申请日2015.02.08
公开(公告)日2015.05.27
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种生物法处理硝酸铵废水的装置与方法，属于生化法污水处理技术领域。该装置设有厌氧发酵反应器SBR，混合池，上流式厌氧污泥床反应器UAFB及排水池：通过安装在中混合池中和上流式污泥床反应器UAFB中的pH/ORP传感器，优化控制稀硝酸、发酵液的投加量以及处理负荷。本发明创新性地组合使用序批式反应器与上流式厌氧污泥床反应器应用于工业硝酸铵废水的处理，串联污泥发酵与反硝化耦合厌氧氨氧化反应，兼顾污泥减量与硝酸铵废水深度脱氮。
权利要求书
1.一种生物法处理硝酸铵废水的装置，其特征在于：该装置包括厌氧 发酵反应器SBR(1)、进泥泵(1.1)第一pH在线监测仪(1.2)、进药口 (1.3)、第一搅拌器(1.4)、第一温控装置(1.5)、第一排泥阀(1.6)离 心机(1.7)、混合池(2)、硝酸铵废水投加泵(2.1)、硝酸投加泵(2.2) 第二pH在线监测仪(2.3)、第二搅拌器(2.4)、上流式厌氧污泥床反应 器UAFB(3)、进水泵(3.1)、集气口(3.2)、气体干燥装置(3.3)、集 气瓶(3.4)、第一排水阀(3.5)、格栅(3.6)、海绵填料(3.7)、第一ORP 在线测定仪(3.8)、第二排泥阀(3.9)排水池(4)、第二排水阀(4.1);
进泥泵(1.1)连接厌氧发酵反应器SBR(1)，通过第一排泥阀(1.6) 使厌氧发酵反应器(1)连接离心机(1.7)，通过离心得到的上清液进入 混合池(2)中，剩余污泥排出;通过硝酸铵废水投加泵(2.1)连接混合 池(2)，通过硝酸投加泵(2.2)链接混合池(2);混合池(2)通过进水 泵(3.1)进入上流式厌氧污泥床反应器UAFB(3)，上流式厌氧污泥床 反应器UAFB(3)的出水通过第一排水阀(3.5)连接排水池(4)，上流 式厌氧污泥床反应器UAFB(3)设有第二排泥阀(3.9);厌氧发酵反应 器SBR中安装有第一pH在线监测仪(1.2)、第一搅拌器(1.4)、第一温 控装置(1.5);混合池(2)中安装有第二pH在线测定仪(2.3)、第二搅 拌器(2.4);上流式厌氧污泥床反应器UAFB(3)中安装第一ORP在线 测定仪(3.8);上流式厌氧污泥床反应器UAFB(3)顶部设有集气口(3.2)， 集气口(3.2)依次连接气体干燥装置(3.3)和集气瓶(3.4)。
2.应用如权利要求1所述装置进行处理硝酸铵废水的方法，其特征在 于,所述方法步骤如下:
1)系统启动：
①取初沉污泥加入厌氧发酵反应器SBR(1)，保持反应区污泥浓度 为24000-26000mgMLSS/L,通过第一温控装置(1.5)保持温度为25到32 摄氏度，通过投加碱溶液的方式保持反应区pH值为10±0.2;开启搅拌器 保持反应器内污泥充分混匀，每天排出1/10反应器有效容积的发酵污泥， 然后添加等体积的新鲜初沉污泥进入反应器，连续运行15个周期;
②上一个步骤完成后，厌氧发酵反应器SBR(1)排出的发酵污泥 经过离心，上清液注入混合池(2)，底层污泥排出;取污水厂剩余的反 硝化除磷污泥加入上流式厌氧污泥床反应器UAFB(3)中，使反应区污泥 浓度在3500-4500mgMLSS/L，将混合池中的污水注入反应器中，控制进水 流速，使HRT为9h，连续运行15d;将上流式厌氧污泥床反应器UAFB(3) 的上盖与三相分离器取下，将附着有厌氧氨氧化菌的填料放入反应器中， 填充比20±2%，在填料上方安装格栅，使海绵填料悬浮于反应器内并浸没 在液面以下，然后将反应器上盖与三相分离器安装回去，连续运行，直到 系统出水TN浓度小于10mg/L;
2)连续运行：系统启动成功后将进入连续运行阶段，包含以下几个 过程：
