CN106946415A - 一种废水脱氮处理系统及脱氮处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种废水脱氮处理系统，包括依次经管道串联的集水池、曝气池、混凝池、气浮池、MBR池、回用水池和硫铁滤床，所述MBR池包括依次经管道串联的用于缺氧反应的MBR‑A1反应池、用于好氧反应的MBR‑O1反应池和MBR‑O2反应池、用于缺氧反应的MBR‑A2反应池和MBR‑A3反应池以及用于好氧反应的MBR‑F反应池，且所述气浮池与MBR‑A1反应池经管道相连通，所述MBR‑F反应池和回用水池相连通，所述MBR‑O1反应池、MBR‑O2反应池和MBR‑F反应池均连通至2#鼓风机。本发明所述脱氮处理工艺，采用“缺氧‑好氧‑好氧‑缺氧‑缺氧‑好氧”的工艺流程，有效地降低了废水的总氮和总磷含量，经由硫铁滤床，进一步降低了总磷含量，实现达标排放。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种废水脱氮处理系统脱氮处理工艺。
背景技术
氮和磷是引起自然水体富营养化的主要元素，因此去除污水中的氮和磷也成为了污水处理厂的两大主要任务。目前国内污水处理厂已普遍执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准，其中总氮浓度不得超过15mg/L，总磷浓度不得超过0.5mg/L。近年来，我国许多地区开始执行更加严格的地方污水处理标准，如《北京地方水污染排放标准》(DB11/307-2013)中的A标准将出水总氮和总磷的限值分别降低至10mg/L和0.2mg/L，更高标准的氮磷出水要求已成为污水处理厂稳定运行的重要难题。传统活性污泥法需要利用碳源进行脱氮除磷，但我国城镇污水处理厂普遍存在进水中碳源不足、碳氮比及碳磷比失衡的问题，这对传统活性污泥法深度脱氮除磷产生巨大挑战。为实现一级A标准总氮及总磷的稳定达标，大部分污水处理厂要进行除磷药剂的投加，因而大大增加了运行成本。另外，由于除磷药剂价格昂贵，且会显著降低滤布或转盘等深度处理设备的使用寿命，无疑会间接提高污水处理厂的运行费用。尤其废水中的氮含量高且存在形式复杂，处理起来难度较大，没有专用的处理设备，而简单的缺氧-好氧工艺难以使出水达标排放。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种废水脱氮处理系统及脱氮处理工艺，采用“缺氧-好氧-好氧-缺氧-缺氧-好氧”的工艺流程，有效地降低了废水的总氮和总磷含量，经由硫铁滤床，进一步降低了总磷含量，实现达标排放。
本发明采用如下技术方案：
一种废水脱氮处理系统，包括依次经管道串联的集水池、曝气池、混凝池、气浮池、MBR池、回用水池和硫铁滤床，所述MBR池包括依次经管道串联的用于缺氧反应的MBR-A1反应池、用于好氧反应的MBR-O1反应池、用于好氧反应的MBR-O2反应池、用于缺氧反应的MBR-A2反应池、用于缺氧反应的MBR-A3反应池和用于好氧反应的MBR-F反应池，且所述气浮池与MBR-A1反应池经管道相连通，所述MBR-F反应池和回用水池相连通，所述MBR-O1反应池、MBR-O2反应池和MBR-F反应池均连通至2#鼓风机，MBR-A2反应池设有1#回流管并通过该1#回流管连通至MBR-A1反应池，MBR-F反应池设有2#回流管并通过该2#回流管连通至MBR-O1反应池。
优选地，还包括依次经管道串联的污泥池和脱水机，所述MBR-F反应池和气浮池分别经管道连通至污泥池，污泥池与脱水机之间的管道上设有4#泵，脱水机与集水池之间经管道相连通以将脱水机脱水产生的上清液回流至集水池内。
