成有环流沉降区260，通过调节环流沉降区260内混合液的上升流速从而在环流沉降区260内形成一级沉降区261和二级沉降区262，其中一级沉降区261位于二级沉降区262的上方。 [0040] 污水在经过短程反硝化处理后，污泥截留在短程反硝化反应池100中，经短程反硝化反应后的液体为清液，该液体由连接管130流入PN/A反应池200中。随后该清液在PN/A反应池200中进行短程硝化‑厌氧氨氧化反应，反应后的泥水混合物可以在PN/A反应池200中泥水分离，并通过排水模块220将上清液排出，此时，监测进出水的氨氮浓度并计算回流比，根据回流比将PN/A反应池中的上清液通过回流水单元222回流至短程反硝化反应池中或通过出水单元221向外界排放，具体判断方式将在后文详述。而前述向外界排放例如可以直接排放，也可以排放到蓄水池中进行储存，后续再进行利用。此外，上述回流水单元222采用通水的管道即可。 [0041] 需要理解的是，本申请提供的反应系统的上游通常设置有一些固体废物过滤装置，能够将水中的杂质去除。此外，本申请中涉及到的水中的污染物则主要为含氮污染物和COD，含氮污染物通常包括氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，贯穿上下文，为便于描述，本申请中的硝酸盐氮和硝酸盐的可以理解为同一种含氮污染物，而亚硝盐氮、亚硝氮和亚硝酸盐可以理解为同一种含氮污染物。 [0042] 基于此，本发明提供的短程反硝化反应池100中接种有反硝化菌，利用反硝化菌能够消耗掉进水中存在的可生物降解部分COD，并将PN/A反应池200中的上清液回流液中的硝酸盐氮还原成亚硝氮，为后续的厌氧氨氧化反应提供亚硝氮。这样一方面充分利用了原水中的COD，提高了整体的脱氮效率，另一方面避免了这部分COD进入到PN/A池中，对厌氧氨氧化菌造成不利影响。 [0043] 另外，在PN/A反应池200中，AOB的生长速度过快会导致AOB的量增加，生成的亚硝氮增多会抑制AnAOB的生长并对厌氧氨氧化反应造成影响，本申请通过分质排泥模块230将絮状的AOB排出到PN/A反应池200以外，并保留反应池中的AnAOB，从而调控AOB与AnAOB的比例，以使得体系稳定运行。其作用原理如下：AOB污泥在水中的沉降速率慢，因此会形成絮状污泥进入一级沉降区261中，而AnAOB污泥由于沉降速率快，因此会形成颗粒状污泥进入二级沉降区262中。分质排泥模块230通过调节环流沉降区260中的上升流速，将上升流速保持在AOB和AnAOB的沉降速率之间，这样就能使AOB和AnAOB快速分质，分质后排出进入到一级沉降区261中的AOB而保留二级沉降区262中的AnAOB，从而调节一体化池体210中环流沉降区260中的污泥比例。 [0044] 进一步地，由于本申请的脱氮的最终产物为氮气，氮气从液体中上浮的过程中可能会产生气浮现象，该现象会导致氮气带动部分AnAOB上升，导致AnAOB随水排出而造成损失，由于本发明的反应池中设置了脱气模块240，能够避免AnAOB的流失，进一步保障了体系的稳定运行。 [0045] 本发明提供的反应系统10，在PN/A反应池200的基础上耦合前置的短程反硝化反应池100，能够利用污水中的COD对水中的氨氮经过短程反硝化反应进一步处理，不仅能够提高反应系统10的脱氮率，还能够实现三个反应的同时进行，保证了进出水量的稳定，无需阶段式反应，节省处理时间，提高了处理效率。此外，本发明提供的反应系统10设置分质排泥模块230和脱气模块240，通过控制模块实现了自调节一体化池体210内的污泥比例，以及三相分离，极大地提高了经济效益。 [0046] 下面将结合附图详细描述本发明的各个模块的结构。 [0047] 具体地，在一些实施方式中，出水单元221包括排水堰2211和排水管2212，排水堰2211设置在一体化池体210顶部中央，优选该排水堰2211沿一体化池体210的长度方向布置。