厌氧发酵反应器SBR(1)利用初沉发酵产生碳源，供给上流式厌氧 污泥床UAFB(3)使用，每周期依次经历排泥、进泥、调节pH值3个 过程，过程中第一搅拌器(1.4)始终处于开启状态;
I排泥：在搅拌开启的的情况下，开启第一排泥阀(1.6)，排出反 应器有效容积1/10的发酵污泥进入离心机(1.7)，离心后将上清液注入 混合池(2)，底层污泥排出，进入下一道工序;
II进泥：开启进泥泵(1.1)，将反应器有效容积1/10的初沉污泥打 入厌氧发酵反应器SBR(1)，进泥结束后进入下一道工序;
III调节pH值：通过进药口(1.3)向厌氧发酵反应器SBR(1)中 加入碱溶液，通过第一pH在线监测仪(1.2)监测反应器内的pH值，当 pH值达到10±0.2时停止投加;
混合池(2)中将厌氧发酵反应器SBR(1)排出的富含SCOD的发 酵污泥与硝酸铵废水混合在一起，并通过硝酸调节混合池中NH4-N与 NO3-N之间的物质的量比例达到1:1;在硝酸与碱性污泥的双重作用下， 混合池中的pH呈中性;每周期经过进泥、进废水、进硝酸、搅拌4个过 程，具体如下;
①进泥：厌氧消化反应器SBR(1)排出的发酵污泥经过第一排泥阀 (1.6)进入离心机(1.7)，离心后将上清液注入混合池(2)，底层污泥排 出，进泥结束后进入下一道工序;
②进废水：通过硝酸铵废水投加泵(2.1)向混合池(2)中打入硝酸 铵废水，进水结束后进入下一道工序;
③进硝酸：开启搅拌器，通过硝酸投加泵(2.2)向混合池中加入硝酸， 通过第二pH在线监测仪控制硝酸的投加量，当pH为7±0.2时停止投加， 此时混合池中NH4+-N与NO3--N之间的物质的量比例达到1:1，关闭搅拌 器，然后进入下一道工序;
④搅拌：每个整点时刻开启搅拌器，十分钟后关闭，以保证混合池内 充分混合，不产生沉淀;
上流式厌氧污泥床反应器UAFB(3)中，首先由反硝化菌利用发酵 污泥中的碳源将废水中的NO3-N还原为NO2-N，然后厌氧氨氧化菌将 NH4-N与NO2-N通过厌氧氨氧化作用去除;
I系统连续进水连续出水，通过进水泵(3.1)控制进水流速;
II通过第一ORP在线测定仪(3.8)监控出水水质，当出水ORP>40mv 时，调节进水泵(3.1)减使进水流速减小，当ORP<35mv时，增加进水 流速;
III出水经第一排水阀(3.5)排入排水池(4)中，排入排水池(4) 中的废水通过第二排水阀(4.1)排入外界水体;
IV剩余污泥通过第二排泥阀从反应器中排出，每天排泥一次，排 泥量为反应器悬浮污泥量的十分之一。
说明书
一种生物法处理硝酸铵废水的装置与方法
技术领域
本发明涉及工业硝酸铵废水深度处理的装置与方法，属于生化 法污水处理技术领域。通过水解酸化菌、反硝化菌、厌氧氨氧化菌的共同作 用，实现了工业硝酸铵废水的深度处理及污泥的减量。具体是污泥发酵产生 大量碳源，反硝化菌利用这些碳源将NO3-还原为NO2-，然后NO2-与NH4+通 过厌氧氨氧化反应去除。
背景技术
如今生产硝酸铵化肥与制造炸药都会产生大量硝酸铵废水，如 果不经过处理就排放到自然环境中，会使排放水中氨氮含量严重超标，造成 地表水体的富营养化，破坏水体生态平衡。尤其是将其排入自然界后，一部 分氨氮会转化为亚硝酸根，在酸性条件下可转化为致癌物，严重危害人类的 健康和生命。
处理硝酸铵废水处理主要应用物化法，例如：电渗析技术、离 子交换法处理、电去离子净水技术、反渗透、反渗透与电渗析组合工艺,双极 膜与膜电解、膜电解与电渗析耦合法.都有各自的限制条件并且对物料与能源 消耗都比较大。例如：电渗析技术易发生浓差极化而产生结垢、电渗析器本 身脱盐率不高，易发生浓差极化反应，无法进行深度处理;电渗析器易发生 透膜扩散现象和串水现象，使电渗析工艺排水无法得到充分利用等。离子交 换法的离子交换树脂有饱和失效问题。反渗透技术的反渗透膜在水质不稳定 事需要损耗比较快，成本比较高。
生物法素有节约成本、环境副产物少的特点。
