公布日：2022.07.29
申请日：2022.05.25
分类号：C02F3/28(2006.01)I;C02F3/30(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种污水深度脱氮装置及方法，涉及污水生物处理的技术领域。本申请的装置包括生活污水水箱、缺氧膜生物反应器、侧流硝化反应器、中间水箱、厌氧氨氧化反应器、末端出水水箱和过程控制器，缺氧膜生物反应器包括AnMBR本体和浸没式膜组件，AnMBR本体、侧流硝化反应器和厌氧氨氧化反应器内均安装有指标监测器，指标监测器与过程控制器相连接。本申请的方法包括侧流硝化‑水解酸化/短程反硝化启动阶段、厌氧氨氧化启动阶段和串联运行阶段。将厌氧氨氧化技术与侧流硝化‑水解酸化/短程反硝化技术相耦合，运行能耗低，脱氮能力强，改善了传统生物脱氮工艺在处理低C/N生活污水中存在运行能耗高、脱氮能力不足等问题。
权利要求书
1.一种污水深度脱氮装置，其特征在于：包括生活污水水箱(1)、缺氧膜生物反应器(2)、侧流硝化反应器(3)、中间水箱(4)、厌氧氨氧化反应器(5)、末端出水水箱(6)和过程控制器(7)，所述缺氧膜生物反应器(2)包括AnMBR本体(21)和浸没式膜组件(22)，所述生活污水水箱(1)和中间水箱(4)上均设有进水件(11)，所述进水件(11)与AnMBR本体(21)相连，所述浸没式膜组件(22)设于AnMBR本体(21)内，所述AnMBR本体(21)和侧流硝化反应器(3)之间设有第一出水件(23)，所述第一出水件(23)与浸没式膜组件(22)相连，所述侧流硝化反应器(3)与中间水箱(4)相连，所述厌氧氨氧化反应器(5)上设有第二出水件(51)和第三出水件(52)，所述第二出水件(51)与AnMBR本体(21)相连，所述AnMBR本体(21)和末端出水水箱(6)均与第三出水件(52)相连，所述AnMBR本体(21)、侧流硝化反应器(3)和厌氧氨氧化反应器(5)内均安装有指标监测器(24)，所述指标监测器(24)与过程控制器(7)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种污水深度脱氮装置，其特征在于：所述第一出水件(23)包括第一出水管(231)、第一出水泵(232)和膜压计(233)，所述第一出水管(231)连接在AnMBR本体(21)和侧流硝化反应器(3)之间，所述第一出水泵(232)和膜压计(233)均安装在第一出水管(231)上，所述膜压计(233)位于AnMBR本体(21)和第一出水泵(232)之间，所述第一出水管(231)与浸没式膜组件(22)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种污水深度脱氮装置，其特征在于：所述厌氧氨氧化反应器(5)包括IFAS本体(53)和海绵填料层(54)，所述海绵填料层(54)和指标监测器(24)均插设于IFAS本体(53)内。
4.根据权利要求1所述的一种污水深度脱氮装置，其特征在于：所述侧流硝化反应器(3)内底壁上设有膜曝气盘(31)，所述侧流硝化反应器(3)外侧设有鼓风曝气机(32)，所述鼓风曝气机(32)上连接有输气管(33)，所述输气管(33)贯穿侧流硝化反应器(3)，所述输气管(33)与膜曝气盘(31)相连。
5.根据权利要求1所述的一种污水深度脱氮装置，其特征在于：所述侧流硝化反应器(3)包括硝化器本体(34)和隔板(35)，所述隔板(35)设于硝化器本体(34)内，所述隔板(35)固定连接在硝化器本体(34)的内顶壁上，所述隔板(35)与硝化器本体(34)的内底壁之间设有连通通道(36)。
