CN104176824B - 一种硝酸铵废水生化处理装置及运行方法 - Google Patents
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Abstract
一种硝酸铵废水生化处理装置及运行方法，属于硝酸铵废水的处理、高氨氮工业废水生化处理技术领域。用以储存硝酸铵废水原水箱、反硝化生物滤池和厌氧氨氧化升流式污泥床反应器依序连接；原水水箱的进水口与硝酸铵废水的排放口连通，进水泵通过进水管连接在硝酸铵废水原水箱与反硝化生物滤池之间；反硝化生物滤池设有滤头、承托层、火山岩填料区及碳源投加系统和气水反冲洗系统；碳源投加系统的碳源水箱连接碳源投加泵，碳源投加泵连接进水管；反冲洗系统设有反冲洗水箱、进水阀、反冲洗进水管、空压机、进气阀、反冲洗进气管、反冲洗出水管和排水阀；本发明适用于硝酸铵废水的处理，结构完善，占地面积小，脱氮效果好，运行能耗低。
Description
技术领域
本发明涉及一种硝酸铵废水生化处理装置及运行方法，属于硝酸铵废水的处理、高氨氮工业废水生化处理技术领域。
背景技术
国民经济和社会发展规划纲要中，氨氮第一次作为约束性指标纳入总量控制的考核当中。并拟定到2015年，实现氨氮总量减排10％的目标。作为新增约束性指标，氨氮减排的制度和措施急需在实践中探索。目前，氮的去除已经成为当今污水处理和再生回用的主要问题。高氨氮工业废水污染物浓度高，水质复杂，不经妥善处理对环境的危害很大，是目前污水脱氮处理的重点和难点之一。
硝酸铵是一种常用的化工原料，是制备硝基复合肥料，冷冻剂等的主要原材料。我国是农业大国，对肥料的需求旺盛，硝酸铵的年产量150万吨以上。硝酸铵生产工艺决定了稀硝酸带入的水分在中和、蒸发及结晶过程中以二次蒸汽的形式排出，形成的工艺冷凝液中含有硝酸铵和氨。未经处理的硝酸铵废水排放对人体和自然环境有极大的危害：硝酸铵对人体的呼吸道和皮肤有刺激性，人直接接触会危险身体健康；过多的硝酸铵废水排放到自然水体，容易引发富营养化现象；硝酸铵废水对大气也存在一定污染。
硝酸铵废水同时含有铵态氮和硝态氮，氮含量较高，废水处理的出水总氮难以达到排放标准。对于高浓度的硝酸铵废水，目前还不存在技术成熟、经济合理的处理措施。硝酸铵废水目前大部分未能处理达标排放。现有的主要处理技术包括：吹脱法、化学沉淀法、膜分离法和生化法。吹脱法是在碱性条件下通入空气，大量的空气与废水接触将氨吹脱出来，从而去除废水中的氨氮。该方法的能耗较大，脱氨率在70％左右，而且不能回收硝酸根离子，无法达到国家排放标准。化学沉淀法，是通过在氨氮废水中投加镁化合物和磷酸或磷酸氢盐生成磷酸铵镁沉淀，从而去除废水中氨氮的方法。磷酸铵镁是缓释氮肥料，可实现回收利用，但是该方法需要投加化学药剂，运行成本高；而且出水水质指标也难以到达排放标准。膜分离法处理硝酸铵废水包括反渗透和电渗析等。膜分离法的效果较高，但是运行中的高能耗，以及膜的使用寿命短等因素，限制了其大规模的应用。
生化法处理高氨氮废水相比具有经济高效，运行费用低，二次污染少等特点。但是传统的脱氮技术处理硝酸铵废水仍有较大难度。传统脱氮处理技术应用硝化菌在好氧的条件下将氨氮氧化成硝酸盐，然后硝酸盐在缺氧的环境中被反硝化菌利用有机碳源还原成氮气。传统工艺的局限性在异养反硝化过程需要有机物作为电子供体完成硝酸盐的还原。硝酸铵的废水碳氮比低，处理过程需要大量投加甲醇等外加碳源以保证脱氮效果。这不仅显著增加运行费用，同时也会产生更多剩余污泥，增加后续污泥处理工艺的负担。