排水管2212的一端开设在排水堰2211的底部，另一端穿过一体化池体210的侧壁与外界连接，优选地，排水管2212开设在排水堰2211的靠近池体侧壁的位置处，该一端相对于另一端在高度上低于该另一端的高度，从而避免停止排水后排水堰2211中积存水。在一些实施方式中，如图3所示，回流水单元222的一端开设在排水管2212的管壁上，另一端连接至总进水管120。回流水单元222的两端例如可以以支管的形式开设在排水管2212上和总进水管 120上，也可以直接在排水管2212和总进水管120上设置支管，此时回流水单元222可以为两端带有连接接头的水管，从而连接到上述支管上，能够将排水管2212中流出的上清液回流至短程反硝化反应池100中。 [0048] 进一步地，在一实施方式中，分质排泥模块230包括排泥管231、收集部232、升流调节管233和回流泵234，排泥管231的一端与一级沉降区261连通、另一端与收集部232连通，升流调节管233的一端与二级沉降区262连通、另一端与收集部232的清液部分连通；所述回流泵234用于将收集部232中的清液回流至二级沉降区内，在一些优选的实施方式中，该回流泵234可以设置在所述升流调节管233中或收集部中，从而将清液进行回流。 [0049] 具体地，排泥管231的一端与一级沉降区261连通，另一端与收集部232连通，这样在开始排泥时，排泥管231能够只将一级沉降区261中的污泥排出，而保留下方的二级沉降区262中的污泥。通过排泥管231排出的污泥进入到收集部232中，在收集部232中进行二次沉降，二次沉降后的污泥在收集部232中发生泥水分离，分离的清液通过升流调节管233回流至一体化池体210内的二级沉降区262，由于设有回流泵234，一方面可以实现排泥管231的排泥操作，另一方面可以实现对环流沉降区260中上升流速的调节，例如，通过调节回流泵的回流速率，能够调节清液经升流调节管233回流至二级沉降区262中的流速，由于升流调节管233与二级沉降区262连通的一端处于下方，因此会向一体化池体的环流沉降区提供一个上升流速，此时，上升流速调节至大于AOB的沉降速率且小于AnAOB的沉降速率，由此，颗粒状的AnAOB即可沉降至二级沉降区262，而AOB则进入一级沉降区261内。这样就能够实现对一体化池体210中污泥的分质排放，进而对污泥的比例进行调控，即实现了分质排泥，又降低了污水处理成本，保证体系的稳定运行。 [0050] 需要理解的是，在启动分质排泥模块230的初始时期，由于上升流速并未进行特定控制，因此，可能会排出混合的污泥，由于上升流速的调节非常迅速，一体化池体210中的污泥会快速分质，此时，上升流速稳定后，会稳定输出一级沉降区261中的AOB，而不会再排出底部的AnAOB。在另一种实施方式中，在初始排泥阶段，可以通过调整曝气量来调整上升流速，从而使得污泥分质，而在污泥分质后停止曝气，利用分质排泥模块进行上升流速的进一步调节。 [0051] 在本发明一些优选的实施方式中，该收集部232可以为二沉池、沉淀池、泥水分离池或其他的用于泥水分离的装置，其可以仅包括一个用于泥水分离的池体，也可以通过隔板将池体分开，将经过分离的污泥和清液隔开，此时，只需要确保升流调节管233与其连接的一端插入到清液中即可，这样就能够避免将污泥回流到一体化池体210中。 [0052] 此外，本发明的另一些实施方式中，还可以提供第二排泥管、排泥泵和第二收集部，排泥泵设置在第二排泥管中，该第二排泥管用于将二级沉降区262中的AnAOB排出到第二收集部中，此时，无需在第二收集部上设置用于回流清液的装置。 [0053] 排泥的周期通常例如可以在整个短程反硝化‑短程硝化‑厌氧氨氧化反应进行10天、15天或30天时，或者是根据控制模块所监测到的结果启动排泥，当监测到PN/A反应池200的一体化池体210中的污泥浓度上升到预设值，该预设值例如可以是AOB的浓度，或者AOB与AnAOB的浓度比，当预设值为AOB与AnAOB的浓度比时，该预设值例如可以为3:1，即比值大于3:1时，启动分质排泥模块230进行排泥。 [0054] 如上所述，水中的亚硝氮和氨氮经过厌氧氨氧化反应后会转化为氮气离开反应体系，此时水中的氮气在上浮的过程中可能会由于气浮作用带动部分AnAOB上升，导致AnAOB随水排出而损失。为此，本发明的一体化池体210中设置有脱气模块240，由此避免气体带动的AnAOB的流失。 [0055] 具体地，在一实施方式中，脱气模块240设置在所述排水模块220的两侧，在此情况下，一级沉降区261和二级沉降区262位于脱气模块240的下方。在一些优选的实施方式中，脱气模块240包括一对相对设置的脱气单元241，脱气单元241与一体化池体210的内壁之间形成有向下流动的通道，即下沉区，污水从一体化池体210的侧壁上方流入向下流动的通道流入一体化池体210中。相对的脱气单元241之间形成有向上的流动通道，气体通过该流动通道排出。在此情况下，上述环流沉降区260形成在脱气单元241的下方，由此，污泥在脱气单元241的下方进行分质，由分质排泥模块230中的升流调节管233和回流泵234提供的上升流速可以直接在脱气单元241之间形成向上的流动通道，气体可以直接顺着上升流速经由向上的流动通道排出。这样就实现了三相分离，提高了经济效益，一举多得。在本发明的另一实施方式中，该脱气模块240例如还可以为三相分离器，可以直接将泥水分离装置中的气液固三相成分进行分离。 [0056] 上述短程反硝化、短程硝化、厌氧氨氧化、分质排泥等过程均可以通过控制模块进行调控。在本发明的一些实施方式中，该控制模块包括：位于该一体化池体210底部的曝气单元250、位于该一体化池体210内部的监测单元、酸碱度调节装置和温度调节装置，还包括排泥时流量控制调节(调节上升流速)、PN/A反应池到短程反硝化池的回流量调节。在一些优选的实施方式中，本发明的反应系统10还包括总控制器和控制电路，总控制器通常设置在方便人员操作的位置，例如反应池附近或者总操作台等位置处，此时，总控制器通过控制电路与控制模块、排水模块220和分质排泥模块230连接，从而控制各模块的启动和停止，并及时对反应系统10进行调整。由此，本发明实现了对于污水脱氮处理的智能自动化控制。 [0057] 进一步地，在一些实施方式中，本发明的曝气单元250包括曝气管道和风机，曝气管道连通在一体化池体210的下方，风机可以设置在一体化池体210外部，或者直接连接外部的送风系统，由此能够通过调控吹入到一体化池体210中的气流流速，从而控制曝气量，进而调整一体化池体210中的溶解氧含量。 [0058] 进一步地，监测单元包括污泥浓度监测器、溶解氧浓度监测器、酸碱度监测器、温度监测器、亚硝氮浓度监测器和氨氮浓度监测器，其中污泥浓度监测器能够监测反应池中AOB和AnAOB的含量以及两种污泥的比例；其他的监测器可以分别监测一体化池体210中溶解氧浓度、酸碱度、温度、亚硝氮的浓度、氨氮的浓度等；调节模块包括酸碱度调节装置和温度调节装置。在一些优选的实施方式中，本发明的氨氮浓度监测器可以设置有两个，这两个氨氮浓度监测器分别设置在短程反硝化反应池和一体化池体中，更优选地，这两个氨氮浓度监测器位于短程反硝化反应池的进水口处，和一体化池体的上清液区域中，分别用于测定进水的氨氮浓度和上清液的氨氮浓度。 [0059] 此外，在一些实施方式中，本发明的监测单元还可以设置有污水体积检测装置或红外线水位监测仪等，对此本领域技术人员可以根据需要进行安装，本发明不局限于此。此外，酸碱度调节装置例如可以是设有泵送装置的容器，容器内盛有缓冲液，从而通过缓冲液的泵送进行酸碱度调节，温度调节装置例如可以是风机或者电阻丝等制冷或制热的装置，对此本申请不进行特别限制。 [0060] 需要理解的是，上述出水单元221和回流水单元222中可以设置有电磁阀，根据实时监测的进水和上清液的氨氮浓度，控制出水单元221和回流水单元222中的电磁阀的开启和关闭，从而调整上清液的流向。 [0061] 进一步地，为了避免将反硝化菌带入PN/A反应池200中，短程反硝化反应池100可以设置成MBR池，或可以在其中设置有生物膜填料，该生物膜填料可以为固定的或悬浮的。当污水进入到短程反硝化反应池100后，污水中混合的反硝化菌可以由MBR池中的膜或提供短程反硝化反应池100中的生物膜填料110截留。由此从短程反硝化反应池100中流出的液体均为清水，其中不含随液体带出的反硝化菌。 [0062] 由此，本发明提供的耦合前置短程反硝化的PN/A反应系统10将短程反硝化反应池100与PN/A反应池200结合，在短程反硝化反应池100中设置生物膜填料110或设置成MBR池，从而将反硝化菌截留在生物膜上，避免进入PN/A反应池200，该短程反硝化反应池100出水为澄清的溶液，也就是说，其中不含由短程反硝化反应池100中的反硝化菌污泥。 [0063] 此外，将PN/A反应池200中经过短程硝化‑厌氧氨氧化反应的清液经由进水管与新泵入的污水一起回流到短程反硝化反应池100中，将其中的硝酸盐氮还原为亚硝氮，从而为PN/A反应池200提供更多的亚硝氮源。两个反应池中的反应可以同时进行，无需按阶段处理。 [0064] 本发明提供的PN/A反应池200由于设置了曝气单元250，能够调节一体化池体210中的溶解氧含量，进一步控制一体化池体210中的氨氮浓度和亚硝氮浓度。通过设置分质排泥模块230，能够选择性地将一体化池体210中的AOB排出，而保留AnAOB，从而调控一体化池体210中的AOB和AnAOB的比例，从而使得系统能够稳定运行。由于设置了脱气模块240，本发明能够实现三相分离，不会损失池体中的AnAOB，保证了经济效益。通过排水模块220的设置，本发明能够将处理后的清水排放到外界，以供后续使用。 [0065] 基于上述结构，本发明提供的反应系统能够稳定运行，实现自动排泥，并且由于设置成MBR反应池或设置有生物填料，因此能够避免反硝化菌进入到PN/A反应池中对AOB和AnAOB的反应造成影响，此外，通过检测污泥的浓度能够启动分质排泥，从而保证了系统的稳定运行，由此极大的提高了脱氮效率，在脱氮的同时，短程反硝化过程中利用了进水中的COD作为碳源，避免了外加碳源节省了成本，且装置简单，便于维修护理。本发明提供的耦合前置短程反硝化的PN/A反应系统10将水中去除COD、脱除氨氮、泥水分离、分质排泥集为一体，具有非常高的经济效益。 [0066] 基于本发明的第二方面，提供了一种耦合前置短程反硝化的PN/A反应工艺，该反应工艺包括如下步骤：步骤I、在短程反硝化反应池中接种反硝化菌，并在PN/A反应池中接种短程硝化菌和厌氧氨氧化菌。 [0067] 步骤II、将污水泵入所述短程反硝化反应池中，并进行短程反硝化反应，反应后的液体排放到所述PN/A反应池中，该PN/A反应池中包括一体化池体。在该过程中，短程反硝化反应池中设有固定或悬浮式生物膜载体填料，或者该短程反硝化反应池设置成MBR池，从而将污水中的反硝化菌截留在短程反硝化反应池，该过程中排放到PN/A反应池的液体为清水。该反应过程中，污水和污泥并非以泥水混合状态存在于短程反硝化反应池中，而是污水流过生物膜，与生物膜上的反硝化菌进行反应，随后反硝化菌继续截留在生物膜上，污水通过生物膜填料后，污水中的氨氮被还原为亚硝氮。 [0068] 随后，步骤III、所述步骤II中排入到PN/A反应池中的液体进入一体化池体并在该一体化池体中与污泥接触以泥水混合物的形式进行短程硝化‑厌氧氨氧化反应。