申请日20200626
公开(公告)日20200901
IPC分类号C02F3/28; C02F101/16; C02F101/30; C02F101/38
摘要
本发明提供一种贫营养高氨氮废水自养脱氮装置，包括调节池、反硝化颗粒污泥床、微氧自循环自养脱氮污泥床，调节池内设有向贫营养高氮废水中添加微生物所必须营养物质的进入管道，且经第一管路连通反硝化颗粒污泥床;反硝化颗粒污泥床将含硝酸盐和有机物的废水沉淀后形成的出水经第二管路进入微氧自循环自养脱氮污泥床;微氧自循环自养脱氮污泥床分离出氮气并经气液分离器将分离的气体排出，液体通过回流管流回反硝化颗粒污泥床中进行反硝化过程。本发明有益效果是：去除原水中95%‑99%的总氮，污水处理后出水水质可达到国家相关排放标准。
权利要求书
1.一种贫营养高氨氮废水自养脱氮方法，包括以下步骤：
步骤1：配制碱液、常量元素基质、微量元素基质、碳酸氢钠溶液和乙酸钠溶液并加入至调节池，经调节池组合式在线检测仪检测混合溶液的温度、COD、pH和氨氮浓度若干参数后，由进水泵控制污水连续进入反硝化颗粒污泥床;
步骤2：反硝化颗粒污泥床的污水中有机物与回流水中硝酸盐氮进行反硝化反应，生成氮气排出，同时去除污水中的有机物和由微氧自循环自养脱氮污泥床回流产生的硝酸盐氮，经反硝化颗粒污泥床组合式在线检测仪检测反硝化颗粒污泥床中混合溶液的温度、pH、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮浓度后，在反硝化颗粒污泥床出水口进入微氧自循环自养脱氮污泥床;
步骤3：流入微氧自循环自养脱氮污泥床的高氨氮废水，在曝气装置和回流管的作用下，与微氧自循环自养脱氮污泥床中的颗粒污泥充分接触，原水中的氨氮在氨氧化菌的作用下，把50-60%的氨氮氧化成亚硝酸盐氮，之后再在厌氧氨氧化菌的作用下与剩余氨氮反应生成氮气;微氧自循环自养脱氮污泥床中沉淀后的上清液通过出水管排出，排出的部分上清液通过回流管进入反硝化颗粒污泥床;在微氧自循环自养脱氮污泥床中，通过微氧自循环自养脱氮污泥床组合式在线检测仪检测微氧自循环自养脱氮污泥床中的温度、溶解氧浓度、硝酸盐氮浓度、亚硝酸盐氮浓度、pH和氨氮浓度参数;
步骤4：通过调节池组合式在线检测仪检测调节池中的温度、COD、pH和氨氮浓度参数;通过微氧自循环自养脱氮污泥床组合式在线检测仪检测微氧自循环自养脱氮污泥床中的温度、硝酸盐氮浓度、pH和氨氮浓度等参数;PLC控制器中的数据分析模块对来自微氧自循环自养脱氮污泥床组合式在线检测仪的数据进行分析，得到微氧自循环自养脱氮污泥床中的硝酸盐氮浓度与进水氨氮浓度的比值、微氧自循环自养脱氮污泥床出水中的氨氮浓度、亚硝酸盐浓度、硝酸盐浓度、反硝化颗粒污泥床中的温度，这些参数通过与PLC控制器中的数据分析模块中的标准参数进行比对，当这些参数的变化超过标准参数时，PLC控制器中的预警模块发出警告，并对微氧自循环自养脱氮污泥床按以下步骤进行调整：
1)在所述微氧自循环自养脱氮污泥床中，PLC控制器发出预警信号;
2)在所述微氧自循环自养脱氮污泥床中，当硝酸盐氮的浓度和进水氨氮浓度的比值大于0.12时，PLC控制器发出预警信号，通过PLC控制器降低鼓风机的曝气量和控制DO浓度在0.3-1mg/L，使得微氧自循环自养脱氮污泥床中的硝酸盐氮浓度和进水氨氮浓度的比值维持在0.1-0.12之间。
3)在所述微氧自循环自养脱氮污泥床中，当微氧自循环自养脱氮污泥床的出水氨氮浓度大于10mg/L时，PLC控制器发出预警信号，通过PLC控制器提高鼓风机的曝气量，使得微氧自循环自养脱氮污泥床出水中的氨氮浓度低于10mg/L。
