申请日2017.12.27
公开(公告)日2018.05.22
IPC分类号C02F9/14
摘要
一种同步除碳脱氮的废水处理系统及其运行方法，所述废水处理系统包括：厌氧膜生物反应器、反硝化反应器、一体式部分亚硝化‑厌氧氨氧化反应器以及自动控制单元。本发明的同步除碳脱氮的废水处理系统及其运行方法可用于处理高浓度有机物、高浓度氨氮废水，可同步去除有机污染物和氨氮，并回收生物质能源，降低曝气能耗，缩短工艺流程。
权利要求书
1.一种同步除碳脱氮的废水处理系统，其特征在于，包括：
厌氧膜生物反应器，其接收待处理的废水，对废水进行厌氧消化处理，去除废水中的耗氧有机物;
反硝化反应器，其接收所述厌氧膜生物反应器的出水，及下述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器的回流水，进行反硝化脱氮处理，对废水脱氮并进一步去除耗氧有机物，同时进行水量调节;
一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器，其接收所述反硝化反应器的出水，进行亚硝化-厌氧氨氧化处理，去除废水中的氨氮;以及
自动控制单元，对废水处理过程进行实时监测与控制，
其中，自动控制单元通过监测所述反硝化反应器的液位，控制所述厌氧膜生物反应器的出水量、所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器的进水量以及从所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器回流到所述反硝化反应器的水量。
2.根据权利要求1所述的同步除碳脱氮的废水处理系统，其特征在于，所述同步除碳脱氮的废水处理系统还包括管式膜组件，其通过循环泵与所述厌氧膜生物反应器连接，对所述厌氧膜生物反应器的出水进行膜分离;作为优选，所述管式膜组件为内压式超滤膜组件或微滤膜组件。
3.根据权利要求2所述的同步除碳脱氮的废水处理系统，其特征在于，所述管式膜组件的出水端包括：
产水口，膜分离后的水经所述产水口进入所述反硝化反应器;以及
循环口，通过管道与所述厌氧膜生物反应器连接。
4.根据权利要求1所述的同步除碳脱氮的废水处理系统，其特征在于，所述同步除碳脱氮的废水处理系统还包括气体计量系统，其计量所述厌氧膜生物反应器的产气，并将信号接入自动控制单元;所述气体计量系统包括气体缓冲瓶和电子气体流量计。
5.根据权利要求1所述的同步除碳脱氮的废水处理系统，其特征在于，所述厌氧膜生物反应器内设有速度可调的搅拌桨、液位传感器、pH电极和ORP电极，通过变送器连接到自动控制单元;
所述反硝化反应器内设有速度可调的搅拌桨和液位传感器，通过变送器连接到自动控制单元;
所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器内设有速度可调的搅拌桨、液位计传感器、DO电极、pH电极、ORP电极和氨氮电极，通过变送器连接到自动控制单元;
所述厌氧膜生物反应器和所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器都配备酸液调节罐和碱液调节罐，以实现自动控制单元对反应器内部酸碱性的调控。
6.根据权利要求1所述的同步除碳脱氮的废水处理系统，其特征在于，所述厌氧膜生物反应器和所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器外部设有保温夹套，并通过管路与同一水浴设备相连。
7.根据权利要求1所述的同步除碳脱氮的废水处理系统，其特征在于，所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器内设有曝气盘或气泡石，空气依次通过曝气泵和气体流量计进入所述曝气盘或气泡石。
8.根据权利要求1所述的同步除碳脱氮的废水处理系统，其特征在于，所述进水桶由外部的蠕动泵经管道驱动进水;
所述反硝化反应器的安装高度高于所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器的安装高度。
9.一种同步除碳脱氮的废水处理方法，利用权利要求1～8所述的同步除碳脱氮的废水处理系统，其特征在于，包括以下步骤：
废水输送至接种有厌氧消化污泥的厌氧膜生物反应器，去除废水中的耗氧有机物，同时产生部分未降解有机物和氨态氮;
所述厌氧膜生物反应器的出水经膜分离进入反硝化反应器，为其提供脱氮基质之一的有机物;
所述反硝化反应器的出水靠重力作用流入所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器，经过一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应去除氨氮;
所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器出水的一部分回流至反硝化反应器为其提供脱氮基质。
10.根据权利要求9所述的同步除碳脱氮的废水处理方法，其特征在于，当所述反硝化反应器有两个时，废水处理过程中，所述自动控制单元监测两个平行的所述反硝化反应器的液位，实现对连续运行的所述厌氧膜生物反应器和间歇运行的所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器的衔接，满足各个反应器的水量需求：
控制达到液位要求的所述反硝化反应器与一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器同时静沉，等待排水;与此同时，控制未达到液位要求的所述反硝化反应器接收所述厌氧膜生物反应器的出水和所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器的回流水;
若两个所述反硝化反应器均未达到液位要求，则控制厌氧膜生物反应器的出水进入液位相对较高的所述反硝化反应器，达到液位要求后停止进水，与一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器同步静沉、等待排水。
说明书
同步除碳脱氮的废水处理系统及其运行方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种同步除碳脱氮的废水处理系统及其运行方法。
背景技术
我国工业废水具有排放量大、污染物浓度高、处理效率低的典型特征。近年来，对于高浓度有机废水、高氨氮废水的单独处理研究不胜枚举。但针对高浓度有机废水的同步高效除碳脱氮研究则鲜见报道。事实上，高浓度有机废水厌氧消化液具有的高氨氮、低碳氮比特征，使其具有适合厌氧氨氧化工艺脱氮处理的优势。这就为厌氧膜生物反应器与厌氧氨氧化工艺的组合提供了有利条件。