综上，为降低高氨氮污水处理的运行成本，保证出水符合排放标准，需要开发经济高效的新工艺。目前厌氧氨氧化工艺处理硝酸铵废水的技术优势最显著。厌氧氨氧化技术主要利用厌氧氨氧化菌作为工艺主体，该菌种具有独特的代谢途径，厌氧的条件下可利用亚硝酸盐作为电子供体直接将氨氮氧化成氮气，并且这一过程不需要有机碳源。厌氧氨氧化技术与传统硝化-反硝化脱氮工艺相比具有明显的优势：厌氧氨氧化菌是化能自养菌，以无机碳作为碳源，这样在脱氮的过程中不需要投加有机碳源，节省了运行费用；硝化过程只需将50％的氨氮氧化至亚硝酸盐氮，工艺的需氧量和供氧能耗大幅下降；厌氧氨氧化的脱氮效率和去除负荷较高，但是产生污泥产量少。因此，厌氧氨氧化技术应用于硝酸铵废水的脱氮处理，可产生显著的经济效益、环境效益和综合效益。该工艺符合可持续发展规律的工艺，应用市场广阔。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种硝酸铵废水生化处理装置及运行方法。
一种硝酸铵废水生化处理装置，包括依序连接的反硝化反应器和厌氧氨氧化反应器。在反硝化反应器中，应用新型填料有效持留反硝化菌；通过选择适宜的碳源种类和碳源投加比例，同时控制水力停留时间，实现反硝化过程中的亚硝酸盐积累；反硝化反应器的出水进入到厌氧氨氧化颗粒污泥反应器，利用厌氧氨氧化菌实现氨氮和亚硝酸盐的同时去除；通过合理的反应器结构和水力流态为厌氧氨氧化颗粒污泥适宜生长环境，实现厌氧氨氧化工艺的快速启动，并提高系统的脱氮效率以及工艺的稳定性。
本发明的技术方案是：
一种硝酸铵废水生化处理装置，用以储存硝酸铵废水原水箱、反硝化生物滤池和厌氧氨氧化升流式污泥床反应器依序连接；
原水水箱的进水口与硝酸铵废水的排放口连通，进水泵通过进水管连接在硝酸铵废水原水箱与反硝化生物滤池之间；反硝化生物滤池设有滤头、承托层、火山岩填料区及碳源投加系统和气水反冲洗系统；碳源投加系统的碳源水箱连接碳源投加泵，碳源投加泵连接进水管；反冲洗系统设有反冲洗水箱、进水阀、反冲洗进水管、空压机、进气阀、反冲洗进气管、反冲洗出水管和排水阀；
反冲洗水箱连接进水阀，进水阀的另一端连接反冲洗进水管，反冲洗进水管的另一端连接进水管，空压机连接进气阀，进气阀的另一端连接反冲洗进气管，反冲洗进气管的另一端连接反硝化生物滤池，
反硝化生物滤池出水管连接反硝化生物滤池和排水阀，反硝化生物滤池出水管的另一端连接第二排水阀，排水阀的另一端连接反冲洗出水管，第二排水阀的另一端连接进水管，进水管的另一端连接厌氧氨氧化升流式污泥床反反应器，厌氧氨氧化升流式污泥床反应器设有布水系统、反应区、沉淀区、三相分离器、排气管、第二排气阀、出水管、取样管；反应区的下方有布水系统，布水系统连接进水管，反应区的上方有沉淀区，沉淀区有三相分离器设置，三相分离器连接第二排气阀，第二排气阀连接排气管，厌氧氨氧化升流式污泥床反应器的上方连接出水管，厌氧氨氧化升流式污泥床反应器的罐体上连接取样管。
一种硝酸铵废水生化处理运行方法，硝酸铵废水首先进入反硝化生物滤池，通过碳源投加泵投加适量的碳源，生物膜中的反硝化细菌利用投加碳源将污水中的硝酸盐还原为亚硝酸盐，反硝化生物滤池出水进入厌氧氨氧化升流式污泥床反应器；当反硝化反应器的滤料截污量达到设定程度时，停止进水，对滤层进行气水反冲洗，反冲洗水通过反冲洗出水管排出。
厌氧氨氧化升流式污泥床反应器以颗粒污泥为主体，通过厌氧氨氧化菌的作用将进水中的氨氮和亚硝酸盐同时去除，达到总氮去除的目的。
一种硝酸铵废水生化处理运行方法，包括以下步骤：
步骤1)、反硝化反应器的接种和启动：将硝酸铵废水通入进水水箱，并从污水处理厂回流污泥管道中取活性污泥混合液注入到进水水箱，使得进水中的SS在10-20mg/L；开启进水泵，使进水水箱中的废水进入到反硝化反应器；同时开启碳源投加泵，向反硝化反应器中投加碳源；监测出水中的亚硝酸盐浓度和总氮浓度，调节碳源的投加量和反应器的进水量，当整个装置的反硝化去除负荷1kgN/(m3·d)时，硝酸盐去除率90％以上同时反硝化的产物80％以上为亚硝酸盐时，即可确认反硝化反应器启动成功，进行下一步骤；
