CN109095727A - 一种高氨氮低碳氮比污水的脱氮除碳装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高氨氮低碳氮比污水的脱氮除碳装置和方法，其中高氨氮低碳氮比污水的脱氮除碳装置，包括：通过管道依次连接的原水箱、反硝化除碳反应器、除碳后中间水箱、部分短程硝化反应器、硝化后中间水箱、厌氧氨氧化反应器、氨氧化后中间水箱及离子交换树脂反应器；各反应器内部均设置有在线浓度检测设备，各反应器出水端均设置有出水阀；所述部分短程硝化反应器内还设置有pH探头、DO探头及曝气头；所述装置还包括PLC控制器。本发明提供的装置，通过反硝化反应经济去除原水中的碳源，无需曝气，节约能耗，除碳的同时又能脱除部分的硝态氮和/或亚硝态氮。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种高氨氮低碳氮比污水的脱氮除碳装置和方法。
背景技术
化学需氧量(COD)、氨氮(NH4+-N)、总氮(TN)是我国污水处理领域非常重视的指标，对于高氨氮(氨氮浓度为100mg/L至7000mg/L)、低碳氮比(C/N为0.8-1.3)污水，例如养殖废水、晚期垃圾渗滤液、餐厨废水厌氧消化液等，现有技术一般可以先采用传统活性污泥去除碳，再通过硝化、反硝化工艺进行深度脱氮。
在利用活性污泥法除碳的过程中，需要进行曝气；既需要曝气能耗又损失了污水中原有的碳源。
传统硝化反硝化脱氮是先进行硝化反应，通过曝气将氨氮转化为亚硝态氮，再转化为硝态氮；接着进行缺氧反硝化将硝态氮转化为氮气的过程，对于上述低C/N污水，由于碳源严重不足，传统脱氮效率很低。若要实现深度脱氮常常需要投加大量外碳源，从而大幅增加了污水处理费用。
部分短程硝化结合厌氧氨氧化工艺脱氮是近年来备受关注的脱氮工艺。短程硝化反应是通过特定的调控方法将亚硝酸盐氧化菌淘洗出反应器，只保留氨氧化菌，使得硝化过程最终产物为亚硝态氮的过程，相比传统硝化反应可节省25％的曝气量。部分短程硝化是通过曝气量和时间的控制使得污水中部分氨氮转化为亚硝态氮，剩余部分氨氮的过程，相比短程硝化进一步节省曝气量。实际应用中，常常控制曝气后亚硝态氮的量与氨氮的量的比值为1.32，满足进入厌氧氨氧化反应器的进水要求。厌氧氨氧化反应是在厌氧氨氧化菌的作用下将氨氮和亚硝态氮转化为氮气和少量硝态氮的自养脱氮过程。整个过程无需曝气，无需外加碳源，大大减少了污水处理的费用。但是对于高氨氮污水，厌氧氨氧化反应产生的硝态氮仍不能达到排放标准。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种高氨氮低碳氮比污水脱氮除碳的装置和方法。具体技术方案如下：
本发明首先提供了一种高氨氮低碳氮比污水的脱氮除碳装置，包括：
通过管道依次连接的原水箱、反硝化除碳反应器、除碳后中间水箱、部分短程硝化反应器、硝化后中间水箱、厌氧氨氧化反应器、氨氧化后中间水箱及离子交换树脂反应器；
所述反硝化除碳反应器、部分短程硝化反应器、厌氧氨氧化反应器及离子交换树脂反应器的内部均设置有在线浓度检测设备；
所述反硝化除碳反应器、部分短程硝化反应器、厌氧氨氧化反应器及离子交换树脂反应器的出水端均设置有出水阀；
所述部分短程硝化反应器内还设置有pH探头、DO探头及曝气头；所述pH探头及DO探头与pH/DO测定仪的主机电连接；所述曝气头与空气压缩机通过管道连接；
所述离子交换树脂反应器内装填有磁性阴离子交换树脂；
所述装置还设置有硝酸盐回流管道，所述硝酸盐回流管道一端连接于原水箱及反硝化除碳反应器之间的管道上，另一端连接于所述氨氧化后中间水箱；
所述装置还包括PLC控制器，所述PLC控制器分别与pH/DO测定仪的主机、空气压缩机、出水阀、在线浓度检测设备通信连接。
在本发明的一些具体实施方式中，脱氮除碳装置还包括：出水箱及出水回流管道；
所述出水箱与所述离子交换树脂反应器的出水端通过管道连通；
所述出水回流管道一端连接于所述出水箱，另一端连接于所述氨氧化后中间水箱与所述离子交换树脂反应器之间的管道；
所述出水回流管道上设置有出水回流泵；