厌氧膜生物反应器技术能有效克服传统厌氧消化技术存在的产甲炕菌生长缓慢、浓度低、微生物易流失、污泥停留时间(SRT)和水力停留时间(HRT)不能分离、抗冲击负荷能力弱等不足，独立对HRT和SRT进行操作、保留产甲烷菌、同时有效截留其他微生物、提高污染物去除效果、同时膜分离可以进一步提高出水水质。但在实际应用中，该技术存在反应器易于酸化(如淀粉废水处理)或碱度增加(如猪粪废水处理)而在运行过程中出现COD去除效果不稳定和产气效果不佳以及膜污染影响产水量等问题。而传统的生物脱氮技术硝化-反硝化工艺，能耗高、工艺流程长，且反硝化过程中需要投加外碳源(甲醇等)而增加了运行成本，导致其与其他新型生物脱氮工艺如厌氧氨氧化技术相比不具有显著优势。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种同步除碳脱氮的废水处理系统及其运行方法，以便解决上述技术问题中的至少之一。
本发明是通过如下技术方案实现的：
作为本发明的一个方面，提供一种同步除碳脱氮的废水处理系统，包括：
厌氧膜生物反应器，其接收待处理的废水，对废水进行厌氧消化处理，去除废水中的耗氧有机物;
反硝化反应器，其接收所述厌氧膜生物反应器的出水，及下述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器的回流水，进行反硝化脱氮处理，对废水脱氮并进一步去除耗氧有机物，同时进行水量调节;
一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器，其接收所述反硝化反应器的出水，进行亚硝化-厌氧氨氧化处理，去除废水中的氨氮;以及
自动控制单元，对废水处理过程进行实时监测与控制，
其中，自动控制单元通过监测所述反硝化反应器的液位，控制所述厌氧膜生物反应器的出水量、所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器的进水量以及从所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器回流到所述反硝化反应器的水量。
进一步地，所述同步除碳脱氮的废水处理系统还包括管式膜组件，其通过循环泵与所述厌氧膜生物反应器连接，对所述厌氧膜生物反应器的出水进行膜分离;作为优选，所述管式膜组件为内压式超滤膜组件或微滤膜组件。
进一步地，所述管式膜组件的出水端包括：产水口，膜分离后的水经所述产水口进入所述反硝化反应器;以及循环口，通过管道与所述厌氧膜生物反应器连接。
进一步地，所述同步除碳脱氮的废水处理系统还包括气体计量系统，其计量所述厌氧膜生物反应器的产气，并将信号接入自动控制单元;所述气体计量系统包括气体缓冲瓶和电子气体流量计。
进一步地，所述厌氧膜生物反应器内设有速度可调的搅拌桨，液位传感器、pH电极和ORP电极，通过变送器连接到自动控制单元;
进一步地，所述反硝化反应器内设有速度可调的搅拌桨和液位传感器，通过变送器连接到自动控制单元;
进一步地，所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器内设有速度可调的搅拌桨、液位计传感器、DO电极、pH电极、ORP电极和氨氮电极，通过变送器连接到自动控制单元;
所述厌氧膜生物反应器和所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器都配备酸液调节罐和碱液调节罐，以实现自动控制单元对反应器内部酸碱性的调控。
进一步地，所述厌氧膜生物反应器和所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器外部设有保温夹套，并通过管路与同一水浴设备相连。
进一步地，所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器内设有曝气盘或气泡石，空气依次通过曝气泵和气体流量计进入所述曝气盘或气泡石。
进一步地，所述进水桶由外部的蠕动泵经管道驱动进水。
进一步地，所述反硝化反应器的安装高度高于所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器的安装高度。
作为本发明的另一个方面，提供一种同步除碳脱氮的废水处理方法，利用前述的同步除碳脱氮的废水处理系统，包括以下步骤：
废水输送至接种有厌氧消化污泥的厌氧膜生物反应器，去除废水中的耗氧有机物，同时产生部分未降解有机物和氨态氮;
所述厌氧膜生物反应器的出水经膜分离进入反硝化反应器，为其提供脱氮基质之一的有机物;
所述反硝化反应器的出水进入所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器，经过一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应去除氨氮;
所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器的出水的一部分回流至反硝化反应器为其提供脱氮基质之一的硝态氮。
进一步地，当所述反硝化反应器有两个时，废水处理过程中，所述自动控制单元监测两个平行的所述反硝化反应器的液位，实现对连续运行的所述厌氧膜生物反应器和间歇运行的所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器的衔接，满足各个反应器的水量需求：
控制达到液位要求的所述反硝化反应器与一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器同时静沉，等待排水;与此同时，控制未达到液位要求的所述反硝化反应器接收所述厌氧膜生物反应器的出水和所述一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器的回流水;
若两个所述反硝化反应器均未达到液位要求，则控制厌氧膜生物反应器的出水进入液位相对较高的所述反硝化反应器，达到液位要求后停止进水，与一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器同步静沉、等待排水。
从上述技术方案可以看出，本发明的同步除碳脱氮的废水处理系统及其运行方法具有以下有益效果：
(1)联合多种在线电极，实时监测反应体系中的各有关参数，及时掌握反应器运行状态，并通过PLC系统控制其整体运行，自动化程度高，运行维护简便;
(2)采用较短的工艺流程和较低的能量消耗实现了高浓有机污染物和氨氮的同步去除;
(3)通过两个平行的反硝化反应器巧妙地实现对连续运行的厌氧膜生物反应器和间歇运行的厌氧氨氧化反应器的衔接转换;
(4)反硝化反应器除具有衔接连续-间歇运行的反应器的作用外，还在进一步去除有机污染物并脱氮的同时提高了反应器的污染物整体去除效果，有效缓解了后续厌氧氨氧化的有机抑制。