具体地，该步骤III包括通过控制曝气量同时将氨氮的浓度控制在高于20mg/L的范围内、将亚硝氮的浓度控制在低于50mg/L的范围内、以及将溶解氧浓度控制在不超过0.5mg/L的范围内，从而使得所述短程硝化反应以及所述厌氧氨氧化反应同时进行。在本发明的一些优选的实施方式中，步骤III的反应过程中酸碱度控制在6.5～8.3范围内。通过将氨氮浓度、亚硝氮浓度和溶解氧浓度控制在上述预设范围内，PN/A反应池中的短程硝化反应和厌氧氨氧化反应能够同时进行，无需阶段式进行，且能够保证进出水的稳定，无需停止进出水来启动短程硝化‑厌氧氨氧化反应。 [0069] 接下来，步骤IV、所述一体化池体中反应后的泥水混合物发生泥水分离，随后经过泥水分离后的上清液排放。 [0070] 在本发明的一些实施方式中，该步骤IV中将经过泥水分离后的上清液排放为： [0071] 步骤IV‑1、监测进水的氨氮浓度和上清液的氨氮浓度，并根据进水的氨氮浓度和上清液的氨氮浓度之间的关系将上清液： [0072] 回流至短程反硝化反应池中，与新泵入短程反硝化反应池中的污水一同进行短程反硝化反应，之后重复所述步骤II、所述步骤III和所述步骤IV。在此情况下，一体化池体中的上清液中会含有一定量的硝酸盐，回流到短程反硝化反应池中的上清液与新泵入短程反硝化反应池中的污水中的硝酸盐一同被还原成亚硝氮，该过程中可以利用水中的COD为短程反硝化反应所需的碳源，由此，本发明提供的反应工艺还能够对水中的COD进行去除。还原后的亚硝氮随水进入到一体化池体中与一体化池体中经过短程硝化形成的亚硝氮和剩余的少量的氨氮(即经过短程消化后剩余的氨氮)共同发生厌氧氨氧化反应，最终形成氮气排出反应系统。 [0073] 或者，还可以根据进水的氨氮浓度和上清液的氨氮浓度之间的关系将上清液直接排放到外界，例如可以直接排放，也可以排放到蓄水池中进行储存，后续再进行利用。 [0074] 具体地，在本申请的一些优选的实施方式中，上述进水的氨氮浓度和上清液的氨氮浓度之间的关系可以为二者分别与预设值相比较的关系，也就是说，在一种实施例中，进水的氨氮浓度超过预设值的情况下，直接将上清液回流至短程反硝化反应池中；而进水的氨氮浓度在预设值以下时，则能够达到90％以上的脱氮效率，因此，可以直接将上清液排放到外界。在另一种实施例中，也可以将上清液的氨氮浓度与另一预设值相比，该另一预设值例如可以为氨氮排放标准，即当上清液的氨氮浓度高于氨氮排放标准时，将上清液回流至短程反硝化反应池中，而上清液的氨氮浓度在预设值以下时，则直接将上清液排放到外界。 [0075] 进一步地，在本申请最优选的实施方式中，上述进水的氨氮浓度和上清液的氨氮浓度之间的关系可以为通过以下公式计算出的回流比： [0076] [0077] 其中出水氨氮浓度标准和出水总氮浓度标准根据各地方执行的政策或国标中的标准浓度而定，因此，回流比的预设值根据各地方执行的政策或国标中的出水氨氮浓度标准、出水总氮浓度标准以及进水的氨氮和总氮浓度预先计算出来并进行设定。例如某地区的污水进水的氨氮浓度为800mg/L，出水的氨氮浓度标准为10mg/L，出水总氮浓度标准为20mg/L，则计算的回流比为7.69，此时，回流比则可以设置成7.69。需要注意的是，上述示例仅仅是为了举例说明本发明的反应工艺的回流比计算方式，而并非对其进行的限定。当本发明的反应系统和反应工艺用在不同的地区甚至国家时，污水的排放标准和进水的氨氮浓度都是变化的，且不同时期也会有一定的波动，因此通常是根据当地的平均值计算回流比，将回流比进行调整以适应不同地区的污水处理，这样则可以满足不同地区的污水脱氮处理要求。 [0078] 实际上，当反应工艺稳定运行时，上述步骤II在将上清液回流到短程反硝化反应池的情况下，能够实现在消除水中COD的同时将水中氨氮还原成亚硝氮，利用水中少量的COD作为碳源，无需额外添加碳源，从而为步骤III中的反应提供更多的亚硝氮，进而提高反应效率。 [0079] 基于此，本发明提供的耦合前置短程反硝化的PN/A反应工艺集脱除水中COD和脱除水中氨氮为一体，能够自动进行无需人工调整和转换。