所述PLC控制器与所述出水回流泵通信连接。
在本发明的一些具体实施方式中在原水箱和反硝化除碳反应器之间的管道上设置有第一进水泵；
在除碳后中间水箱和部分短程硝化反应器之间的管道上设置有第二进水泵；
在硝化后中间水箱和厌氧氨氧化反应器之间的管道上设置有第三进水泵；
在氨氧化后中间水箱和离子交换树脂反应器之间的管道上设置有第四进水泵；
在所述硝酸盐回流管道上设置有硝酸盐回流泵；
所述PLC控制器分别与所述第一进水泵、第二进水泵、第三进水泵、第四进水泵及硝酸盐回流泵通信连接。
在本发明的一些具体实施方式中在所述曝气头及空气压缩机之间的管道上设置有气体流量计；所述PLC控制器与所述气体流量计通信连接。
在本发明的一些具体实施方式中还包括计算机，所述计算机与所述PLC控制器通信连接。
在本发明的一些具体实施方式中所述反硝化除碳反应器为SBR反应器；所述部分短程硝化反应器为SBR反应器；所述厌氧氨氧化反应器为SBR反应器或UASB反应器；所述离子交换树脂反应器为SBR反应器；
其中SBR反应器内设置有搅拌器，所述PLC控制器与各搅拌器分别通信连接。
本发明还提供了前述的脱氮除碳装置处理高氨氮低碳氮比污水的方法，包括：
(1)反硝化除碳过程：使原水箱中的原水及氨氧化后中间水箱中的硝态氮污水进入到反硝化除碳反应器中进行反硝化反应；调节硝态氮污水的回流量和原水的进水量，以使原水中的COD能够在满足去除反硝化除碳反应器中的硝态氮后，其剩余量还能够满足在部分短程硝化反应器内通过反硝化去除上一个处理周期剩余的亚硝态氮，且部分短程硝化反应器出水的COD值满足排放要求；反硝化除碳反应器的出水进入除碳后中间水箱中；
(2)部分短程硝化过程：使除碳后中间水箱中的污水进入到部分短程硝化反应器中，先进行反硝化反应，利用污水中的COD去除上一个处理周期剩余的亚硝态氮；然后进行曝气，增加水中的溶解氧含量；
控制部分短程硝化反应器中的溶解氧含量、pH值、温度及游离亚硝酸浓度，以使污水进行短程反硝化反应；并通过对曝气量和曝气时间的控制，使部分短程硝化反应器出水中亚硝态氮的量与氨氮的量比值为1.32；部分短程硝化反应器的出水进入硝化后中间水箱；
(3)厌氧氨氧化过程：使硝化后中间水箱中的污水进入到厌氧氨氧化反应器中，进行厌氧氨氧化反应；厌氧氨氧化反应器的出水进入到氨氧化后中间水箱；
(4)磁性树脂吸附过程：使氨氧化后中间水箱中的污水进入到离子交换树脂反应器中，通过磁性阴离子交换树脂去除污水中的硝态氮，以使离子交换树脂反应器的出水中硝态氮浓度为20-80mg/L。
在本发明的一些具体实施方式中，在反硝化除碳过程中，通过PLC控制器控制硝态氮污水的回流量和原水的进水量。
在本发明的一些具体实施方式中在部分短程硝化过程中，通过PLC控制器控制曝气量和曝气时间，使得部分短程硝化反应后，污水中亚硝态氮的量与氨氮的量比值为1.32。
在本发明的一些具体实施方式中在磁性树脂吸附过程中，进入到离子交换树脂反应器中的污水的硝态氮浓度为50-110mg/L；
当氨氧化后中间水箱中的污水的硝态氮浓度大于110mg/L时，使离子交换树脂反应器的部分出水回流，并与氨氧化后中间水箱的出水混合后进入到离子交换树脂反应器中，以使进入到离子交换树脂反应器中的污水的硝态氮浓度为50-110mg/L。
与现有技术相比，本发明提供的一种高氨氮低碳氮比污水的脱氮除碳装置和方法具有以下优点：
1通过反硝化反应经济去除原水中的碳源，无需曝气，节约能耗，除碳的同时又能脱除部分的硝态氮和/或亚硝态氮；
2利用部分短程硝化及厌氧氨氧化工艺脱氮，与传统硝化反硝化脱氮相比，既能节省曝气能耗，又无需添加外碳源；
3磁性阴离子交换树脂颗粒粒径小，比表面积较大，再生率高，吸附硝酸根离子迅速；同时因为含有磁性物质，容易聚集沉降不易随水流流失；
4无需外加碳源即可实现深度脱氮除碳，不投加碳源使得易于增长的外源反硝化细菌增殖缓慢，同时厌氧氨氧化菌世代周期长，增殖速率缓慢，使得剩余污泥产量低；
5用于生化处理的不同菌群在不同的反应器内工作，即反硝化菌在反硝化除碳反应器内工作，氨氧化菌在部分短程硝化反应器内工作，厌氧氨氧化菌在厌氧氨氧化反应器内工作，菌群各司其职，均能将反应器内部各自调节为适宜菌群生长代谢的最佳环境，避免了一体化系统中各菌群的竞争，有利于整个污水处理过程的生化稳定性；
