申请日2014.12.31
公开(公告)日2015.04.29
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明公开了一种污水生物脱氮处理设备及工艺，包括监控装置及通过管道依次连接的均质调节池、反硝化系统、硝化池及二沉池，均质调节池连接酸碱添加系统，反硝化系统包括通过管道依次连接的一级反硝化池和二级反硝化池，二级反硝化池上连接碳源添加系统;监控装置包括PLC控制器和显示器;该工艺包括经过pH值调节后的污水与回流液混合，反硝化细菌利用污水中的有机碳源对回流液中的硝态氮进行反硝化处理;混合液中加入有机碳源，反硝化细菌利用外加的有机碳源彻底脱除混合液中的硝态氮;硝化细菌将混合液中的氨氮氧化为硝态氮;混合液部分回流进行反硝化处理;混合液通过沉淀进行泥水分离后，清水排放。本发明节省外加碳源，降低经济成本。
摘要附图
权利要求书
1.一种污水生物脱氮处理设备，包括监控装置及通过管道依次连 接的均质调节池(1)、反硝化系统(2)、硝化池(3)及二沉池(4)， 硝化池与反硝化系统通过污水回流管(5)连接，二沉池与反硝化系统通 过污泥回流管(6)连接，其特征在于，均质调节池连接酸碱添加系统(7)， 反硝化系统包括通过管道依次连接的一级反硝化池(201)和二级反硝化 池(202)，二级反硝化池上连接碳源添加系统(8);监控装置包括PLC 控制器(9)、与PLC控制器连接的显示器(10)，PLC控制器分别与酸 碱添加系统、碳源添加系统连接。
2.根据权利要求1所述的污水生物脱氮处理设备，其特征在于，碳 源添加系统包括碳源池(801)，碳源池通过定量泵(11)与二级反硝化 池连接;酸碱添加系统包括酸碱溶液池(701)，酸碱溶液池通过定量泵 与均质调节池连接，定量泵与PLC控制器连接。
3.根据权利要求1所述的污水生物脱氮处理设备，其特征在于，均 质调节池、一级反硝化池、二级反硝化池及硝化池内均安装pH计(12)， 一级反硝化池、二级反硝化池及硝化池内还安装溶氧仪(13)，
其中，二级反硝化池内还安装有机碳检测仪(14)和氨氮测试仪(15); pH计、溶氧仪、有机碳检测仪及氨氮测试仪均与PLC控制器连接。
4.根据权利要求1所述的污水生物脱氮处理设备，其特征在于，污 水回流管、污泥回流管上均连接回流泵(16)、流量计(17)和调节阀 (18)，回流泵、流量计和调节阀均与PLC控制器连接。
5.根据权利要求1所述的污水生物脱氮处理设备，其特征在于，一 级反硝化池、二级反硝化池及消化池内均安装弹性生物填料(19)，且 弹性生物填料的比表面积大于150m2/m3;
其中，一级反硝化池和二级反硝化池内还安装搅拌器(20);硝化 池内底部固定曝气头(21)，曝气头连接鼓风机(22)，鼓风机、搅拌 器均与PLC控制器连接。
6.一种污水生物脱氮处理工艺，其特征在于，该工艺包括以下步 骤：
S101、水质调节：向污水内添加酸碱试剂，调节pH值为7-8;
S102、一级反硝化处理：pH值调节后的污水与硝化池回流液形成 混合液，反硝化细菌利用污水中的有机碳源对硝化池回流液中的硝态氮 进行反硝化处理，此过程中控制溶解氧为0.2-0.4mg/l;
S103、二级反硝化处理：向混合液中加入有机碳源，反硝化细菌利 用有机碳源彻底脱除混合液中的硝态氮;
S104、硝化处理：混合液进行硝化处理，硝化细菌将混合液中的氨 氮氧化为硝态氮;
S105、混合液部分回流至步骤S102中进行一级反硝化处理;
S106、步骤S104中处理后的混合液通过沉淀进行泥水分离后，清 水排放。
7.根据权利要求6所述的污水生物脱氮处理工艺，其特征在于，步 骤S101中，酸碱试剂为浓硫酸或氢氧化钠溶液。