理论脱氮率高达95％以上，优选高达98％。 [0080] 如上所述地，由于在短程硝化‑厌氧氨氧化反应过程中，AOB的生长速率高于AnAOB，并且短程反硝化反应会向后续步骤中提供亚硝氮，因此随着处理时间增长，PN/A反应池中的亚硝氮浓度会上升，当亚硝氮浓度过高时，会抑制AnAOB的生长，体系会崩溃，为了避免该情况发生。在一些实施方式中，本发明的耦合前置短程反硝化的PN/A反应工艺还包括步骤V、当检测到所述PN/A反应池200中的污泥浓度超过预设值范围时，停止对所述短程反硝化反应池100的入水，并开始对所述PN/A反应池进行分质排泥。 [0081] 具体地，在一些实施方式中，所述步骤V包括：步骤V‑1、在一体化池体中形成环流沉降区，并通过调节上升流速使得所述环流沉降区分成一级沉降区和二级沉降区，所述二级沉降区位于所述一级沉降区下方；步骤V‑2、通过排泥管排出所述一级沉降区内的污泥；步骤V‑3、将步骤V‑2中排出的污泥在收集部中进行二次沉降并将收集部中的澄清液回流至所述二级沉降区内；步骤V‑4、通过调节所述澄清液的回流速率来调节所述一体化池体内的上升流速。具体地，排泥管排出的污泥在收集部中二次沉降后形成沉降后的污泥和澄清液，澄清液回流到上述二级沉降区内，从而在一体化池体中提供上升流速，此时调节回流速率即可调节一体化池体中的上升流速，由此，一体化池体中的混合污泥即可实现分质，絮状的AOB进入一级沉降区，颗粒状的AnAOB进入二级沉降区，从而实现分质排泥，进而将系统中的AOB污泥与AnAOB污泥比例稳定在一定范围内，从而保持工艺的稳定运行。 [0082] 在一些实施方式中，上述步骤V中，污泥浓度的预设值例如可以为AOB的浓度或者AOB与AnAOB浓度的比值，该比值例如可以为3:1。在监测到污泥浓度的预设值高于上述预设值后，启动分质排泥，直至污泥浓度低于上述比例后，可以停止分质排泥过程，继续进行步骤II至IV的运行。 [0083] 由此，本发明提供的反应工艺能够连续稳定运行，即能够稳定的进行脱除水中氨氮和COD，且短程反硝化过程中无需提供碳源，且反硝化菌不会进入下一阶段对AOB和AnAOB造成影响。能够实现自动排泥，操作简单，无需人员监控，方便调整和维护。 [0084] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“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，在未特别说明的情况下，将固定出水管的端板的方向定义为前方，在具有特殊说明的情况下，该前方和后方也可以相互调换；这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。 [0085] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0086] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。 [0087] 应当理解的是，尽管术语“第一”、“第二”等可以在本文中用于描述各种元件，但这些元件不应当由这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，下面讨论的第一元件可以被称为第二元件，而不会脱离本发明的教导。类似地，第二元件也可以被称为第一元件。 [0088] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不须针对的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。 |
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