6.根据权利要求1所述的一种污水深度脱氮装置，其特征在于：所述污水深度脱氮装置还包括中间出水水箱(8)和配水进水水箱(9)，所述第二出水件(51)与中间出水水箱(8)相连，所述配水进水水箱(9)上设有配水进水件(91)，所述配水进水件(91)与第二出水件(51)相连。
7.根据权利要求6所述的一种污水深度脱氮装置，其特征在于：所述第二出水件(51)包括主出水管(511)、副出水管(512)、主出水阀(513)和副出水阀(514)，所述主出水管(511)连接在缺氧膜生物反应器(2)和厌氧氨氧化反应器(5)之间，所述主出水阀(513)安装在主出水管(511)上，所述副出水管(512)连接在主出水管(511)和中间出水水箱(8)之间，所述配水进水件(91)与主出水管(511)相连，所述主出水阀(513)位于副出水管(512)和配水进水件(91)之间，所述副出水阀(514)安装在副出水管(512)上。
8.一种应用污水深度脱氮装置的污水深度脱氮方法，其特征在于，包括如下步骤，S1：将生活污水水箱(1)中的原水输送至缺氧膜生物反应器(2)内，进行水解酸化反应，第一出水件(23)将出水输入侧流硝化反应器(3)内，进行完全硝化反应，得到硝化液，硝化液溢流至中间水箱(4)；S2：将中间水箱(4)内的硝化液输送至缺氧膜生物反应器(2)内，进行短程反硝化反应，缺氧膜生物反应器(2)的出水溢流至厌氧氨氧化反应器(5)内，进行厌氧氨氧化脱氮反应；第三出水件(52)将一部分厌氧氨氧化反应器(5)的出水回流至缺氧膜生物反应器(2)内，将另一部分厌氧氨氧化反应器(5)的出水输送至末端出水水箱(6)；S3：重复S1和S2中的步骤，即完成污水深度脱氮。
9.根据权利要求8所述的一种应用污水深度脱氮装置的污水深度脱氮方法，其特征在于，在S1阶段之前，预先进行侧流硝化-水解酸化/短程反硝化启动阶段和厌氧氨氧化启动阶段；侧流硝化-水解酸化/短程反硝化启动阶段：在AnMBR本体(21)内接种缺氧池污泥，侧流硝化反应器(3)内接种好氧池污泥，将生活污水水箱(1)中的原水输送至缺氧膜生物反应器(2)内，进行水解酸化反应，第一出水件(23)将出水输入侧流硝化反应器(3)内，进行完全硝化反应，得到硝化液，硝化液溢流至中间水箱(4)，将中间水箱(4)内的硝化液输送至缺氧膜生物反应器(2)内，进行短程反硝化反应，缺氧膜生物反应器(2)的出水溢流至中间出水水箱(8)，当缺氧膜生物反应器(2)的出水中NO2--N:NH4+-N的比值稳定在1.30-1.34后，启动结束；厌氧氨氧化启动阶段：在厌氧氨氧化反应器(5)内接种成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥，将配水进水水箱(9)内的配置水输入厌氧氨氧化反应器(5)内，进行厌氧氨氧化脱氮反应，厌氧氨氧化反应器(5)的出水溢流至末端出水水箱(6)，当厌氧氨氧化反应器(5)的氮容积去除负荷大于0.5kg-N/(m3•d)、TN去除率大于80%、海绵填料层(54)上成功挂膜且生物膜呈微红色时，启动成功。
10.根据权利要求9所述的一种应用污水深度脱氮装置的污水深度脱氮方法，其特征在于：在所述侧流硝化-水解酸化/短程反硝化启动阶段，进行水解酸化反应时，AnMBR本体(21)中水力停留时间为4-6h，进行完全硝化反应时，侧流硝化反应器(3)中水力停留时间为8-12h，进行短程反硝化反应时，水力停留时间为2-3h；在厌氧氨氧化启动阶段，将厌氧氨氧化反应器(5)中水力停留时间从12h阶梯式缩短至4h；在S1阶段，控制缺氧膜生物反应器(2)内DO小于0.5mg/L、pH在8.0-9.0之间，控制侧流硝化反应器(3)中DO在3-5mg/L范围内；在S2阶段，控制厌氧氨氧化反应器(5)内DO小于0.2mg/L、pH在8.0-8.5之间、温度在30-35℃。
