申请日2018.05.03
公开（公告）日2021.02.23
IPC分类号C02F3/30; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种处理氨氮废水的装置及工艺，所述装置包括原水箱、CASS反应箱、投料装置、蠕动泵、排水泵、充气泵、排污装置、磁铁、磁力感应装置和控制装置；原水箱通过蠕动泵与反应箱连接；投料装置设置在生物选择区的箱壁上；排水泵设置在曝气区；充气泵与曝气装置连接；排污装置包括污泥回流装置和污泥处理装置，污泥处理装置与排淤阀、污泥区连接，污泥回流装置与污泥回流管连接；控制装置采用PLC控制器，控制装置与电气装置连接；所述方法包括：反应器内接种及驯化；首次废水处理；连续废水处理；本发明结构简单，制造成本低，适合大量推广。
权利要求书
1.一种处理氨氮废水的装置，其特征在于，主要包括原水箱（1）、CASS反应箱（2）、投料装置（3）、蠕动泵（41）、排水泵（42）、充气泵（5）、排污装置（6）、磁铁（7）、磁力感应装置（8）和控制装置；
所述原水箱（1）上设置有进水口（11）和排淤阀（12）；
所述CASS反应箱（2）包括生物选择区（21）、缺氧反应区（22）、有氧反应区（23）和连通管（24），所述缺氧反应区（22）内设置有搅拌装置一（220），所述有氧反应区（23）内设置有曝气装置（231）、搅拌装置二（232）、垫料层（233）和滤料层（234）；
所述原水箱（1）通过所述蠕动泵（41）与所述生物选择区（21）连接；所述缺氧反应区（22）上端与生物选择区（21）上端连接，所述有氧反应区（23）通过所述连通管（24）与缺氧反应区（22）连接，且连通管（24）较高的一端位于有氧反应区（23）内；所述曝气装置（231）设置在有氧反应区（23）的靠下端位置，所述搅拌装置二（232）设置在有氧反应区（23）的靠上端位置，所述垫料层（233）设置在曝气装置（231）的上方，所述滤料层（234）设置在垫料层（233）的上端，垫料层（233）和滤料层（234）将有氧反应区（23）从上至下分为反应区、污泥区和曝气区，污泥区上端设置有污泥回流管；
所述投料装置（3）设置在生物选择区（21）的箱壁上，投料装置（3）内部为碳源；
所述排水泵（42）设置在曝气区；
所述充气泵（5）与曝气装置（231）连接；
所述排污装置（6）包括污泥回流装置和污泥处理装置，污泥处理装置与排淤阀（12）、污泥区连接，污泥回流装置与污泥回流管连接；
所述磁铁（7）采用烧结钐钴永磁，磁铁（7）设置在有氧反应区（23）内，位于有氧反应区（23）左侧端，所述磁力感应装置（8）位于有氧反应区（23）内，位于有氧反应区（23）右侧端；
所述控制装置采用PLC控制器，控制装置与排淤阀（12）、搅拌装置一（220）、搅拌装置二（232）、投料装置（3）、蠕动泵（41）、排水泵（42）、充气泵（5）、排污装置（6）、磁力感应装置（8）连接；
所述碳源为葡萄糖、蛋白胨、乙酸钠按照质量比1:1:1.7的混合物，且所投碳源与原水中的氮元素的碳氮比为15；
所述CASS反应箱（2）的有氧反应区（23）设置有箱门（20），且箱门（20）处设置有密封装置；
所述垫料层（233）与有氧反应区（23）的箱壳活动连接，垫料层（233）从箱门（20）处自由出进，垫料层（233）包括小孔铁网（2331）、棉麻布（2332）和粗砂（2333），所述棉麻布（2332）包裹在粗砂（2333）外，所述小孔铁网（2331）包裹在棉麻布（2332）外，小孔铁网孔径为2-5mm；
所述棉麻布（2332）为双层；
所述箱门（20）处设置有密封装置；
利用上述处理氨氮废水的装置处理废水的方法，包括以下步骤：
步骤一：反应器内接种及驯化
将处理原水通过进水口（11）、蠕动泵（41）引至CASS反应箱（2）内，再由排水泵（42）流出，使得污泥处理装置中充满污泥，再由污泥回流装置将污泥通入CASS反应箱（2）内，然后接种活性污泥，控制污泥浓度在3000mg/L；接种后在CASS反应箱（2）内进行闷曝处理；期间，通过曝气装置（231）和充气泵（5）进行曝气，使得出水水质稳定后增加原水比例，由最初的50%，增加到75%，最终到100%；
步骤二：首次废水处理
将原水从进水口（11）通入原水箱（1）中，通过蠕动泵（41）将原水箱（1）中的水引至CASS反应箱（2）内，同时，打开投料装置（3）原水中投入碳源，在缺氧反应区（22）进行缺氧搅拌；待缺氧反应区（22）中的污水到达一定高度，污水会从连通管（24）到达有氧反应区（23），通过曝气装置（231）和充气泵（5）进行曝气，曝气量为50L/h；水力停留时间为1.5h；
