公布日：2022.09.23
申请日：2022.07.25
分类号：C02F3/00(2006.01)I;C02F3/30(2006.01)I;C02F3/34(2006.01)I
摘要
本发明涉及一种低碳氮比废水的处理系统及处理方法。一种低碳氮比废水的处理系统，包括顺次连接的脱碳单元、除氮单元和氧化单元；所述脱碳单元内部填充有第一填料，所述第一填料为负载有反硝化菌的污泥；所述除氮单元内部填充有第二填料，所述第二填料负载有CANON菌的污泥；所述氧化单元内部填充有第三填料，所述第三填料负载有好氧菌的污泥；所述氧化单元的出水部分回流至所述脱碳单元，且回流比为100～300％。本申请通过设计顺次连接的脱碳单元、除氮单元和氧化单元，并将氧化单元的出水以100～300％的回流比回流至脱碳单元参与反硝化反应，从而保证出水中的氮能达标排放，回流中的氮也能提高碳的去除效率。
权利要求书
1.一种低碳氮比废水的处理系统，其特征在于，所述处理系统包括顺次连接的脱碳单元、除氮单元和氧化单元；所述脱碳单元内部填充有第一填料，所述第一填料为负载有反硝化菌的污泥；所述除氮单元内部填充有第二填料，所述第二填料负载有CANON菌的污泥；所述氧化单元内部填充有第三填料，所述第三填料负载有好氧菌的污泥；所述氧化单元的出水部分回流至所述脱碳单元，且回流比为100-300％。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述第二填料包括填料本体和负载在所述填料本体上的含有CANON菌的污泥；所述填料本体包括用于通入冲洗水的刚性管路，以及串在所述刚性管路上的若干碳化硅多孔填料，所述刚性管路上设置有若干喷水孔，用于向外部喷射冲洗水；且所述刚性管路的喷水孔和所述碳化硅多孔填料被设计为喷射水能够对所述碳化硅多孔填料进行冲洗。
3.根据权利要求1或2所述的处理系统，其特征在于，所述刚性管路外部还设置一能够沿所述刚性管路长度方向滑动的遮挡板，所述遮挡板被设置为具有2个位置，第一位置遮挡板遮蔽所述刚性管路的开孔，第二位置遮挡板暴露所述刚性管路的喷水孔。
4.根据权利要求2或3所述的处理系统，其特征在于，所述刚性管路的两端被固定在所述除氮单元填料区的器壁上，且所述刚性管路被阵列式布置在所述除氮单元的填料区。
5.根据权利要求2-4之一所述的处理系统，其特征在于，所述刚性管路连接脉冲式供水装置。
6.根据权利要求2-5之一所述的处理系统，其特征在于，所述喷水孔以开孔群组的形式在所述刚性管路上分布，每一个开孔群组内的通孔沿所述刚性管路的管壁360°布局，且沿所述刚性管路的长度方向至少有3圈所述通孔。
7.根据权利要求6所述的处理系统，其特征在于，所述开孔群组内沿所述刚性管路的长度方向最远距离的通孔的距离小于等于所述碳化硅多孔填料沿所述刚性管路的长度方向的尺寸；且所述碳化硅多孔填料在所述刚性管路上被限位在所述开孔群组所在的位置；优选地，所述除氮单元的容器底部设置有除泥装置，用于除去除氮单元底部的沉积污泥。
8.一种低碳氮比废水的处理方法，其特征在于，所述处理方法使用权利要求1-7之一所述的低碳氮比废水的处理系统，具体包括如下步骤：(1)启动除氮单元；(2)除氮单元启动后，向所述刚性管路中通入冲洗水，并开启喷水孔对第二填料的污泥进行冲洗，冲洗完毕关闭刚性管路的水流和喷水孔；(3)向脱碳单元通入废水，并接通脱碳单元、除氮单元和氧化单元的进出水，对废水进行脱碳、除氮和氧化处理；所述氧化单元的出水回流至脱碳单元；(4)处理系统运行至使用周期后，关闭除氮单元的进水，向刚性管路通入冲洗水，开启喷水孔对第二填料进行冲洗，冲洗完毕关闭刚性管路的水流和喷水孔；同时，关闭氧化单元的进水，对第三填料也进行反冲洗；关闭脱碳单元，对第一填料也进行反冲洗；(5)关闭刚性管路的进水，关闭喷水孔，打开除氮单元的进水；关闭氧化单元的反冲洗，打开氧化单元的进水；关闭脱碳单元的反冲洗，打开脱碳单元的进水。