优选地，所述集水池内设有粗格栅，集水池与曝气池之间的管道上设有1#泵，曝气池内设有细格栅，曝气池内设有曝气管且所述曝气管连接有1#鼓风机。
优选地，所述曝气池与混凝池之间的管道上设有2#泵，所述回用水池与硫铁滤床之间的管道上设有3#泵，且3#泵的出水口连通至硫铁滤床的底部。
优选地，所述MBR-A1反应池和MBR-A3反应池均连接有碳源加料管，所述MBR-O1反应池连接有碱液加料管。
利用上述的废水脱氮处理系统进行的脱氮处理工艺，废水依次经由以下步骤进行处理：
（1）废水经过粗格栅除去尺寸大于40mm的固体废物后，收集到集水池内，再进一步经过细格栅除去尺寸大于8mm的固体废物后，进入到曝气池内；
（2）曝气处理：废水停留8-12h，曝气处理后的溶解氧控制在2-4mg/L；
（3）混凝处理：废水停留2h，混凝剂加入量为2-10g/m3，混凝剂种类包括PAM(聚丙烯酰胺)、PAC(聚合氯化铝也称碱式氯化铝)；
（4）气浮处理：废水停留10-20min，分离出废水中的悬浮及乳化物质，气浮处理后的悬浮固体浓度为不大于100mg/L；
（5）MBR-A1反应池内缺氧反应：废水停留2-4h、溶解氧控制在0.5mg/L以下、pH值控制在7-7.5，MBR-A1反应池内的厌氧反硝化菌浓度为8-10g/L，所述厌氧反硝化菌对废水中所含的硝态氮与亚硝态氮进行反硝化作用；MBR-A1反应池可根据需要补充碳源；
所述反硝化作用的反应式为：NO2-+[H](电子供体）→N2↑+H2O+OH-与NO3-+[H](电子供体）→N2↑+H2O+OH-；
（6）MBR-O1反应池内好氧反应：废水停留0.5-1h、进行曝气处理将溶解氧控制在2-3mg/L、通入碱液将pH值控制在7.5-8.5， MBR-O1反应池内的氨化菌浓度为4-6g/L，所述氨化菌对废水中的有机氮化物进行氨化作用；
所述氨化作用的反应式为：RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH4 +；
（7）MBR-O2反应池内好氧反应：废水停留5-14h、进行曝气处理将溶解氧控制在3.5-4.5mg/L，pH值控制在7.5-8.5，MBR-O2反应池内的好氧硝化菌浓度为6-8g/L，将步骤（6）得到的氨氮进行硝化作用，反应式为NH4 ++O2+HCO3 -→NO3 -+H2O+H2CO3+C5H7O2N；
（8）MBR-A2反应池内缺氧反应：由MBR-O2反应池进来的废水在此进行消氧（消氧不需要特殊操作，不提供曝气，溶解氧就会被微生物消耗降低），以防止过高的溶解氧含量影响缺氧反应，废水停留0.3-0.8h、溶解氧调整至0.5mg/L以下、pH值控制在7-7.5；MBR-A2反应池内的厌氧反硝化菌的浓度为8-10g/L，所述厌氧反硝化菌对步骤（7）生成的硝态氮与亚硝态氮进行反硝化作用；MBR-A2反应池出来的废水一部分回流进入MBR-A1反应池内进行反硝化，另一部分进入MBR-A3反应池内进行反硝化，反应式同步骤（5）；
回流比控制在0-3，以确保MBR-A1反应池和MBR-A3反应池的反硝化负荷相当为准；
（9）MBR-A3反应池内缺氧反应：废水停留2-4h、溶解氧控制在0.5mg/L以下、pH值控制在7-7.5，MBR-A3反应池内的厌氧反硝化菌浓度为8-10g/L，进行反硝化作用，反应式同步骤（5）；MBR-A3反应池可根据需要补充碳源；
（10）MBR-F反应池内好氧反应：废水停留1.5~2.5h、进行曝气处理将溶解氧控制在2mg/L以上、pH值控制在7.5-8.5，MBR-F反应池内的好氧硝化菌浓度为4-7g/L，对剩余的氨氮进行硝化作用，反应式同步骤（7），MBR-F反应池出来的废水一部分回流至MBR-O1反应池，另一部分进入回用水池，根据MBR-F反应池出来的废水的总氮含量控制回流比，出水总氮接近排放限值时，加大回流，出水总氮在排放限值的50%以下，可以不回流，回流比控制在0-4；