2.根据权利要求1所述的一种贫营养高氨氮废水自养脱氮方法，其特征是：调节池内的碱度/氨氮为2-4摩尔比，Ca：P为20：6-12质量比，COD：N为4-6：10质量比，pH在7.5-8，常量元素浓缩液添加为1-20L/m3常量元素浓缩液体积/进水量体积，乙酸钠溶液添加量为150-310mg/L，微量元素浓缩液添加量为0.1-1L/m3微量元素浓缩液体积/进水量体积;在微氧自循环自养脱氮污泥床中，通过回流，使得反应室断面废水上升流速达到6-10m/h，加快废水与污泥的传质，进而提高自养生物脱氮速度和负荷，以鸟粪石和HAP(羟基磷灰石)为核的颗粒污泥结构：颗粒污泥表面是氨氧化细菌，内部是厌氧氨氧化菌，颗粒污泥的粒径通常为0.2～5mm，污泥浓度为30-60g/L;在反硝化颗粒污泥床中，颗粒污泥以鸟粪石和HAP(羟基磷灰石)为核，其表面是反硝化菌，颗粒污泥的粒径通常为0.5～5mm，平均污泥浓度为30-50g/L，其中底部污泥床污泥浓度60-80g/L，污泥悬浮层污泥浓度5-7g/L，高污泥浓度有利于提高反硝化速度与负荷。
3.一种根据权利要求1所述的贫营养高氨氮废水自养脱氮方法的装置，包括：PLC控制器和管汇，其特征是：还包括依次连接的调节池、反硝化颗粒污泥床、微氧自循环自养脱氮污泥床，所述调节池内设有向贫营养高氮废水中添加微生物所必须营养物质的进入管道，且经第一管路连通反硝化颗粒污泥床;所述反硝化颗粒污泥床将含硝酸盐和有机物的废水沉淀后形成的出水经第二管路进入微氧自循环自养脱氮污泥床;所述微氧自循环自养脱氮污泥床分离出氮气并经气液分离器将分离的气体排出，液体通过回流管流回反硝化颗粒污泥床中进行反硝化过程。
4.根据权利要求3所述的一种贫营养高氨氮废水自养脱氮装置，其特征是：所述反硝化颗粒污泥床为底部漏斗形且设有进液口、顶部设有液体溢流孔的筒体，所述筒体下部为反应区、上部为沉淀室;所述沉淀室内设有气封、反射板和导流板，所述气封、反射板和导流板，气体被分离后进入气室，随后排出;固液混合液在沉淀区进行固液分离，下沉的污泥沿着导流板经过污泥回流缝进入反应区;所述气封为正三角形，沿顶角向下侧边形成有污泥回流缝;所述反射板和导流板之间形成导流缝;所述筒体的内壁与导流板形成有气室和气体排出口。
5.根据权利要求4所述的一种贫营养高氨氮废水自养脱氮装置，其特征是：所述反硝化颗粒污泥床内设有反硝化颗粒污泥床组合式在线检测仪。
6.根据权利要求3所述的一种贫营养高氨氮废水自养脱氮装置，其特征是：所述微氧自循环自养脱氮污泥床包括柱形筒体和外部上方的气液分离器，所述柱形筒体包括自下向上依次设置的布水系统、曝气装置、第一反应区、第一反应室、第二反应室、出水堰，所述第一反应区中央设有回流管竖直向上伸出顶部与气液分离器连通;所述第一反应室由第一反应室集气罩、承托层和柱形筒体内壁围成，包括第一分离区、竖直向上伸出顶部与气液分离器联通的混合液提升管;所述第二反应室由第一反应室集气罩、第二反应室集气罩和柱形筒体内壁围成，包括上部与气液分离器连通的集气管、沉淀区、第二分离区和第二反应区;所述气液分离器将气体向外排出，液体经沉淀区流入出水堰后通过出水管与回水管连通。
7.根据权利要求6所述的一种贫营养高氨氮废水自养脱氮装置，其特征是：所述柱形筒体内壁设有若干气封。
8.根据权利要求6或7所述的一种贫营养高氨氮废水自养脱氮装置，其特征是：所述柱形筒体内设有微氧自循环自养脱氮污泥床组合式在线检测仪。
9.根据权利要求3所述的一种贫营养高氨氮废水自养脱氮装置，其特征是：所述调节池内设有调节池组合式在线检测仪和碱液、常量元素基质、微量元素基质、碳酸氢钠溶液、乙酸钠溶液管道。
10.根据权利要求3所述的一种贫营养高氨氮废水自养脱氮装置，其特征是：所述PLC控制器设有数据分析模块和预警模块，并经鼓风机与曝气装置相连。
说明书
贫营养高氨氮废水自养脱氮方法及装置
技术领域
本发明适用于污水生物处理领域，具体涉及一种新型贫营养高氨氮废水自养脱氮组合装置及运行参数调整方法。
背景技术
