申请日2021.09.13
公开日期2021.11.05
IPC分类C02F101/16;C02F9/14
摘要
本申请涉及污水处理技术领域，尤其是涉及一种难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统及处理方法。本申请的难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统，包括依次相连的兼氧反应器、芬顿氧化反应器、AO型生化反应器；兼氧反应器包括依次相连的第一、二兼氧反应区、兼氧泥水分离区，第一兼氧反应区设置有搅拌装置和曝气装置，第二兼氧反应区设置有曝气装置；芬顿氧化反应器包括氧化反应区、芬顿氧化泥水分离区；AO型生化反应器包括依次相连的缺氧反应区、好氧反应区、AO泥水分离区，缺氧反应区设置搅拌装置，好氧反应区设置曝气装置。本申请的难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统能够在较少的碳源和碱度补充的条件下即可使出水的氨氮含量充分降低。
权利要求
1.一种难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统，其特征在于，包括依次相连的兼氧反应器（1）、芬顿氧化反应器（2）、AO型生化反应器（3）；兼氧反应器（1）包括依次相连的第一兼氧反应区（11）、第二兼氧反应区（12）、兼氧泥水分离区（13），第一兼氧反应区（11）设置有废水入口；第一兼氧反应区（11）设置有搅拌装置和曝气装置，第二兼氧反应区（12）设置有曝气装置；
芬顿氧化反应器（2）包括氧化反应区（22）、芬顿氧化泥水分离区（26）；
AO型生化反应器（3）包括依次相连的缺氧反应区（31）、好氧反应区（32）、AO泥水分离区（33），缺氧反应区（31）的入水口与芬顿氧化反应器（2）的芬顿氧化泥水分离区（26）的出水口相连，缺氧反应区（31）设置有搅拌装置，好氧反应区（32）设置有曝气装置。
2.根据权利要求1所述的难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统，其特征在于，芬顿氧化反应器（2）包括依次相连的混合区（21）、所述氧化反应区（22）、中和区（23）、气水分离区（24）、絮凝区（25）、所述芬顿氧化泥水分离区（26）；混合区（21）设置有与兼氧泥水分离区（13）的出水口相连的入水口，混合区（21）设置有酸液加入口；混合区（21）或氧化反应区（22）设置有铁催化剂加入口；氧化反应区（22）上设置有氧化剂加入口；中和区（23）设置有碱加入口；絮凝区（25）上设置有絮凝剂加入口。
3.根据权利要求1所述的难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统，其特征在于，第二兼氧反应区（12）设置有碱度补充剂加入口。
4.根据权利要求1所述的难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统，其特征在于，第一兼氧反应区（11）设置有用来监测第一兼氧反应区（11）内废水的氧化还原电位的氧化还原电位监测仪；第二兼氧反应区（12）设置有用来监测第二兼氧反应区（12）内废水溶解氧含量的溶解氧检测仪。
5.根据权利要求4所述的难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统，其特征在于，兼氧反应器（1）还包括用来将第二兼氧反应区（12）的混合液回流至第一兼氧反应区（11）的第一混合液回流装置（14）和用来将兼氧泥水分离区（13）的污泥回流至第一兼氧反应区（11）的第一污泥回流装置（15），第一污泥回流装置（15）包括回流管，回流管一端设置在兼氧泥水分离区（13）的底部，另一端与第一兼氧反应区（11）相连。
6.根据权利要求1所述的难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统，其特征在于，缺氧反应区（31）设置有用来对缺氧反应区（31）的废水的氧化还原电位进行监测的氧化还原电位监测仪；好氧反应区（32）设置有对好氧反应区（32）的废水的溶解氧含量进行监测的溶解氧监测仪。
7.根据权利要求6所述的难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统，其特征在于，AO型生化反应器包括用来将好氧反应区（32）的混合液回流至缺氧反应区（31）的第二混合液回流装置（34）；AO型生化反应器包括用来将AO泥水分离区（33）的污泥回流至缺氧反应区（31）的第二污泥回流装置（35）。
