CN108218106A - 一种高含氮、低碳氮比印染废水的生物脱氮系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于废水处理的技术领域，公开了一种高含氮、低碳氮比印染废水的生物脱氮系统与方法。所述系统包括复合式厌氧折流板反应器、缺氧/三级好氧MBBR反应器和沉淀池，所述缺氧/三级好氧MBBR反应器包括缺氧区、一级好氧区、二级好氧区和三级好氧区，水依次经过缺氧区、一级好氧区、二级好氧区和三级好氧区；所述复合式厌氧折流板反应器与缺氧区连接，所述沉淀池与三级好氧区连接；所述一级好氧区、二级好氧区以及三级好氧区底部均设有曝气装置；所述缺氧区与三级好氧区通过管道连接，所述管道为硝化液回流管。本发明的系统对高含氮、低碳氮比印染废水脱氮,具有碳源利用充分、脱氮效率高、污泥产量低、运行费用低等优点。

Description

一种高含氮、低碳氮比印染废水的生物脱氮系统与方法
技术领域
本发明属于废水处理的技术领域，具体涉及一种高含氮、低碳氮比印染废水的生物脱氮系统与方法。
背景技术
印染废水具有水质水量变化大、色度高、成分复杂、可生化性差等特点，属于难处理的工业废水之一。从2013年开始实施的《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-2012)较1992年标准明显提高，直接排放的纺织染整企业水污染物氨氮排放限值从15mg/L提标至10mg/L，并增设总氮排放限值为15mg/L，GB4287-2012新标准对印染废水的脱氮提出了更严格的要求。含有印花工艺的印染企业在生产过程中使用大量尿素助剂，使得印染废水中氨氮、总氮浓度偏高；同时由于废水水质碳氮比偏低，采用传统生物脱氮法处理时脱氮效率差。因此，这类印染废水的脱氮处理成为亟待解决的难题。
印染废水可生化性差，能被反硝化菌用来进行反硝化作用的易降解有效碳源量少，需要外加碳源，导致处理成本增加。而厌氧折流板反应器设置了若干竖向导流板，废水进入反应器后沿导流板上下折流前进，依次通过每个反应室的污泥床，废水中有机物则通过与微生物的充分接触而被去除，实现对有机氮的高效氨化和提高废水可生化性。
移动床生物膜反应器(MBBR)通过投加悬浮填料于活性污泥系统，有利于富集污泥龄长的硝化菌，同时生物膜可实现同步硝化反硝化脱氮，被逐渐应用于生活污水、养殖场废水、垃圾沥滤液等废水脱氮处理中。MBBR在印染废水处理中也逐渐得到应用，多采用序批式单级MBBR或者连续流单级MBBR形式，研究发现其对COD、色度和部分染料均具有良好的去除效果；然而采用单级MBBR处理印染废水时，存在水力停留时间过长、出水氨氮不能达到最新排放限值(低于10mg/L)、总氮去除效果差等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种对高含氮、低碳氮比的印染废水进行生物脱氮的系统与方法。本发明采用复合式厌氧折流板反应器、缺氧/三级好氧MBBR反应器组合生物工艺对印染废水进行脱氮处理，充分利用进水中碳源同时实现好氧同步硝化反硝化强化脱氮，在较短的水力停留时间下实现了高效硝化及反硝化，提供了一种易于在工程应用中对印染废水进行脱氮处理的新技术。
