CN108128895A - 一种生物脱氮一体化处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种生物脱氮一体化处理工艺。一体化处理工艺主要由生物脱氮一体化装置、保温系统、进水系统、曝气系统、搅拌器、污泥回流系统组成；一体化处理工艺包括以下步骤：①进水系统将含高氨氮废水从内腔（上）和内腔（下）中间的中心位置泵入，混合液经过上层内循环后从内腔（下）的外侧四周流入下层，处理后再由内腔（下）的内部的出水立管流入沉淀区，最后从出水管排出；②曝气系统将进气分成两条支路，分别从内筒外侧立管引入靠近进水口的正下方位置和内腔（下）的上圆柱面的内部中心位置；③锥形底部的沉淀污泥通过污泥回流系统回流至内腔（下）的顶部中心位置。本发明具有工艺流程短、分区明确、易于控制、环境友好等优点。

Description

一种生物脱氮一体化处理工艺
技术领域
本发明涉及一种生物脱氮一体化工艺，属于污废水处理领域。
背景技术
随着社会的不断发展和人们生活水平的不断提高，水环境日益恶化，水中的氮含量不断增加造成水质严重恶化。近几十年的发展使得农村、城市的地面水、地下水都存在氮素污染。
氨态氮是水相环境中氮的主要存在形态。当含氨废水排入江河湖泊，尤其是水资源不十分充足的小河、鱼塘中时，可引起受纳水体亏氧，滋生有害水生物，导致鱼类中毒。城市生活废水、各种饲养场的排放水、化粪池浸滤液，其氨氮含量在100～500 mg/L之间。随着有色金属湿法冶金的发展，这些生产厂常排放出高浓度的含氨或铵废水，其氨氮含量在10g/L以上，有的甚至高达100 g/L左右。高氨氮废水的肆意排放所致的湖泊“水华”及近海“赤潮”，频频发生，危及农业、渔业、旅游业等诸多行业，并对饮水卫生和食品安全构成严重威胁。由此可见，废水氮素污染的控制迫在眉睫，刻不容缓。
在废水脱氮中，生物脱氮是最为经济有效的处理技术，因为这种方法成本低，操作简单，无二次污染。目前，主要的生物脱氮工艺有传统的硝化-反硝化工艺，新型生物脱氮工艺，如半硝化-反硝化、厌氧氨氧化等。
硝化—反硝化法的代表工艺主要有A/O工艺，A/O工艺对城市污水中的有机物、氨氮等物质均有较高的去除效果；抗负荷冲击能力强，无外加碳源；具有投资省、操作费用和运行费用均较低等优点。然而，在硝化池出水中含有一定浓度的硝酸盐，如果沉淀池运行不当，会发生反硝化反应，使污泥上浮，影响出水效果；且若要提高脱氮效率，必须加大内循环比，这不仅会增加运行费用，还会增加反硝化池的溶解氧浓度，影响反硝化效果。因此，A/O工艺的脱氮率很难达到90%。
新型生物脱氮工艺的装置形式主要有UASB、CSTR等。但UASB、CSTR反应器内分区不明显，颗粒污泥浓度难以维持，污泥颗粒化效果不好，水中溶解氧的含量很难控制，不利于AOB、NOB、反硝化菌与Anammox菌等脱氮微生物同时高效作用，且能耗较大，过程难以控制，脱氮效果难以维持。
本发明具有装置内部上下分区、两点曝气等特点，分别在内腔（上）、内腔（下）里面曝气，控制不同的溶解氧浓度，能够维持好的反应运行条件；另外，本发明的污泥回流系统可以维持装置内较高的污泥浓度，污泥颗粒化程度高、一体化程度高、运行操作简便。本生物脱氮一体化工艺具有工艺流程短、分区明显、系统操作简便、占地面积小、运行费用低、环境友好等优点。
发明内容
本发明要解决的问题就在于：针对现有技术工艺流程长、曝气量大、需要外加碳源、污泥产量较高、颗粒污泥浓度难以维持、过程难控制等问题，本发明提供一种生物脱氮一体化工艺。