6.可处理的污水原水氨氮浓度(100-7000mg/L)范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的高氨氮低碳氮比污水的脱氮除碳装置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明首先提供了一种高氨氮低碳氮比污水的脱氮除碳装置，如图1所示，包括：
通过管道依次连接的原水箱1、反硝化除碳反应器2、除碳后中间水箱3、部分短程硝化反应器4、硝化后中间水箱5、厌氧氨氧化反应器6、氨氧化后中间水箱7及离子交换树脂反应器8；
反硝化除碳反应器2、部分短程硝化反应器4、厌氧氨氧化反应器6及离子交换树脂反应器8的内部均设置有在线浓度检测设备9；
反硝化除碳反应器2、部分短程硝化反应器4、厌氧氨氧化反应器6及离子交换树脂反应器8的出水端均设置有出水阀10；
部分短程硝化反应器4内还设置有pH探头11、DO(溶解氧)探头12及曝气头13；pH探头11及DO探头12与pH/DO测定仪的主机14电连接；曝气头13与空气压缩机15通过管道连接；
离子交换树脂反应器8内装填有磁性阴离子交换树脂；
脱氮除碳装置还设置有硝酸盐回流管道16，硝酸盐回流管道一端连接于原水箱1及反硝化除碳反应器2之间的管道上，另一端连接于所述氨氧化后中间水箱7；
脱氮除碳装置还包括PLC控制器17，PLC控制器17分别与pH/DO测定仪的主机14、空气压缩机15、出水阀10、在线浓度检测设备9通信连接。
在本发明的一些具体实施方式中，反硝化除碳反应器2内存在反硝化菌活性污泥；部分短程硝化反应器4内存在氨氧化菌活性污泥；厌氧氨氧化反应器6内存在厌氧氨氧化菌活性污泥。
在本发明的具体实施过程中，通过控制部分短程硝化反应器4中的溶解氧含量、pH值、温度及游离亚硝酸浓度等，可以将活性污泥中的亚硝酸盐氧化菌淘洗出部分短程硝化反应器4，只保留氨氧化菌，使得硝化过程最终产物为亚硝态氮，相比全程硝化节省25％的曝气量；需要说明的是，这种去除亚硝酸盐氧化菌，而保留氨氧化菌的控制方式是本领域技术人员所公知的，本发明在此不进行限定。
在本发明的一些具体实施方式中，曝气头13可以固定于部分短程硝化反应器4底部。
在本发明的一些具体实施方式中，在线浓度检测设备具体可以为COD、氨氮、亚硝态氮、硝态氮等指标的自动在线浓度测定设备，如流动注射分析仪等；并能够将测得数据上传至PLC控制器。
在本发明的一些具体实施方式中，PLC控制器17设置有信号反馈/控制接口28；PLC控制器17通过该信号反馈及控制接口28分别与pH/DO测定仪的主机14、空气压缩机15、出水阀10、在线浓度检测设备9通信连接；通过通信连接，PLC控制器17可以实现以对空气压缩机15、出水阀10等的控制，以及接收pH/DO测定仪14、线浓度检测设备9所反馈的相关数据信息。当然，pH/DO测定仪的主机14、空气压缩机15、出水阀10、在线浓度检测设备9也具备相应的通信接口，用于与PLC控制器17进行通信。
在本发明的一些具体实施方式中，PLC控制器17还与计算机27通信连接；具体地，PLC控制器17设置有信号输出接口29，通过此接口与计算机27通信连接；用于在计算机27上显示pH/DO测定仪14、线浓度检测设备9所反馈的相关数据信息等。
需要说明的是，对于本发明所采用的PLC控制器，本领域技术人员可以根据本发明在此对其功能和/或用途的描述，采用相关的现有技术来实现其具体的结构等；本发明在此不进行具体限定。
本发明的一些具体实施方式中，脱氮除碳装置还包括：出水箱18及出水回流管道19；
所述出水箱18与离子交换树脂反应器8的出水端通过管道连通；
所述出水回流管道19一端连接于所述出水箱18，另一端连接于所述氨氧化后中间水箱7与所述离子交换树脂反应器8之间的管道；
所述出水回流管道19上设置有出水回流泵20；