（11）消毒处理：回用水池内通入臭氧消毒，消毒后排入硫铁滤床；
（12）硫铁滤床：废水经由硫铁滤床处理后排出。
本发明的有益效果如下：
本发明中，集水池用于对废水进行收集，集水池和曝气池内分别设有粗格栅和细格栅，收集来的废水中含有大量固体废物，粗格栅和细格栅的依次设置可以有效地避免固体杂物进入后续处理工艺，给后续设备的正常运行带来隐患。曝气池、混凝池与气浮池采用本领域常规手段即可，此不是本发明的改进点所在，不再赘述。
MBR池为本发明脱氮的主体工艺，采用“缺氧-好氧-好氧-缺氧-缺氧-好氧”的工艺流程，且均采用MBR实现，既保证了MBR池的各级反应池均有较高的污泥浓度，同时能保证每个反应池内微生物的独立性，MBR-A2反应池回流至MBR-A1反应池，MBR-F反应池回流至MBR-O1反应池，这种回流方式不会因回流而影响系统的溶解氧，随回流带走的污泥不会因进入新的溶解氧环境进行较长时间的适应，从而造成污泥的浪费。具体地，MBR-A1反应池进水和回流水中的硝态氮与亚硝态氮进行反硝化除氮，MBR-A1反应池的出水在MBR-O1反应池内进行短暂停留，大量曝气，以便氨化菌作为此段的优势菌种，进行氨化作用， MBR-O1反应池的出水在MBR-O2反应池内进行充分曝气进行硝化，好氧硝化菌是此段的优势菌种，MBR-O2反应池的出水含有较高含量的溶解氧并在MBR-A2反应池内进行消氧，防止过高溶解氧的水干扰缺氧反应，对反硝化菌的生长造成冲击，以便为缺氧反应中的反硝化菌提供最优的生长环境，MBR-A2反应池的出水一部分回流进入MBR-A1反应池进行反硝化，一部分进入MBR-A3反应池进行反硝化，MBR-A3反应池提供反硝化菌最优的生长环境，进行反硝化，在上述的缺氧反应环境下，难降解的有机物进行了一定程度的降解，为了出水COD达标进行有机物彻底降解，设置了MBR-F反应池，由此利用前述缺氧反应的反硝化产碱对MBR-O2反应池中未硝化的氨氮进行硝化，同时部分回流至MBR-O1反应池内，从而保证了MBR-F反应池的出水总氮达标。
本发明中，硫铁滤床12自进水口下向上依次填充石英砂、单质硫以及单质硫和铁屑的混合物，石英砂直径为3~7mm，填充厚度为0.2~0.4m，单质硫填充高度为2~4m，单质硫和铁屑的填充高度为2~4m。硫铁滤床作为污水深度脱氮除磷的主体，其采用分层填充，并通过反冲洗的方式有效解决板结引起的填料阻塞问题；硫铁滤床的原理是硫铁耦合工艺，以硫自养反硝化为主、铁还原为辅的脱氮及铁化学沉淀除磷的方式进行污水的深度脱氮除磷，该工艺在硫自养反硝化过程中产生H+，能够更好的促进铁的溶出，由此既能消耗产生的H+，确保出水的pH值保持稳定，又能通过溶出的铁的沉淀作用更好地去除磷酸盐，达到深度脱氮除磷的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
1、集水池；100、粗格栅；101、1#泵；2、曝气池；200、细格栅；201、1#鼓风机；202、曝气管；203、2#泵；3、混凝池；4、气浮池；5、MBR-A1反应池；500、1#碳源加料管；6、MBR-O1反应池；600、碱液加料管；7、MBR-O2反应池；8、MBR-A2反应池；800、1#回流管；9、MBR-A3反应池；900、2#碳源加料管；10、MBR-F反应池；1000、2#回流管；11、回用水池；1100、臭氧加料管；1101、3#泵；12、硫铁滤床；13、污泥池；1300、4#泵；14、脱水机；15、2#鼓风机。
具体实施方式