8.根据权利要求6所述的污水生物脱氮处理工艺，其特征在于，步 骤S104中，控制混合液中溶解氧的浓度为0.5-1mg/l、pH值为7.8-8.5。
9.根据权利要求6所述的污水生物脱氮处理工艺，其特征在于，步 骤S105中，混合液的回流比为300%-500%。
10.根据权利要求6所述的污水生物脱氮处理工艺，其特征在于， 步骤S106中泥水分离后的污泥回流至步骤S102中进行一级反硝化处 理，其回流比为50%-100%。
说明书
一种污水生物脱氮处理设备及工艺
技术领域
本发明涉及生物脱氮技术领域，具体而言，涉及一种污水生物脱氮处理 设备及工艺。
背景技术
城市污水中氮存在有四种形式，即有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮以及硝酸 盐氮。污水中有机氮主要来自氨基酸、多肽和蛋白质，都是生物过程中的产 物，有机氮的增加说明水污染严重。污水中氨氮是微生物活动的产物，在收 集、输送污水过程中，由于微生物的作用，使有机氮分解变成氨氮。氨氮是 指铵离子和氮的总称，它以铵根或氮溶解气体形式存在，如下式所示：
水中氨氮量的大小，是衡量水污染程度的指标之一。亚硝酸盐氮是自然 界氮循环的中间产物，它是蛋白性物质经分解后产生亚硝酸盐氮。一般亚硝 酸盐氮是不稳定的，它很快会转化成硝酸盐氮。硝酸盐氮的存在，说明水体 已受到有机性污染。
目前污水处理一般采用生物脱氮技术，该技术主要是基于微生物的硝化 和反硝化作用。硝化作用是在好氧条件下，硝化细菌将氨氮氧化为亚硝态氮 和硝态氮的生物反应;反硝化作用是在缺氧条件下，反硝化细菌将硝态氮、 亚硝态氮及其他氮氧化物还原为氮气的生物反应，具体过程如下所示：
好氧条件下硝化作用过程：硝化细菌→NH4+→NO2-→NO3-;
缺氧条件下反硝化作用过程：NO3-→NO2-→N2O-→N2。
实现上述反应过程的污水处理设备一般包括硝化池和反硝化池，在硝化 作用过程中，一般需要维持硝化池的DO(溶氧量)在2mg/l以上，只有在 该条件下，才可以将氨氮彻底氧化为硝态氮;在反硝化过程，碳源作为反硝 化过程的电子供体，是影响反硝化过程的重要影响因素，若污水中碳氮比偏 低时，需要考虑使用外加甲醇、葡萄糖等碳源提供反硝化电子供体。
但是，目前在运用上述处理设备进行污水的脱氮处理时，在硝化作用过 程中，亚硝态氮转化为硝态氮过程中，消耗了一定量的氧气，但是在反硝化 作用过程中，硝态氮又转化为了亚硝态氮，所以在该转化过程中，导致氧气 消耗较高，同时在硝化作用过程中，还需要鼓风机或者其他曝气设施为硝化 池提供空气，造成了机械耗能较高;此外，现有技术在反硝化过程中，并没 有对污水中原始碳源进行利用，而是直接将碳源添加在反硝化池中，所以反 硝化过程的电子供体全部依赖于外加的碳源，增加了碳源的使用量，浪费了 资源，提高了企业的经济成本，不具有实用性。
发明内容
为解决现有技术中的生物脱氮处理工艺存在的不仅氧气消耗高，而且机 械耗能高，且浪费了过多的碳源等问题，本发明的目的在于提供一种污水生 物脱氮处理设备及工艺。
为达到上述目的，本发明实施例中提供了一种污水生物脱氮处理设 备，包括监控装置及通过管道依次连接的均质调节池、反硝化系统、硝 化池及二沉池，硝化池与反硝化系统通过污水回流管连接，二沉池与反 硝化系统通过污泥回流管连接，均质调节池连接酸碱添加系统，反硝化 系统包括通过管道依次连接的一级反硝化池和二级反硝化池，二级反硝 化池上连接碳源添加系统;
监控装置包括PLC控制器、与PLC控制器连接的显示器，PLC控制 器分别与酸碱添加系统、碳源添加系统连接。