步骤2)、启动厌氧氨氧化过程：短程反硝化顺利启动后，其出水含有适宜比例的氨氮和亚硝酸盐；将该部分出水进入到后续的厌氧氨氧化反应器；厌氧氨氧化反应器投加厌氧氨氧化颗粒污泥作为种泥，初始浓度为5g/L左右；定期监测沉淀池出水中的氨氮浓度和亚硝酸盐浓度；在连续运行过程中通过增加调节储水池，避免进水水质和水量大范围的波动，以防止系统处理效果的下降和污泥的流失；在上述条件下运行，当反应器的氨氮去除负荷达到1.0kg/(m3·d)，同时总氮去除率超过85％时，确定厌氧氨氧化过程启动结束，进入下一步；
步骤3)、短程反硝化-厌氧氨氧化平稳运行期：厌氧氨氧化过程成功启动后，系统调试结束，进入到正常运行期；正常运行过程中，当反硝化滤池的滤速低于系统设定的最低滤速时，开始进入反冲洗流程。反冲洗利用系统出水，反冲水回流到进水水箱进行再次处理，反冲洗过程结束后系统进入到下一个周期的平稳运行期。
本发明的运行工艺原理：将进水、碳源混合均匀后进入到反硝化反应器，反硝化反应器中的滤池表面附着生长反硝化菌。通过控制进水中的碳源的比例和水流停留时间，使得进水中的硝酸盐还原为亚硝酸盐，而不进一步还原为氮气；进水中的氨氮在反硝化反应器中浓度保持基本不变。通过反硝化反应器的废水含有比例相当的的氨氮和亚硝酸盐。其出水水质适宜进入到后续的厌氧氨氧化颗粒污泥反应器进行进一步的处理。厌氧氨氧化反应器中的颗粒污泥聚集生长充足的厌氧氨氧化菌，厌氧氨氧化菌利用进水中的氨氮和亚硝酸盐为底物，直接转换为氮气，从而达到总氮去除的目的。厌氧氨氧化反应器顶部设有三相分离器，固液气分离后，气体可直接排放，颗粒污泥重新沉淀回系统，而出水经过溢流堰后排放。
与传统的高氨氮污水处理工艺和常规的厌氧氨氧化脱氮处理工艺等现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)本发明处理硝酸铵废水的运行能耗降低。传统的硝化反硝化工艺处理硝酸铵废水，为达到氨氮去除的目的需要进行大量曝气，将氨氮氧化成硝酸盐或亚硝酸盐。本发明由于采用了新型的厌氧氨氧化技术，整体工艺都不需要进行曝气。通过反硝化生成的亚硝酸盐在本发明装置中作为氧化剂，代替氧气直接氧化氨氮为氮气。由于不需要进行曝气，本设备不仅节省了曝气设备，最重要的是节省运行能耗，降低运行费用。
2)本发明处理硝酸铵废水节省外碳源。硝酸铵废水中的总氮去除一直是处理的难点。由于进水中的有机物非常有限，利用传统硝化反硝化工艺处理硝酸铵废水时，反硝化受碳源限制效率较低。利用本发明处理硝酸铵废水只需要将废水中含有的硝酸盐还原为亚硝酸盐，后续该部分亚硝酸盐可直接和氨氮反应生成氮气，碳源投加量只有需要传统投加量的25％。因此该方面处理硝酸铵废水可以节省碳源投加量，进一步降低了废水处理的运行费用
3)本发明的处理负荷高，占地面积小。传统生化处理受氧气传质效率的限制，氨氮的去除负荷不高，从而导致处理工艺的流程长，占地面积大。本发明中不需要进行曝气，主要的两种反应，反硝化反应和厌氧氨氧化反应由于采用了生物膜和颗粒物污泥的形式，最高去除负荷均可以达到5-10kgN/(m3·d)。该发明的处理负荷高，可以显著降低占地面积，减少基建投资费用。
本发明适用于硝酸铵废水的处理，结构完善，占地面积小，脱氮效果好，运行能耗低。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：
图1为本发明的结构示意图。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
具体实施方式