步骤三：连续废水处理
打开排水泵（42），按照步骤二进行连续废水处理；每隔20d，通过污泥处理装置将原水箱（1）和CASS反应箱（2）中的污泥排出，再由污泥回流装置将污泥通入CASS反应箱（2）内，经由污泥回流管进入生物选择区，污泥回流率为20%，在进水的同时进行污泥回流。
说明书
一种处理氨氮废水的装置及方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种处理氨氮废水的装置及其运行方法。
背景技术
氧化亚氮(N2O)是大气中含量仅次于CO2和CH4的温室气体，在7～13μm波长范围内有强烈的红外吸收，温室效应约为CO2的300倍，在大气中的寿命长达131年之久，对全球温室效应有重要贡献。大气中N2O含量增加1倍，全球地表温度上升0.3℃。另外，N2O进入平流层后，可以迅速转化为NO和NO2，在紫外光的照射下，可以快速地分解臭氧为氧气，严重破坏臭氧层。N2O被认为是人为排放破坏臭氧层的首要物质。N2O在平流层生成的NOx可转化为硝酸，硝酸进入对流层后形成酸雨，从而对生态系统造成严重损害。
N2O的来源分为自然源和人为源两类，人类活动引起的N2O释放量增加是大气中N2O浓度逐渐上升的主要原因。N2O释放的人为源包括农业种植、牲畜养殖、生物质的燃烧、化石燃料燃烧、污染治理等。
污水生物处理过程是N2O重要的人为释放源之一，且其释放量有日益增高的趋势。美国环保署的报告称，污水处理过程中释放的N2O占总释放量的3％。根据Khalil和Rasmussen的估计，污水处理过程N2O的年释放量为0.3-3.0Tg/yr，占全球N2O总释放量的2.5％-25％。IPCC报告中指出，污水处理厂污水处理过程中大约0.05-25％的氮被转化成N2O形式释放，约占全球N2O总排放量的1.2％。Kampschreur等总结前人的研究结果指出，在实验室中进行的污水处理过程中有0-90％的氮转化成N2O释放，而在污水处理厂的处理过程中有0-14.6％的氮转化为N2O。Foley等在七个污水处理厂中检测到的N2O转化率为0.6-25.3％。Law等预测全球污水处理过程N2O排放量从2005年到2020年预期增长13％。周兴等统计发现，以CO2排放当量计，从2003年至2009年我国生活污水处理过程中释放的N2O占温室气体总释放量的一半以上。Daelman等对一个城镇污水处理厂进行十六个月的连续监测发现，N2O的排放量占温室气体排放总量的四分之三。随着各国环保部门对污水氮排量控制的日益严格，越来越多的污水处理厂已经加入脱氮工序，这将进一步提高N2O的释放量。因此深入了解污水处理过程中N2O的产生机理和减量控制具有重要的意义。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明解决的第一个技术问题是提供了一种能够减少N2O排放量的处理氨氮废水的装置，本发明解决的另一个技术问题是提供了一种能够减少N2O排放量的处理氨氮废水的方法。
为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：一种处理氨氮废水的装置，主要包括原水箱、CASS反应箱、投料装置、蠕动泵、排水泵、充气泵、排污装置、磁铁、磁力感应装置和控制装置；所述原水箱上设置有进水口和排淤阀；所述CASS反应箱包括生物选择区、缺氧反应区、有氧反应区和连通管，所述缺氧反应区内设置有搅拌装置一，所述有氧反应区内设置有曝气装置、搅拌装置二、垫料层和滤料层；所述原水箱通过所述蠕动泵与所述生物选择区连接；所述缺氧反应区上端与生物选择区上端连接，所述有氧反应区通过所述连通管与缺氧反应区连接，且连通管较高的一端位于有氧反应区内；所述曝气装置设置在有氧反应区的靠下端位置，所述搅拌装置二设置在有氧反应区的靠上端位置，所述垫料层设置在曝气装置的上方，所述滤料层设置在垫料层的上端，垫料层和滤料层将有氧反应区从上至下分为反应区、污泥区和曝气区，污泥区上端设置有污泥回流管；所述投料装置设置在生物选择区的箱壁上，投料装置内部为碳源；所述排水泵设置在曝气区；所述充气泵与曝气装置连接；所述排污装置包括污泥回流装置和污泥处理装置，污泥处理装置与排淤阀、污泥区连接，污泥回流装置与污泥回流管连接；所述磁铁采用烧结钐钴永磁，烧结钐钴永磁是一种优越的永磁材料，即具有很高测磁性能，同时又有很强的防腐蚀性、抗氧化性、温度系数低、居里温度高、能在较高环境下使用，磁铁设置在有氧反应区内，位于有氧反应区左侧端，所述磁力感应装置位于有氧反应区内，位于有氧反应区右侧端；所述控制装置采用PLC控制器，控制装置与排淤阀、搅拌装置一、搅拌装置二、投料装置、蠕动泵、排水泵、充气泵、排污装置、磁力感应装置连接。