传统的生物法脱氮主要依靠微生物的硝化作用和反硝化作用。 好氧硝化作用需要曝气。而反硝化作用需要利用有机物作为电子工体还原氧 化态氮，。然而工业硝酸铵废水中可利用的碳源含量极低，需要外加碳源。 另一方面,污水处理过程中产生大量污泥,包括初沉污泥和剩余污泥。如何经济 有效地处理和处置污泥也是众多污水处理厂面临的难题。而进行污泥发酵,并 在发酵过程中控制产甲烷作用的发生,则可以使污泥中的大分子有机颗粒向挥 发性脂肪酸等小分子转化,且这部分易降解有机物可被反硝化菌所利用以提高 系统脱氮效果,与此同时实现污泥的减量化和稳定化。该方法与传统脱氮工艺 相比，既不用曝气也不用外加碳源,同时还处理了一部分污泥，降低运行费用, 具有巨大的实际意义。
本工艺是一种新型工艺，具有如下优点：1)生物法不需要膜 或者树脂等消耗品，与物理或化学方法相比，本技术不需要膜或者树脂，只 需要投加少量的化学试剂大大降低了基建费用与运行成本;2)本发明利用污 泥发酵产生的碳源，节省了外加碳源产生的费用，同时系统运行过程中通过 污泥发酵，实现了污泥减量;3)采用海绵填料作为厌氧氨养菌的载体将厌氧 氨氧化菌固定，大大增加了厌氧氨氧化菌的污泥龄，使其可以稳定的持留在 系统中，并且操作简单方便，控制简单;4)通过pH控制系统解决了厌氧氨 氧化过程中氨氮与亚硝的比例问题，并且反应器出水中性，不需要再次调节 pH值
发明内容：
本发明首次组合使用序批式反应器与上流式厌氧污泥床反应 器应用于工业硝酸铵废水的处理，将污泥发酵、反硝化与厌氧氨氧化耦合在 一起，使污泥发酵产生的碳源用于反硝化将NO3--N转华为NO2--N，然后原水 中的NH4+-N和NO2--N通过厌氧氨氧化作用得到去除，兼顾污泥减量与硝酸 铵废水深度脱氮。
本发明通过以下技术方案来实现：
新型一体化反应器处理硝酸铵废水的装置，其特征在于是处理 工业硝酸铵废水的成套装置，包括顺次连接的厌氧发酵反应器SBR(1)、混 合池(2)、上流式厌氧污泥床反应器UAFB(3)以及排水池(4)。
进泥泵(1.1)连接厌氧发酵反应器SBR(1)，通过第一排泥 阀(1.6)使厌氧发酵反应器(1)连接离心机(1.7)，得到的上清液进入混 合池(2)中，剩余污泥排出;通过硝酸铵废水投加泵(2.1)连接混合池(2)， 通过硝酸投加泵(2.2)链接混合池(2);混合池(2)通过进水泵(3.1)进 入上流式厌氧污泥床反应器UAFB(3)，上流式厌氧污泥床反应器UAFB(3) 的出水通过第一排水阀(3.5)连接排水池(4)，上流式厌氧污泥床反应器 UAFB(3)设有第二排泥阀(3.9);厌氧发酵反应器SBR中安装有第一pH 在线监测仪(1.2)、第一搅拌器(1.4)、第一温控装置(1.5);混合池(2) 中安装有第二pH在线测定仪(2.3)、第二搅拌器(2.4);上流式厌氧污泥 床反应器UAFB(3)中安装第一ORP在线测定仪(3.8)。上流式厌氧污泥 床反应器UAFB(3)顶部设有集气口(3.2)，集气口(3.2)依次连接气体 干燥装置(3.3)和集气瓶(3.4);
其特征在于,所述方法步骤如下:
1)系统启动：
①取初沉污泥加入厌氧发酵反应器SBR(1)，保持反应区污泥 浓度为24000-26000mgMLSS/L,通过第一温控装置(1.5)保持温度为25到32 摄氏度，通过投加碱溶液的方式保持反应区pH值为10±0.2;开启搅拌器保持 反应器内污泥充分混匀，每天排出1/10反应器有效容积的发酵污泥，然后添 加等体积的新鲜初沉污泥进入反应器，连续运行15个周期。