9.如权利要求8所述的处理方法，其特征在于，步骤(1)所述启动除氮单元包括：(1a)短程硝化污泥的接种与驯化：首先，将未驯化硝化污泥至于除氮单元中，维持水中的DO在0.2mg/L以下，采用自来水和配水批式操作方式运行，当亚硝化率(NAR)大于90％以后运行5-9个周期，再以废水处理沉淀池的出水作为原水，连续运行1-4个周期，获得第一短程硝化污泥；然后，将未驯化硝化污泥与所述第一短程硝化污泥按照质量比(0.9-1.1):(0.9-1.1)的比例混合，至于除氮单元中，维持水中的DO在0.2mg/L以下，采用自来水和配水批式操作方式运行，当亚硝化率(NAR)大于90％以后运行5-9个周期，再以废水处理沉淀池的出水作为原水，连续运行1-4个周期，获得第二短程硝化污泥；优选地，所述批式操作方式为进水20-40min，曝气160-200min，非曝气10-20min，排水20-40min，闲置5-10min；(1b)CANON污泥的配制：将步骤(1a)获得的第二短程硝化污泥与ANAMMOX污泥按照1:(1-3)的质量比混合后培养，直至污泥浓度为2298-3957mg/L，获得CANON污泥；优选地，所述第二短程硝化污泥VSS/SS约为1-3，呈黄褐色絮体状；优选地，所述ANAMMOX污泥VSS/SS约为0.30-0.50，呈红色颗粒状；(1c)CANON工艺启动：向除氮单元中按换水比为70-90％通入模拟废水，并以进水0.2-1.5h，曝气2-4h，非曝气0.5-1h，排水0.2-0.9h的条件操作运行，同时控制pH为7.1-8.2，DO控制在0.2mg/L以下，反应温度控制为25-31℃，控制进水NH4+-N在200-400mg/L，碱度在600-1000mg/L，曝气量为0.5-2.6m3/h，曝气时间与非曝气的时间比为(1-3):1，维持进出水，直至总氮的去除率达到85％以上。
10.如权利要求8或9所述的处理方法，其特征在于，所述冲洗水为脉冲式供水；优选地，所述脉冲式供水的流速为3-15L/(m2•s)，脉冲式供水的时间为30-120s。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请的目的之一是提供一种低碳氮比废水的处理系统，所述处理系统包括顺次连接的脱碳单元、除氮单元和氧化单元；
所述脱碳单元内部填充有第一填料，所述第一填料为负载有反硝化菌的污泥；
所述除氮单元内部填充有第二填料，所述第二填料负载有CANON菌的污泥；
所述氧化单元内部填充有第三填料，所述第三填料负载有好氧菌的污泥；
所述氧化单元的出水部分回流至所述脱碳单元，且回流比为100-300％。
本申请通过设计顺次连接的脱碳单元、除氮单元和氧化单元，并将氧化单元的出水以100-300％的回流比回流至脱碳单元参与反硝化反应，从而保证出水中的氮能达标排放，回流中的氮也能提高碳的去除效率。
优选地，所述第二填料包括填料本体和负载在所述填料本体上的含有CANON菌的污泥；所述填料本体包括用于通入冲洗水的刚性管路，以及串在所述刚性管路上的若干碳化硅多孔填料，所述刚性管路上设置有若干喷水孔，用于向外部喷射冲洗水；且所述刚性管路的喷水孔和所述碳化硅多孔填料被设计为喷射水能够对所述碳化硅多孔填料进行冲洗。
所述碳化硅多孔填料的外形不做具体限定，可以是球形、方形或其它形状的碳化硅填料。所述碳化硅多孔填料可以通过将碳化硅粉末、造孔剂和粘结剂混合成浆料，通过挤出成型工艺制备成任何被设计的形状。碳化硅多孔填料因为内部孔洞是通过造孔剂形成的，内部孔道为非规则孔道，在喷水孔喷射冲洗水时，内部孔道的污泥可以被冲至松动或掉落，但仍然会有部分污泥因为孔道的非规则性而保留在碳化硅多孔填料内部，以帮助CANON菌的再次生长繁殖。