为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明。
如图1所示，一种废水脱氮处理系统，包括依次经管道串联的集水池1、曝气池2、混凝池3、气浮池4、MBR池、回用水池11和硫铁滤床12，所述集水池1内设有粗格栅100，集水池1与曝气池2之间的管道上设有1#泵101，曝气池2内设有细格栅200，粗格栅的规格为40mm，细格栅的规格为8mm，曝气池2内设有曝气管202且所述曝气管202连接至1#鼓风机201。所述曝气池2与混凝池3之间的管道上设有2#泵203，混凝池3内加入混凝剂，从而通过絮凝作用除去部分杂质，所述回用水池11设有臭氧加料管1100，从而向回用水池11内通入臭氧，起到杀菌消毒的作用，回用水池11与硫铁滤床12之间的管道上设有3#泵1101，且3#泵1101的出水口连通至硫铁滤床12的底部；硫铁滤床12自进水口下向上依次填充石英砂、单质硫以及单质硫和铁屑的混合物，石英砂直径为3~7mm，填充厚度为0.2~0.4m，单质硫填充高度为2~4m，单质硫和铁屑的填充高度为2~4m。所述MBR池包括依次经管道串联的MBR-A1反应池5、MBR-O1反应池6、MBR-O2反应池7、MBR-A2反应池8、MBR-A3反应池9和MBR-F反应池10，且所述气浮池4与MBR-A1反应池5经管道相连通，所述MBR-F反应池10和回用水池11相连通，所述MBR-O1反应池6、MBR-O2反应池7和MBR-F反应池10均连通至2#鼓风机15，MBR-A2反应池8设有1#回流管800并通过该1#回流管800连通至MBR-A1反应池5，MBR-F反应池10设有2#回流管1000并通过该2#回流管1000连通至MBR-O1反应池6。所述MBR-A1反应池5设有1#碳源加料管500，MBR-A3反应池9连接有2#碳源加料管900，反硝化菌需要以有机物为碳源和能源，进行无氧呼吸，从而消耗废水中硝态氮，发挥脱氮作用，所述MBR-O1反应池6连接有碱液加料管600，碱液可选用氢氧化钠溶液。本发明还包括依次经管道串联的污泥池13和脱水机14，所述MBR-F反应池10和气浮池4分别经管道连通至污泥池13，污泥池13与脱水机14之间的管道上设有4#泵1300，脱水机14与集水池1之间经管道相连通以将脱水机14脱水产生的上清液回流至集水池1内，再次进行脱氮处理，脱水机14将污泥脱水后产生的脱水污泥经底部的排污管道排出即可。
利用上述的废水脱氮处理系统进行的脱氮处理工艺，废水依次经由以下步骤进行处理：
（1）废水经过粗格栅100除去尺寸大于40mm的固体废物后，收集到集水池1内，再进一步经过细格栅200除去尺寸大于8mm的固体废物后，进入到曝气池2内；
（2）曝气处理：废水停留8-12h，曝气池2利用1#鼓风机201和曝气管202进行曝气处理，溶解氧控制在2-4mg/L；
（3）混凝处理：混凝池3内加入混凝剂，废水停留2h，混凝剂加入量为8g/m3，混凝剂为PAM；
（4）气浮处理：气浮池4内废水停留10-20min，分离出废水中的悬浮及乳化物质，气浮处理后的悬浮固体浓度为不大于100mg/L；
（5）MBR-A1反应池5内缺氧反应：废水停留2-4h、溶解氧控制在0.5mg/L以下、pH值控制在7-7.5，MBR-A1反应池5内的厌氧反硝化菌浓度为8-10g/L，所述厌氧反硝化菌对废水中所含的硝态氮与亚硝态氮进行反硝化作用，MBR-A1反应池5可根据需要通过1#碳源加料管500补充碳源；
所述反硝化作用的反应式为：NO2-+[H](电子供体）→N2↑+H2O+OH-与NO3-+[H](电子供体）→N2↑+H2O+OH-；
