CN106365384A - 一种总氮脱除装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种总氮脱除装置及工艺。它包括预处理系统、布水系统、折流板生物膜系统、脱氮池、沉淀池、专用菌种增效激活及投加系统、复合营养源配制及投加系统、控制系统；脱氮池内设生物填料；折流板生物膜系统设在脱氮池上方；布水系统包括水循环泵、布水器、喷嘴；沉淀池内设斜管填料；沉淀池底部污泥泵送回到脱氮池；专用菌种增效激活及投加系统、复合营养源配制及投加系统均连接水循环泵入口。本发明以BPB折流板生物膜元件为核心，采用上下式立体布局结构形式，及模块化设计方式，将上述各部分组合为一个整体，结合了反硝化菌种分离提纯技术，并结合了生物脱氮营养源复配技术，总氮脱除效果好，占地面积小、操作便捷、能耗低、成本低。

Description

一种总氮脱除装置及工艺

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，涉及一种总氮脱除装置及工艺。该装置及工艺主要针对钢厂、化工厂、电子厂等有大量硝态氮排放的废水水质中总氮的去除处理。

背景技术

生活废水和工业废水中经常含有含氮类物质，其中以氨氮最为常见，水中的含氮类化合物如不经过妥善处理排入水体，会使水体发生富营养化的危险，因此需对排入水体的废水进行脱氮处理。废水处理工艺种类繁多，其中以生物脱氮工艺最为常见，生物脱氮工艺主要分为传统生物脱氮工艺和生物脱氮新工艺。

传统生物脱氮工艺机理:微生物去除氨氮过程需要经历两个阶段，第一阶段是硝化过程。第二阶段为反硝化过程。生物硝化过程为自氧菌(亚硝酸菌和硝酸菌)在有氧的条件下将氨氮(NH₃-N)转化为亚硝酸氮(NO₂-N)和硝酸氮(NO₃-N)的过程，这两种自养菌统称为硝化菌，它们都是严格的专性好氧菌，必须在有氧条件下才能进行硝化反应。硝化过程中NH₃-N氧化为NO₃-N的硝化反应是由两组自养型好氧微生物通过两个过程完成的。第一步先由氨氮氧化菌(AOB)将NH₃-N转化为NO₂-N，第二步再由亚硝酸盐氧化菌(NOB)将NO₂-N氧化为NO₃-N。生物反硝化是指废水中的硝态氮和亚硝态氮在无氧或缺氧的条件下被反硝化菌还原转化为N₂的过程，反应过程中必须有有机物的参与，它们在反应中作为电子供体被氧化而提供能量，反硝化菌是一种兼性异养菌，但氧气的存在会抑制硝酸盐的还原：一方面氧的存在会抑制硝酸盐还原酶的形成；氧可作为电子受体，阻碍硝酸盐的还原，因此反硝化反应必须在缺氧或无氧的条件下进行。

传统的生物脱氮工艺主要包括A/O脱氮工艺，A/A/O脱氮工艺，SBR工艺以及改良形式CASS、UNITANK、MSBR工艺等。这些脱氮工艺中存在如下缺陷：

①专门针对废水中的氨氮设计有硝化过程的曝气池(好氧池)，用于将氨氮(NH₃-N)转化为亚硝酸氮(NO₂-N)和硝酸氮(NO₃-N)，而现实中很多钢厂、化工厂、电子厂排放的废水中含有大量的硝态氮，而氨氮含量很少甚至检测不出；

②从传统工艺的结构流程形式来说，均采用平面布置一体化建设设置，即好氧池、厌氧池均设置在同一个平面或者设置在同一个池体内采用序批处理方式处理，占用了比较大的平面面积及位置空间。废水站设置后，相应的功能参数也已经确定，废水站的曝气池不能拆卸移动，不能根据不同阶段废水水量不同做相应的增减。

③传统工艺中好氧池均采用鼓风机曝气设置，能耗较高。

④传统工艺在调试过程中，针对硝化细菌与反硝化细菌均通过自己驯化培养来完成，调试驯化周期长，需要3-6个月时间。

⑤传统工艺中在营养源多采用单一物质，分次投加，会造成人员操作繁琐。且营养源如甲醇，属于危险化学品，不利于存放。

⑥传统工艺中污泥多直接排放，对于高氮素废水，未能将污泥转换为微生物生长的碳源加以利用。整体操作成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种占地面积小、操作便捷、能耗低、成本低的总氮脱除装置及工艺。

