CN102557258B - 一种改良型一体化污水处理装置 - Google Patents

一种改良型一体化污水处理装置 Download PDF

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一种改良型一体化污水处理装置：泳动床反应器上部的出水口连接一沉淀池，该沉淀池的底部通过循环泵与泳动床反应器内相连接；泳动床反应器连接有曝气泵；泳动床反应器内填充有biofringe填料；上流式反应器为圆柱形双层结构；反应层顶部为封闭状态并设有出气口，其底部设有一布水器，布水器的上方安设有一圆形挡板，该圆形挡板将反应层分为上层反应室和下层反应室；布水器和圆形挡板之间安有三相分离器；上层反应室填充有biofringe填料，下层反应室垂直排列有聚乙烯海绵填料，上流式反应器的底部为进水口，与沉淀池上部的出水口相连接。本发明将厌氧氨氧化与反硝化工艺浓缩在一个反应器中完成，节省了空间，提高了脱氮效率。

Description

一种改良型一体化污水处理装置
技术领域
本发明涉及一种污水处理装置，具体地涉及一种改良型一体化(PN-Anammox-DN)污水处理装置。
背景技术
环境污染、气候变化形势严峻，氨氮污染逐渐引起了各方面的高度关注。环保部“十二五”规划中明确提出了控制氨氮排放的规划，其排放总量要比2010年减少10％。水体中的氮素污染日益严重，目前污水中的氨氮广泛采用传统的硝化-反硝化工艺，该工艺处理高氨氮、低C/N的废水(如垃圾渗滤液，硝化污泥脱水液)时，能耗大(硝化曝气)且异养反硝化时需要外加有机碳源和投加碱来中和硝化过程产生的酸，使投资和运行费用大大增加。此传统工艺的脱氮效率受进水水质的影响大，低碳源污水在不投加外加碳源的情况下，其脱氮效率低。有资料表明([周琪，陈秀荣，杨殿海等，生物-生态优化组合处理城市污水的试验研究[J]，中国首届城市水环境质量改善高技术论坛，2004，11：153-163]、[姜应和，张发根，叶舟等，武汉市城市污水水质特征及其处理对策[J]，武汉理工大学学报，2002，24(5)：29-31，35])，我国多数城市污水的有机碳源与营养盐的比值低，依靠传统的脱氮工艺，其出水水质不能满足污水处理厂的一级排放标准。因此，寻找建立一种新型的、节能环保的污水脱氮系统对我国高效处理氨氮废水具有重大意义。
厌氧氨氧化工艺是一种新型的、节能环保的生物脱氮技术，无需外加有机碳源便可实现高效脱氮。近年来，许多学者对部分亚硝酸化-厌氧氨氧化联合工艺做了很多相关的研究([左剑恶，蒙爱红，一种新型生物脱氮工艺-SHARON-ANAMMOX组合工艺[J]，给水排水，2001，27(10)：22-27]、[汪慧贞，吴俊奇，高志明，半硝化-厌氧氨氧化脱氮新工艺[J]，环境工程，2001，19(5)：7-9]、[van Dongen，U.，Jetten，M.，Van Loosdrecht，M.(2001)：TheSHARON-ANAMMOX process for treatment of ammonium rich wastewater.Wat.Sci.Technol.，44，153-160]、[van Hulle，S.W.H.，Van Den Broeck，S.，Maertens，J.，Villez，K.，Donckels，B.M.R.，Schelstraete，G.，Volcke，E.I.P.，Vanrolleghem，P.A.(2005)：Construction，start-up and operation of acontinuously aerated laboratory-scale SHARON reactor in view of couplingwith an Anammox reactor，Wat.SA.，31，327-334])，但通过此项工艺处理后的污水中仍含有一些硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，导致该工艺的无机氮去除率停留在75±10％，因此为实现更高的氮去除率，对出水中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的反硝化处理是必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改良型PN-Anammox-DN污水处理组合系统，将厌氧氨氧化与反硝化工艺合并在一个反应器内进行，不仅可使无机氮的去除率提高至99％以上，还可节省有机碳源的投加量，减少设备的占地面积。
