CN106966499A

CN106966499A - 一种处理低c/n污水的光照式反应装置及其运行方法

Info

Publication number: CN106966499A
Application number: CN201710249250.2A
Authority: CN
Inventors: 张倩; 范子皙; 谭斌; 李孟
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2017-04-17
Filing date: 2017-04-17
Publication date: 2017-07-21
Anticipated expiration: 2037-04-17
Also published as: CN106966499B

Abstract

本发明提供一种处理低C/N污水的光照式反应装置及其运行方法。该装置包括反应器箱体，反应器箱体的内部分隔成上层光照区和下层功能区，上层光照区的每个廊道的流程末端的出水通过过流孔洞流入下一个相邻廊道，每个廊道内设置有第一填料，第一填料上挂有藻类‑硝化细菌混合聚生体；下层功能区包括交替排列且相连通的厌氧氨氧化装置与短程硝化装置以及设置在最后的沉淀出水区，每个厌氧氨氧化区设置有第二填料，第二填料上挂有厌氧氨氧化菌，每个短程硝化区设置有第三填料，第三填料上挂有藻类‑硝化细菌混合聚生体。本发明在不提供外加碳源和机械曝气的情况下实现低C/N污水的深度脱氮，具有出水水质优良，污泥产率低，无搅拌、污泥回流，能耗低等特点。

Description

一种处理低C/N污水的光照式反应装置及其运行方法

技术领域

本发明属于污水处理领域，尤其涉及一种处理低C/N污水的光照式反应装置及其运行方法。

背景技术

随着氮素污染的日益加剧和人们环保意识的逐渐提高，水体的脱氮技术特别是污水的脱氮技术已经成为研究热点。尤其在水环境现状不容乐观的我国，近些年来由于氮磷过量排放导致的水体富营养化造成了恶劣的影响，国家对于污水排放的标准也不断加强，因此研究污水的深度脱氮除磷技术非常重要。在传统的生物脱氮技术中，硝化/反硝化工艺中需要消耗大量的有机碳源和溶解氧，运行成本较高，尤其是在处理低C/N污水时效果不好，必须持续加入外碳源(如醋酸钠)才能达到较好的处理效果，但是这样进一步推高了运行成本，在实际应用中有很大的局限性。因此，开发一种经济可行的深度生物脱氮工艺并将其推广应用对环境保护具有重要的意义。

藻类厌氧氨氧化工艺由于其节能环保的特点，具有巨大的应用前景，但是目前国内外对于其研究还较少，且研究中采用的反应器均是间歇式反应器(SBR)，虽然具有灵活控制的优点，但是SBR反应器内仍然需要搅拌，以保持污泥颗粒处于悬浮状态，增加了电耗；而且，目前现有的污水处理系统较多采用连续流反应器(CFR)，所以该方法在实际中的应用也受到限制。因此，我们提出了一种基于藻类厌氧氨氧化工艺，采用生物填料的连续流光照式反应器，在无需搅拌的情况下达到了对低C/N污水深度脱氮的目的。

发明内容

本发明为了解决低C/N污水难以深度脱氮的问题，提出了一种处理低C/N污水的光照式反应装置及其运行方法。

本发明为解决上述技术问题的技术方案如下：

一种处理低C/N污水的光照式反应装置，其包括反应器箱体，所述反应器箱体的内部分隔成上层光照区和下层功能区，所述上层光照区分隔成多个廊道，每个廊道的流程末端的出水通过设置的过流孔洞流入下一个相邻廊道，每个廊道内设置有第一填料，第一填料上挂有藻类-硝化细菌混合聚生体；所述下层功能区包括交替排列且相连通的厌氧氨氧化装置与短程硝化装置以及设置在最后的沉淀出水区，厌氧氨氧化装置包括至少一个厌氧氨氧化区，短程硝化装置包括至少一个短程硝化区，所述上层光照区的最后一个廊道的出水流至下层功能区的一个厌氧氨氧化区，每个厌氧氨氧化区设置有第二填料，第二填料上挂有厌氧氨氧化菌，每个短程硝化区设置有第三填料，第三填料上挂有藻类-硝化细菌混合聚生体。