所述PLC控制器17与所述出水回流泵20通信连接；具体地，出水回流泵20也设置有通信接口；PLC控制器17通过其信号反馈/控制接口28与出水回流泵20的通信接口进行通信，用于控制出水回流泵20的开启和关闭等。
当氨氧化后中间水箱7中的污水的硝态氮浓度大于110mg/L时，使出水箱18中的存水回流，并与氨氧化后中间水箱7的出水混合后进入到离子交换树脂反应器8中，以使进入到离子交换树脂反应器8中的污水的硝态氮浓度为50-110mg/L。
在本发明的一些具体实施方式中，在原水箱1和反硝化除碳反应器2之间的管道上设置有第一进水泵21；
在除碳后中间水箱3和部分短程硝化反应器4之间的管道上设置有第二进水泵22；
在硝化后中间水箱5和厌氧氨氧化反应器6之间的管道上设置有第三进水泵23；
在氨氧化后中间水箱7和离子交换树脂反应器8之间的管道上设置有第四进水泵24；
在所述硝酸盐回流管道16上设置有硝酸盐回流泵25；
所述PLC控制器17分别与所述第一进水泵21、第二进水泵22、第三进水泵23、第四进水泵24及硝酸盐回流泵25通信连接；具体地，各水泵也设置有通信接口；PLC控制器17通过其信号反馈/控制接口28与各水泵的通信接口进行通信，用于控制各水泵的开启和关闭等。
本发明的一些具体实施方式中，在所述曝气头13及空气压缩机15之间的管道上设置有气体流量计26；PLC控制器17与所述气体流量计通信连接，用于准确地控制曝气量。
本发明的一些具体实施方式中，反硝化除碳反应器2可以为SBR(SequencingBatch Reactor，序批式反应器)反应器；
部分短程硝化反应器4可以为SBR反应器；
厌氧氨氧化反应器6为可以为SBR反应器或UASB(Up-flow Anaerobic SludgeBed，连续流升流式厌氧污泥床)反应器；
离子交换树脂反应器8可以为SBR反应器；
其中当各反应器具体采用SBR反应器时，其内设置有搅拌器30，所述PLC控制器17与各搅拌器30分别通信连接；具体地，各搅拌器30也设置有通信接口；PLC控制器17通过其信号反馈/控制接口28与各搅拌器30的通信接口进行通信，用于控制各搅拌器30的启停和转速等。
本发明还提供了应用前述的脱氮除碳装置处理高氨氮低碳氮比污水的方法，包括：
(1)反硝化除碳过程：使原水箱中的原水及氨氧化后中间水箱中的硝态氮污水进入到反硝化除碳反应器中进行反硝化反应；调节硝态氮污水的回流量和原水的进水量，以使原水中的COD能够在满足去除反硝化除碳反应器中的硝态氮后，其剩余量还能够满足在部分短程硝化反应器内通过反硝化去除上一个处理周期剩余的亚硝态氮，且部分短程硝化反应器出水的COD值满足排放要求；反硝化除碳反应器的出水进入除碳后中间水箱中；
(2)部分短程硝化过程：使除碳后中间水箱中的污水进入到部分短程硝化反应器中，先进行反硝化反应，利用污水中的COD去除上一个处理周期剩余的亚硝态氮；然后进行曝气，增加水中的溶解氧含量；
控制部分短程硝化反应器中的溶解氧含量、pH值、温度及游离亚硝酸浓度，以使污水进行短程硝化反应；并通过对曝气量和曝气时间的控制，使部分短程硝化反应器出水中亚硝态氮的量与氨氮的量比值为1.32；部分短程硝化反应器的出水进入硝化后中间水箱；
(3)厌氧氨氧化过程：使硝化后中间水箱中的污水进入到厌氧氨氧化反应器中，进行厌氧氨氧化反应；厌氧氨氧化反应器的出水进入到氨氧化后中间水箱；
(4)磁性树脂吸附过程：使氨氧化后中间水箱中的污水进入到离子交换树脂反应器中，通过磁性阴离子交换树脂去除污水中的硝态氮，以使离子交换树脂反应器的出水中硝态氮浓度为20-80mg/L。
需要说明的是，本发明中所说的“碳”或“碳源”是指有机物，尤其是指水中的有机污染物，这些有机污染物可以被异氧菌所利用，进而被除去；本文中，有时也用COD(化学需氧量)表示。
本发明中所说的原水是指待处理的污水，例如养殖废水、晚期垃圾渗滤液、餐厨废水厌氧消化液等。
本发明中所说的硝态氮(NO3 --N)是指硝酸盐中所含有的氮元素；亚硝态氮(NO2 --N)是指亚硝酸盐中所含有的氮元素；氨氮(NH4+-N)是指游离氨(NH3)和铵离子(NH4+)所含有的氮元素。