本发明的技术方案如下：

一种总氮脱除装置，它包括预处理系统、布水系统、折流板生物膜系统、脱氮池、沉淀池、专用菌种增效激活及投加系统、复合营养源配制及投加系统、控制系统；所述预处理系统,包括带搅拌装置的预处理池；预处理池与脱氮池、沉淀池顺序相连；脱氮池内设有污水处理生物填料；所述折流板生物膜系统设置在脱氮池正上方；所述折流板生物膜系统包括上下层叠排列的若干个折流板生物膜模块，每个折流板生物膜模块包括若干组每组若干片与水流方向呈一定角度的折流板，折流板上挂有生物膜；所述布水系统包括与脱氮池底部出水口管道连接的水循环泵、与水循环泵出口管道连接的布水管；布水管末端设有布水器，布水器位于折流板生物膜系统正上方，布水器下端设有若干喷嘴；沉淀池内设有斜管填料；沉淀池底部出污泥口与污泥回流泵管道连接；污泥回流泵出口通过管道连接到脱氮池正上方。

所述专用菌种增效激活及投加系统包括生物增效激活装置、专用菌种投加泵；所述复合营养源配制及投加系统包括复合营养源配制系统、复合营养源投加泵；专用菌种投加泵出口、复合营养源投加泵出口均与水循环泵入口管道连接。

脱氮池底部设有搅拌装置。

上下层叠排列的若干个折流板生物膜模块设置在一个壳体内；布水器设置于折流板生物膜系统的壳体内部。

所述控制系统包括控制箱。

一种利用上述总氮脱除装置脱除总氮的工艺方法如下：

废水进入预处理池中，在预处理池中通过投加酸碱，控制PH在5.0-9.0；

然后，废水从预处理池溢流进入脱氮池，在脱氮池中，废水一方面经脱氮池中的生物填料提升生物量，进行脱氮处理；另一方面通过水循环泵、布水管打到位于脱氮池上方的折流板生物膜系统上方，经布水器、喷嘴喷淋在折流板生物膜模块上，流经折流板，经折流板上的生物膜进一步脱氮处理；经过折流板生物膜系统处理后的污水直接跌落进入脱氮池；如此循环往复，达到脱氮并净化污水的目的；

之后，废水从脱氮池溢流进入沉淀池，通过沉淀池内的斜管填料沉淀污泥后，脱氮净水从沉淀池上部流出；沉淀池底收集到的污泥通过污泥回流泵回流至脱氮池，以维持脱氮池内较高的污泥浓度；

利用专用菌种增效激活及投加系统，根据污水中污染物情况，按照工艺处理的不同阶段性目标，根据生物脱氮过程中的硝化反应和反硝化反应存在位置上和流程上的错位配合以及相互刺激促进的关系，采用在线持续生物增效技术，在生物激活增效装置中将可针对性处理污水中污染物的专用菌种(反硝化菌)进行激活增效，使菌种连续在线繁育及驯化，并投加到水处理系统中指定的位置(水循环泵入口)，形成硝化过程为辅，反硝化过程为主，硝化反应产物浓度提高进一步刺激反硝化反应进行的良性菌群组合，从而达到更高效的生物脱氮目的；

利用复合营养源配制及投加系统，配制专门针对反硝化菌种的生物脱氮复合营养源，同时，在该复合营养源中添加能够促进污泥分解的有效成分，投加到水处理系统中的水循环泵入口，提高整体微生物活性。

所述在线持续生物增效技术，是指在生物增效激活装置(一种微生物培养器，即定向驯化生物反应器)内，先将经过筛选的特效微生物激活、定向驯化，使特效菌富集、放大并分泌含量丰富的各种特效酶，然后连续投加到废水处理的好氧工艺段中，以提高系统处理效率的新技术。