上述方案中，所述交替排列的厌氧氨氧化装置与短程硝化装置的排列形式为第一厌氧氨氧化装置/第一短程硝化装置/第二厌氧氨氧化装置/第二短程硝化装置/第三厌氧氨氧化装置，所述第一厌氧氨氧化装置包括三个厌氧氨氧化区，所述第二厌氧氨氧化装置包括两个厌氧氨氧化区，所述第三厌氧氨氧化装置包括一个厌氧氨氧化区，所述第一短程硝化装置包括两个短程硝化区，第二短程硝化装置包括一个短程硝化区。

上述方案中，所述下层功能区中每两个相邻区之间的底部相连通，所述相连通的两个相邻区的底部设置锥形的积泥区。

上述方案中，每两个相邻区通过设置在其中一个区上部的过流孔洞与相邻的另两个相邻区相连通。

上述方案中，每个短程硝化区设置有照明装置。

所述的处理低C/N污水的光照式反应装置的运行方法，包括以下步骤：

在第一填料和第三填料上进行藻类-硝化细菌混合聚生体的挂膜；

在第二填料上进行厌氧氨氧化菌的挂膜；

污水首先进入上层光照区，经过第一填料上挂有的藻类‐硝化细菌混合聚生体处理后流入至下层功能区；

污水依次经过下层功能区的厌氧氨氧化装置与短程硝化装置以及沉淀出水区后排出。

上述方案中，藻类‐硝化细菌混合聚生体的挂膜的具体步骤为：

将藻类置于培养基中进行扩大培养，同时获取好氧段末段的活性污泥；将藻类与好氧段末段的活性污泥以质量比1:3～4:1的比例混合并将其分别均匀接种于第一填料和第二填料上，接种的密度保持在3.5‐4.5kg/m³；

加入人工模拟的污水同时开启光照系统，静置12h后开启临时设置的曝气装置，静态培养46‐48h，然后进行换水，静态培养7‐9d后，停止曝气，开启连续进水，大约数周后，第一填料和第三填料上形成稳定的藻类‐硝化细菌混合聚生体，挂膜完成；

上述方案中，厌氧氨氧化菌的挂膜的具体步骤为：

在下层功能区的厌氧氨氧化区放置经过淘洗过滤的厌氧氨氧化活性污泥，用人工配置的营养液进行培养同时向反应器通入氮气以维持系统内无氧状态；

向厌氧氨氧化区装入适当高度的第二填料，同时加装一台水泵，不断将底部的泥水混合液抽回至上部，随后向厌氧氨氧化区内注入人工配置的营养液，其中，氨氮与亚硝态氮的比例为5:6，开始运行；

监测厌氧氨氧化区出水水质，当出水亚硝态氮的浓度低于10mg/L并趋于稳定时，逐步提高进水氨氮与亚硝态氮的浓度，直至到达待处理废水的水平；

经过30‐40d的培养，厌氧氨氧化区的第二填料上形成稳定的厌氧氨氧化生物膜。

上述方案中，其中，上层光照区的水力停留时间控制在2～4h，污泥停留时间为12～20d，pH在7.5～8之间，溶解氧在0.3～0.6mg/L之间。

上述方案中，下层功能区的每个区的水力停留时间为0.5～1h，污泥停留时间为12～20d，pH在7.5～8之间，溶解氧在0.3～0.6mg/L之间。

该方法主要利用藻类-硝化细菌混合聚生体中的藻类进行光合反应，固定大气中的二氧化碳，向水中释放氧气，同时藻类-硝化细菌混合聚生体中的硝化菌利用藻类光合作用产生的氧气进行短程亚硝化反应。随后厌氧氨氧化区内厌氧氨氧化菌将部分的氨氮和亚硝态氮转化为氮气；随后再依次进入后续的光照区与厌氧氨氧化区，重复上述作用，最终在无曝气、无搅拌、无外加碳源的情况下实现低C/N污水深度脱氮的目的。

本发明与现有工艺相比，有以下优势：

1)本发明将藻类与氨氧化细菌组合成藻类-硝化细菌混合聚生体并进行挂膜处理后，反应器内藻类就很难再过量繁殖。藻类对底物氮表现出了很高的亲和性，提高了脱氮的效率。此外，藻类在光合作用的时候可以固定大气中的碳元素并通过其自身代谢产物和生物降解产物等形式，为后续反应提供所需的碳源，可以在不外加碳源和机械曝气的情况下实现低C/N污水的深度脱氮，且具有脱氮率高，污泥产率低，无曝气、能耗低等特点，有很好的应用前景，适合推广使用。