显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
实施例1：如图1所示，一种硝酸铵废水生化处理装置及运行方法，具体是应用短程反硝化和厌氧氨氧化反应的联合作用实现硝酸铵废水经济高效的处理。本发明中的反应系统首先利用适量的外碳源将废水中的硝酸盐还原为亚硝酸盐，而后将废水中的亚硝酸盐和剩余的氨氮进一步转化为氮气，达到经济高效的脱氮目的。
硝酸铵废水处理装置，用以储存硝酸铵废水原水箱1、反硝化生物滤池2和厌氧氨氧化升流式污泥床反应器3依序连接；
原水水箱的进水口与硝酸铵废水的排放口连通，进水泵2.2通过进水管2.1连接在硝酸铵废水原水箱1与反硝化生物滤池2之间；反硝化生物滤池2设有滤头2.3、承托层2.4、火山岩填料区2.5及碳源投加系统和气水反冲洗系统；碳源投加系统的碳源水箱2.8连接碳源投加泵2.9，碳源投加泵2.9连接进水管2.1；反冲洗系统设有反冲洗水箱2.10、进水阀2.11、反冲洗进水管2.12、空压机2.13、进气阀2.14、反冲洗进气管2.15、反冲洗出水管2.16和排水阀2.17；
反冲洗水箱2.10连接进水阀2.11，进水阀2.11的另一端连接反冲洗进水管2.12，反冲洗进水管2.12的另一端连接进水管2.1，空压机2.13连接进气阀2.14，进气阀2.14的另一端连接反冲洗进气管2.15，反冲洗进气管2.15的另一端连接反硝化生物滤池2，
反硝化生物滤池出水管2.6连接反硝化生物滤池2和排水阀2.17，反硝化生物滤池出水管2.6的另一端连接第二排水阀2.7，排水阀2.17的另一端连接反冲洗出水管2.16，第二排水阀2.7的另一端连接进水管3.1，进水管3.1的另一端连接厌氧氨氧化升流式污泥床反反应器3，
厌氧氨氧化升流式污泥床反应器3设有布水系统3.2、反应区3.3、沉淀区3.4、三相分离器3.5、排气管3.6、第二排气阀3.7、出水管3.8、取样管3.9；反应区3.3的下方有布水系统3.2，布水系统3.2连接进水管3.1，反应区3.3的上方有沉淀区3.4，沉淀区3.4有三相分离器3.5设置，三相分离器3.5连接第二排气阀3.7，第二排气阀3.7连接排气管3.6，厌氧氨氧化升流式污泥床反应器3的上方连接出水管3.8，厌氧氨氧化升流式污泥床反应器3的罐体上连接取样管3.9。
实施例2：如图1所示，复合生物膜自养脱氮的装置的运行方法，包括以下步骤：
步骤1)、反硝化反应器的接种和启动：将硝酸铵废水通入进水水箱，并从污水处理厂回流污泥管道中取活性污泥混合液注入到进水水箱，使得进水中的SS在10-20mg/L。开启进水泵，使进水水箱中的废水进入到反硝化反应器；同时开启碳源投加泵，向反硝化反应器中投加碳源。监测出水中的亚硝酸盐浓度和总氮浓度，调节碳源的投加量和反应器的进水量，当整个装置的反硝化去除负荷1kg/(m3·d)时，硝酸盐去除率90％以上同时反硝化的产物80％以上为亚硝酸盐时，即可确认反硝化反应器启动成功，进行下一步骤；
步骤2)、启动厌氧氨氧化过程：短程反硝化顺利启动后，其出水含有适宜比例的氨氮和亚硝酸盐。将该部分出水进入到后续的厌氧氨氧化反应器。厌氧氨氧化反应器投加厌氧氨氧化颗粒污泥作为种泥，初始浓度为5g/L左右。定期监测沉淀池出水中的氨氮浓度和亚硝酸盐浓度；在连续运行过程中通过增加调节储水池，避免进水水质和水量大范围的波动，以防止系统处理效果的下降和污泥的流失；在上述条件下运行，当反应器的氨氮去除负荷达到1.0kg/(m3·d)，同时总氮去除率超过85％时，确定厌氧氨氧化过程启动结束，进入下一步；
