CN107055940B - 基于短程硝化反硝化的高氨氮污水深度处理工艺 - Google Patents

基于短程硝化反硝化的高氨氮污水深度处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于短程硝化反硝化的高氨氮污水深度处理工艺,首先,将预处理后的高氨氮污水进行两级短程硝化反硝化处理;再将两级短程硝化反硝化处理后的出水进行深度处理,然后直接排放;所述的深度处理包括生物过滤处理、高级氧化处理、膜生物处理中的至少一种。本发明提供了一种基于短程硝化反硝化的高氨氮污水深度处理工艺,实现了高氨氮污水的深度处理,经处理后的出水符合达标排放的标准。

Description

基于短程硝化反硝化的高氨氮污水深度处理工艺
技术领域
本发明涉及污水处理的技术领域,具体涉及一种基于短程硝化反硝化的高氨氮污水深度处理工艺。
背景技术
水污染问题日益受到人们的关注,水体富营养化日趋恶化,造成富营养化的主要原因是N、P的大量排放。国家将氨氮减排10%纳入了约束性指标,在2015年4月又进一步发布了“水污染防治行动计划”(水十条),提出了到2020年,长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河等七大重点流域水质优良(达到或优于Ⅲ类)比例总体达到70%以上;到2030年,全国七大重点流域水质优良比例总体达到75%以上的水污染控制目标。国家还建立环境质量改善和污染物总量控制的双重体系,在既有常规污染物总量控制的基础上,新增污染物总量控制注重特定区域和行业,氮减排力度只会增强而不会弱化。
在众多含氮废水中,高氨氮一类污水由于其成分较为复杂、污染物浓度较高、排放量大、处理难度高的特点,受到了各国环保领域的高度重视,其高效处理也成为目前我国废水处理中亟待解决的重要问题。高氨氮污水主要来源于石油化工、有色金属化学冶金、化肥、纺织印染、制药、味精、肉类加工和养殖等生产行业,也包括垃圾渗滤液和污泥消化液等,氨氮浓度一般在1000~6000mg/L之间,系国家严禁直排的高污染污水。
目前在高氨氮污水处理中应用最为广泛的还是生物法。短程硝化反硝化是近几年发展起来的一种新型生物脱氮技术,相较于全程硝化生物脱氮工艺,更加节省需氧量和碳源消耗,同时污泥产量少,进而节省运行费用和基建费用,具有显著的可持续性与经济效益,特别在处理低碳氮比高氨氮污水方面已获得广泛的重视。
如申请公布号为CN104528934A的中国发明专利申请文献公开了一种短程硝化-反硝化脱氮膜生物反应器及其污水处理工艺,采用多级串联的脱氮反应室,实现了短程硝化反硝化脱氮,但是基建投资和运行成本高,运行维护比较复杂。
又如申请公布号为CN105692900A的中国发明专利申请文献公开了一种短程硝化-反硝化间歇曝气序批式生物反应装置及处理高氨氮污水的方法,公开了在一个一体化序批式反应器内实现稳定短程硝化的控制方法,但未涉及到高氨氮污水的深度处理。
发明内容
本发明提供了一种高氨氮污水深度处理工艺,经两级短程硝化反硝化处理后,再经深度处理实现了高氨氮污水的深度处理,经处理后的出水符合达标排放的标准。
具体技术方案如下:
一种基于短程硝化反硝化的高氨氮污水深度处理工艺,包括以下步骤:
(1)将预处理后的高氨氮污水进行两级短程硝化反硝化处理;
(2)步骤(1)处理后的出水再经深度处理后直接排放;
所述的深度处理包括生物过滤池处理、高级氧化处理、膜生物处理中的至少一种。
作为优选,步骤(1)中,所述的高氨氮污水采用混凝沉淀法进行预处理,预处理后的出水中,固体悬浮物(SS)≤1000mg/L。
该步预处理过程在混凝沉淀池中进行,用于去除高氨氮污水中大量的悬浮物质及大颗粒物质。
进一步优选,采用的混凝剂选自聚合氯化铝(PAC)或硫酸亚铁,助混凝剂选自聚丙烯酰胺(PAM);
以高氨氮污水的体积计,混凝剂的投加量为50~500mg/L,助混凝剂的投加量为5~50mg/L。
作为优选,步骤(1)中,所述的两级短程硝化反硝化处理均采用间歇曝气方式,曝气频率为每周期2~6次,曝气百分比为1~2.5。