2)本发明的能耗非常低，一方面基于生物膜系统的反应器无需曝气、搅拌与污泥回流，只需要光照就可以完成污水的深度脱氮。另一方面在白天时上部浅层光照区可以充分利用自然光进行光合作用。这样也消除了曝气和搅拌带来的噪音。

3)通过多级的短程亚硝化‐厌氧氨氧化工艺可以在不外加碳源的情况下达到较高的TN的去除率。

4)本方法污泥产率很低，仅为传统生物脱氮工艺的15％左右，可减少污泥处理费用。

附图说明

图1是本发明反应装置的上层光照区的平面图。

图2是本发明反应装置的下层功能区的平面图。

图3是本发明反应装置的A-A剖面图。

图4是本发明反应装置的B-B剖面图。

图5是本发明反应装置的C-C剖面图。

图中：1-隔墙；2-过流孔洞；3-出水区；4-第一填料；5-第二填料；6-第三填料；7-照明灯；8-穿孔排泥管；9-斜管；10-浸没型出水口；11-过流孔洞；12-隔墙开孔；13-箱体；14-上层光照区；15-下层功能区。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施例作进一步的详细说明。

实施例1

如图1至图5所示，其为本实施例提供的一种处理低C/N污水的光照式反应装置，其包括反应器箱体13。在本实施例中，箱体13为长方体，可以理解的是，箱体的形状并不局限于长方体，还可以为其他形状，主要根据实际需求确定。反应器箱体13的内部分隔成上层光照区14和下层功能区15。上层光照区14被隔墙1分隔成多个廊道。在本实施例中，廊道的数目为四条。每个廊道的流程末端的出水通过设置的过流孔洞2流入下一个相邻廊道。最后一个廊道末端设有出水区3。出水区3采用淹没出流，从过流洞口11流入出水区的水从出水区中央的浸没型出水口10流入下部对应的厌氧氨氧化区。

上层光照区14的每个廊道内设置有第一填料4。在本实施例中，第一填料4的形状为球形。每个第一填料4上挂有藻类-硝化细菌混合聚生体。上层光照区14的设计水深为0.5m。在每个廊道内侧均留有卡扣，并通过尼龙绳将球形第一填料4固定。光照式反应装置内装有溶解氧监控仪(图未示)，上部安装一台照明灯(图未示)，当光线强度不够的时候，产生的氧气不足，开启照明灯以增强光合作用。

下层功能区15包括交替排列且相连通的厌氧氨氧化装置与短程硝化装置以及设置在最后的沉淀出水区。厌氧氨氧化装置包括至少一个厌氧氨氧化区，短程硝化装置包括至少一个短程硝化区，每个厌氧氨氧化区设置有第二填料5。在本实施例中，第二填料5的形状为盾形。第二填料5上挂有厌氧氨氧化菌，每个短程硝化区设置有第三填料6，第三填料6上挂有藻类-硝化细菌混合聚生体。

交替排列的厌氧氨氧化装置与短程硝化装置的排列形式为第一厌氧氨氧化装置/第一短程硝化装置/第二厌氧氨氧化装置/第二短程硝化装置/第三厌氧氨氧化装置。其中，第一厌氧氨氧化装置包括三个厌氧氨氧化区，第二厌氧氨氧化装置包括两个厌氧氨氧化区，第三厌氧氨氧化装置包括一个厌氧氨氧化区，第一短程硝化装置包括两个短程硝化区，第二短程硝化装置包括一个短程硝化区。因此，在本实施例中，下层功能区15包括10个区(包括沉淀出水区)，被分成10个格室，形成多级的短程亚硝化-厌氧氨氧化工艺。

下层功能区中每两个相邻区之间的底部相连通，相连通的两个相邻区的底部设置锥形的积泥区，积泥区底部设置一条穿孔排泥管8。每两个相邻区通过设置在其中一个区上部的隔墙开孔12与相邻的另两个相邻区相连通。沉淀出水区为斜管沉淀池。短程亚硝化区短设置有照明灯7，为藻类提供光能进行光合作用。