为实现上述目的，本发明提供的改良型一体化污水处理装置，主要由泳动床反应器和上流式反应器组成；其中：
泳动床反应器上部的出水口连接一沉淀池，该沉淀池的底部通过循环泵与泳动床反应器内相连接，将沉淀池内的污泥返回至泳动床反应器内；
泳动床反应器连接有曝气泵，对泳动床反应器内的原水进行亚硝化处理；
泳动床反应器内填充有biofringe填料，使泥附着在该biofringe填料上；
上流式反应器呈圆柱形，为双层结构，外层为保温层，内层为反应层；
反应层顶部为封闭状态并设有出气口，其底部设有一布水器，布水器的上方安设有一圆形挡板，该圆形挡板将反应层分为上层反应室和下层反应室；布水器和圆形挡板之间安有三相分离器，对水、气和颗粒污泥进行分离；
上层反应室填充有biofringe填料，使反硝化菌附着在该biofringe填料上；
下层反应室垂直排列有聚乙烯海绵填料(PE sponge)，使厌氧氨氧化污泥附着在聚乙烯海绵填料上；
上流式反应器的底部为进水口，与沉淀池上部的出水口上连接。
所述的改良型一体化污水处理装置，其中，泳动床反应器连接一进水泵用于进水。
所述的改良型一体化污水处理装置，其中，泳动床反应器的曝气泵连接一空气流量计，并由该空气流量计控制曝气量。
所述的改良型一体化污水处理装置，其中，上流式反应器的保温层安装有循环水浴进水口和循环水浴出水口。
所述的改良型一体化污水处理装置，其中，垂直排列的聚乙烯海绵填料为8片，以增大污泥与填料的接触面积。
所述的改良型一体化污水处理装置，其中，所使用的聚乙烯海绵填料材质为的孔径为1000-1100μm，厚度为8-12nm。
所述的改良型一体化污水处理装置，其中，上流式反应器的外侧不同高度地开设有多个采样口，各采样口均安装有控制阀门。上流式反应器最上方开设有出水口。
所述的改良型一体化污水处理装置，其中，上流式反应器的外侧中间开设有物料添加口。
所述的改良型一体化污水处理装置，其中，上流式反应器的进水口与沉淀池的出水口之间通过进水泵相连接。
本发明的改良型一体化污水处理装置所具有的效果是：
1)部分亚硝化过程采用无实时监控系统pH值且严格限制溶解氧(DO)的操作策略(即通过调节进水pH和Alk/NH4 +来取代传统的实时监控；严格控制曝气量使反应器内的DO浓度始终维持在0mg/L左右)，节省了投资以及能耗，实现了高效、稳定的运行效果；
2)本发明的上流式反应器中利用一三相分离器和一圆形挡板将反应器分为上下两层反应室，下层厌氧氨氧化过程的出水以及气体通过三相分离器，从圆形挡板四周进入上层反应室，实现了同一反应器内下层反应室进行厌氧氨氧化(Anammox)反应，上层反应室进行反硝化(DN)工艺。
3)由于厌氧氨氧化菌生长速度较慢(倍增时间为11天)，需较长时间进行培养，制约了该工艺的广泛应用，因而，本发明采用具有高效吸附能力的聚乙烯海绵(PE sponge)作为填料完成厌氧氨氧化过程，使厌氧氨氧化污泥有效地附着于其上，使污泥在反应器中有效进行繁殖。
附图说明
图1是本发明的改良型一体化污水处理装置示意图
附图中主要标记符号：
进水泵1；PN反应器2；曝气泵3；流量计4；PN反应器中的biofringe填料5；沉淀池6；循环泵7；改良型Anammox-DN反应器8；布水器9；三相分离器10；圆形挡板11；聚乙烯海绵填料12；改良型Anammox-DN反应器中的biofringe填料13；循环水浴进水口14；循环水浴出水口15；采样口16；采样口17；物料添加口18；出水口19；出气口20。
具体实施方式