在本发明的反硝化除碳过程(1)中，进入到反硝化除碳反应器中水包括两部分，一是原水，二是通过硝酸盐回流管道返回的硝态氮污水；在实际处理过程中，可以按照以下原则调节硝态氮污水的回流量和原水的进水量：
由于在反硝化除碳反应器中主要进行反硝化反应，反硝化过程中需要利用污水中的碳源，因此进入到反硝化除碳反应器中的原水首先要满足去除反硝化除碳反应器中的硝态氮；
其次，由于部分短程硝化反应器每个处理周期结束后，其并不会将反应器内全部的水排出，而是一般排出50％-70％的水；那么对于部分短程硝化反应器来说，其一个处理周期结束，排水后，装置内还会存有一定量的含有亚硝态氮的污水；因此原水中的COD在经过反硝化除碳反应器中的反硝化去除后，COD剩余量还要能够满足在部分短程硝化反应器内通过反硝化去除上一个处理周期剩余的亚硝态氮；同时，部分短程硝化反应器出水的COD值满足排放要求。
具体实施过程中，可以根据原水中的COD量，硝态氮污水中的硝态氮浓度、部分短程硝化反应器内上一个处理周期剩余的亚硝态氮的量来计算并调节硝态氮污水的回流量和原水的进水量。
在部分短程硝化过程(2)中，除碳后中间水箱中的污水进入到部分短程硝化反应器中，先不进行曝气，使反应器中先进行反硝化反应，利用污水中的COD去除上一个处理周期剩余的亚硝态氮；当亚硝态氮浓度低于在线浓度检测设备的检测限以下时，进行曝气，增加水中的溶解氧含量，进行硝化反应；通过控制部分短程硝化反应器中的溶解氧含量、pH值、温度及游离亚硝酸浓度，使得亚硝酸盐氧化菌被淘洗出反应器，只保留氨氧化菌；因此，部分短程硝化反应器中的污水只进行短程硝化反应，也即硝化过程的最终产物为亚硝态氮；进一步地，通过对曝气量和曝气时间进行控制，只进行部分短程硝化反应，使得部分短程硝化反应器出水中亚硝态氮的量与氨氮的量比值为1.32。这里所说的亚硝态氮的量与氨氮的量比值为1.32，是指亚硝态氮与氨氮的摩尔比。
本发明的一些具体实施方式中，磁性阴离子交换树脂粒径约为180μm，通水倍数设置为200-400BV(即2.5-5mL/L)。
在本发明的一些具体实施方式中，在反硝化除碳过程中，可以通过PLC控制器控制硝态氮污水的回流量和原水的进水量。
在本发明的一些具体实施方式中，在部分短程硝化过程中，通过PLC控制器控制曝气量和曝气时间，使得部分短程硝化反应后，污水中亚硝态氮的量与氨氮的量比值为1.32。
在本发明的一些具体实施方式中，在磁性树脂吸附过程中，进入到离子交换树脂反应器中的污水的硝态氮浓度为50-110mg/L；
当氨氧化后中间水箱中的污水的硝态氮浓度大于110mg/L时，使离子交换树脂反应器的部分出水回流，并与氨氧化后中间水箱的出水混合后进入到离子交换树脂反应器中，以使进入到离子交换树脂反应器中的污水的硝态氮浓度为50-110mg/L。
下面通过具体实施例，应用本发明提供的高氨氮低碳氮比污水的脱氮除碳装置，对本发明提供的处理污水的方法进行说明。
实施例1
其应用的高氨氮低碳氮比污水的脱氮除碳装置如图1所示，包括
通过管道依次连接的原水箱1、反硝化除碳S反应器2、除碳后中间水箱3、部分短程硝化反应器4、硝化后中间水箱5、厌氧氨氧化反应器6、氨氧化后中间水箱7、离子交换树脂反应器8及出水箱18；
所述反硝化除碳SBR反应器2、部分短程硝化SBR反应器4、厌氧氨氧化SBR反应器6及离子交换树脂SBR反应器8均采用SBR反应器；
所述反硝化除碳反应器2、部分短程硝化反应器4、厌氧氨氧化反应器6及离子交换树脂反应器8的内部均设置有搅拌器30及在线浓度检测设备9；
所述反硝化除碳反应器2、部分短程硝化反应器4、厌氧氨氧化反应器6及离子交换树脂反应器8的出水端均设置有出水阀10；
所述部分短程硝化反应器2内还设置有pH探头11、DO探头12及曝气头13；所述pH探头11及DO探头12与pH/DO测定仪的主机14电连接；所述曝气头13与空气压缩机15通过管道连接；在所述曝气头13及空气压缩机15之间的管道上设置有气体流量计26；
所述离子交换树脂反应器8内装填有磁性阴离子交换树脂；
所述装置还设置有出水回流管道19，其一端连接于所述出水箱18，另一端连接于所述氨氧化后中间水箱7与所述离子交换树脂反应器8之间的管道；