（6）MBR-O1反应池6内好氧反应：废水停留0.5-1h、进行曝气处理将溶解氧控制在2-3mg/L、经由碱液加料管600通入碱液，将pH值控制在7.5-8.5， MBR-O1反应池6内的氨化菌浓度为4-6g/L，所述氨化菌对废水中的有机氮化物进行氨化作用；
所述氨化作用的反应式为：RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH4 +；
所述MBR-O1反应池6、MBR-O2反应池7和MBR-F反应池10均通过2#鼓风机15鼓风进行曝气处理；
（7）MBR-O2反应池7内好氧反应：废水停留5-14h、进行曝气处理将溶解氧控制在3.5-4.5mg/L，pH值控制在7.5-8.5，MBR-O2反应池7内的好氧硝化菌浓度为6-8g/L，将步骤（6）得到的氨氮进行硝化作用，反应式为NH4 ++O2+HCO3 -→NO3 -+H2O+H2CO3+C5H7O2N；
（8）MBR-A2反应池8内缺氧反应：由MBR-O2反应池7进来的废水在此进行消氧（消氧不需要特殊操作，不提供曝气，溶解氧就会被微生物消耗降低），以防止过高的溶解氧含量影响缺氧反应，废水停留0.3-0.8h、溶解氧调整至0.5mg/L以下、pH值控制在7-7.5；MBR-A2反应池内的厌氧反硝化菌的浓度为8-10g/L，所述厌氧反硝化菌对步骤（7）生成的硝态氮与亚硝态氮进行反硝化作用；MBR-A2反应池8出来的废水一部分通过1#回流管800回流进入MBR-A1反应池5内进行反硝化，另一部分进入MBR-A3反应池9内进行反硝化；
回流比控制在0-3，以确保MBR-A1反应池和MBR-A3反应池的反硝化负荷相当为准；
（9）MBR-A3反应池9内缺氧反应：废水停留2-4h、溶解氧控制在0.5mg/L以下、pH值控制在7-7.5，MBR-A3反应池9内的厌氧反硝化菌浓度为8-10g/L，进行反硝化作用；MBR-A3反应池9可根据需要通过2#碳源加料管900补充碳源；
（10）MBR-F反应池10内好氧反应：废水停留1.5~2.5h、进行曝气处理将溶解氧控制在2mg/L以上、pH值控制在7.5-8.5，MBR-F反应池10内的好氧硝化菌浓度为4-7g/L，对剩余的氨氮进行硝化作用，MBR-F反应池10出来的废水一部分通过2#回流管1000回流至MBR-O1反应池6，另一部分进入回用水池11，根据MBR-F反应池10出来的废水的总氮含量控制回流比，出水总氮接近排放限值时，加大回流，出水总氮在排放限值的50%以下，可以不回流，回流比控制在0-4；
（11）消毒处理：回用水池11内通入臭氧消毒，消毒后排入硫铁滤床12；
（12）硫铁滤床12：废水经由硫铁滤床12处理后排出；
MBR-F反应池10和气浮池4内的污泥经管道输送至污泥池13，由脱水机14进行脱水处理，脱水产生的上清液回流至集水池1内，再次进行脱氮处理，脱水机14将污泥脱水后产生的脱水污泥经底部的排污管道排出即可。
最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。
Claims (6)
1.一种废水脱氮处理系统，其特征在于：包括依次经管道串联的集水池、曝气池、混凝池、气浮池、MBR池、回用水池和硫铁滤床，所述MBR池包括依次经管道串联的用于缺氧反应的MBR-A1反应池、用于好氧反应的MBR-O1反应池、用于好氧反应的MBR-O2反应池、用于缺氧反应的MBR-A2反应池、用于缺氧反应的MBR-A3反应池和用于好氧反应的MBR-F反应池，且所述气浮池与MBR-A1反应池经管道相连通，所述MBR-F反应池和回用水池相连通，所述MBR-O1反应池、MBR-O2反应池和MBR-F反应池均连通至2#鼓风机，MBR-A2反应池设有1#回流管并通过该1#回流管连通至MBR-A1反应池，MBR-F反应池设有2#回流管并通过该2#回流管连通至MBR-O1反应池。