8.一种使用如权利要求1所述的难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统的难生物降解高氨氮废水的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将废水通入兼氧反应器（1）的第一兼氧反应区（11），在第一兼氧反应区（11）进行硝化反应和反硝化反应，出水进入第二兼氧反应区（12），与碱度调节剂混合后进行反应；
第二兼氧反应区（12）反应后的出水进入兼氧泥水分离区（13）进行泥水分离；
2）兼氧泥水分离区（13）分离后的出水进入芬顿氧化反应器（2），在氧化反应区（22）进行芬顿氧化反应，出水进入芬顿氧化泥水分离区（26）进行泥水分离；
3）芬顿氧化泥水分离区（26）进行泥水分离后的出水进入AO型生化反应器（3）的缺氧反应区（31），在搅拌条件下发生反硝化反应；缺氧反应区（31）的出水进入好氧反应区（32），在曝气条件下发生硝化反应；好氧反应区（32）的出水进入AO泥水分离区（33）进行泥水分离。
9.根据权利要求8所述的难生物降解的高氨氮废水的综合处理方法，其特征在于，步骤（2）中兼氧泥水分离区（13）分离后的出水先进入芬顿氧化反应器（2）的混合区（21）与酸液混合均匀，混合区（21）的出水进入氧化反应区（22）与铁催化剂、氧化剂混合进行所述芬顿氧化反应；氧化反应区（22）的出水进入中和区（23），与碱进行中和反应；中和区（23）的出水进入气水分离区（24）进行气水分离；气水分离区（24）的出水进入絮凝区（25）与絮凝剂混合均匀；絮凝区（25）的出水进入芬顿氧化泥水分离区（26）进行所述泥水分离。
10.根据权利要求8所述的难生物降解的高氨氮废水的综合处理方法，其特征在于，当第一兼氧反应区（11）的氧化还原电位低于-200mV时，在第一兼氧反应区（11）内增加曝气量，当第一兼氧反应区（11）的氧化还原电位高于-100mV时，在第一兼氧反应区（11）内降低曝气量。
说明书
一种难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统及处理方法
技术领域
本申请涉及污水处理技术领域，尤其是涉及一种难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统及处理方法。
背景技术
在经济发展过程中，无论是工业生产还是社会生活中都会产生一些对环境有危害的污染物，废水就是常见的一种。其中，工厂产生的工业废水具有高污染、难降解、成分复杂、性质多变等特点，处理起来难度较大。
针对难降解废水的处理方法有物化法、化学法和生物法等。常用的物化法是利用各种物理、化学手段将难降解有机物分解或分离，如混凝沉淀、吸附、萃取和膜分离技术等。化学法主要以化学氧化法为主，常见有电催化氧化、臭氧氧化、类芬顿氧化等。生物法主要是运用微生物的方法使微生物从废水中获取养分，同时降解和利用有害物质。
物化法对成分复杂、浓度较高的废水适应性较差，操作相对较为复杂。化学法的氧化剂具有一定的选择性，且生产成本较贵。对于高污染难降解的废水来说，生物法的效果也不是很好。因此，在实际应用时，很多时候都采用多种方法联用的方式。
将多种方法联用时，通常会在预处理后，依次进行生化处理和芬顿氧化处理，在生化处理时一般会进行缺氧处理、好氧处理，然后进行泥水分离，然后在硫酸亚铁、过氧化氢的作用下将有机物充分降解，再进行泥水分离，得到氨氮含量较低的处理后废水。
针对上述的相关技术，发明人认为，仅采用生化处理和芬顿氧化处理，最终处理后的废水的氨氮含量仍然较高。
发明内容
为了充分降低废水中的氨氮含量，本申请提供一种难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统及处理方法。
第一方面，本申请提供的难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统采用如下技术方案：
一种难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统，包括依次相连的兼氧反应器、芬顿氧化反应器、AO型生化反应器；兼氧反应器包括依次相连的第一兼氧反应区、第二兼氧反应区、兼氧泥水分离区，第一兼氧反应区设置有废水入口；第一兼氧反应区设置有搅拌装置和曝气装置，第二兼氧反应区设置有曝气装置；
芬顿氧化反应器包括氧化反应区、芬顿氧化泥水分离区；