为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种生物脱氮一体化处理工艺，其特征在于该工艺主要由生物脱氮一体化装置、保温系统、进水系统、曝气系统、搅拌器、污泥回流系统组成；所述生物脱氮一体化装置包括锥形底部、外筒、内筒、内腔（上）、内腔（下）、顶盖；所述内筒由上法兰、圆柱面和底盘构成；所述圆柱面外侧四周均匀分布8根立管；所述立管分别穿过并伸进圆柱面内部；所述圆柱面的下部对称设置两根出水立管；所述出水立管伸至内腔（下）的下圆柱面以里位置，并直角延伸至内腔（下）的中部；所述内筒的内部上下分层；所述内腔（上）和内腔（下）为中心对称结构，且分别位于内筒的上层和下层；所述内腔（上）从上至下依次由侧壁开孔的中空圆筒、中空平台和圆锥台面构成；所述中空圆筒上端密闭，下端嵌于中空平台内；所述圆锥台面的上端和下端内径分别为中空圆筒的1.5~2倍和2~4倍；所述内腔（下）从上至下依次由内腔法兰、侧壁开孔的上圆柱面、中空的倒圆锥台面、下圆柱面构成；所述上圆柱面的内径与中空圆筒相同；所述倒圆锥台面的上端直径与上圆柱面相同，下端直径与下圆柱面相同；所述下圆柱面的内径为上圆柱面的3~6倍；所述生物脱氮一体化处理工艺包括以下步骤：①进水系统将含高氨氮废水从外筒进水口由内筒外侧立管进入内腔（上）和内腔（下）中间的中心位置泵入，混合后的混合液经过上层内循环后从内腔（下）的外侧四周流入下层，处理后再由内腔（下）的内部的出水立管进水口流入内筒外壁与外筒内壁之间的沉淀区，最后从外筒上端出水管排出；②曝气系统将进气分成两条支路，分别从内筒外侧立管引入靠近进水口的正下方位置和内腔（下）的上圆柱面的内部中心位置；③锥形底部的沉淀污泥通过污泥回流系统回流至内腔（下）的顶部中心位置。
所述的生物脱氮一体化装置运行时维持温度为20~40ºC，HRT为1~6小时，MLVSS为1~10 g/L，容积负荷为0.5~10 kgN/m3/d，控制内腔（上）的内部的DO值为0.1~0.5 mg/L，内腔（下）的内部的DO值小于0.1 mg/L。
所述曝气系统采用两点曝气，分别在进水管的正下方位置和内腔（下）的上圆柱面内部中心位置实施曝气，且控制曝气量之比为3~10:1，以内腔（上）为中心，由下往上形成内部快循环，上升流速为0.02~0.2 m/s；以内腔（下）为中心，由下往上形成内部慢循环，上升流速为0.5~5 m/h。
所述搅拌系统桨片位于内筒的底部和内腔（下）的下圆柱面内部中间位置，且维持桨片长度分别为内筒内径的1/4~1/3和内腔（下）的下圆柱面内径的1/4~3/8；所述桨片在运行时维持搅拌速度为50~500 rad/min。
所述污泥回流系统的污泥回流比控制为0.3~1.0。
与现有工艺相比本发明的优点就在于：本发明针对上述问题开发了一种生物脱氮一体化工艺，具有分区、两点曝气等特点，分别在内腔（上）、内腔（下）里面曝气，控制不同的溶解氧浓度，能够维持好的反应运行条件；另外，本工艺的污泥回流系统可以维持装置内较高的污泥浓度，污泥颗粒化程度高、一体化程度高、运行操作简便。
综上，本发明实现了脱氮装置内分层内循环、优化流场、分区控制溶解氧和脱氮微生物种类及污泥浓度，有利于优化多种脱氮功能微生物空间分布和大量蓄积、充分发挥其活性，进而获得较好的脱氮效果，因此具有工艺流程短、分区明确、易于控制、占地面积小、运行费用低、环境友好等优点。
附图说明