本技术方案中，该设备结构简单，通过均质调节池、反硝化系统、 硝化池及二沉池形成前置反硝化生物脱氮处理设备，该设备中，反硝化 系统分为一级反硝化池和二级反硝化池，在一级反硝化池内利用污水自 身的碳源进行反硝化反应，在二级反硝化池内通过碳源添加系统额外添 加碳源完成剩余的反硝化反应，该反硝化系统与现有的反硝化系统而 言，降低了碳源的添加量，节省了经济成本，此外酸碱添加系统和碳源 添加系统均与PLC控制器连接，PLC控制器根据现场仪表的检测数据， 自动打开或关闭酸碱及碳源的添加量，无需人工辅助完成，提高了设备 运行的自动化，真正做到了远程管理，节省了工人的劳动时间，减小了 劳动强度，提高了设备运行效率，另外设备工艺流程简单、高效、占地 面积小，便于厂房的建设，投资成本低，生产效率高，实用性强。
进一步的，碳源添加系统包括碳源池，碳源池通过定量泵与二级反 硝化池连接;酸碱添加系统包括酸碱溶液池，酸碱溶液池通过定量泵与 均质调节池连接，定量泵与PLC控制器连接。本技术方案中，对碳源添 加系统及酸碱添加系统作进一步的描述，通过PLC控制器控制定量泵的 开启/关闭，调节碳源及酸碱容易的添加量，对碳源及pH值做到了精确 控制，提高了设备运行效率，节省了人力。
进一步的，均质调节池、一级反硝化池、二级反硝化池及硝化池内 均安装pH计，一级反硝化池、二级反硝化池及硝化池内还安装溶氧仪，
其中，二级反硝化池内还安装有机碳检测仪和氨氮测试仪;pH计、 溶氧仪、有机碳检测仪及氨氮测试仪均与PLC控制器连接。
本技术方案中，pH计用于检测各个反应池内的pH，并将检测数值 传输至PLC控制器，同时显示在显示屏上，当均质调节池内的pH不在 反应所需条件范围内，则需要启动酸碱添加系统进行调节;此外，溶氧 仪用于检测反应池内的溶氧量，保证了溶氧量在一定的范围内，如果溶 氧量不在反应所需范围内，则需要启动鼓风机补充空气，提高溶氧量， 此外，二级反硝化池内还安装有机碳检测仪和氨氮测试仪，当污水中的 碳氮比低于设定值时，碳源添加系统自动向二级反硝化池投加碳源，实 现了自动化，PLC控制器根据现场仪表数据自动调整各机泵的运行状态， 操作者可以通过显示器直观的观测到污水处理效果以及设备内各个处理 池内的pH值、溶氧量、总有机碳、氨氮等指标，真正做到了远程管理， 节省了工人的劳动时间，减小了劳动强度，另外设备工艺流程简单、高 效、占地面积小，便于厂房的建设，投资成本低，生产效率高。
进一步的，污水回流管、污泥回流管上均连接回流泵、流量计和调 节阀，回流泵、流量计和调节阀均与PLC控制器连接。
PLC控制器接收流量计的数据，来调节流量调节阀，从而实现了可 以自动调整污水或污泥的回流量。污水回流泵和污泥回流泵分别用来使 硝化后的回流液和污泥回流至反硝化池中进一步参与反硝化处理，污泥 回流充分利用污泥内的微生物参与反应，回流液回流主要使污水充分脱 氮。
进一步的，一级反硝化池、二级反硝化池及消化池内均安装弹性生 物填料，且弹性生物填料的比表面积大于150m2/m3;
其中，一级反硝化池和二级反硝化池内还安装搅拌器;硝化池内底 部固定曝气头，曝气头连接鼓风机，鼓风机、搅拌器均与PLC控制器连 接。
本技术方案中，一级反硝化池、二级反硝化池及消化池内均安装弹 性生物填料的目的是增加池内生物脱氮所需硝化细菌或者反硝化细菌的 生物量，提高脱氮效率;此外，搅拌器的作用主要用于保证污水和微生 物之间均匀混合和充分接触，提高了微生物硝化和反硝化处理的效率。 反硝化池内安装在线的溶氧仪，PLC控制器可以根据溶解氧浓度的高低 调整搅拌器的转速，提高了智能化和自动化，实用性强。