曝气频率指一个运行周期内不曝气/曝气环境的交替次数;
曝气百分比是指一个运行周期内曝气时间与非曝气时间的比值。
作为优选,第一级短程硝化反硝化处理采用分步减量进水模式,第二级短程硝化反硝化处理采用一步进水模式。
进一步优选,所述的第一级短程硝化反硝化处理在0.3~0.6kgNH4 +-N/m3·d的高容积负荷下进行,如此设置是因为高氨氮废水处理最大限制因素是氨氮负荷,第一级短程硝化反硝化控制在此高负荷下运行,可以避免第一级生物过程过度去除有机物和氨氮,以保障第二级生物过程的强化处理效果。
进一步优选,采用四步减量进水模式,具体为:
第一次进水量占周期进水总量的30~50%,不曝气30~80min,曝气40~120min;
第二次进水量占周期进水总量的20~40%,不曝气30~80min,曝气40~120min;
第三次进水量占周期进水总量的10~20%,不曝气30~80min,曝气40~120min;
第四次进水量占周期进水总量的5~10%,不曝气30~80min,曝气40~120min。
经上述处理工艺后,还需再进行无曝气20~50min、静置沉淀40~60min及排水10~30min。
再优选,好氧阶段使用微孔曝气管曝气,并控制第一个好氧阶段的溶解氧(DO)为0.5~1.5mg/L;缺氧阶段使用搅拌器搅拌(100~200r/min),DO小于0.5mg/L,20~30℃下运行。
进一步优选,所述的第二级短程硝化反硝化处理在0.1~0.3kgNH4 +-N/m3·d的低容积负荷下进行,如此设置是保障强化脱碳脱氮效果,能进一步去除难降解有机物。具体为:
进水10~30min,无曝气30~80min,曝气40~120min,再次交替循环无曝气、曝气,最后经静置沉淀40~60min和排水10~30min。
再进一步优选,所述的第二级短程硝化反硝化处理中,曝气频率为4,曝气百分比为1.4。
上述的两级短程硝化反硝化处理分别在两个间歇曝气SBR池内进行,第一级短程硝化反硝化处理在高负荷下进行,可以去除大部分易生物降解物质,并控制第一级短程硝化反硝化处理后的出水中COD≤1000mg/L,NH4 +-N≤300mg/L。出水进行第二级短程硝化反硝化处理,该处理过程中,构建新的生物体系,部分难降解有机污染物得到了进一步地降解,并控制第二级短程硝化反硝化处理后的出水中COD≤350mg/L,NH4 +-N≤25mg/L。
步骤(2)中,所述的生物过滤处理可以去除有色难降解化合物,高级氧化处理可以将剩余难降解有机大分子变成易降解小分子,再最后经膜生物处理后去除完全,从而使出水达到相应标准。
作为优选,所述的生物过滤处理在生物过滤池内进行,采用生物活性炭作为滤池填充填料,填充率为60~70%,运行空床停留时间为1~5h。
作为优选,所述的高级氧化处理为臭氧氧化处理,以待处理的废水体积计,臭氧投加量为200~350mg/L,运行水力停留时间5~10h。
作为优选,所述的膜生物处理在膜生物反应器内进行,采用内置PVDF平板膜组件,过滤通量为10~15L/m2·h,平均膜孔径0.1μm,水力停留时间为3~6h,污泥浓度为8~10g/L。
对经两级短程硝化反硝化处理后的出水所采用的深度处理工艺可以是生物过滤处理、高级氧化处理、膜生物处理中的单独一种,也可以将其中的任意两种或任意三种进行联用,具体根据待处理的高氨氮污水的水质情况进行选择性优化,从而节省运行成本。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1、本发明中将短程硝化反硝化处理工艺与包括生物过滤处理、高级氧化处理、膜生物处理等在内的深度处理工艺结合,实现了高氨氮污水的深度处理,经处理后的出水符合达标排放的标准;
2、本发明中采用两级短程硝化反硝化处理工艺,并在第一级短程硝化反硝化处理采用分步减量进水模式,在第二级短程硝化反硝化处理采用一步进水模式,可以在节省碳源消耗和运行能耗的基础上,抗水质水量波动能力强,大幅度提高出水水质稳定性并实现难降解有机物在生物体系中的强化去除效率,提高后续深度处理工艺的稳定性和经济性。