AO型生化反应器包括依次相连的缺氧反应区、好氧反应区、AO泥水分离区，缺氧反应区的入水口与芬顿氧化反应器的芬顿氧化泥水分离区的出水口相连，缺氧反应区设置有搅拌装置，好氧反应区设置有曝气装置。
通过采用上述技术方案，本申请的处理系统将兼氧反应器、芬顿氧化反应器、AO型生化反应器依次相连，在兼氧反应器中使废水中的氨氮转化为硝态氮再转化为氮气。在第一兼氧反应区，可以控制硝化反应速率和反硝化反应速率达到基本一致，同步完成氨氮到硝态氮再到氮气的过程，第二兼氧反应区主要发生硝化反应。废水进入芬顿氧化反应器中进行芬顿氧化反应，不仅可以将废水中的大分子有机氮转化为小分子有机氮或氨氮，还可以在高氧化还原电位条件下，转化为硝态氮，同时提高了废水的可生化性，为AO型生化反应器中的生化反应提供基础。废水在AO型生化反应器中，发生反硝化反应和硝化反应，最大程度地去除废水中的氮，保证最终出水中的氨氮和COD达到排放标准。
兼氧反应器中采用两个兼氧反应区相连，在第一兼氧反应区内，利用原有的碳源和/或向第一兼氧反应区中加入的碳源或污泥进行硝化反应和反硝化反应，在经过第二兼氧反应区继续进行反应(好氧硝化反应)后再进行泥水分离，使硝化反应和反硝化反应都发生得更加充分。
优选的，芬顿氧化反应器包括依次相连的混合区、所述氧化反应区、中和区、气水分离区、絮凝区、所述芬顿氧化泥水分离区；混合区设置有与兼氧泥水分离区的出水口相连的入水口，混合区设置有酸液加入口；混合区或氧化反应区设置有铁催化剂加入口；氧化反应区上设置有氧化剂加入口；中和区设置有碱加入口；絮凝区上设置有絮凝剂加入口。
通过采用上述技术方案，芬顿氧化反应器中，废水先在混合区与酸液进行混合，调节废水的pH，以适合于进行芬顿氧化反应，然后在氧化反应区使废水与铁催化剂和氧化剂发生反应，产生氢氧自由基，氢氧自由基与废水中的有机物反应，使难分解的有机物被分解，降低COD，同时提高废水的可生化性。发生芬顿氧化反应后，在中和区，利用加入的碱调节pH，使芬顿氧化反应产生的三价铁转化为氢氧化铁，然后进入气水分离区将废水中的气泡脱除(通过曝气将废水中的酸性气体脱除)，再进行絮凝反应并沉淀分离。在芬顿氧化反应器中，各个步骤分开进行，使废水流入并与各药剂混合更加均匀、作用更加充分，提高了各反应的充分程度，进一步降低了废水中的氨氮含量。
优选的，第二兼氧反应区设置有碱度补充剂加入口。
通过采用上述技术方案，由于在硝化反应过程中，容易导致废水的pH下降，进而使硝化反应的速率降低，第二兼氧反应区上设置碱度补充剂加入口，可以在需要时，向第二兼氧反应区中加入少量碳酸钠等作为碱度补充剂，调节废水的pH，保证硝化反应的发生。
优选的，第一兼氧反应区设置有用来监测第一兼氧反应区内废水的氧化还原电位的氧化还原电位监测仪；第二兼氧反应区设置有用来监测第二兼氧反应区内废水溶解氧含量的溶解氧检测仪。
通过采用上述技术方案，在第一兼氧反应区设置氧化还原电位监测仪，实时监测第一兼氧反应区的氧化还原电位，当氧化还原电位较高时，会促进好氧菌生长，不利于兼氧性微生物的生长。因此，当氧化还原电位波动较大时，通过设置在第一兼氧反应区的搅拌装置和曝气装置，利用曝气装置调节曝气量，同时配合搅拌装置进行搅拌，保证氧化还原电位在合适的范围内，促进兼氧微生物生长。
优选的，兼氧反应器还包括用来将第二兼氧反应区的混合液回流至第一兼氧反应区的第一混合液回流装置和用来将兼氧泥水分离区的污泥回流至第一兼氧反应区的第一污泥回流装置，第一污泥回流装置包括回流管，回流管一端设置在兼氧泥水分离区的底部，另一端与第一兼氧反应区相连。
通过采用上述技术方案，将第二兼氧反应区的混合液回流至第一兼氧反应区，并且把兼氧泥水分离区的污泥也回流至第一兼氧反应区，能够实现污泥和微生物的充分回流利用，提高第一兼氧反应区的硝化反应和反硝化反应的效率。
优选的，缺氧反应区设置有用来对缺氧反应区的废水的氧化还原电位进行监测的氧化还原电位监测仪；好氧反应区设置有对好氧反应区的废水的溶解氧含量进行监测的溶解氧监测仪。
通过采用上述技术方案，在AO型生化反应区的缺氧反应区设置氧化还原电位监测仪并在好氧反应区设置溶解氧检测仪，能够实时监测缺氧反应区的氧化还原电位和好氧反应区的溶解氧含量，进而对缺氧反应区和好氧反应区的搅拌速度、曝气量进行调节，保证缺氧反应区的氧化还原电位和好氧反应区的溶解氧含量在合适范围内。
优选的，AO型生化反应器包括用来将好氧反应区的混合液回流至缺氧反应区的第二混合液回流装置；AO型生化反应器包括用来将AO泥水分离区的污泥回流至缺氧反应区的第二污泥回流装置。