为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种高含氮、低碳氮比印染废水生物脱氮系统，包括复合式厌氧折流板反应器、缺氧/三级好氧MBBR反应器和沉淀池，所述缺氧/三级好氧MBBR反应器包括缺氧区、一级好氧区、二级好氧区和三级好氧区，水依次经过缺氧区、一级好氧区、二级好氧区和三级好氧区；所述复合式厌氧折流板反应器与缺氧区连接，所述沉淀池与三级好氧区连接；所述一级好氧区、二级好氧区以及三级好氧区底部均设有曝气装置；所述缺氧区与三级好氧区通过管道连接，所述管道为硝化液回流管，该管道上设有硝化液回流泵。所述缺氧区底部与三级好氧区中上部通过管道连接。
所述复合式厌氧折流板反应器，包括反应器主体，反应器主体内部由隔板分隔成多个反应格室，隔板的顶端与反应器主体的顶板之间留有空隙，从第2反应格室起，每个反应格室都设有一个折流板，将其分为下向流室和上向流反应室，所述折流板的上部与反应器主体的顶板相连，折流板的下部与反应器主体的底板之间留有空隙，第1反应格室下部设有进水口，最后一个反应格室的上部设有出水口；所述上向流反应室包括填料层。
所述折流板的上部为垂直板，下部向上向流反应室方向弯折一角度；折流板的下部与上部延伸方向的夹角为45°。
所述下向流室的宽度小于上向流反应室；优选地，所述下向流室的宽度与上向流反应室宽度比为1:5。
所述反应格室优选为4个反应格室，水流依次经过第1反应格室、第2反应格室、第3反应格室、第4反应格室，调整四个反应格室的容积，使得第1反应格室、第2反应格室、第3反应格室与第4反应格室的水流的流速之比为1:1:0.87:0.7。
所述复合式厌氧折流板反应器还包括污泥内循环泵，所述污泥内循环泵通过管道将最后一个反应格室的污泥回流至第1反应格室。
所述缺氧区设有搅拌装置；所述曝气装置包括穿孔曝气管，所述穿孔曝气管与鼓风机连接；所述沉淀池的底部设有排泥口，顶端设有总出水口。
所述上向流反应室包括填料层，所述填料层为组合填料。
所述填料层设置在上向流反应室的上部。
所述组合填料为塑料环上负载着维纶丝的组合双环填料；所述填料层的填充率为20％～30％(填料占上向流反应室体积的百分比)，所述组合填料尺寸为160mm×80mm，单片丝重不低于2克；
所述缺氧区内设聚氨酯立方体填料，填充率为30％～50％，所述聚氨酯立方体填料尺寸为10mm×10mm×10mm，密度为0.24g/cm3，孔隙率为92％；所述好氧区有效容积为缺氧区有效容积的3倍，一级好氧区、二级好氧区与三级好氧区内均设聚丙烯环形悬浮填料，填充率为30％～40％，所述聚丙烯环形悬浮填料尺寸为Ф25mm×10mm，密度为0.96g/cm3，孔隙率为96％。
水流从复合式厌氧折流板反应器的出水口进入缺氧区，依次经过一级好氧区、二级好氧区与三级好氧区，从三级好氧区的出水口进入沉淀池，沉淀池的进水口低于三级好氧区的出水口。
一种高含氮、低碳氮比印染废水生物脱氮系统的脱氮处理方法，包括以下步骤：
(1)在复合式厌氧折流板反应器中接种含厌氧细菌的污泥，对污泥进行常规驯化，使复合式厌氧折流板反应器快速启动；在缺氧/三级好氧MBBR反应器中接种污泥进行挂膜，驯化培养，使缺氧/三级好氧MBBR反应器快速启动；所述在复合式厌氧折流板反应器中接种含厌氧细菌的污泥是指在上向流反应室中接种含厌氧细菌的污泥；所述污泥为印染厂二沉池回流污泥；
(2)将印染废水送入复合式厌氧折流板反应器进行预处理；废水中难降解有机物进行充分降解，为后续缺氧区提供高质有效碳源；