2.根据权利要求1所述的废水脱氮处理系统，其特征在于：还包括依次经管道串联的污泥池和脱水机，所述MBR-F反应池和气浮池分别经管道连通至污泥池，污泥池与脱水机之间的管道上设有4#泵，脱水机与集水池之间经管道相连通以将脱水机脱水产生的上清液回流至集水池内。
3.根据权利要求2所述的废水脱氮处理系统，其特征在于：所述集水池内设有粗格栅，集水池与曝气池之间的管道上设有1#泵，曝气池内设有细格栅，曝气池内设有曝气管且所述曝气管连接有1#鼓风机。
4.根据权利要求2所述的废水脱氮处理系统，其特征在于：所述曝气池与混凝池之间的管道上设有2#泵，所述回用水池与硫铁滤床之间的管道上设有3#泵，且3#泵的出水口连通至硫铁滤床的底部。
5.根据权利要求2所述的废水脱氮处理系统，其特征在于：所述MBR-A1反应池和MBR-A3反应池均连接有碳源加料管，所述MBR-O1反应池连接有碱液加料管。
6.利用权利要求1至6任一项所述的废水脱氮处理系统进行的脱氮处理工艺，其特征在于，废水依次经由以下步骤进行处理：
（1）废水除去尺寸大于40mm的固体废物后，收集到集水池内，再进一步除去尺寸大于8mm的固体废物后，进入到曝气池内；
（2）曝气处理：废水停留8-12h，曝气处理后的溶解氧控制在2-4mg/L；
（3）混凝处理：废水停留0.5-1h，混凝剂加入量为2-10g/m3，混凝剂包括PAM、PAC；
（4）气浮处理：废水停留10-20min，气浮处理后的悬浮固体浓度不大于100mg/L；
（5）MBR-A1反应池内缺氧反应：废水停留2-4h、溶解氧控制在0.5mg/L以下、pH值控制在7-7.5，MBR-A1反应池内的厌氧反硝化菌浓度为8-10g/L，所述厌氧反硝化菌对废水中所含的硝态氮与亚硝态氮进行反硝化作用；
（6）MBR-O1反应池内好氧反应：废水停留0.5-1h、进行曝气处理将溶解氧控制在2-3mg/L、通入碱液将pH值控制在7.5-8.5， MBR-O1反应池内的氨化菌浓度为4-6g/L，所述氨化菌对废水中的有机氮化物进行氨化作用；
（7）MBR-O2反应池内好氧反应：废水停留5-14h、进行曝气处理将溶解氧控制在3.5-4.5mg/L，pH值控制在7.5-8.5，MBR-O2反应池内的好氧硝化菌浓度为6-8g/L，将步骤（6）得到的氨氮进行硝化作用；
（8）MBR-A2反应池内缺氧反应：由MBR-O2反应池进来的废水在此进行消氧，以防止过高的溶解氧含量影响缺氧反应，废水停留0.3-0.8h、溶解氧调整至0.5mg/L以下、pH值控制在7-7.5；MBR-A2反应池内的厌氧反硝化菌的浓度为8-10g/L，所述厌氧反硝化菌对步骤（7）生成的硝态氮与亚硝态氮进行反硝化作用；MBR-A2反应池出来的废水一部分回流进入MBR-A1反应池内进行反硝化，另一部分进入MBR-A3反应池内进行反硝化；
回流比控制在0-3；
（9）MBR-A3反应池内缺氧反应：废水停留2-4h、溶解氧控制在0.5mg/L以下、pH值控制在7-7.5，MBR-A3反应池内的厌氧反硝化菌浓度为8-10g/L，进行反硝化作用；
（10）MBR-F反应池内好氧反应：废水停留1.5~2.5h、进行曝气处理将溶解氧控制在2mg/L以上、pH值控制在7.5-8.5，MBR-F反应池内的好氧硝化菌浓度为4-7g/L，对剩余的氨氮进行硝化作用，MBR-F反应池出来的废水一部分回流至MBR-O1反应池，另一部分进入回用水池，回流比控制在0-4；
（11）消毒处理：回用水池内通入臭氧消毒，消毒后排入硫铁滤床；
（12）硫铁滤床：废水经由硫铁滤床处理后排出。
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