3、本发明中根据待处理水质的情况,可以对两级短程硝化反硝化处理后的深度处理工艺的具体方式进行调整,更加经济也更加灵活。
附图说明
图1为本发明的基于短程硝化反硝化的高氨氮污水深度处理工艺的流程图;
图2为本发明中短程硝化反硝化处理工艺的运行模式图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明技术方案做进一步的阐述。
如图1所示,一种基于短程硝化反硝化的高氨氮污水深度处理工艺,其采用的设备包括混凝沉淀池、1级间歇曝气SBR池、2级间歇曝气SBR池、生物过滤池、氧化池、膜处理设备。
实施例1
以嘉兴市某养猪场沼气池出水(平均COD浓度为3532mg/L,BOD5/COD在0.25~0.35之间,氨氮浓度为923mg/L,总氮浓度为1489mg/L,SS为2.3g/L,pH 7.8~8.3)为例。
废水首先由调节池提升到混凝沉淀池去除悬浮物和大颗粒物质,混凝沉淀采用PAC作混凝剂,投加量为100mg/L,采用PAM作助凝剂,投加量为12mg/L,混凝沉淀出水的SS≤1000mg/L。
混凝沉淀出水以自流方式进入1级间歇曝气SBR,采用分步减量进水模式(如图2中上图所示),每12h为一个运行周期,运行水力停留时间设置为2d,容积负荷为0.46kg NH4 +-N/m3·d,曝气频率为4,曝气百分比为1.2,具体运行模式为:进水10min(周期进水总量的50%),无曝气55min,曝气90min;进水4min(周期进水总量的20%),无曝气45min,曝气100min;进水4min(周期进水总量的20%),无曝气50min,曝气95min;进水2min(周期进水总量的10%),无曝气40min,曝气105min;无曝气40min,静置沉淀60min,排水20min。好氧阶段使用微孔曝气管曝气,控制第一个好氧阶段DO在0.5~1.5mg/L,缺氧阶段使用搅拌器搅拌(100~200r/min),DO小于0.5mg/L,20~30℃运行。1级间歇曝气SBR出水COD 500~1000mg/L,NH4 +-N 100~300mg/L,TN 200~400mg/L。
将1级间歇曝气SBR出水输送至2级间歇曝气SBR,采用一步进水模式(如图2中下图所示),每8h为一个运行周期,运行水力停留时间设置为1d,容积负荷为0.23kg NH4 +-N/m3·d,曝气频率为4,曝气百分比为1.4,具体运行模式为:进水10min,无曝气35min,曝气70min,交替循环4次,静置沉淀40min,排水10min。其它同1级间歇曝气SBR。2级间歇曝气SBR出水COD≤300mg/L,NH4 +-N≤25mg/L,TN≤70mg/L。
将2级间歇曝气SBR的出水输送至生物过滤池处理,采用生物活性炭作为滤池填充填料,填充率为60%,运行空床停留时间为2h,生物滤池出水COD≤150mg/L,符合达标排放要求。
在该进水水质和运行参数下,装置稳定运行3个月,亚硝态氮积累率稳定保持在75%以上,出水COD、氨氮、TN均达到2014年3月发布的《畜禽养殖业污染物排放标准》(征求意见稿),且不需要额外添加碱度药剂。
对比例1-1
将1级间歇曝气SBR改为一步进水模式,即:进水20min→无曝气55min,曝气90min→无曝气45min,曝气100min→无曝气50min,曝气95min→无曝气40min,曝气105min→无曝气40min→静置沉淀60min→排水20min。其它均同上述实施例。
发现1级间歇曝气SBR出水COD 600~1400mg/L,NH4 +-N 300~500mg/L,TN 300~500mg/L。2级间歇曝气SBR出水COD 300~700mg/L,NH4 +-N≤25mg/L,TN 150~350mg/L。生物过滤池出水COD 250~400mg/L。对于2014年3月发布的《畜禽养殖业污染物排放标准》(征求意见稿),TN达标需要在1级或2级装置里额外添加碳源,而COD达标则需要进一步深度处理。运行成本将大幅度提升。