优选地，所述碳化硅多孔填料的孔径90％以上分布在0.4-0.8μm之间，孔隙率为40-43％。碳化硅合适的孔径分布和孔隙率与刚性管路的喷水孔配合，能够获得合适的污泥冲洗效果，不会因为冲洗过于干净，影响污泥生长进而影响处理效率和处理效果，也不会因为冲洗力度过小，使得碳化硅多孔填料的空隙得不到有效清洗，进而无法将反应完的污泥替换为活化污泥，影响污泥生长，进而影响处理效率和处理效果。
示例性地，所述碳化硅多孔填料通过如下方法制备得到：
(1)将碳化硅、造孔剂、粘结剂和烧结助剂按照质量比5.7-6.5:1.5-2:1-1.5:0.5-1混合，搅拌成浆料，并进行喷雾干燥获得喷雾颗粒；
(2)将喷雾颗粒与塑化剂混合，混炼后得到泥料，然后挤出成球形，并在中间开通孔形成中空通道，获得碳化硅多孔填料的坯料；
(3)将所述碳化硅多孔填料的坯料在1400-1600℃下烧结1.5-3h，然后升温至2100-2130℃下烧结5-7h，形成能够穿入刚性管路的球形，即为碳化硅多孔填料。
所述粘结剂为聚乙烯醇、聚乙二醇和水的混合物(质量比1.5-2:1.5-2:1)，所述造孔剂为三氧化二铁，所述烧结助剂为碳化硼。
每100重量份喷雾颗粒按比例与塑化剂混合，所述塑化剂由6-7重量份的羟乙基纤维素、3.3-3.8重量份的甘油、1.5-2.5重量份的聚乙二醇、2.5-3.3重量份的聚乙烯醇、4-4.8重量份的油酸和18-19重量份的水组成。
所述喷雾颗粒的含水量为2-4wt％。喷雾颗粒的2-4wt％的含水量能够与造孔剂配合，获得合适的孔道；与塑化剂配合，获得合适硬度的泥料，提高坯料的成型率。
所述碳化硅多孔填料的外径为10-12cm；所述中空通道直径为2-3cm，刚性管路外径较中空通道直径小0.5-0.8cm。
坯料在1400-1600℃下烧结
1.5-3h，然后升温至2100-2130℃下烧结5-7h的程序能够将孔径控制在合适的范围，并提高孔径的均匀性，进而在冲洗水冲洗时能够更合适的将污泥冲洗掉。
优选地，所述刚性管路外部还设置一能够沿所述刚性管路长度方向滑动的遮挡板，所述遮挡板被设置为具有2个位置，第一位置遮挡板遮蔽所述刚性管路的开孔，第二位置遮挡板暴露所述刚性管路的喷水孔。
遮挡板的作用是防止污泥堵塞喷水孔，影响冲洗水的冲洗效果。
优选地，所述刚性管路的两端被固定在所述除氮单元填料区的器壁上，且所述刚性管路被阵列式布置在所述除氮单元的填料区。
优选地，所述刚性管路连接脉冲式供水装置。脉冲式供水使得冲洗效率更高。
优选地，所述喷水孔以开孔群组的形式在所述刚性管路上分布，每一个开孔群组内的通孔沿所述刚性管路的管壁360°布局，且沿所述刚性管路的长度方向至少有3圈所述通孔。
优选地，所述开孔群组内沿所述刚性管路的长度方向最远距离的通孔的距离小于等于所述碳化硅多孔填料；且所述碳化硅多孔填料在所述刚性管路上被限位在所述开孔群组所在的位置。这一设置在冲洗水的冲洗过程中，能够使所述碳化硅多孔填料以合适的程度进行冲洗，即能将部分污泥进行冲洗或打散，又能在碳化硅多孔填料上保留一部分污泥，以后续进行脱氮反应。
优选地，所述除氮单元的容器底部设置有除泥装置，用于除去除氮单元底部的沉积污泥。
本申请目的之二是提供一种低碳氮比废水的处理方法，所述处理方法使用目的之一所述的低碳氮比废水的处理系统，具体包括如下步骤：
(1)启动除氮单元；
(2)除氮单元启动后，向所述刚性管路中通入冲洗水，并开启喷水孔对第二填料的污泥进行冲洗，冲洗完毕关闭刚性管路的水流和喷水孔；
(3)向脱碳单元通入废水，并接通脱碳单元、除氮单元和氧化单元的进出水，对废水进行脱碳、除氮和氧化处理；所述氧化单元的出水回流至脱碳单元；
(4)处理系统运行至使用周期后，关闭除氮单元的进水，向刚性管路通入冲洗水，开启喷水孔对第二填料进行冲洗，冲洗完毕关闭刚性管路的水流和喷水孔；同时，关闭氧化单元的进水，对第三填料也进行反冲洗；关闭脱碳单元，对第一填料也进行反冲洗；