步骤3)、短程反硝化-厌氧氨氧化平稳运行期：厌氧氨氧化过程成功启动后，系统调试结束，进入到正常运行期。正常运行过程中，当反硝化滤池的滤速低于系统设定的最低滤速时，开始进入反冲洗流程。反冲洗利用系统出水，反冲水回流到进水水箱进行再次处理，反冲洗过程结束后系统进入到下一个周期的平稳运行期。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种硝酸铵废水处理的方法，其特征在于硝酸铵废水首先进入反硝化生物滤池，通过碳源投加泵投加适量的碳源，生物膜中的反硝化细菌利用投加碳源将污水中的硝酸盐还原为亚硝酸盐，反硝化生物滤池出水进入厌氧氨氧化升流式污泥床反应器；当反硝化生物滤池的滤料截污量达到设定程度时，停止进水，对滤层进行气水反冲洗，反冲洗水通过反冲洗出水管排出；
包括以下步骤：
步骤1)、反硝化生物滤池的接种和启动：将硝酸铵废水通入原水箱，并从污水处理厂回流污泥管道中取活性污泥混合液注入到原水箱，使得进水中的SS在10-20mg/L；开启进水泵，使原水箱中的废水进入到反硝化生物滤池；同时开启碳源投加泵，向反硝化生物滤池中投加碳源；监测出水中的亚硝酸盐浓度和总氮浓度，调节碳源的投加量和反硝化生物滤池的进水量，当整个装置的反硝化去除负荷达到1kg/(m3·d)，硝酸盐去除率达到90％以上同时反硝化的产物80％以上为亚硝酸盐时，即可确认反硝化生物滤池启动成功，进行下一步骤；
步骤2)、启动厌氧氨氧化过程：短程反硝化顺利启动后，其出水含有适宜比例的氨氮和亚硝酸盐；将该部分出水进入到后续的厌氧氨氧化升流式污泥床反应器；厌氧氨氧化升流式污泥床反应器投加厌氧氨氧化颗粒污泥作为种泥，初始浓度为5g/L；定期监测沉淀池出水中的氨氮浓度和亚硝酸盐浓度；在连续运行过程中通过增加调节储水池，避免进水水质和水量大范围的波动，以防止系统处理效果的下降和污泥的流失；在上述条件下运行，当厌氧氨氧化升流式污泥床反应器的氨氮去除负荷达到1.0kg/(m3·d)，同时总氮去除率超过85％时，确定厌氧氨氧化过程启动结束，进入下一步；
步骤3)、短程反硝化-厌氧氨氧化平稳运行期：厌氧氨氧化过程成功启动后，系统调试结束，进入到正常运行期；正常运行过程中，当反硝化生物滤池的滤速低于系统设定的最低滤速时，开始进入反冲洗流程；反冲洗利用系统出水，反冲洗水回流到原水箱进行再次处理，反冲洗过程结束后系统进入到下一个周期的平稳运行期。
2.根据权利要求1所述的方法使用的一种硝酸铵废水处理装置，其特征在于用以储存硝酸铵废水原水箱、反硝化生物滤池和厌氧氨氧化升流式污泥床反应器依序连接；
原水箱的进水口与硝酸铵废水的排放口连通，进水泵通过进水管连接在硝酸铵废水原水箱与反硝化生物滤池之间；反硝化生物滤池设有滤头、承托层、火山岩填料区及碳源投加系统和气水反冲洗系统；碳源投加系统的碳源水箱连接碳源投加泵，碳源投加泵连接进水管；反冲洗系统设有反冲洗水箱、进水阀、反冲洗进水管、空压机、进气阀、反冲洗进气管、反冲洗出水管和排水阀；
反冲洗水箱连接进水阀，进水阀的另一端连接反冲洗进水管，反冲洗进水管的另一端连接进水管，空压机连接进气阀，进气阀的另一端连接反冲洗进气管，反冲洗进气管的另一端连接反硝化生物滤池，
反硝化生物滤池出水管连接反硝化生物滤池和排水阀，反硝化生物滤池出水管的另一端连接第二排水阀，排水阀的另一端连接反冲洗出水管，第二排水阀的另一端连接进水管，进水管的另一端连接厌氧氨氧化升流式污泥床反应器，厌氧氨氧化升流式污泥床反应器设有布水系统、反应区、沉淀区、三相分离器、排气管、第二排气阀、出水管、取样管；反应区的下方有布水系统，布水系统连接进水管，反应区的上方有沉淀区，沉淀区有三相分离器设置，三相分离器连接第二排气阀，第二排气阀连接排气管，厌氧氨氧化升流式污泥床反应器的上方连接出水管，厌氧氨氧化升流式污泥床反应器的罐体上连接取样管。
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