采用本实施例的方案，污水首先进入上层光照区14，固着在第一填料4上的藻类-硝化细菌混合聚生体中的藻类利用光照进行光合反应，固定大气中的二氧化碳，向水中释放氧气，然后藻类-硝化细菌混合聚生体中的硝化菌利用藻类光合作用产生的氧气将部分氨氮氧化为亚硝氮，即发生了短程亚硝化反应。水流到达上层末端后，通过淹没出流进入下层的厌氧氨氧化区，固着在第二填料5上的厌氧氨氧化菌将部分的氨氮和亚硝态氮转化为氮气溢出。水流随后再依次进入后续的短程亚硝化区与厌氧氨氧化区，经过多级反应，最终到达沉淀出水区，通过斜管9沉淀后出水，实现将氮从污水中脱除的目的。

采用本实施例的装置进行低C/N污水的处理方法，包括如下步骤：

1)藻类‐硝化细菌混合聚生体的挂膜：首先取得四尾栅藻、微囊藻等藻类，将其置于BG‐11培养基中进行扩大培养，还需取得活性污泥系统中好氧段末段的活性污泥以及厌氧氨氧化污泥。将藻类与好氧段末段的活性污泥以质量比2:1的比例混合并将其分别均匀接种于球形第一填料和第三填料6上，接种的密度保持在4.2kg/m³左右，加入人工模拟的污水同时开启光照系统。静置2h后开启临时设置的曝气装置，静态培养48h左右，然后进行换水，静态培养7d后，停止曝气，开启连续进水，在培养了30天左右时，填料上形成稳定的藻类‐硝化细菌混合聚生体，挂膜完成。

2)厌氧氨氧化菌的挂膜：首先在厌氧氨氧化区放置一定量进过淘洗过滤的厌氧氨氧化活性污泥，用人工配置的营养液进行培养。然后向厌氧氨氧化区装入适当高度的盾形第二填料5，同时加装一台水泵，不断将底部的泥水混合液抽回至上部，随后向厌氧氨氧化区内注入人工配置的营养液(氨氮与亚硝态氮的比例为5:6)，开始运行。监测厌氧氨氧化区出水水质，当出水亚硝态氮的浓度低于2mg/L并趋于稳定时，逐步提高进水氨氮与亚硝态氮的浓度，直至到达待处理废水的水平。经过34天的培养，厌氧氨氧化区盾形第二填料5上形成稳定的厌氧氨氧化生物膜。

3)以模拟废水作为实验污水，COD为150mg/L，氨氮为50mg/L，进入上层光照区14。上层的水力停留时间控制在3.5h，SRT为12～20d，PH在7.6～7.9之间，溶解氧在0.3～0.5mg/L之间。下层功能区15的每个格室的水力停留时间约为1h，短程亚硝化区开启边壁的照明灯，其SRT同样为12～20d PH在7.6～7.9之间，溶解氧在0.3～0.5mg/L之间。处理后的废水氨氮平均浓度降至2.7mg/L，TN平均浓度降至4.9mg/L，COD平均浓度为34mg/L，氨氮去除率达到94.6％，TN去除率达到90.2％。

实施例2

采用实施例1的装置和方法，用于普通二级生物反应池出水的深度脱氮处理，因此，试验污水模拟武汉市某污水处理厂二沉池出水水质配制，进水中的主要水质指标：氨氮(NH₄ ⁺‐N)为9mg/L，化学需氧量(CODcr)为50mg/L。上层光照区14的水力停留时间控制在4h，SRT为12～20d，PH在7.4～7.6之间，溶解氧在0.4～0.6mg/L之间。下部多功能组合区15的每个格室的水力停留时间约为2h，其中短程亚硝化区开启边壁的照明灯7，其SRT同样为12～20d PH在7.6～7.9之间，溶解氧在0.3～0.5mg/L之间。处理后的废水的氨氮降至0.73mg/L，TN平均浓度降至1.24mg/L，COD平均浓度为18.9mg/L，氨氮去除率达到91.9％，TN去除率达到86.22％。达到城镇污水处理厂污染物排放标准一级A标准。