在半导体芯片制造等行业中，由于工艺需要，通常会产生具有高氨氮、低碳氮比、pH较低、常量营养元素和微量营养元素含量不足特点的生产废水。目前对于这类废水中氮素的去除还没有成熟的处理工艺，部分采用传统硝化-反硝化工艺进行脱氮处理，但是该工艺存在能耗高的问题。以微氧自循环自养脱氮为核心的自养生物脱氮工艺与传统的硝化反硝化工艺相比，自养生物脱氮工艺无需外加碳源，耗氧量低，可显著降低运行费用;污泥产量少，避免二次污染。自养生物脱氮工艺可以通过厌氧氨氧化菌直接将氨氮和亚硝酸盐氮转化成氮气，降低曝气能耗60%和污泥产量低的优点。
对于自养生物脱氮工艺而言，按照短程硝化和厌氧氨氧化反应是否在一个反应器中完成，可分为一体式和分体式。其中分体式自养生物脱氮工艺由于短程硝化和厌氧氨氧化反应分别在两个反应器中完成，导致运维成本和基建成本增加，一体式反应器可避免分体式反应器的缺点。由于自养生物脱氮反应机理所限，自养生物脱氮反应器出水中通常含有占进水氨氮浓度10%左右的硝酸盐氮。
综上所述，目前对于贫营养高氨氮废水采用自养生物脱氮技术处理时需要解决的主要问题包括：如何降低有机物对微氧自循环自养脱氮污泥床生物含量和活性的影响、如何解决污水中微生物需要的元素不足、如何保证贫营养高氨氮废水自养脱氮组合装置稳定运行、如何避免贫营养高氨氮废水自养脱氮组合装置出水中硝酸盐含量超标、如何减少微氧自循环自养脱氮污泥床工艺的运行成本。如何克服现有这些技术的缺陷，已成为了本技术领域需要研究和解决的课题。
发明内容
本发明主要解决的第一个技术问题是提供一种新型贫营养高氨氮废水自养脱氮组合运行参数调整方法，解决目前贫营养高氨氮废水自养生物脱氮过程中存在的运行不稳定和出水总氮指标偏高的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的第一个技术方案是：一种贫营养高氨氮废水自养脱氮方法，步骤如下：
步骤1：配制碱液、常量元素基质、微量元素基质、碳酸氢钠溶液和乙酸钠溶液并加入至调节池，经调节池组合式在线检测仪检测调节池中混合溶液的温度、COD、pH和氨氮浓度若干参数，进水泵控制污水连续进入反硝化颗粒污泥床;
步骤2：调节池中混合液进入反硝化颗粒污泥床中，污水中的有机物与回流水中硝酸盐氮进行反硝化反应，生成氮气排出反应器，同时去除污水中的有机物和微氧自循环自养脱氮污泥床产生的硝酸盐氮，反硝化颗粒污泥床组合式在线检测仪检测反硝化颗粒污泥床中混合溶液的温度、pH、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮浓度，反硝化颗粒污泥床出水进入微氧自循环自养脱氮污泥床;
步骤3：流入微氧自循环自养脱氮污泥床的高氨氮废水，在曝气装置和回流管的作用下，与微氧自循环自养脱氮污泥床中的颗粒污泥充分接触，原水中的氨氮在氨氧化菌的作用下，把50-60%的氨氮氧化成亚硝酸盐氮，之后再在厌氧氨氧化菌的作用下与剩余氨氮反应生成氮气;微氧自循环自养脱氮污泥床中沉淀后的上清液通过出水管排出，排出的部分上清液通过回流管进入反硝化颗粒污泥床;在微氧自循环自养脱氮污泥床中，通过微氧自循环自养脱氮污泥床组合式在线检测仪检测微氧自循环自养脱氮污泥床中的温度、溶解氧浓度、硝酸盐氮浓度、亚硝酸盐氮浓度、pH和氨氮浓度参数;
通过调节池组合式在线检测仪检测调节池中的温度、COD、pH和氨氮浓度等参数;通过微氧自循环自养脱氮污泥床组合式在线检测仪检测微氧自循环自养脱氮污泥床中的温度、硝酸盐氮浓度、pH和氨氮浓度等参数;PLC控制器中的数据分析模块对来自微氧自循环自养脱氮污泥床组合式在线检测仪的数据进行分析，得到微氧自循环自养脱氮污泥床中的硝酸盐氮浓度与进水氨氮浓度的比值、微氧自循环自养脱氮污泥床出水中的氨氮浓度、亚硝酸盐浓度、硝酸盐浓度、反硝化颗粒污泥床中的温度，这些参数通过与PLC控制器中的数据分析模块中的标准参数进行比对，当这些参数的变化超过标准参数时，PLC控制器中的预警模块发出警告，并对微氧自循环自养脱氮污泥床按以下步骤进行调整：