所述装置还设置有硝酸盐回流管道16，所述硝酸盐回流管道16一端连接于原水箱1及反硝化除碳反应器2之间的管道上，另一端连接于所述氨氧化后中间水箱7；
在原水箱1和反硝化除碳反应器2之间的管道上设置有第一进水泵21；
在除碳后中间水箱3和部分短程硝化反应器4之间的管道上设置有第二进水泵22；
在硝化后中间水箱5和厌氧氨氧化反应器6之间的管道上设置有第三进水泵23；
在氨氧化后中间水箱7和离子交换树脂反应器8之间的管道上设置有第四进水泵24；
在所述硝酸盐回流管道16上设置有硝酸盐回流泵25；所述出水回流管道19上设置有出水回流泵20；
所述装置还包括PLC控制器17，所述PLC控制器17分别与pH/DO测定仪的主机14、空气压缩机15、各反应器的搅拌器30、出水阀10、各水泵、在线浓度检测设备9通信连接；PLC控制器17还与一计算机27通信连接。
各反应器均由有机玻璃制成，反硝化除碳反应器有效容积为10L，排水比为70％；部分短程硝化反应器有效容积为10L，排水比为70％，曝气过程中控制反应器内溶解氧低于1.2mg/L；厌氧氨氧化反应器有效容积为12L，反应器内厌氧氨氧化菌群为海绵填料挂膜状态，无悬浮污泥存在，排水比为100％；磁性离子交换树脂反应器有效容积为8L，排水比为90％。反应器均处于室温条件下。
某晚期垃圾渗滤液COD浓度为994mg/L，总氮浓度为1003mg/L，氨氮浓度为986mg/L，经过以下步骤处理：
(1)启动各反应器：反硝化除碳反应器接种城市生活污水处理厂二沉池剩余污泥，控制反应器内污泥浓度为3500-4500mg/L；部分短程硝化反应器同样接种城市生活污水处理厂二沉池剩余污泥，控制反应器内污泥浓度为3500-4500mg/L，泵入使用碳酸氢铵溶液及其他菌群生长所需的微量元素配制的模拟废水，其中氨氮浓度为1000mg/L，控制反应器内曝气过程中溶解氧浓度小于1.2mg/L，当反应过程中pH变化曲线由下降转为上升时曝气自动停止，排水闲置后继续重复进水曝气，经过36个周期的驯化，反应器内实现稳定的短程硝化，亚硝态氮积累率达到98％以上；厌氧氨氧化反应器内接种活性良好的厌氧氨氧化中试海绵填料挂膜污泥，填料的填充比为15％；磁性离子交换树脂SBR反应器内加入磁性阴离子交换树脂，控制反应器内树脂的通水倍数为300BV。
(2)连接各反应器：当各水箱内的水量满足进水量需求时，反应器自动进水，将各反应器串联运行，稳定后在原水箱中加入晚期垃圾渗滤液。
(3)反硝化除碳反应器：通过各反应器内在线浓度检测设备计算控制氨氧化后中间水箱中硝态氮溶液回流量与原水进水箱的进水量为1:1，使得进水COD足够反硝化去除氨氧化后中间水箱中回流的硝态氮以及部分短程硝化反应器内上周期剩余的亚硝态氮。反应后，反硝化除碳反应器出水的COD浓度为217mg/L，硝氮浓度为0，氨氮浓度为557mg/L。
(4)部分短程硝化反应器：进水过程中，进水中的COD反硝化去除上周期剩余的亚硝态氮，随后开始曝气，控制反应器内溶解氧浓度为0.5mg/L，曝气3.25h后，根据在线浓度检测设备的显示，此时亚硝态氮与氨氮浓度比值达到1.32，PLC控制器控制自动停止曝气，此时氨氮浓度为211mg/L，亚硝态氮浓度为280mg/L，总氮浓度较曝气前降低，是因为曝气过程中反应器内部溶解氧较低，发生了同步短程硝化反硝化反应；
(5)厌氧氨氧化反应器：进水后搅拌3.3h，在线浓度检测设备检测到氨氮与亚硝态氮浓度均低于检测限以下，证明反应结束，搅拌自动停止，此时反应器内硝态氮浓度为51mg/L；
(6)离子交换树脂反应器：调节进水全部为氨氧化后中间水箱的水，即出水箱的水无需回流，搅拌使得树脂与污水充分混合，当反应器内部混合液中硝态氮浓度为35mg/L时，自动停止搅拌，磁性树脂迅速沉降，10min后反应器排水至出水箱。最终出水COD浓度为97mg/L，总氮浓度为35mg/L，优于排放标准(COD浓度为100mg/L，总氮浓度为40mg/L)。
实施例2