发明内容
针对传统生物脱氮工艺在处理低C/N生活污水中存在运行能耗高、脱氮能力不足等问题，本申请提供一种污水深度脱氮装置及方法。
第一方面，本申请提供的一种污水深度脱氮装置采用如下的技术方案：一种污水深度脱氮装置，包括生活污水水箱、缺氧膜生物反应器、侧流硝化反应器、中间水箱、厌氧氨氧化反应器、末端出水水箱和过程控制器，所述缺氧膜生物反应器包括AnMBR本体和浸没式膜组件，所述生活污水水箱和中间水箱上均设有进水件，所述进水件与AnMBR本体相连，所述浸没式膜组件设于AnMBR本体内，所述AnMBR本体和侧流硝化反应器之间设有第一出水件，所述第一出水件与浸没式膜组件相连，所述侧流硝化反应器与中间水箱相连，所述厌氧氨氧化反应器上设有第二出水件和第三出水件，所述第二出水件与AnMBR本体相连，所述AnMBR本体和末端出水水箱均与第三出水件相连，所述AnMBR本体、侧流硝化反应器和厌氧氨氧化反应器内均安装有指标监测器，所述指标监测器与过程控制器相连接。
本申请在AnMBR本体内设置浸没式膜组件，将缺氧生物处理与膜过滤技术有机结合，使得AnMBR本体内的污泥在膜截留的作用下，可实现对水力停留时间和污泥龄的分离，从而维持反应器内较长的污泥龄及较高的污泥浓度，降低出水有机物浓度。通过膜对污泥截留延长泥龄，发生水解酸化过程，提高系统中可供其利用的有机物含量，稳定积累亚硝酸盐，同时减少出水有机物浓度对后续单元的影响。
本申请还将侧流硝化反应器通过第一出水件、中间水箱和进水件与缺氧膜生物反应器相连接，从而实现侧流硝化-水解酸化/短程反硝化相耦合，水解酸化能够将大分子有机物转化为小分子有机酸，以小分子有机酸为底物有利于短程反硝化反应的NO2--N进行稳定地高效累积。同时，水解酸化过程降解有机氮提高出水中NH4+-N浓度，进而提高后续厌氧氨氧化进水氮负荷，可以减少短程反硝化过程中进水有机负荷波动和污泥流失导致的系统不稳定，提升反应器运行效果。侧流硝化为短程反硝化提供了充足的硝酸盐底物，实现了无外加药剂的自养脱氮系统。厌氧氨氧化反应器与缺氧膜生物反应器相连接，能够将厌氧氨氧化技术与侧流硝化-水解酸化/短程反硝化技术相耦合，厌氧氨氧化反应器中的厌氧氨氧化菌在厌氧或缺氧条件下，将污水中NH4+-N和NO2--N转化为N2。
因此，本申请的污水深度脱氮装置能够改善污水脱氮反应器中HRT与SRT的矛盾，利用膜截留慢速降解大分子有机物和颗粒态有机物，使得出水有机物浓度达标，同时增加进水中可供短程反硝化利用有机物含量，充分利用原水中有机物，节省碳源，减少有机物对后续工艺中自养菌的抑制。本申请的污水深度脱氮装置的运行能耗低，脱氮能力强，改善了传统生物脱氮工艺在处理低C/N生活污水中存在运行能耗高、脱氮能力不足等问题。
在一个具体的可实施方案中，所述第一出水件包括第一出水管、第一出水泵和膜压计，所述第一出水管连接在AnMBR本体和侧流硝化反应器之间，所述第一出水泵和膜压计均安装在第一出水管上，所述膜压计位于AnMBR本体和第一出水泵之间，所述第一出水管与浸没式膜组件相连接。
通过采用上述技术方案，第一出水泵和第一出水管配合，可以将浸没式膜组件的出水输送至侧流硝化反应器内，从而将水解酸化工艺与侧流硝化相耦合，使得生活污水在进行水解酸化反应后，可以进入侧流硝化反应器内进行侧流硝化，有助于为AnMBR本体内的短程反硝化提供了充足的硝酸盐底。膜压计能够监测第一出水管内的水压，有助于减少第一出水管爆裂。