1)在所述微氧自循环自养脱氮污泥床中，PLC控制器发出预警信号;
2)在所述微氧自循环自养脱氮污泥床中，当硝酸盐氮的浓度和进水氨氮浓度的比值大于0.12时，PLC控制器发出预警信号，通过PLC控制器降低鼓风机的曝气量和控制DO浓度在0.3-1mg/L，使得微氧自循环自养脱氮污泥床中的硝酸盐氮浓度和进水氨氮浓度的比值维持在0.1-0.12之间。
3)在所述微氧自循环自养脱氮污泥床中，当微氧自循环自养脱氮污泥床的出水氨氮浓度大于10mg/L时，PLC控制器发出预警信号，通过PLC控制器提高鼓风机的曝气量，使得微氧自循环自养脱氮污泥床出水中的氨氮浓度低于10mg/L。
本发明解决的第二个技术问题是提供一种贫营养高氨氮废水自养脱氮装置，采用一体式自养生物脱氮反应器。
为解决上述第二个技术问题采用的技术方案是：一种贫营养高氨氮废水自养脱氮装置，包括：PLC控制器和管汇，其特征是：还包括依次连接的调节池、反硝化颗粒污泥床、微氧自循环自养脱氮污泥床，所述调节池内设有向贫营养高氮废水中添加微生物所必须营养物质的进入管道，且经第一管路连通反硝化颗粒污泥床;所述反硝化颗粒污泥床将含硝酸盐和有机物的废水沉淀后形成的出水经第二管路进入微氧自循环自养脱氮污泥床;所述微氧自循环自养脱氮污泥床分离出氮气并经气液分离器将分离的气体排出，液体通过回流管流回反硝化颗粒污泥床中进行反硝化过程。
所述反硝化颗粒污泥床为底部漏斗形且设有进液口、顶部设有液体溢流孔的筒体，所述筒体下部为反应区、上部为沉淀室;所述沉淀室内设有气封、反射板和导流板，所述气封、反射板和导流板，气体被分离后进入气室，随后排出;固液混合液在沉淀区进行固液分离，下沉的污泥沿着导流板经过污泥回流缝进入反应区。所述气封为正三角形，沿顶角向下侧边形成有污泥回流缝，其作用：防止气体进入沉淀区，使其顺利进入气室而排出;所述反射板和导流板之间形成导流缝;所述筒体的内壁与导流板形成有气室和气体排出口。
所述反硝化颗粒污泥床内设有反硝化颗粒污泥床组合式在线检测仪。
所述微氧自循环自养脱氮污泥床包括柱形筒体和外部上方的气液分离器，所述柱形筒体包括自下向上依次设置的布水系统、曝气装置、第一反应区、第一反应室、第二反应室、出水堰，所述第一反应区中央设有回流管竖直向上伸出顶部与气液分离器连通;所述第一反应室由第一反应室集气罩、承托层和柱形筒体内壁围成，包括第一分离区、竖直向上伸出顶部与气液分离器联通的混合液提升管;所述第二反应室由第一反应室集气罩、第二反应室集气罩和柱形筒体内壁围成，包括上部与气液分离器连通的集气管、沉淀区、第二分离区和第二反应区;所述气液分离器将气体向外排出，液体经沉淀区流入出水堰后通过出水管与回水管连通。
所述柱形筒体内壁设有若干气封。
所述柱形筒体内设有微氧自循环自养脱氮污泥床组合式在线检测仪。
所述调节池内设有调节池组合式在线检测仪和碱液、常量元素基质、微量元素基质、碳酸氢钠溶液、乙酸钠溶液管道。
所述PLC控制器设有数据分析模块和预警模块，并经鼓风机与曝气装置相连。
本发明的有益效果是：
(1)在调节池中，调节原水pH在7.5-8，碱度/氨氮=2-4(摩尔比)，COD:N=(4-6):10(质量比)，同时添加其他常量元素和微量元素，添加配方如表1所示，使其水质要求满足微生物处理的进水标准。
(2)在反硝化颗粒污泥床中，通过反硝化作用去除原水中的有机物，避免有机物对后续微氧自循环自养脱氮污泥床反应器的不利影响，同时提高总氮去除率。
(3)在反硝化颗粒污泥床和微氧自循环自养脱氮污泥床中，形成颗粒污泥，提高生物量，提高脱氮效率和速率。（发明人池勇志;张红丽;陈富强;李玉友;丁艳梅）