本发明的有益效果：

本发明的总氮脱除装置及工艺，以BPB(Baffle Plate Biological-membrane，折流板生物膜)元件为核心；采用上下式立体布局结构形式；采用模块化设计方式，将预处理系统、布水系统、折流板生物膜系统、脱氮池、沉淀池、专用菌种增效激活及投加系统、复合营养源配制及投加系统、控制系统组合为一个整体，形成一套集成化装置。该装置及工艺结合了反硝化菌种分离提纯技术，并结合了生物脱氮营养源复配技术，不仅总氮脱除效果更好，脱除效率更高，而且占地面积小、操作便捷、能耗低、成本低。

本发明的总氮脱除装置及工艺具有如下特点：

(1)本发明中，布水系统、折流板生物膜系统、脱氮池、沉淀池，采用上下式的立体结构及布局方式(即折流板生物膜系统设置在脱氮池上方)，突破了传统生物处理系统普遍采用的平流式布局方式(即所有池体设置在同一水平平面上)，优化了系统结构，使装置系统中各组成设备布局更为紧凑，使工程占地面积更小。也就是说，本发明的装置在整体上采用上下式立体布局结构，较平面的水平式平面布局结构，平面占地面积更少，可节省更多的土地资源。

(2)传统生物处理系统中，好氧池采用组合填料、半软性填料、软性填料、弹性立体填料、悬浮填料等，填料完全浸没在废水系统中，底部直接曝气充氧的直流式池体设计，主要针对废水中的氨氮的去除，为了保证系统中有足够的氧气，对系统鼓风曝气，系统能耗较高。本发明的BPB总氮脱除工艺及装置，采用上下式结构，将脱氮池内的废水通过循环提升泵的形式，提升到折流板生物膜系统上方的布水器上，通过布水喷嘴的不同，控制雾化程度的不同，利用空气自然供氧，不需要外加鼓风机鼓风曝气，节约了鼓风曝气所造成的能源消耗。

(3)本发明的BPB元件内布置了大量对微生物体具有亲电性能的异道折流板及生物膜，在废水流经BPB元件的过程中，为脱氮微生物菌群提供了生长繁殖的优良载体。雾化后的废水在跌落的过程中，由于折流板不断的改变液体流向，增加了液体中的湍动，跌落的过程中，系统也在不断充氧，并促进废水中氨氮向硝态氮的转化。为下部脱氮池的反硝化作用创造了条件，并达到了最终的总氮脱除并转化为无害的氮气的目的。

(4)本发明中，与脱氮池集成在一起的沉淀池，有效截留出水中的污泥并回流至脱氮系统中，保证了脱氮系统中有足够的生物浓度。通过回收利用剩余污泥，不仅可减少生物菌种的投加量，而且可大大减少系统的剩余污泥排放量，降低污泥处理成本。

(5)本发明中，通过专用菌种增效激活及投加系统，将硝化菌和反硝化的菌种单独分离出来，按照工艺处理的不同阶段性目标，使菌种连续在线繁育及驯化，并投加到脱氮池循环水泵进水口，再利用布水系统和折流板生物膜系统，均匀布洒满整个装置系统及整个工艺流程的各个阶段，形成了以硝化过程为辅，反硝化过程为主，硝化反应产物浓度提高进一步刺激反硝化反应进行的良性菌群组合。传统的生化工艺中，生物菌种主要通过外接生物污泥现场培养的方式，整体的培育周期较长，其中，厌氧段反硝化菌种群的培育驯化需要3-6个月的时间。而本发明中，生物菌种培育驯化时间大大缩短，可低于3个月；并且，专用菌种在经生物增效激活装置培育驯化后，对盐分的耐受能力可达到1.0-2.0％，较传统工艺培育驯化后的细菌盐分耐受能力0-1.0％明显增强；由此可以处理更高盐分的含氮废水。

(6)本发明中，通过复合营养源配制及投加系统，将针对反硝化菌种专门配置的复合营养源投加入水处理系统，比使用单一的甲醇和磷酸盐作为营养源，更利于生物吸收利用，节省总体运行费用。并且，复配营养液中还添加了能够促进污泥分解的有效成分，可使大部分剩余污泥在膜表面的厌氧层中转化为反硝化碳源而被微生物利用，在降低系统碳源投加数量的同时，大大减少了系统的剩余污泥排放量，节省了污泥的处置费用。此外，储存运输更安全，避免了采用甲醇做为营养源时危险化学品造成的安全管理隐患。