②上一个步骤完成后，厌氧发酵反应器SBR(1)排出的发酵 污泥经过离心，上清液注入混合池(2)，底层污泥排出;取污水厂剩余的反 硝化除磷污泥加入上流式厌氧污泥床反应器UAFB(3)中，使反应区污泥浓 度在3500-4500mgMLSS/L，将混合池中的污水注入反应器中，控制进水流速， 使HRT为9h，连续运行15d。将上流式厌氧污泥床反应器UAFB(3)的上盖 与三相分离器取下，将附着附着有厌氧氨氧化菌的填料放入反应器中，填充 比20±2%，在填料上方安装格栅，使海绵填料悬浮于反应器内并浸没在液面 以下，然后将反应器上盖与三相分离器安装回去，连续运行，直到系统出水 TN浓度小于10mg/L。
2)连续运行：系统启动成功后将进入连续运行阶段，包含以下 几个过程：
厌氧发酵反应器SBR(1)利用初沉发酵产生碳源，供给上流 式厌氧污泥床UAFB(3)使用，每周期依次经历排泥、进泥、调节pH值3 个过程，过程中第一搅拌器(1.4)始终处于开启状态;
I排泥：在搅拌开启的的情况下，开启第一排泥阀(1.6)，排 出反应器有效容积1/10的发酵污泥进入离心机(1.7)，离心后将上清液注入 混合池(2)，底层污泥排出，进入下一道工序;
II进泥：开启进泥泵(1.1)，将反应器有效容积1/10的初沉 污泥打入厌氧发酵反应器SBR(1)，进泥结束后进入下一道工序;
III调节pH值：通过进药口(1.3)向厌氧发酵反应器SBR(1) 中加入碱溶液，通过第一pH在线监测仪(1.2)监测反应器内的pH值，当 pH值达到10±0.2时停止投加。
混合池(2)中将厌氧发酵反应器SBR(1)排出的富含SCOD 的发酵污泥与硝酸铵废水混合在一起，并通过硝酸调节混合池中NH4-N与 NO3-N之间的物质的量比例达到1:1;在硝酸与碱性污泥的双重作用下，混合 池中的pH呈中性;每周期经过进泥、进废水、进硝酸、搅拌4个过程，具体 如下;
①进泥：厌氧消化反应器SBR(1)排出的发酵污泥经过第一 排泥阀(1.6)进入离心机(1.7)，离心后将上清液注入混合池(2)，底层 污泥排出，进泥结束后进入下一道工序;
②进废水：通过硝酸铵废水投加泵(2.1)向混合池(2)中打 入硝酸铵废水，进水结束后进入下一道工序;
③进硝酸：开启搅拌器，通过硝酸投加泵(2.2)向混合池中 加入硝酸，通过第二pH在线监测仪控制硝酸的投加量，当pH为7±0.2时停 止投加，此时混合池中NH4+-N与NO3--N之间的物质的量比例达到1:1，关闭 搅拌器，然后进入下一道工序;
④搅拌：每个整点时刻开启搅拌器，十分钟后关闭，以保证混 合池内充分混合，不产生沉淀。
上流式厌氧污泥床反应器UAFB(3)中，首先由反硝化菌利 用发酵污泥中的碳源将废水中的NO3-N还原为NO2-N，然后厌氧氨氧化菌将 NH4-N与NO2-N通过厌氧氨氧化作用去除;
I系统连续进水连续出水，通过进水泵(3.1)控制进水流速;
II通过第一ORP在线测定仪(3.8)监控出水水质，当出水 ORP>40mv时，调节进水泵(3.1)减使进水流速减小，当ORP<35mv时，可 适当增加进水流速;
III出水经第一排水阀(3.5)排入排水池(4)中，排入排水池 (4)中的废水通过第二排水阀(4.1)排入外界水体。
IV剩余污泥通过第二排泥阀从反应器中排出，每天排泥一次 约反应器悬浮污泥量的十分之一。
本发明的技术优势主要体现在：
1与物理或化学方法相比，本技术不需要膜或者树脂，只需要 投加少量的化学试剂大大降低了基建费用与运行成本。
2反硝化作用于厌氧氨氧化作用的半饱和常数都非常低，在底 物浓度很低的情况下也可以使水中的氮元素稳定快速的去除，因此出水硝酸 铵浓度可以做到极低;
3本技术在处理废水时反应条件温和，发明的主体部分也无需 回流，大大节省能耗与基建费用;
4本发明利用污泥发酵产生的碳源，节省了外加碳源产生的费 用，同时系统运行过程中通过污泥发酵，实现了污泥减量;
5采用海绵填料作为厌氧氨养菌的载体将厌氧氨氧化菌固定， 大大增加了厌氧氨氧化菌的污泥龄，使其可以稳定的持留在系统中，并且操 作简单方便，控制简单;
6通过pH控制系统解决了厌氧氨氧化过程中氨氮与亚硝的比 例问题，并且反应器出水中性，不需要再次调节pH值。