图1是一种生物脱氮一体化工艺流程示意图。
图例说明
1 生物脱氮一体化装置
1-1 进水管 1-2 出水管
1-3 出水立管 1-4 锥形底部
1-5 内腔（上） 1-6 内腔（下）
2 保温系统
2-1 保温层 2-2 恒温槽
3 进水系统
3-1 基质桶 3-2 进水泵
4 曝气系统
4-1 进气泵 4-2 流量计
4-3曝气管（1） 4-4 曝气管（2）
5 搅拌器
5-1 电机 5-2 搅拌桨
6 污泥回流系统
6-1 回流泵 6-2 回流管。
具体实施方式
如图所示，生物脱氮一体化工艺主要由生物脱氮一体化装置、保温系统、进水系统、曝气系统、搅拌器、污泥回流系统组成；所述生物脱氮一体化装置结构尺寸如下：
生物脱氮一体化装置包括锥形底部、外筒、内筒、内腔（上）、内腔（下）、顶盖，其外部结构从上至下依次为顶盖、内筒、外筒、锥形底部。内筒外径160 mm，高334 mm，外筒内径220mm，高320 mm；内筒的内部上下分层。锥形底部由下端出口（直径6mmm，长20 mm）、锥体（直径220 mm，高50 mm）和法兰（直径310 mm）构成。
外筒由上法兰（直径310 mm）、圆柱面（直径220 mm，高320 mm）和下法兰（直径310mm）构成；圆柱面外侧距上法兰60 mm处设置出水管。内筒由上法兰（直径310 mm）、圆柱面（直径160 mm，高334 mm）和底盘（直径160 mm）构成；圆柱面外侧四周均匀分布8根立管（直径10 mm）；立管分别穿过并伸进圆柱面内部；圆柱面的下部（距底盘16 mm）对称设置两根出水立管；出水立管伸至内腔（下）的下圆柱面以里位置，并直角延伸至内腔（下）的中部；圆柱面的内壁四周均匀布置两层支座（离底盘106 mm、130 mm）。
内腔（上）和内腔（下）为中心对称结构，且分别位于内筒的上层和下层；内腔（上）从上至下依次由侧壁开孔的中空圆筒（直径48 mm，高30 mm）、中空平台（直径80 mm）和圆锥台面（上直径80 mm，下直径100 mm，高24 mm）构成；中空圆筒上端密闭，下端嵌于中空平台内；中空平台四周布置法兰接口螺孔；内腔（下）从上至下依次由内腔法兰（直径80 mm）、侧壁开孔的上圆柱面（直径48 mm，高30 mm）、中空的倒圆锥台面（上直径80 mm，下直径128mm，高30 mm）、下圆柱面（直径128 mm，高80 mm）构成；下圆柱面的外侧面均布固定支架（长15 mm）；固定支架的外端嵌于支座(长10 mm)内。内腔（上）通过连接杆固定于内腔（下）的上方；所述连接杆两端分别穿过中空平台和内腔法兰。
顶盖由法兰盖板（直径310 mm）、电机、传动轴、两个桨片构成；电机安装于顶盖的上方；传动轴从上至下依次穿过法兰盖板、内腔（上）和内腔（下）的中心，伸至内筒的底部；桨片固定在传动轴上，可以分别位于内筒的底部、下圆柱面的内部。
所述工艺运行过程如下：
①控制生物脱氮一体化装置运行时维持温度为35℃，HRT为6小时，MLVSS为5 g/L，容积负荷为0.8 kgN/m3/d，控制内腔（上）的内部的DO值为0.15 mg/L，内腔（下）的内部的DO值小于0.05 mg/L；
②进水系统将含氨氮即总氮（200 mg/L）废水从外筒进水口由内筒外侧立管进入内腔（上）和内腔（下）中间的中心位置泵入，混合后的混合液经过上层内循环后从内腔（下）的外侧四周流入下层，处理后再由内腔（下）的内部的出水立管进水口流入内筒外壁与外筒内壁之间的沉淀区，最后从外筒上端出水管排出；