本发明提供的污水处理装置主要包括两部分，第一部分为用于部分亚硝化(PN)的泳动床反应器，第二部分为用于厌氧氨氧化(Anammox)及反硝化(DN)的上流式反应器。
第一部分的泳动床反应器包括；
泳动床反应器内部放有一新型污泥附着填料biofringe；泳动床反应器外部连有一曝气泵及空气流量计对泳动床反应器内的原水进行曝气；泳动床反应器内还可以安装加热棒，使泳动床反应器内原水处理的温度控制在25℃-28℃左右；
原水与泳动床反应器用一进水泵相连，
一沉淀池，用于接收泳动床反应器的上清液，并将沉淀池中剩余污泥通过一循环泵回流至泳动床反应器中。
原水中投加NaHCO3调节碱度，使原水中碱度/NH4 +达到一合适比例(5.0以上)，以此方法来取代传统的实时监控pH的操作方法，从而节省能耗，降低操作风险；
第二部分的上流式反应器可以是圆柱形，采用双层有机玻璃制成，外层为保温层，内层为反应层，顶部封闭并设有一出气口20。保温层安装有循环水浴进水口14和循环水浴出水口15，通过保温层使上流式反应器的温度控制在28±2℃。
上流式反应器内底部设有一布水器，上流式反应器内中部放有一三相分离器；三相分离器的上方设有一圆形挡板，将反应层分为上层反应室和下层反应室。上层反应室中设有biofringe材料作为填料进行DN反应，利用biofringe填料强大的吸附能力，使反硝化菌附着于填料上。下层反应室中设有聚乙烯海绵填料(PE sponge)，用于吸附厌氧氨氧化颗粒污泥，进行Anammox反应。上层反应室进行DN反应。圆形挡板的直径略小于上流式反应器的内径，目的是使水流和气流能从挡板四周流入上层反应室，避免由于气流水流过大而影响反硝化菌的附着效果。
本发明可广泛应用于各种高氨氮浓度、低碳氮比的污水中，具有投资小、运行费用低、处理效率高、操作简便等特点。
以下结合附图对本发明处理过程作进一步描述。
本发明中所使用的原水为高氨氮浓度且低碳氮比的污水，由于本发明无需实时的pH监测系统，为满足部分亚硝化过程中所需的碱度(Alk)要求，应调节原水中的Alk/NH4 +以及pH值。调节好的原水在进水泵1的作用下进入PN反应器2。通过流量计4对曝气机3的曝气量进行调控，避免因曝气量过大而导致的过度部分亚硝化，和因曝气量过小所导致的不充分亚硝酸化。利用日本NET公司提供的biofringe填料5的较强的吸附能力，污泥可地附着于其上，不仅可避免污泥的流失，还能防止由于较高负荷和较大曝气量而导致的污泥沉降性能的恶化。随出水流入沉淀池6中的剩余污泥通过循环泵7回流至反应器内，沉淀池6中的上清液通过出水管进入Anammox-DN反应器8内。水流先经过布水器9，大量Anammox污泥附着在聚乙烯海绵填料12之上，均匀的水流与海绵填料12上的Anammox污泥得以充分接触，并发生厌氧氨氧化反应，85％以上的氨氮被去除，产生的少量硝氮通过三相分离器10进入上层反应器。由于厌氧氨氧化反应过程会产生大量的氮气，并随之会带起部分较轻的Anammox泥，因此三相分离器10有效地将产生的氮气、被带起的Anammox泥以及经过厌氧氨氧化处理过的污水加以分离。此水流通过圆形挡板11的四周进入上层反应室，通过附有大量反硝化菌的biofringe填料13，出水相对于进水的总氮去除率可高达95％以上。对于碳氮比极低的水质，为达到更高的脱氮率，需通过开设在上流式反应器上层反应室外侧的物料添加口18加入少量的有机碳源(只需处理Anammox过程产生的少量硝氮)，以支持上层反应室中的反硝化过程。
本发明的上流式反应器的外侧不同高度地开设有多个采样口16、17，各采样口均安装有控制阀门。上流式反应器的最上方设有出水口19。