(3)经过预处理的废水依次进入缺氧/三级好氧MBBR反应器中缺氧区、一级好氧区、二级好氧区、三级好氧区，再进入沉淀池；在缺氧区，反硝化细菌利用复合式厌氧折流板反应器出水中的有效碳源和好氧区硝化液回流的硝态氮进行反硝化脱氮；在好氧区，异养菌和硝化菌完成有机物的去除和硝化反应；三级好氧区中上部硝化液回流至缺氧区前端；三级好氧区出水进入沉淀池进行泥水分离，上清液作为净水通过出水口排出，沉淀池的污泥作为剩余污泥从排泥口排放。
所述复合式厌氧折流板反应器水力停留时间控制在8～10h，污泥内循环回流比为30～50％(厌氧进水流量与回流泵流量)；所述缺氧/三级好氧MBBR反应器总水力停留时间控制在12～16h，硝化液回流比为100～300％(回流比是指厌氧进水流量与回流泵流量)；所述沉淀池水力停留时间控制在2～4h，采用间歇排泥方式，每3-5d排泥一次；所述一级好氧区、二级好氧区以及三级好氧区的溶解氧浓度分别控制在1.0～1.5、2.0～2.5、3.0～3.5mg/L范围内。
与现有技术相比，本发明的一种高含氮、低碳氮比印染废水生物脱氮系统与方法具有以下优点：
(1)本发明采用了复合式厌氧折流板反应器对印染废水进行预处理，一方面实现对高含氮印染废水的高效氨化，另一方面提高印染废水可生化性并改善进水中可利用碳源质量(将大分子难降解有机物分解为小分子有机物)，为后续缺氧区提供高质有效碳源、实现缺氧/三级好氧MBBR反应器的高效而稳定运行以及含氮污染物的稳定去除提供了保障；
(2)缺氧区和好氧区分别设有聚氨酯填料和聚丙烯环形悬浮填料，实现了功能分区和不同微生物的宏观分离，使不同功能微生物在合适环境下生长，提出了一种对高含氮、低碳氮比印染废水脱氮处理的新方法，对此类印染废水具有很好的脱氮效果，可应用于工程实践当中；
(3)好氧区采用了连续流三级好氧MBBR工艺，并通过分段控制三级好氧MBBR处于不同DO浓度；其中一级好氧区生物膜上的异养菌含量较多，主要进行有机物的氧化降解，二级好氧区和三级好氧区生物膜上的氨氧化菌和硝化菌含量较多，主要进行氨氮的去除，在较短的水力停留时间下实现了工艺的高效硝化；另一方面，生物膜内部可形成缺氧反硝化环境，好氧区同步硝化反硝化强化了系统的脱氮性能，可实现减少外加碳源的投加和节能降耗的目的。
附图说明
图1为本发明的印染废水生物脱氮系统的示意图；1为复合式厌氧折流板反应器，2为缺氧/三级好氧MBBR反应器，3为沉淀池，4为缺氧区，5为一级好氧区，6为二级好氧区，7为三级好氧区，8为机械搅拌器，9为穿孔曝气管，10为鼓风机，11为硝化液回流管，12为排泥口，13为总出水口，14-1为进水泵、14-2为污泥内循环泵，14-3为硝化液回流泵，A为组合填料，B为聚氨酯填料，C为聚丙烯环形悬浮填料。
具体实施方式
下面结合具体实施例以及附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
本发明的高含氮、低碳氮比印染废水生物脱氮系统示意图如附图1所示，该系统包括复合式厌氧折流板反应器1、缺氧/三级好氧MBBR反应器2和沉淀池3；所述缺氧/三级好氧MBBR反应器2包括缺氧区4、一级好氧区5、二级好氧区6和三级好氧区7，水依次经过缺氧区、一级好氧区、二级好氧区和三级好氧区；所述复合式厌氧折流板反应器1与缺氧/三级好氧MBBR反应器2中缺氧区4连接，所述缺氧/三级好氧MBBR反应器2中三级好氧区7与沉淀池3连接；所述缺氧区4、一级好氧区5、二级好氧区6以及三级好氧区7通过管路依次连接；
所述缺氧区4设有搅拌装置(机械搅拌器)8；所述一级好氧区5、二级好氧区6以及三级好氧区7底部均设有曝气装置(穿孔曝气管)9，所述穿孔曝气管9与鼓风机10相连；所述缺氧区4底部与三级好氧区7中上部通过硝化液回流管11相连，硝化液回流管11上设有硝化液回流泵14-3，硝化液经硝化液回流泵14-3泵至缺氧区；