在一个具体的可实施方案中，所述厌氧氨氧化反应器包括IFAS本体和海绵填料层，所述海绵填料层和指标监测器均插设于IFAS本体内。
通过采用上述技术方案，海绵填料层为厌氧氨氧化菌提供更有效的富集场所，IFAS本体内的微生物可以附着在海绵填料层上进行生长，指标监测器可以监测IFAS本体内，因此，海绵填料层有助于提高厌氧氨氧化反应器的厌氧氨氧化反应效果，从而有助于提高污水深度脱氮装置的脱氮能力强。而且，海绵填料层与IFAS本体内活性污泥形成的混合体系，能够有效提高厌氧氨氧化反应器的抗冲击负荷能力，运行稳定性更强。
在一个具体的可实施方案中，所述侧流硝化反应器内底壁上设有膜曝气盘，所述侧流硝化反应器外侧设有鼓风曝气机，所述鼓风曝气机上连接有输气管，所述输气管贯穿侧流硝化反应器，所述输气管与膜曝气盘相连。
通过采用上述技术方案，鼓风曝气机、输气管和膜曝气盘配合，可以向侧流硝化反应器内曝气，并控制曝气量，能够调节侧流硝化反应器的好氧效果，有助于将侧流硝化反应器内的微生物将NH4+-N转化为NO3--N，提高侧流硝化反应器的完全硝化反应效果。
在一个具体的可实施方案中，所述侧流硝化反应器包括硝化器本体和隔板，所述隔板设于硝化器本体内，所述隔板固定连接在硝化器本体的内顶壁上，所述隔板与硝化器本体的内底壁之间设有连通通道。
通过采用上述技术方案，隔板能够将硝化器本体的内部空间分为两部分，这两部分空间通过位于硝化器本体底部的连通通道相连通，隔板一侧的污水均需要先通过连通通道流入隔板另一侧的空间，才能溢流至中间水箱。因此，隔板和连通通道配合，可以提高污水与硝化器本体的微生物的接触程度，有助于将污水中NH4+-N更充分的转化为NO3--N。
在一个具体的可实施方案中，所述污水深度脱氮装置还包括中间出水水箱和配水进水水箱，所述第二出水件与中间出水水箱相连，所述配水进水水箱上设有配水进水件，所述配水进水件与第二出水件相连。
通过采用上述技术方案，在启动污水深度脱氮装置时，可以操作第二出水件，先将缺氧膜生物反应器与厌氧氨氧化反应器断开，并将缺氧膜生物反应器与中间出水水箱连通，操作配水进水件，将配水进水水箱与厌氧氨氧化反应器连通。从而，将侧流硝化-水解酸化/短程反硝化工艺和厌氧氨氧化工艺分别同时启动，当侧流硝化-水解酸化/短程反硝化工艺和厌氧氨氧化工艺均达到规定的运行指标并稳定运行时，再操作第二出水件，将缺氧膜生物反应器、侧流硝化反应器和厌氧氨氧化反应器串联运行。这样进行启动，有助于提高各单元的运行效果，使得各个单元更稳定。
在一个具体的可实施方案中，所述第二出水件包括主出水管、副出水管、主出水阀和副出水阀，所述主出水管连接在缺氧膜生物反应器和厌氧氨氧化反应器之间，所述主出水阀安装在主出水管上，所述副出水管连接在主出水管和中间出水水箱之间，所述配水进水件与主出水管相连，所述主出水阀位于副出水管和配水进水件之间，所述副出水阀安装在副出水管上。
通过采用上述技术方案，当主出水阀关闭、副出水阀开启时，可以将缺氧膜生物反应器与厌氧氨氧化反应器断开，并将缺氧膜生物反应器与中间出水水箱连通，使得缺氧膜生物反应器的出水进入中间出水水箱内，有助于启动侧流硝化-水解酸化/短程反硝化工艺。当主出水阀开启、副出水阀关闭时，可以将缺氧膜生物反应器与厌氧氨氧化反应器连通，使得缺氧膜生物反应器的出水进入厌氧氨氧化反应器内，有助于将缺氧膜生物反应器、侧流硝化反应器和厌氧氨氧化反应器串联运行。