(7)本发明中的预处理系统，可弥补部分工业企业由于调节池容量不足而废水间歇式排放造成的水质大范围波动(尤其是PH值)，超过生物系统生存耐受的PH值范围而不能够直接进入生化系统的特点，设置PH调节装置(预处理池)，根据来水PH的变化自动调节添加酸碱，调整PH为5-9。

(8)本发明的整个装置系统采用模块化设计方式，可实现拆除后，异地拼装。而传统生化系统，拆除后，整个系统均只能作为垃圾外运处理。

附图说明

图1是本发明一种总氮脱除装置的结构示意图。

图中，1、预处理池，2、搅拌装置，3、脱氮池，4、喷嘴，5、折流板生物膜系统，51、折流板生物膜模块，6、水循环泵，7、沉淀池，8、斜管填料，9、搅拌装置，10、污泥回流泵，11、控制箱，12、生物增效激活装置，13、专用菌种投加泵，14、复合营养源投加泵，15、复合营养源配制系统，16、污水处理生物填料，17、布水管，18、布水器。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，本发明一种总氮脱除装置，它包括预处理系统、布水系统、折流板生物膜系统、脱氮池3、沉淀池7、专用菌种增效激活及投加系统、复合营养源配制及投加系统、控制系统；所述预处理系统包括带搅拌装置2的预处理池1；预处理池1与脱氮池3、沉淀池7顺序相连；脱氮池3内设有污水处理生物填料16；脱氮池3底部设有搅拌装置9；所述折流板生物膜系统5设置在脱氮池3正上方；所述折流板生物膜系统5包括设置在一个壳体内，上下层叠排列的若干个折流板生物膜模块51，每个折流板生物膜模块51包括若干组每组若干片与水流方向呈一定角度的折流板，折流板上挂有生物膜；所述布水系统包括与脱氮池3底部出水口管道连接的水循环泵6、与水循环泵6出口管道连接的布水管17；布水管17末端设有布水器18，布水器18设置于折流板生物膜系统5壳体内部，位于折流板生物膜系统5正上方，布水器18下端设有若干喷嘴4；沉淀池7内设有斜管填料8；沉淀池7底部出污泥口与污泥回流泵10管道连接；污泥回流泵10出口通过管道连接到脱氮池3正上方。

所述专用菌种增效激活及投加系统包括生物增效激活装置12、专用菌种投加泵13；所述复合营养源配制及投加系统包括复合营养源配制系统15、复合营养源投加泵14；专用菌种投加泵13出口、复合营养源投加泵14出口均与水循环泵6入口管道连接。

所述控制系统包括控制箱11。

本发明的总氮脱除装置及工艺,采用一种内循环形式的淋洗塔方式，废水从池底通过循环泵提升至高处的布水装置，通过布水系统喷嘴喷淋下来，再流经兼氧式BPB元件(折流板生物膜模块51)后跌入下方水池即脱氮池3，通过脱氮池内布置的污水处理生物填料进一步加强生化反应，通过多次循环后达到预期脱氮效果，再由脱氮池池侧的出水管流出。

本发明的总氮脱除装置，包含预处理系统、布水系统、折流板生物膜系统、脱氮池、沉淀池、专用菌种增效激活及投加系统、复合营养源配制及投加系统、控制系统。其中，各部分的具体作用机理如下：

1、预处理系统：调配均衡进入系统内废水的水质水量，通过投加酸碱，控制系统进水PH控制在5.0-9.0。

2、布水系统：根据待处理水体的氨氮含量的变化，采用不同形式参数的雾化喷嘴。待处理废水雾化程度的多少，决定了废水的充氧效果，雾化程度越高，废水与空气接触面积越大，废水充氧效果越好，水体中氧含量越高。系统集中更优势的菌种用于处理水体的氨氮，并促使氨氮转化为亚硝态氮和硝态氮。