对比例1-2
1级间歇曝气SBR运行模式同对比例1-1,改变2级间歇曝气SBR运行模式,曝气频率变为2,曝气百分比变为1.25,即:进水10min→无曝气50min,曝气100min,交替循环2次→静置沉淀40min→排水10min。
发现1级间歇曝气SBR出水COD 600~1400mg/L,NH4 +-N 300~500mg/L,TN 300~500mg/L。2级间歇曝气SBR出水COD 200~600mg/L,NH4 +-N≤80mg/L,TN 200~400mg/L。相较对比例1-1,2级间歇曝气SBR出水氨氮浓度明显升高,但TN和COD浓度均有所降低。生物滤池处理后出水NH4 +-N≤25mg/L,COD 140~350mg/L,仍无法稳定达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(征求意见稿)。
对比例1-3
1级和2级间歇曝气SBR运行模式同实施例1,仅改变1级间歇曝气容积负荷为0.23kg NH4 +-N/m3·d。
发现1级间歇曝气SBR出水COD 350~550mg/L,NH4 +-N≤100mg/L,TN≤180mg/L。2级间歇曝气SBR出水COD 300~400mg/L,NH4 +-N≤25mg/L,TN≤150mg/L。相较实施例1,2级间歇曝气SBR无法实现对难降解有机物的深度去除,出水TN也无法达标。生物滤池处理后COD去除效果不明显,仍无法达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(征求意见稿),需要进一步深度处理。
实施例2
以某焚烧垃圾热电企业产生的垃圾渗滤液(平均COD浓度为1963mg/L,BOD5/COD在0.18~0.25之间,氨氮浓度为1310mg/L,总氮浓度为1550mg/L,SS为2.7g/L,pH 8.1~8.7)为例。
废水首先由调节池提升到混凝沉淀池去除悬浮物和大颗粒物质,混凝沉淀采用FeSO4作混凝剂,投加量为300mg/L,采用PAM作助凝剂,投加量为8mg/L,混凝沉淀出水的SS≤1000mg/L。
混凝沉淀出水外加碳源控制COD/TN为3左右,以自流方式进入1级间歇曝气SBR,模式同实施例1(如图2中上图所示),运行水力停留时间为3.5d,容积负荷为0.37kg NH4 +-N/m3·d。1级间歇曝气SBR出水COD≤800mg/L,NH4 +-N≤300mg/L,TN≤500mg/L。
将1级间歇曝气SBR出水输送至2级间歇曝气SBR,模式同实施例1(如图2中下图所示),运行水力停留时间设置为2d,容积负荷为0.2kgNH4 +-N/m3·d,外加碳源控制运行COD/TN为4左右。2级间歇曝气SBR出水COD≤350mg/L,NH4 +-N≤25mg/L,TN≤40mg/L。
将2级间歇曝气SBR的出水输送至生物过滤池处理,采用生物活性炭作为滤池填充填料,填充率为70%,运行空床停留时间为4h,生物滤池出水COD≤300mg/L。
生物滤池出水输送至臭氧催化氧化塔,臭氧投加量为220mg/L,运行水力停留时间8h。
臭氧氧化塔出水输送至膜生物反应器,膜生物反应器采用内置PVDF平板膜组件,过滤通量为10~15L/m2·h,平均膜孔径0.1μm。膜生物反应器的水力停留时间为4h,污泥浓度为8~10g/L。膜生物反应器稳定出水COD≤100mg/L。
在该进水水质和运行参数下,装置稳定运行3个月,亚硝态氮积累率稳定保持在75%以上,出水COD、氨氮、TN均达到《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB 16889-2008)》,且不需要额外添加碱度药剂。
对比例2-1
待处理的污水为实施例2中的某焚烧垃圾热电企业产生的垃圾渗滤液,采用两级间歇曝气SBR处理后,不经过生物过滤池处理,直接输送至臭氧催化氧化塔,臭氧投加量为220mg/L,运行水力停留时间为8h。