通过采用上述技术方案，AO型生化反应器中设置第二混合液回流装置、第二污泥回流装置，能够在废水处理过程中将好氧反应区的混合液以及AO泥水分离区底部的污泥回流至缺氧反应区，维持缺氧反应区较高水平的污泥浓度，保证反硝化反应和硝化反应的进行。
第二方面，本申请提供的难生物降解高氨氮废水的处理方法采用如下的技术方案：一种使用上述的难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统的难生物降解高氨氮废水的处理方法，包括如下步骤：
1)将废水通入兼氧反应器的第一兼氧反应区，在第一兼氧反应区进行硝化反应和反硝化反应，出水进入第二兼氧反应区，与碱度调节剂混合后进行反应；
第二兼氧反应区反应后的出水进入兼氧泥水分离区进行泥水分离；
2)兼氧泥水分离区分离后的出水进入芬顿氧化反应器，在氧化反应区进行芬顿氧化反应，出水进入芬顿氧化泥水分离区进行泥水分离；
3)芬顿氧化泥水分离区进行泥水分离后的出水进入AO型生化反应器的缺氧反应区，在搅拌条件下发生反硝化反应；缺氧反应区的出水进入好氧反应区，在曝气条件下发生硝化反应；好氧反应区的出水进入AO泥水分离区进行泥水分离。
通过采用上述技术方案，在兼氧反应器中进行硝化反应和反硝化反应后，将废水中的有机物进行初步去除，然后再经过芬顿氧化反应器进行芬顿氧化反应，将难降解的有机物进行降解，提高可生化程度，进一步在AO型生化反应器中进行反应，充分降低废水中的氨氮含量。在第一兼氧反应区同时发生同步硝化反硝化的脱氮反应，出水进入第二兼氧反应区，与碱度调节剂混合，维持pH的稳定，保证第二兼氧反应区硝化反应的充分发生。
步骤(1)中的废水中氨氮浓度为300-500mg/L、COD为3000-4000mg/L、B/C＞0.25。
优选的，步骤(2)中兼氧泥水分离区分离后的出水先进入芬顿氧化反应器的混合区与酸液混合均匀，混合区的出水进入氧化反应区与铁催化剂、氧化剂混合进行所述芬顿氧化反应；氧化反应区的出水进入中和区，与碱进行中和反应；中和区的出水进入气水分离区进行气水分离；气水分离区的出水进入絮凝区与絮凝剂混合均匀；絮凝区的出水进入芬顿氧化泥水分离区进行所述泥水分离。
通过采用上述技术方案，废水在芬顿氧化反应器的混合区与酸液混合，再进入氧化反应区进行芬顿氧化反应，之后再分别进行中和、气水分离、絮凝、泥水分离，将每个步骤分别在不同的区域进行，提高了各步处理时反应的程度，对废水中氨氮的去除也更加充分。
优选的，当第一兼氧反应区的氧化还原电位低于-200mV时，在第一兼氧反应区内增加曝气量，当第一兼氧反应区的氧化还原电位高于-100mV时，在第一兼氧反应区内降低曝气量。进一步优选的，当第一兼氧反应区的氧化还原电位低于-200mV时，在第一兼氧反应区内停止搅拌并增加曝气量，当第一兼氧反应区的氧化还原电位高于-100mV时，在第一兼氧反应区内进行搅拌并降低曝气量。
通过采用上述技术方案，在第一兼氧反应区的氧化还原电位超出设定范围时，对第一兼氧反应区的搅拌装置和/或曝气装置进行调节，将第一兼氧反应区的氧化还原电位保持在合适范围内，减少由于氧化还原电位波动对微生物生长的影响。在第一兼氧反应区的氧化还原电位高于-100mV时，降低曝气量(或者同时开启搅拌装置)以保证第一兼氧反应区内泥水混合的充分程度。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请的难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统将兼氧反应器、芬顿氧化反应器、AO型生化反应器依次连接，在较低水平的碳源和碱度补充的条件下即可使出水的氨氮含量降低到25mg/L以下，使COD降低到100mg/L以下，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的二级标准。
2.本申请的难生物降解的高氨氮废水的综合处理系统进一步采用在兼氧反应器和AO型生化反应器中设置氧化还原电位监测仪和溶解氧检测仪，实时监测兼氧反应器和AO型生化反应器中废水的氧化还原电位和溶解氧含量，并进而通过调整兼氧反应器和AO型生化反应器中的搅拌装置的搅拌速率和曝气装置的曝气气流流量来控制兼氧反应器和AO型生化反应器的对应反应区的氧化还原电位和溶解氧处于合理区间，促进有机物降解反应的效率。
3.本申请的难生物降解的高氨氮废水的处理方法采用上述系统对废水分别进行兼氧反应处理、芬顿氧化反应处理和AO生化反应处理，大大降低了废水中的氨氮含量，而且在处理过程中，大大降低了碳源和碱度补充剂的用量。