第二方面，本申请提供的一种应用上述污水深度脱氮装置的污水深度脱氮方法采用如下的技术方案：一种应用污水深度脱氮装置的污水深度脱氮方法，包括如下步骤，S1：将生活污水水箱中的原水输送至缺氧膜生物反应器内，进行水解酸化反应，第一出水件将出水输入侧流硝化反应器内，进行完全硝化反应，得到硝化液，硝化液溢流至中间水箱；S2：将中间水箱内的硝化液输送至缺氧膜生物反应器内，进行短程反硝化反应，缺氧膜生物反应器的出水溢流至厌氧氨氧化反应器内，进行厌氧氨氧化脱氮反应；第三出水件将一部分厌氧氨氧化反应器的出水回流至缺氧膜生物反应器内，将另一部分厌氧氨氧化反应器的出水输送至末端出水水箱S3：重复S1和S2中的步骤，即完成污水深度脱氮。
通过采用上述技术方案，将厌氧氨氧化技术与侧流硝化-水解酸化/短程反硝化技术相耦合，S1阶段，可以待处理水中可供短程反硝化利用有机物含量，使得S2阶段可以稳定高效的累计NO2--N，并将NH4+-N和NO2--N转化为N2，从而达到节省碳源、降低运行能耗和提高脱氮能力的效果，有助于改善传统生物脱氮工艺在处理低C/N生活污水中存在运行能耗高、脱氮能力不足等问题。
在一个具体的可实施方案中，在S1阶段之前，预先进行侧流硝化-水解酸化/短程反硝化启动阶段和厌氧氨氧化启动阶段；侧流硝化-水解酸化/短程反硝化启动阶段：将生活污水水箱中的原水输送至缺氧膜生物反应器内，进行水解酸化反应，第一出水件将出水输入侧流硝化反应器内，进行完全硝化反应，得到硝化液，硝化液溢流至中间水箱，将中间水箱内的硝化液输送至缺氧膜生物反应器内，进行短程反硝化反应，缺氧膜生物反应器的出水溢流至中间出水水箱，当缺氧膜生物反应器的出水中NO2--N:NH4+-N的比值稳定在1.30-1.34后，启动结束；厌氧氨氧化启动阶段：在厌氧氨氧化反应器内接种成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥，将配水进水水箱内的配置水输入厌氧氨氧化反应器内，进行厌氧氨氧化脱氮反应，厌氧氨氧化反应器的出水溢流至末端出水水箱，当厌氧氨氧化反应器的氮容积去除负荷大于0.5kg-N/(m3•d)、TN去除率大于80%、海绵填料层上成功挂膜且生物膜呈微红色时，启动成功。
通过采用上述技术方案，可以将侧流硝化-水解酸化/短程反硝化工艺和厌氧氨氧化工艺分别同时启动，将工艺指标控制在上述范围内，有助于提高整个工艺的脱氮能力和运行稳定性，提高效率。
在一个具体的可实施方案中，在所述侧流硝化-水解酸化/短程反硝化启动阶段，进行水解酸化反应时，AnMBR本体中水力停留时间为4-6h，进行完全硝化反应时，侧流硝化反应器中水力停留时间为8-12h，进行短程反硝化反应时，水力停留时间为2-3h；在厌氧氨氧化启动阶段，将厌氧氨氧化反应器中水力停留时间从12h阶梯式缩短至4h；在S1阶段，控制缺氧膜生物反应器内DO小于0.5mg/L、pH在8.0-9.0之间，控制侧流硝化反应器中DO在3-5mg/L范围内；在S2阶段，控制厌氧氨氧化反应器内DO小于0.2mg/L、pH在8.0-8.5之间、温度在30-35℃。
通过采用上述技术方案，将工艺指标控制在上述范围内，有助于整个工艺稳定的运行，提高脱氮能力和运行效率。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请的污水深度脱氮装置的运行能耗低，脱氮能力强，改善了传统生物脱氮工艺在处理低C/N生活污水中存在运行能耗高、脱氮能力不足等问题；
2.本申请通过设置硝化器本体和隔板，可以提高污水与硝化器本体的微生物的接触程度，有助于将污水中NH4+-N更充分的转化为NO3--N；
3.本申请通过设置AnMBR本体和浸没式膜组件，能够减少污泥流失，无需设置污泥回流装置。
（发明人：陶昱明;耿雷;丰文俊;柴春燕;庄彦华;杨小丽;唐燕华;夏阳光）