3、折流板生物膜系统：折流板的作用都是在改变液体流向，增加湍动，促进废水混合均匀的同时微生物在折流板上附着生长，随着微生物的不断生长繁殖以及其新陈代谢作用，在折流板表面依次形成厌氧层、兼氧层、好氧层、附着水层、流动水层的生物膜环境。生物膜首先吸附附着水层的有机物、氨氮、硝态氮等，由好氧层的好氧菌的硝化作用，氨氮转化为硝态氮，有机物被分解。污染物继续迁移并进入厌氧层，硝态氮在厌氧菌的反硝化作用下分解为氮气，有机物继续被分解。过程中流动水层将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到脱氮并净化污水的目的。折流板生物膜系统设置在脱氮池上方。经过折流板生物膜系统处理后的污水直接跌落进入脱氮池。

4、脱氮池：池内设置污水处理生物填料，提升生物量，从而缩短废水停留时间。池内不设置曝气系统，设置潜水搅拌系统，保持池体内污泥浓度均匀分布。维持池内DO<0.5mg/l。

5、沉淀池：为了防止池体内污泥的流失，脱氮池后端接沉淀池，并将沉淀池污泥通过污泥泵回流至脱氮池，以维持脱氮池内较高的污泥浓度。剩余污泥中含有多种微生物，通过回收利用剩余污泥，一方面可减少生物菌种的投加量，另一方面还可大大减少系统的剩余污泥排放量。

6、专用菌种增效激活及投加系统：根据生物脱氮过程中的硝化反应和反硝化反应存在位置上和流程上的错位配合以及相互刺激促进的关系，因此将硝化菌和反硝化的菌种单独分离出来，按照工艺处理的不同阶段性目标，采用生物激活增效装置，使菌种连续在线繁育及驯化，并投加到指定的生化反应器位置，形成硝化过程为辅，反硝化过程为主，硝化反应产物浓度提高进一步刺激反硝化反应进行的良性菌群组合，从而达到生物脱氮的目的。

7、复合营养源配制及投加系统：所述复合营养源是一种针对反硝化菌种专门配置的复合营养源，可提高整体微生物活性50％。加入该复合营养源，比使用单一的甲醇和磷酸盐作为营养源时更利于生物吸收利用，节省总体运行费用。并且，储存运输更安全，避免了采用甲醇做为营养源时危险化学品造成的安全管理隐患。同时，该复配营养源(营养液)中还添加了能够促进污泥分解的有效成分，可使大部分剩余污泥在膜表面的厌氧层中转化为反硝化碳源而被微生物利用，这样，一方面可减少反硝化菌的投加量，另一方面还可以废治废，大大减少了系统的剩余污泥排放量。

8、控制系统：控制系统内工艺设备的运行。

实施例2

一种利用本发明实施例1的总氮脱除装置脱除总氮的工艺方法如下：

废水进入预处理池1中，在预处理池1中通过投加酸碱，控制PH在5.0-9.0；

然后，废水从预处理池1溢流进入脱氮池3，在脱氮池中，废水一方面经脱氮池中的生物填料提升生物量，进行脱氮处理；另一方面通过水循环泵6、布水管17打到位于脱氮池3上方的折流板生物膜系统上方，经布水器18、喷嘴4喷淋在折流板生物膜模块51上，流经折流板，经折流板上的生物膜进一步脱氮处理；经过折流板生物膜系统处理后的污水直接跌落进入脱氮池；如此循环往复，达到脱氮并净化污水的目的；

之后，废水从脱氮池3溢流进入沉淀池7，通过沉淀池内的斜管填料8沉淀污泥后，脱氮净水从沉淀池7上部流出；沉淀池底收集到的污泥通过污泥回流泵10回流至脱氮池3，以维持脱氮池内较高的污泥浓度；

利用专用菌种增效激活及投加系统，根据污水中污染物情况，按照工艺处理的不同阶段性目标，根据生物脱氮过程中的硝化反应和反硝化反应存在位置上和流程上的错位配合以及相互刺激促进的关系，采用在线持续生物增效技术，在生物激活增效装置中将可针对性处理污水中污染物的专用菌种(反硝化菌)进行激活增效，使菌种连续在线繁育及驯化，并投加到水处理系统中指定的位置(水循环泵入口)，形成硝化过程为辅，反硝化过程为主，硝化反应产物浓度提高进一步刺激反硝化反应进行的良性菌群组合，从而达到更高效的生物脱氮目的；