进一步地，碳源为葡萄糖、蛋白胨、乙酸钠按照质量比1:1:1.7的混合物，且所投碳源与原水中的氮元素的碳氮比为15；充足的碳源供应有利于可还原N2O的反硝化菌Zoogloea的生长繁殖，提高反硝化功能基因nosZ、nirS和nirK的丰度，增强完全反硝化作用，减少反硝化过程N2O的产生；碳源为乙酸钠时，CASS感应器脱氮效果优异，反硝化过程几乎不产生N2O，但在硝化过程中较高的氨氧化速率促进羟胺氧化途径产生N2O，使N2O的释放速率提高；以葡萄糖为碳源时，反硝化过程N2O的产生增加，硝化过程N2O释放速率降低；同时投加三种碳源时N2O排放最少；乙酸钠更容易被微生物利用于反硝化反应，促进Dechloromonas、Zoogloea等反硝化菌群和反硝化基因nosZ和nirS的增加；而硝化过程N2O排放增加的原因可能是其较大的氨氧化速率促进羟胺氧化途径产生N2O。
进一步地，CASS反应箱的有氧反应区设置有箱门，且箱门处设置有密封装置，能够定期对垫料层和滤料层进行更换，避免因为污泥的长期附着无法排除，影响处理效果，同时也方便后期的观察维修等。
进一步地，垫料层与有氧反应区的箱壳活动连接，垫料层可以从箱门处自由出进，垫料层包括小孔铁网、棉麻布和粗砂，所述棉麻布包裹在粗砂外，所述小孔铁网包裹在棉麻布外，小孔铁网孔径为2-5mm；棉麻布和粗砂能够有效的对污泥进行阻隔，又因为棉麻布具有良好的透气、透水性，能够有效的进行污水曝气处理；同时，小孔铁网的包裹一方面能够更易塑形，便于连接设置，另一方面，能够有效的缓解外部所带来的压力对棉麻布和的冲击。
进一步地，棉麻布为双层，能够避免因为单层棉麻布的破损造成的外漏，不仅会影响到实验效果，同时会导致装置的损坏。
进一步地，滤料层与有氧反应区的箱壳活动连接，滤料层可以从箱门处自由出进，滤料层为被铁网包裹着的鹅卵石，所述铁网孔径为5-10mm，所述鹅卵石孔径为15-30mm；利用15-30mm孔径的鹅卵石能够有效的进行污泥的过滤；同时，采用比鹅卵石孔径较小孔径的铁网不仅可以有效地将鹅卵石聚集起来，并且可以更为方便灵活的实现连接设置。
为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：一种处理氨氮废水的方法，包括以下步骤：
步骤一：反应器内接种及驯化
将处理原水通过原水入口、蠕动泵引至CASS反应箱内，再由排水泵流出，使得污泥处理装置中充满污泥，再由污泥回流装置将污泥通入CASS反应箱内，然后接种活性污泥，控制污泥浓度在3000mg/L；接种后在CASS反应箱内进行闷曝处理；期间，通过曝气装置和空气泵进行曝气，使得出水水质稳定后增加原水比例，由最初的50％，增加到75％，最终到100％；
步骤二：首次废水处理
将原水从原水进口通入原水箱中，通过蠕动泵将原水箱中的水引至CASS反应箱内，同时，打开投料装置原水中投入碳源，在缺氧反应区进行缺氧搅拌；待缺氧反应区中的污水到达一定高度，污水会从连通管到达有氧反应区，通过曝气装置和空气泵进行曝气，曝气量为50L/h；水力停留时间为1.5h；
步骤三：连续废水处理
打开排水泵，按照步骤二进行连续废水处理；每隔20d，通过污泥处理装置将原水箱和CASS反应箱中的污泥排出，再由污泥回流装置将污泥通入CASS反应箱内，经由污泥回流管进入生物选择区，污泥回流率为20％，在进水的同时进行污泥回流。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明进水段设置缺氧搅拌，脱氮效果最好，N2O转化率也最低(3.98％)，分段进水和延长曝气/连续进水对CASS的脱氮和N2O减排也有一定的增强作用；这三种循环周期更有利于活性污泥中反硝化功能基因的表达，提高亚硝酸还原酶和N2O还原酶的活性；
2、同时投加蛋白胨、葡萄糖、乙酸钠三种充足碳源，所造成的N2O排放最少；
3、采用50L/h高曝气量；能够在气阶段中，曝气量增大使溶氧浓度增加，抑制硝化菌反硝化产生N2O，减少了N2O的排放；
4、本发明结构简单，制造成本低，适合大量推广。
（发明人：许柯;任洪强;耿金菊;张徐祥;黄辉）