(5)关闭刚性管路的进水，关闭喷水孔，打开除氮单元的进水；关闭氧化单元的反冲洗，打开氧化单元的进水；关闭脱碳单元的反冲洗，打开脱碳单元的进水。
本申请提供的低碳氮比废水的处理方法中，氧化单元的出水回流至脱碳单元，能够保证出水的氮能达标，并且能够进一步降低除氮单元进水的碳含量。此外，除氮单元的启动时间一般较长，CANON菌污泥沉积缓慢，导致污泥沉积较为顽固，并堵塞填料的空隙，影响处理效率，因此需要在除氮单元启动后就进行一次对填料的冲洗，以将污泥进行部分去除，并同时将沉积的污泥进行打散，以方便除氮单元在运行过程中进行有效的氮元素的去除。
优选地，步骤(1)所述启动除氮单元包括：
(1a)短程硝化污泥的接种与驯化：
首先，将未驯化硝化污泥至于除氮单元中，维持水中的DO在0.2mg/L以下，采用自来水和配水批式操作方式运行，当亚硝化率(NAR)大于90％以后运行5-9个周期，再以废水处理沉淀池的出水作为原水，连续运行1-4个周期，获得第一短程硝化污泥；
然后，将未驯化硝化污泥与所述第一短程硝化污泥按照质量比(0.9-1.1):(0.9-1.1)的比例混合，至于除氮单元中，维持水中的DO在0.2mg/L以下，采用自来水和配水批式操作方式运行，当亚硝化率(NAR)大于90％以后运行5-9个周期，再以废水处理沉淀池的出水作为原水，连续运行1-4个周期，获得第二短程硝化污泥；
优选地，所述批式操作方式为进水20-40min，曝气160-200min，沉淀10-20min，排水20-40min，闲置5-10min；
(1b)CANON污泥的配制：
将步骤(1a)获得的第二短程硝化污泥与ANAMMOX污泥按照1:(1-3)的质量比混合后培养，直至污泥浓度为2298-3957mg/L，获得CANON污泥；
优选地，所述第二短程硝化污泥VSS/SS约为1-3，呈黄褐色絮体状；
优选地，所述ANAMMOX污泥VSS/SS约为0.30-0.50，呈红色颗粒状；
(1c)CANON工艺启动：
向除氮单元中按换水比为70-90％通入模拟废水，并以进水0.2-1.5h，曝气2-4h，非曝气0.5-1h，排水0.2-0.9h的条件操作运行，同时控制pH为7.1-8.2，DO控制在0.2mg/L以下，反应温度控制为25-31℃，控制进水NH4+-N在200-400mg/L，碱度在600-1000mg/L，曝气量为0.5-2.6m3/h，曝气时间与非曝气的时间比为(1-3):1，维持进出水，直至总氮的去除率达到85％以上。
上述除氮单元的启动过程，能够在除氮单元培养出比例合适的短程硝化菌和ANAMMOX菌，同时使碳源等污泥生长所需的物质处于合适比例，能够高效的处理除碳单元的出水。
优选地，所述冲洗水为脉冲式供水。
优选地，所述脉冲式供水的流速为3-15L/(m2•s)，脉冲式供水的时间为30-120s。
与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：
(1)本申请通过设计顺次连接的脱碳单元、除氮单元和氧化单元，并将氧化单元的出水以100-300％的回流比回流至脱碳单元参与反硝化反应，从而保证出水中的氮能达标排放，回流中的氮也能提高碳的去除效率。
(2)本申请提供的低碳氮比废水的处理方法中，除氮单元的启动时间较长，CANON菌污泥沉积缓慢，导致污泥沉积较为顽固，并堵塞填料的空隙，影响处理效率，因此需要在除氮单元启动后就进行一次对填料的冲洗，以将污泥进行部分去除，并同时将沉积的污泥进行打散，以方便除氮单元在运行过程中进行有效的氮元素的去除。
（发明人：刘智慧;张传兵;徐亚慧;王慧芳;郭丽娟;刘宁宇;高维超;周东博;陆兆华;成锋;任晓敏;樊军亮）