利用复合营养源配制及投加系统，配制专门针对反硝化菌种的生物脱氮复合营养源，同时，在该复合营养源中添加能够促进污泥分解的有效成分，投加到水处理系统中的水循环泵入口，提高整体微生物活性。

Claims (7)

1.一种总氮脱除装置，其特征在于，它包括预处理系统、布水系统、折流板生物膜系统、脱氮池、沉淀池、专用菌种增效激活及投加系统、复合营养源配制及投加系统、控制系统；所述预处理系统,包括带搅拌装置的预处理池；预处理池与脱氮池、沉淀池顺序相连；脱氮池内设有污水处理生物填料；所述折流板生物膜系统设置在脱氮池正上方；所述折流板生物膜系统包括上下层叠排列的若干个折流板生物膜模块，每个折流板生物膜模块包括若干组每组若干片与水流方向呈一定角度的折流板，折流板上挂有生物膜；所述布水系统包括与脱氮池底部出水口管道连接的水循环泵、与水循环泵出口管道连接的布水管；布水管末端设有布水器，布水器位于折流板生物膜系统正上方，布水器下端设有若干喷嘴；沉淀池内设有斜管填料；沉淀池底部出污泥口与污泥回流泵管道连接；污泥回流泵出口通过管道连接到脱氮池正上方；

所述专用菌种增效激活及投加系统包括生物增效激活装置、专用菌种投加泵；所述复合营养源配制及投加系统包括复合营养源配制系统、复合营养源投加泵；专用菌种投加泵出口、复合营养源投加泵出口均与水循环泵入口管道连接。

2.如权利要求1或2所述的总氮脱除装置，其特征在于，脱氮池底部设有搅拌装置。

3.如权利要求1或2所述的总氮脱除装置，其特征在于，上下层叠排列的若干个折流板生物膜模块设置在一个壳体内。

4.如权利要求3所述的总氮脱除装置，其特征在于，布水器设置于折流板生物膜系统的壳体内部。

5.如权利要求1或2所述的总氮脱除装置，其特征在于，所述控制系统包括控制箱。

6.一种利用如权利要求1-5任一所述的总氮脱除装置脱除总氮的工艺方法如下：

废水进入预处理池中，在预处理池中通过投加酸碱，控制PH在5.0-9.0；

然后，废水从预处理池溢流进入脱氮池，在脱氮池中，废水一方面经脱氮池中的生物填料提升生物量，进行脱氮处理；另一方面通过水循环泵、布水管打到位于脱氮池上方的折流板生物膜系统上方，经布水器、喷嘴喷淋在折流板生物膜模块上，流经折流板，经折流板上的生物膜进一步脱氮处理；经过折流板生物膜系统处理后的污水直接跌落进入脱氮池；如此循环往复，达到脱氮并净化污水的目的；

之后，废水从脱氮池溢流进入沉淀池，通过沉淀池内的斜管填料沉淀污泥后，脱氮净水从沉淀池上部流出；沉淀池底收集到的污泥通过污泥回流泵回流至脱氮池，以维持脱氮池内较高的污泥浓度；

利用专用菌种增效激活及投加系统，根据污水中污染物情况，按照工艺处理的不同阶段性目标，采用在线持续生物增效技术，在生物激活增效装置中将可针对性处理污水中污染物的专用菌种进行激活增效，使菌种连续在线繁育及驯化，并投加到水循环泵入口，形成良性菌群组合，达到高效生物脱氮目的；

利用复合营养源配制及投加系统，配制专门针对反硝化菌种的生物脱氮复合营养源，同时，在该复合营养源中添加能够促进污泥分解的有效成分，投加到水处理系统中的水循环泵入口，提高整体微生物活性。

7.如权利要求6所述的脱除总氮的工艺方法，其特征在于，

采用在线持续生物增效技术，在生物激活增效装置中将可针对性处理污水中污染物的专用菌种反硝化菌进行激活增效，使菌种连续在线繁育及驯化，并投加到水循环泵入口，形成硝化过程为辅，反硝化过程为主，硝化反应产物浓度提高进一步刺激反硝化反应进行的良性菌群组合，达到高效生物脱氮目的。