将实施例1中的厌氧氨氧化反应器形式由SBR反应器改为UASB反应器，UASB反应器主要由引流区、主反应区、三相分离区、沉淀区、气体收集装置及回流装置等部分构成，其高为1.2m，内径为12cm，反应区有效容积为12L，反应器外部包裹黑色海绵，保护其内部厌氧氨氧化菌不受光照影响，底部连续进水，上部连续出水。UASB反应器因无需搅拌，所以去掉图1所示的厌氧氨氧化反应器内部的搅拌器，同时去掉其对应的PLC控制器中的搅拌器控制接口。其他装置均与图1相同。
某养殖废水COD浓度为5220mg/L，总氮浓度为4951mg/L，氨氮浓度为4923mg/L，经过以下步骤处理：
(1)启动各反应器：反硝化除碳反应器接种城市生活污水处理厂二沉池剩余污泥，控制反应器内污泥浓度为3500-4500mg/L；部分短程硝化反应器同样接种城市生活污水处理厂二沉池剩余污泥，控制反应器内污泥浓度为3500-4500mg/L，泵入使用碳酸氢铵溶液及其他菌群生长所需的微量元素配制的模拟废水，其中氨氮浓度为5000mg/L，控制反应器内曝气过程中溶解氧浓度小于2mg/L，当反应过程中pH变化曲线由下降转为上升时曝气自动停止，排水闲置后继续重复进水曝气，经过20个周期的驯化，反应器内实现稳定的短程硝化，亚硝态氮积累率达到98％以上；厌氧氨氧化UASB反应器内接种活性良好的厌氧氨氧化中试海绵填料挂膜污泥和颗粒污泥两种形式的混合污泥；磁性离子交换树脂SBR反应器内加入磁性阴离子交换树脂，控制反应器内树脂的通水倍数为200BV。
(2)连接各反应器：当各水箱内的水量满足进水量需求时，反应器自动进水，将各反应器串联运行，稳定后在原水箱中加入养殖废水。
(3)反硝化除碳反应器：通过各反应器内在线浓度检测设备计算控制氨氧化后中间水箱中硝态氮溶液回流量与原水箱的进水量为4:3，使得进水COD足够反硝化去除氨氧化后中间水箱中回流的硝态氮以及部分短程硝化SBR反应器内上周期剩余的亚硝态氮。反应后COD浓度为2364mg/L，硝氮浓度为0，氨氮浓度为2273mg/L。
(4)部分短程硝化反应器：进水过程中，进水中的COD反硝化去除上周期剩余的亚硝态氮，随后开始曝气，控制反应器内溶解氧浓度为1mg/L，曝气5.5h后，根据在线浓度检测设备的显示，此时亚硝态氮与氨氮浓度比值达到1.32，PLC控制器控制自动停止曝气，此时氨氮浓度为821mg/L，亚硝态氮浓度为1084mg/L，总氮浓度较曝气前降低，是因为曝气过程中反应器内部溶解氧较低，发生了同步短程硝化反硝化反应。
(5)厌氧氨氧化反应器：反应器水力停留时间为8h，反应器出水硝态氮浓度为207mg/L。
(6)离子交换树脂反应器：调节进水为氨氧化后中间水箱的水与出水箱的水体积比为1:4，混合瞬间，反应器内硝态氮浓度为105mg/L，搅拌使得树脂与污水充分混合，当反应器内部混合液中硝态氮浓度为75mg/L时，自动停止搅拌，磁性树脂迅速沉淀，10min后反应器排水至出水箱。最终出水COD浓度为374mg/L，总氮浓度为75mg/L，优于排放标准(COD浓度为400mg/L，总氮浓度为80mg/L)。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高氨氮低碳氮比污水的脱氮除碳装置，其特征在于，包括：
通过管道依次连接的原水箱、反硝化除碳反应器、除碳后中间水箱、部分短程硝化反应器、硝化后中间水箱、厌氧氨氧化反应器、氨氧化后中间水箱及离子交换树脂反应器；
所述反硝化除碳反应器、部分短程硝化反应器、厌氧氨氧化反应器及离子交换树脂反应器的内部均设置有在线浓度检测设备；
所述反硝化除碳反应器、部分短程硝化反应器、厌氧氨氧化反应器及离子交换树脂反应器的出水端均设置有出水阀；
所述部分短程硝化反应器内还设置有pH探头、DO探头及曝气头；所述pH探头及DO探头与pH/DO测定仪的主机电连接；所述曝气头与空气压缩机通过管道连接；
所述离子交换树脂反应器内装填有磁性阴离子交换树脂；
所述装置还设置有硝酸盐回流管道，所述硝酸盐回流管道一端连接于原水箱及反硝化除碳反应器之间的管道上，另一端连接于所述氨氧化后中间水箱；
所述装置还包括PLC控制器，所述PLC控制器分别与pH/DO测定仪的主机、空气压缩机、出水阀、在线浓度检测设备通信连接。