所述复合式厌氧折流板反应器1包括反应器主体，反应器主体内部由隔板分隔成4个反应格室，隔板的顶端与反应器主体的顶板之间留有空隙，从第2反应格室起，每个反应格室都设有一个折流板，将其分为下向流室和上向流反应室，所述折流板的上部与反应器主体的顶板相连，折流板的下部与反应器主体的底板之间留有空隙，第1反应格室下部设有进水口，第4反应格室的上部设有出水口；所述上向流反应室包括填料层；所述复合式厌氧折流板反应器1中还包括污泥内循环泵14-2，所述污泥内循环泵14-2将第4反应格室的污泥通过管道回流至第1反应格室中；所述折流板的上部为垂直板，下部向上向流反应室方向弯折一角度；折流板的下部与上部延伸方向的夹角为45°。所述下向流室的宽度与上向流反应室宽度比为1:5；调整四个反应格室的容积，使得第1反应格室、第2反应格室、第3反应格室与第4反应格室的水流的流速之比为1:1:0.87:0.7；
所述缺氧区4内设聚氨酯立方体填料B，一级好氧区5、二级好氧区6与三级好氧区7均设聚丙烯环形悬浮填料C。
印染废水通过进水泵14-1泵送至所述复合式厌氧折流板反应池1的第1反应格室，经过第2～第4反应格室，然后从复合式厌氧折流板反应器1第4反应格室上部出水口出水自流进入缺氧区4，再依次进入一级好氧区5、二级好氧区6、三级好氧区7和沉淀池3；
所述沉淀池3的底部设有排泥口12，顶端设有总出水口13。
缺氧区与好氧区的容积比为1:3。
所述复合式厌氧折流板反应池中填料层为组合填料，为塑料环上负载着维纶丝的组合双环填料；所述填料层的填充率为20％～30％(填料占上向流反应室体积的百分比)，所述组合填料尺寸为160mm×80mm，单片丝重不低于2克；
所述缺氧区内设聚氨酯立方体填料，填充率为30％～50％，所述聚氨酯立方体填料尺寸为10mm×10mm×10mm，密度为0.24g/cm3，孔隙率为92％；所述好氧区有效容积为缺氧区有效容积的3倍，一级好氧区、二级好氧区与三级好氧区内均设聚丙烯环形悬浮填料，填充率为30％～40％，所述聚丙烯环形悬浮填料尺寸为Ф25mm×10mm，密度为0.96g/cm3，孔隙率为96％。
工作过程：首先对系统进行启动，复合式厌氧折流板反应器1加入接种污泥(采用印染厂二沉池回流污泥)和营养液(投加葡萄糖浓度为600mg/L，按碳:氮:磷＝200:5:1加入氯化按和磷酸二氢钾)后启动污泥内循环泵14-2，控制污泥内循环回流比为30～50％，持续10d；10d后进水改为连续进营养液和少量印染废水，并逐步提高印染废水的比例；30d后，进水全部使用印染废水继续培养，逐步缩短停留时间至设计流量，当COD去除率稳定在30％～40％左右，反应器启动成功；
缺氧/三级好氧MBBR反应器2采用快速排泥法进行挂膜，将接种污泥(采用印染厂二沉池回流污泥)投加反应器，使接种微生物与载体表面充分接触，8h之后将水全部排出系统，每天运行2个周期，持续3d，从第4d起，开始连续进水并启动硝化液回流泵14-3，控制混合液回流比为100％，20d内流量逐步升至设计流量(缺氧/好氧总水力停留时间12～16h)，经过40d的培养驯化，COD、氨氮去除率分别稳定在75％、90％左右，反应器启动完成。