本发明实施例中还提供了一种污水生物脱氮处理工艺，该工艺包括 以下步骤：
S101、水质调节：向污水内添加酸碱试剂，调节pH值为7-8;
S102、一级反硝化处理：pH值调节后的污水与硝化池回流液形成 混合液，反硝化细菌利用污水中的有机碳源对硝化池回流液中的硝态氮 进行反硝化处理，此过程中控制溶解氧为0.2-0.4mg/l;
S103、二级反硝化处理：向混合液中加入有机碳源，反硝化细菌利 用有机碳源彻底脱除混合液中的硝态氮;
S104、硝化处理：混合液进行硝化处理，硝化细菌将混合液中的氨 氮氧化为硝态氮;
S105、混合液部分回流至步骤S102中进行一级反硝化处理;
S106、步骤S104中处理后的混合液通过沉淀进行泥水分离后，清 水排放。
本技术方案中，该处理工艺与现有技术先比，本发明采用前置反硝 化生物脱氮处理工艺，使污水经过两次反硝化处理，第一次反硝化处理 通过使用污水中本身的碳源进行反应，第二次反硝化处理中加入额外碳 源，与现有技术中直接将碳源加入反硝化池而言，本发明降低了碳源的 使用量，而且提高了脱氮效率;同时控制混合液中溶解氧的浓度为 0.5-1mg/l、pH值为7.8-8.5，该参数范围可以保证好氧微生物和硝化细菌 的正常活性，又可以限制亚硝酸盐向硝酸盐的转化，这样减少了亚硝酸 盐向硝酸盐进行转化所需的氧气，进而降低了供风量，节省能耗;此外 通过测试仪表和PLC控制器的自动控制系统实现设备的自动运行，既提 高了脱氮效率，又简化了操作。通过本发明处理后的污水可直接作为工 业循环水、生活杂用水、市政景观用水等，既治理了水污染又节约了水 资源。
进一步的，步骤S101中，酸碱试剂为浓硫酸或氢氧化钠溶液。当污 水原始水质为酸性时，使用氢氧化钠溶液，当污水原始水质为碱性时， 使用浓硫酸溶液。
进一步的，步骤S104中，控制混合液中溶解氧的浓度为0.5-1mg/l、pH 值为7.8-8.5。该参数范围可以保证好氧微生物和硝化细菌的正常活性， 又可以限制亚硝酸盐向硝酸盐的转化，溶解氧和pH值的控制均通过PLC 控制器调整鼓风机及酸碱添加系统的运行状态实现。在硝化反应过程 中，通过控制pH值和溶解氧的量，可以阻止硝化细菌将亚硝酸盐氧化 为硝酸盐，从而节省了氧气消耗，进而当回流液回流至反硝化系统后， 缩短了反硝化所需的时间，减少了反硝化过程中所需的碳源。
进一步的，步骤S105中，混合液的回流比为300%-500%。当硝化 处理过程中的氨氮浓度升高时增加污泥回流比，当硝化处理过程中的氨 氮浓度降低时降低污泥回流比。
进一步的，步骤S106中泥水分离后的污泥回流至步骤S102中进行 一级反硝化处理，其回流比为50%-100%。该回流范围可以保证二沉池 内的污泥及时回流到一级反硝化池，提高了污水回流效率及水处理的效 率。
本发明的有益效果为：本发明中提供的一种污水生物脱氮处理设备 中，将反硝化系统分为一级硝化池和二级硝化池，并在二级硝化池内添 加碳源，一级硝化池通过使用污水本身碳源进行反硝化反应，对污水自 身的碳源充分利用，而二级硝化池内加入碳源彻底除去亚硝态氮和硝态 氮，与现有技术相比，本发明由于充分利用了污水自身所含的碳源，所 以在反硝化过程中降低了外加碳源的使用量，此外，在污水的硝化处理 中，通过使用PLC控制器控制pH值和溶解氧的浓度，可以最大限度抑 制硝化细菌将亚硝酸盐氧化为硝酸盐，从而节省了氧气消耗，进而当回 流液回流至反硝化系统后，反硝化所需的时间缩短，并减少了反硝化过 程中所需的碳源，所以通过本发明提供的处理设备进行的生物脱氮处理 工艺，工艺操作简单，所有重要参数均可自动调节，节省了碳源及氧气 的使用量，提高了除氮效率，降低了经济成本。