实施例3

采用实施例1的装置和方法，用于景观用水的深度脱氮处理，试验用水来自于武汉市南湖的景观水。该水主要水质指标：氨氮(NH₄ ⁺‐N)为3.3mg/L，TN为3.8mg/L，化学需氧量(CODcr)为28.8mg/L。上层光照区14的水力停留时间控制在4h，污泥龄为18d，测得PH在7.6左右，溶解氧的值0.52mg/L左右。下部多功能组合区15的每个格室的水力停留时间约为1.5h，其中短程亚硝化区开启边壁的照明灯，其污泥龄同样为18d。测得其PH在7.7左右，溶解氧在0.3mg/L。处理后的废水的氨氮降至0.35mg/L，TN平均浓度降至0.47mg/L，COD平均浓度为18.9mg/L，氨氮去除率达到89.39％，TN去除率达到87.63％。符合《景观娱乐用水水质标准》。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种处理低C/N污水的光照式反应装置，其特征在于，其包括反应器箱体，所述反应器箱体的内部分隔成上层光照区和下层功能区，所述上层光照区分隔成多个廊道，每个廊道的流程末端的出水通过设置的过流孔洞流入下一个相邻廊道，每个廊道内设置有第一填料，第一填料上挂有藻类-硝化细菌混合聚生体；所述下层功能区包括交替排列且相连通的厌氧氨氧化装置与短程硝化装置以及设置在最后的沉淀出水区，厌氧氨氧化装置包括至少一个厌氧氨氧化区，短程硝化装置包括至少一个短程硝化区，所述上层光照区的最后一个廊道的出水流至下层功能区的一个厌氧氨氧化区，每个厌氧氨氧化区设置有第二填料，第二填料上挂有厌氧氨氧化菌，每个短程硝化区设置有第三填料，第三填料上挂有藻类-硝化细菌混合聚生体。

2.如权利要求1所述的处理低C/N污水的光照式反应装置，其特征在于，所述交替排列的厌氧氨氧化装置与短程硝化装置的排列形式为第一厌氧氨氧化装置/第一短程硝化装置/第二厌氧氨氧化装置/第二短程硝化装置/第三厌氧氨氧化装置，所述第一厌氧氨氧化装置包括三个厌氧氨氧化区，所述第二厌氧氨氧化装置包括两个厌氧氨氧化区，所述第三厌氧氨氧化装置包括一个厌氧氨氧化区，所述第一短程硝化装置包括两个短程硝化区，第二短程硝化装置包括一个短程硝化区。

3.如权利要求1所述的处理低C/N污水的光照式反应装置，其特征在于，所述下层功能区中每两个相邻区之间的底部相连通，所述相连通的两个相邻区的底部设置锥形的积泥区。

4.如权利要求3所述的处理低C/N污水的光照式反应装置，其特征在于，每两个相邻区通过设置在其中一个区上部的过流孔洞与相邻的另两个相邻区相连通。

5.如权利要求1所述的处理低C/N污水的光照式反应装置，其特征在于，每个短程硝化区设置有照明装置。

6.如权利要求1所述的处理低C/N污水的光照式反应装置的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

在第二填料上进行厌氧氨氧化菌的挂膜；

7.如权利要求6所述的处理低C/N污水的光照式反应装置的运行方法，其特征在于，藻类‐硝化细菌混合聚生体的挂膜的具体步骤为：

将藻类置于培养基中进行扩大培养，同时获取活性污泥系统中好氧段末段的活性污泥；将藻类与好氧段末段的活性污泥以质量比1:3～4:1的比例混合并将其分别均匀接种于第一填料和第三填料上，接种的密度保持在3.5‐4.5kg/m³；

加入人工模拟的污水同时开启光照系统，静置12h后开启临时设置的曝气装置，静态培养36‐48h，然后进行换水，静态培养7‐9d后，停止曝气，开启连续进水，大约数周后，第一填料和第三填料上形成稳定的藻类‐硝化细菌混合聚生体，挂膜完成。

8.如权利要求6所述的处理低C/N污水的光照式反应装置的运行方法，其特征在于，厌氧氨氧化菌的挂膜的具体步骤为：

9.如权利要求6所述的处理低C/N污水的光照式反应装置的运行方法，其特征在于，其中，上层光照区的水力停留时间控制在2～4h，污泥停留时间为12～20d，pH在7.5～8之间，溶解氧在0.3～0.6mg/L之间。

10.如权利要求6所述的处理低C/N污水的光照式反应装置的运行方法，其特征在于，下层功能区的每个区的水力停留时间为0.5～1h，污泥停留时间为12～20d，pH在7.5～8之间，溶解氧在0.3～0.6mg/L之间。