本发明中对污水中无机氮的去除率可高达99％以上，具体的设计参数如下：PN反应器2经过启动进入稳定阶段后，进水总氮浓度1500mg/L，PN反应器2的有效容积为5L，水力停留时间(HRT)为4h，通过添加NaHCO3调节进水中Alk/NH4 +至5.0以上，调节pH为9.0±0.3，通过空气流量计调节曝气量至4.4±0.4L/min，使反应器内溶解氧溶度始终约为0mg/L，此项控制策略不仅能实现稳定的部分亚硝化过程，使出水指标完全满足下一步厌氧氨氧化工艺的进水要求，还能节省大量因曝气所消耗的能源。经PN处理过的出水中，会有5％-15％的氮损失，出水中含有约750±50mg/L的亚硝氮和600±50mg/L的氨氮，出水pH约为7.3-7.6，此出水指标十分满足接下来的厌氧氨氧化工艺过程(Eq.1及Eq.2)：
NH4 ++HCO3 -+0.75O2→0.5NH4 ++0.5NO2 -+CO2+1.5H2O  Eq.1
NH4 ++1.31NO2 -+0.066HCO3 -+0.13H+→
N2+0.26NO3 -+0.066CH2O0.5N0.15+2H2O  Eq.2
PN反应器2的出水进入Anammox-DN反应器8。Anammox-DN反应器8的有效容积为10L，高/直径为8，水力停留时间为8h，经过下层反应室后的出水约有75±5％的总氮去除率，其中亚硝氮与硝氮占250±30mg/L。对于碳氮比极低的废水，可通过物料添加口18添加外加有机碳源，以完成上层反应室内的异样反硝化过程。由于下层反应室的Anammox过程产生大量氮气，因此产生的氮气进入上层反应室，可使外加的有机碳源在上层反应器内迅速扩撒，提高了反应速率。此部分的特点是将厌氧氨氧化工艺与反硝化工艺浓缩在一个反应器中完成，节省了空间，提高了脱氮效率。通过整个系统的污水，其无机氮的去除率可高达99％。
本发明提供的污水处理装置，比传统硝化-反硝化工艺可节省50％以上的曝气量，节省了实时pH监测控制所需的能耗；外加碳源的投加量也远小于传统工艺的投加量，且脱氮效果好，占地面积小，操作简便，适用水质广泛。

Claims (10)

1.一种改良型一体化污水处理装置，主要由泳动床反应器和上流式反应器组成；其中：
泳动床反应器上部的出水口连接一沉淀池，该沉淀池的底部通过循环泵与泳动床反应器内相连接，将沉淀池内的污泥返回至泳动床反应器内；
泳动床反应器连接有曝气泵，对泳动床反应器内的原水进行亚硝化处理；
泳动床反应器内填充有biofringe填料，使泥附着在该biofringe填料上；
上流式反应器呈圆柱形，为双层结构，外层为保温层，内层为反应层；
反应层顶部为封闭状态并设有出气口，其底部设有一布水器，布水器的上方安设有一圆形挡板，该圆形挡板将反应层分为上层反应室和下层反应室；布水器和圆形挡板之间安有三相分离器，对水、气和颗粒污泥进行分离；
上层反应室填充有biofringe填料，使反硝化菌附着在该biofringe填料上；
下层反应室垂直排列有聚乙烯海绵填料，使厌氧氨氧化污泥附着在聚乙烯海绵填料上；
上流式反应器的底部为进水口，与沉淀池上部的出水口相连接。
2.根据权利要求1所述的改良型一体化污水处理装置，其中，泳动床反应器连接一进水泵用于进水。
3.根据权利要求1所述的改良型一体化污水处理装置，其中，泳动床反应器的曝气泵连接一空气流量计，并由该空气流量计控制曝气量。
4.根据权利要求1所述的改良型一体化污水处理装置，其中，上流式反应器的保温层安装有循环水浴进水口和循环水浴出水口。
5.根据权利要求1所述的改良型一体化污水处理装置，其中，下层反应室垂直排列的聚乙烯海绵填料为8片，以增大污泥与填料的接触面积。
6.根据权利要求1或5所述的改良型一体化污水处理装置，其中，所使用的聚乙烯海绵填料材质的孔径为1000-1100μm，厚度为8-12nm。
7.根据权利要求1所述的改良型一体化污水处理装置，其中，上流式反应器的外侧不同高度地开设有多个采样口，各采样口均安装有控制阀门。
8.根据权利要求1所述的改良型一体化污水处理装置，其中，上流式反应器最上方开设有出水口。
9.根据权利要求1所述的改良型一体化污水处理装置，其中，上流式反应器中的上层反应室外侧开设有物料添加口。
10.根据权利要求1所述的改良型一体化污水处理装置，其中，上流式反应器的进水口与沉淀池的出水口之间通过进水泵相连接。
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