③曝气系统将进气分成两条支路，分别从内筒外侧立管引入靠近进水口的正下方位置和内腔（下）的上圆柱面的内部中心位置；
④锥形底部的沉淀污泥通过污泥回流系统回流至内腔（下）的顶部中心位置。
用碳酸氢铵配制模拟废水，采用活性污泥、消化污泥和Anammox污泥按1:2:3配制的混合污泥接种，如①设置运行工况，每两天取一次水样，测定水中氨氮、亚硝氮和硝氮含量，连续运行2个月后出水总氮去除率达80%以上。

Claims (6)

1.一种生物脱氮一体化处理工艺，其特征在于主要由生物脱氮一体化装置、保温系统、进水系统、曝气系统、搅拌器、污泥回流系统组成；所述生物脱氮一体化装置包括锥形底部、外筒、内筒、内腔（上）、内腔（下）、顶盖；所述内筒由上法兰、圆柱面和底盘构成；所述圆柱面外侧四周均匀分布8根立管；所述立管分别穿过并伸进圆柱面内部；所述圆柱面的下部对称设置两根出水立管；所述出水立管伸至内腔（下）的下圆柱面以里位置，并直角延伸至内腔（下）的中部；所述内筒的内部上下分层；所述内腔（上）和内腔（下）为中心对称结构，且分别位于内筒的上层和下层；所述内腔（上）从上至下依次由侧壁开孔的中空圆筒、中空平台和圆锥台面构成；所述中空圆筒上端密闭，下端嵌于中空平台内；所述圆锥台面的上端和下端内径分别为中空圆筒的1.5~2倍和2~4倍；所述内腔（下）从上至下依次由内腔法兰、侧壁开孔的上圆柱面、中空的倒圆锥台面、下圆柱面构成；所述上圆柱面的内径与中空圆筒相同；所述倒圆锥台面的上端直径与上圆柱面相同，下端直径与下圆柱面相同；所述下圆柱面的内径为上圆柱面的3~6倍；所述生物脱氮一体化处理工艺包括以下步骤：①进水系统将含高氨氮废水从外筒进水口由内筒外侧立管进入内腔（上）和内腔（下）中间的中心位置泵入，混合后的混合液经过上层内循环后从内腔（下）的外侧四周流入下层，处理后再由内腔（下）的内部的出水立管进水口流入内筒外壁与外筒内壁之间的沉淀区，最后从外筒上端出水管排出；②曝气系统将进气分成两条支路，分别从内筒外侧立管引入靠近进水口的正下方位置和内腔（下）的上圆柱面的内部中心位置；③锥形底部的沉淀污泥通过污泥回流系统回流至内腔（下）的顶部中心位置。
2.在一种生物脱氮一体化处理工艺，其特征在于：所述的生物脱氮一体化装置运行时维持温度为20~40ºC，HRT为1~6小时，MLVSS为1~10 g/L，容积负荷为0.5~10 kgN/m3/d，控制内腔（上）的内部的DO值为0.1~0.5 mg/L，内腔（下）的内部的DO值小于0.1 mg/L。
3.一种生物脱氮一体化处理工艺，其特征在于：所述曝气系统采用两点曝气，分别在进水管的正下方位置和内腔（下）的上圆柱面内部中心位置实施曝气，且控制曝气量之比为3~10:1。
4. 一种生物脱氮一体化处理工艺，其特征在于：所述搅拌系统桨片位于内筒的底部和内腔（下）的下圆柱面内部中间位置，且维持桨片长度分别为内筒内径的1/4~1/3和内腔（下）的下圆柱面内径的1/4~3/8；所述桨片在运行时维持搅拌速度为50~500 rad/min。
5.一种生物脱氮一体化处理工艺，其特征在于：所述污泥回流系统的污泥回流比控制为0.3~1.0。
6.一种生物脱氮一体化处理工艺，其特征在于：所述内腔（上）内部的混合液的上升流速控制为0.02~0.2 m/s，内腔（下）的下圆柱面内部的混合液的上升流速为0.5~5 m/h。
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