2.如权利要求1所述的高氨氮低碳氮比污水的脱氮除碳装置，其特征在于，还包括：出水箱及出水回流管道；
所述出水箱与所述离子交换树脂反应器的出水端通过管道连通；
所述出水回流管道一端连接于所述出水箱，另一端连接于所述氨氧化后中间水箱与所述离子交换树脂反应器之间的管道；
所述出水回流管道上设置有出水回流泵；
所述PLC控制器与所述出水回流泵通信连接。
3.如权利要求1所述的高氨氮低碳氮比污水的脱氮除碳装置，其特征在于，
在原水箱和反硝化除碳反应器之间的管道上设置有第一进水泵；
在除碳后中间水箱和部分短程硝化反应器之间的管道上设置有第二进水泵；
在硝化后中间水箱和厌氧氨氧化反应器之间的管道上设置有第三进水泵；
在氨氧化后中间水箱和离子交换树脂反应器之间的管道上设置有第四进水泵；
在所述硝酸盐回流管道上设置有硝酸盐回流泵；
所述PLC控制器分别与所述第一进水泵、第二进水泵、第三进水泵、第四进水泵及硝酸盐回流泵通信连接。
4.如权利要求1所述的高氨氮低碳氮比污水的脱氮除碳装置，其特征在于，在所述曝气头及空气压缩机之间的管道上设置有气体流量计；所述PLC控制器与所述气体流量计通信连接。
5.如权利要求1所述的高氨氮低碳氮比污水脱氮除碳的装置，其特征在于，
还包括计算机，所述计算机与所述PLC控制器通信连接。
6.如权利要求1-5中任一项所述的高氨氮低碳氮比污水的脱氮除碳装置，其特征在于，
所述反硝化除碳反应器为SBR反应器；
所述部分短程硝化反应器为SBR反应器；
所述厌氧氨氧化反应器为SBR反应器或UASB反应器；
所述离子交换树脂反应器为SBR反应器；
其中SBR反应器内设置有搅拌器，所述PLC控制器与各搅拌器分别通信连接。
7.应用权利要求1-6中任一项所述的脱氮除碳装置处理高氨氮低碳氮比污水的方法，其特征在于，包括：
(1)反硝化除碳过程：使原水箱中的原水及氨氧化后中间水箱中的硝态氮污水进入到反硝化除碳反应器中进行反硝化反应；调节硝态氮污水的回流量和原水的进水量，以使原水中的COD能够在满足去除反硝化除碳反应器中的硝态氮后，其剩余量还能够满足在部分短程硝化反应器内通过反硝化去除上一个处理周期剩余的亚硝态氮，且部分短程硝化反应器出水的COD值满足排放要求；反硝化除碳反应器的出水进入除碳后中间水箱中；
(2)部分短程硝化过程：使除碳后中间水箱中的污水进入到部分短程硝化反应器中，先进行反硝化反应，利用污水中的COD去除上一个处理周期剩余的亚硝态氮；然后进行曝气，增加水中的溶解氧含量；
控制部分短程硝化反应器中的溶解氧含量、pH值、温度及游离亚硝酸浓度，以使污水进行短程反硝化反应；并通过对曝气量和曝气时间的控制，使部分短程硝化反应器出水中亚硝态氮的量与氨氮的量比值为1.32；部分短程硝化反应器的出水进入硝化后中间水箱；
(3)厌氧氨氧化过程：使硝化后中间水箱中的污水进入到厌氧氨氧化反应器中，进行厌氧氨氧化反应；厌氧氨氧化反应器的出水进入到氨氧化后中间水箱；
(4)磁性树脂吸附过程：使氨氧化后中间水箱中的污水进入到离子交换树脂反应器中，通过磁性阴离子交换树脂去除污水中的硝态氮，以使离子交换树脂反应器的出水中硝态氮浓度为20-80mg/L。
8.如权利要求7所述的处理高氨氮低碳氮比污水的方法，其特征在于，在反硝化除碳过程中，通过PLC控制器控制硝态氮污水的回流量和原水的进水量。
9.如权利要求7所述的处理高氨氮低碳氮比污水的方法，其特征在于，在部分短程硝化过程中，通过PLC控制器控制曝气量和曝气时间，使得部分短程硝化反应后，污水中亚硝态氮的量与氨氮的量比值为1.32。
10.如权利要求8所述的处理高氨氮低碳氮比污水的方法，其特征在于，在磁性树脂吸附过程中，进入到离子交换树脂反应器中的污水的硝态氮浓度为50-110mg/L；
当氨氧化后中间水箱中的污水的硝态氮浓度大于110mg/L时，使离子交换树脂反应器的部分出水回流，并与氨氧化后中间水箱的出水混合后进入到离子交换树脂反应器中，以使进入到离子交换树脂反应器中的污水的硝态氮浓度为50-110mg/L。
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