臭氧氧化塔出水输送至膜生物反应器,膜生物反应器采用内置PVDF平板膜组件,过滤通量为10~15L/m2·h,平均膜孔径0.1μm。膜生物反应器的水力停留时间为4h,污泥浓度为8~10g/L。膜生物反应器出水COD无法稳定在100mg/L以下,最高可以波动至130mg/L左右。
对比例2-2
待处理的污水为实施例2中的某焚烧垃圾热电企业产生的垃圾渗滤液,采用两级间歇曝气SBR处理后,同对比例2-1,不经过生物过滤池处理,直接输送至臭氧催化氧化塔,但臭氧投加量增加为320mg/L,运行水力停留时间延长为10h。
臭氧氧化塔出水输送至膜生物反应器,膜生物反应器采用内置PVDF平板膜组件,过滤通量为10~15L/m2·h,平均膜孔径0.1μm。膜生物反应器的水力停留时间延长为4h,污泥浓度为8~10g/L。发现膜生物反应器可实现稳定出水COD≤100mg/L。
以上内容是结合具体实施方式对本发明所做的说明,便于该领域技术人员更好地理解和应用本发明,不能认为本发明的具体实施只限于这些说明,因此,该领域技术人员基于本发明所做的简单改进都在本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于短程硝化反硝化的高氨氮污水深度处理工艺,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将预处理后的高氨氮污水进行两级短程硝化反硝化处理;
所述的两级短程硝化反硝化处理均采用间歇曝气方式,第一级短程硝化反硝化处理的曝气频率为每周期2~6次,曝气百分比为1~2.5,第二级短程硝化反硝化处理的曝气频率为每周期4次,曝气百分比为1.4;
所述的第一级短程硝化反硝化处理在0.3~0.6kg NH4 +-N/m3·d的高容积负荷下运行,采用四步减量进水模式,具体为:
第一次进水量占周期进水总量的30~50%,不曝气30~80min,曝气40~120min;
第二次进水量占周期进水总量的20~40%,不曝气30~80min,曝气40~120min;
第三次进水量占周期进水总量的10~20%,不曝气30~80min,曝气40~120min;
第四次进水量占周期进水总量的5~10%,不曝气30~80min,曝气40~120min;
所述的第二级短程硝化反硝化处理在0.1~0.3kg NH4 +-N/m3·d的低容积负荷下运行,采用一步进水模式;
(2)步骤(1)处理后的出水再经深度处理后直接排放;
所述的深度处理依次由生物过滤处理、高级氧化处理和膜生物处理组成;
所述的生物过滤处理在生物过滤池内进行,采用生物活性炭作为滤池填充填料,填充率为60~70%,运行空床停留时间为1~5h;
所述的高级氧化处理为臭氧氧化处理,以待处理的废水体积计,臭氧投加量为200~350mg/L,运行水力停留时间5~10h;
所述的膜生物处理在膜生物反应器内进行,采用内置PVDF平板膜组件,过滤通量为10~15 L/m2·h,平均膜孔径0.1μm,水力停留时间为3~6h,污泥浓度为8~10g/L。
2.根据权利要求1所述的基于短程硝化反硝化的高氨氮污水深度处理工艺,其特征在于,步骤(1)中,所述的高氨氮污水采用混凝沉淀法进行预处理,预处理后的出水中,固体悬浮物≤1000mg/L。
3.根据权利要求2所述的基于短程硝化反硝化的高氨氮污水深度处理工艺,其特征在于,采用的混凝剂选自聚合氯化铝或硫酸亚铁,助混凝剂选自聚丙烯酰胺;
以高氨氮污水的体积计,混凝剂的投加量为50~500mg/L,助混凝剂的投加量为5~50mg/L。
4.根据权利要求1所述的基于短程硝化反硝化的高氨氮污水深度处理工艺,其特征在于,经第一级短程硝化反硝化处理后的出水中COD≤1000mg/L,NH4 +-N≤300mg/L。
5.根据权利要求1所述的基于短程硝化反硝化的高氨氮污水深度处理工艺,其特征在于,经第二级短程硝化反硝化处理后的出水中COD≤350mg/L,NH4-N≤25mg/L。
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