高氮印染废水经进水泵14-1泵送至复合式厌氧折流板反应器1进行预处理，然后复合式厌氧折流板反应器1的第4反应格室上部出水口出水自流进入缺氧区4，然后依次进入一级好氧区5、二级好氧区6、三级好氧区7、沉淀池3，图1中的剪头表示废水在系统中的流动方向。在此需对系统运行参数进行调设，复合式厌氧折流板反应器1的水力停留时间控制为8～10h，污泥内循环回流比为30～50％；缺氧/三级好氧MBBR池总水力停留时间控制为12～16h，硝化液回流比为100～300％，一级好氧区5、二级好氧区6以及三级好氧区7的溶解氧浓度分别控制在1.0～1.5、2.0～2.5、3.0～3.5mg/L内。
在复合式厌氧折流板反应器中，厌氧菌对废水中难降解有机物进行充分降解的同时为后续缺氧区提供高质有效碳源；在缺氧区，反硝化细菌利用复合式厌氧折流板反应器)出水中的有效碳源和三级好氧区出水经硝化液回流泵回流的硝态氮进行反硝化脱氮；在好氧区，异养菌和硝化菌完成有机物的去除和硝化反应，与此同时好氧区发生同步硝化反硝化反应，挂膜后好氧区丙烯环形悬浮填料上的平均生物膜厚度为200～250μm，生物膜内部可形成缺氧反硝化环境；三级好氧区出水进入沉淀池进行泥水分离，沉淀池水力停留时间控制在2～4h，上清液作为净水通过出水口排出，沉淀池的污泥作为剩余污泥从排泥口排放。
与现有技术相比，本发明将复合式厌氧折流板反应器与缺氧/三级好氧MBBR反应器组合，复合式厌氧折流板反应器实现对高含氮印染废水的高效氨化以及为后续缺氧区提供高质有效碳源，缺氧/三级好氧MBBR反应器实现了功能分区和不同微生物的宏观分离以及实现了减少外加碳源的投加和节能降耗的目的，在较短的水力停留时间下实现了工艺的高效硝化及反硝化。本发明应用于高含氮、低碳氮比印染废水脱氮,具有碳源利用充分、脱氮效率高、污泥产量低、运行费用低等优点。
实施例1：
复合式厌氧折流板反应器有效容积1.2m3，缺氧/三级好氧MBBR反应器有效容积1.8m3，挂膜接种污泥取自东莞市某大型针织印染厂二沉池回流污泥，污泥参数为：ρ(SS)＝32.4g/L，ρ(VSS)＝17.6g/L，VSS/SS＝0.64；印染废水采用实际废水，取自该厂调节池，其水质如下：COD 400～650mg/L、总氮50～80mg/L、氨氮20～30mg/L、硝酸盐氮0.3～1.2mg/L、亚硝酸盐氮0.3～0.8mg/L，BOD5/TN＝2～3。在复合式厌氧折流板反应器水力停留时间为8h、缺氧/三级好氧MBBR反应器总水力停留时间为12h、硝化液回流比200％、三级好氧溶解氧浓度分别为1.0～1.5、2.0～2.5、3.0～3.5mg/L的条件下，系统出水氨氮、总氮平均浓度分别为2.8、12.2mg/L，平均去除率为92.9％、81.2％，出水氨氮、总氮均稳定达到《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287-2012)直接排放标准。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.一种高含氮、低碳氮比印染废水生物脱氮系统，其特征在于：包括复合式厌氧折流板反应器、缺氧/三级好氧MBBR反应器和沉淀池，所述缺氧/三级好氧MBBR反应器包括缺氧区、一级好氧区、二级好氧区和三级好氧区，水依次经过缺氧区、一级好氧区、二级好氧区和三级好氧区；所述复合式厌氧折流板反应器与缺氧区连接，所述沉淀池与三级好氧区连接；所述一级好氧区、二级好氧区以及三级好氧区底部均设有曝气装置；所述缺氧区与三级好氧区通过管道连接，所述管道为硝化液回流管，该管道上设有硝化液回流泵。
2.根据权利要求1所述高含氮、低碳氮比印染废水生物脱氮系统，其特征在于：所述复合式厌氧折流板反应器，包括反应器主体，反应器主体内部由隔板分隔成多个反应格室，隔板的顶端与反应器主体的顶板之间留有空隙，从第2反应格室起，每个反应格室都设有一个折流板，将其分为下向流室和上向流反应室，所述折流板的上部与反应器主体的顶板相连，折流板的下部与反应器主体的底板之间留有空隙，第1反应格室下部设有进水口，最后一个反应格室的上部设有出水口；所述上向流反应室包括填料层。
3.根据权利要求2所述高含氮、低碳氮比印染废水生物脱氮系统，其特征在于：所述折流板的上部为垂直板，下部向上向流反应室方向弯折一角度；所述下向流室的宽度小于上向流反应室。
4.根据权利要求2所述高含氮、低碳氮比印染废水生物脱氮系统，其特征在于：所述复合式厌氧折流板反应器还包括污泥内循环泵，所述污泥内循环泵通过管道将最后一个反应格室的污泥回流至第1反应格室。
5.根据权利要求1所述高含氮、低碳氮比印染废水生物脱氮系统，其特征在于：所述缺氧区底部与三级好氧区中上部通过管道连接；
所述缺氧区设有搅拌装置；所述曝气装置包括穿孔曝气管，所述穿孔曝气管与鼓风机连接；所述沉淀池的底部设有排泥口，顶端设有总出水口。
6.根据权利要求1所述高含氮、低碳氮比印染废水生物脱氮系统，其特征在于：所述上向流反应室包括填料层，所述填料层为组合填料；
所述填料层设置在上向流反应室的上部。
7.根据权利要求1所述高含氮、低碳氮比印染废水生物脱氮系统，其特征在于：所述组合填料为塑料环上负载着维纶丝的组合双环填料；所述填料层的填充率为20％～30％。
8.根据权利要求1所述高含氮、低碳氮比印染废水生物脱氮系统，其特征在于：所述缺氧区内设聚氨酯立方体填料；所述一级好氧区、二级好氧区与三级好氧区内均设聚丙烯环形悬浮填料。
9.一种利用权利要求1～8任一项所述高含氮、低碳氮比印染废水生物脱氮系统的脱氮处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)在复合式厌氧折流板反应器中接种含厌氧细菌的污泥，对污泥进行常规驯化，使复合式厌氧折流板反应器快速启动；在缺氧/三级好氧MBBR反应器中接种污泥进行挂膜，驯化培养，使缺氧/三级好氧MBBR反应器快速启动；
(2)将印染废水送入复合式厌氧折流板反应器进行预处理；
(3)经过预处理的废水依次进入缺氧/三级好氧MBBR反应器中缺氧区、一级好氧区、二级好氧区、三级好氧区，再进入沉淀池；在缺氧区，反硝化细菌利用复合式厌氧折流板反应器出水中的有效碳源和好氧区硝化液回流的硝态氮进行反硝化脱氮；在好氧区，异养菌和硝化菌完成有机物的去除和硝化反应；三级好氧区中上部硝化液回流至缺氧区前端；三级好氧区出水进入沉淀池进行泥水分离，上清液作为净水通过出水口排出，沉淀池的污泥作为剩余污泥从排泥口排放；
所述复合式厌氧折流板反应器水力停留时间控制在8～10h，污泥内循环回流比为30～50％；所述缺氧/三级好氧MBBR反应器总水力停留时间控制在12～16h，硝化液回流比为100～300％；所述一级好氧区、二级好氧区以及三级好氧区的溶解氧浓度分别控在1.0～1.5、2.0～2.5、3.0～3.5mg/L范围内。
10.根据权利要求9所述的脱氮处理方法，其特征在于：所述沉淀池水力停留时间控制在2～4h，采用间歇排泥方式，每3-5d排泥一次。
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