CN109179911A - 一种城市生活污水的深度脱氮装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种城市生活污水的深度脱氮装置和方法，其中城市生活污水的深度脱氮装置，包括：通过管道依次连接的原水箱、短程硝化反硝化反应器、沉淀反应器、中间水箱、离子交换反应器和出水箱；所述短程硝化反硝化反应器内设置有曝气头、一号搅拌器、pH探头和DO探头；所述沉淀反应器内设置有斜管或聚氨酯海绵多孔填料；所述离子交换反应器装填有磁性阴离子交换树脂，其内设置有二号搅拌器；所述装置还包括可编程过程控制器。本发明提供的装置，通过短程硝化反硝化反应与离子交换反应相结合，无需外加碳源，降低曝气除碳的能耗，实现对城市生活污水的深度脱氮处理。
Description
技术领域
本发明涉及城市生活污水处理技术领域，特别是涉及一种城市生活污水的深度脱氮装置和方法。
背景技术
我国2002年颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准要求出水氨氮浓度小于5mg/L，总氮(TN)浓度小于15mg/L。2015年11月份环保部下达了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的修订任务，其征求意见稿的新标准规定在环境承载能力较弱，易产生较严重的环境污染问题地区，应该严格控制其污染物排放，这些地区的城市污水处理厂执行特别排放限值。特别排放限值规定水体富营养化问题严重地区要求氨氮、TN排放限值分别为1.5mg/L、10mg/L，非水体富营养化问题严重地区氨氮排放限值为3mg/L。
传统硝化反硝化脱氮是先在好氧环境下，利用污水中的碳源(有机污染物)使氨氮在氨氧化菌的作用下转化为亚硝态氮，再在亚硝态氮氧化菌的作用下转化为硝态氮。接着，在缺氧环境下，反硝化菌利用碳源将硝态氮转化为氮气，其中，好氧环境是通过曝气的方式实现。
因此，采用传统硝化反硝化对城市生活污水进行脱氮时，其硝化过程既需要曝气能耗又损失了污水中原有的碳源，而我国城市生活污水属于典型低碳氮比(化学需氧量质量浓度/总氮质量浓度，C/N)污水，C/N一般小于5，有时甚至小于3。对于低C/N城市生活污水，由于碳源不足，通常在反硝化过程还需要外加碳源才能实现其深度脱氮，满足排放标准。这样不仅造成了污水中原有碳源的浪费，外加碳源还导致了反硝化过程剩余污泥产量增大，从而造成污水处理厂对污泥处理的成本和难度增加。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种城市生活污水的深度脱氮装置和方法，以实现在对城市生活污水进行深度脱氮的同时，降低曝气除碳的能耗，不增加剩余污泥产量。具体技术方案如下：
首先，本发明提供一种城市生活污水的深度脱氮装置，包括通过管道依次连接的原水箱、短程硝化反硝化反应器、沉淀反应器、中间水箱、离子交换反应器和出水箱；所述短程硝化反硝化反应器内设置有曝气头、一号搅拌器、pH探头和DO探头；所述曝气头通过管道与空气压缩机连接；所述pH探头和DO探头均与pH/DO测定仪的主机电连接；所述沉淀反应器内设置有斜管或聚氨酯海绵多孔填料；所述沉淀反应器底部设置有排泥阀；所述沉淀反应器顶部设置有溢流槽；所述离子交换反应器装填有磁性阴离子交换树脂，其内设置有二号搅拌器；所述装置还包括可编程过程控制器，所述可编程过程控制器分别与所述空气压缩机、一号搅拌器、二号搅拌器、pH/DO测定仪的主机和排泥阀通信连接。
在本发明的一些实施方式中，所述装置还包括一号出水阀和二号出水阀；所述一号出水阀安装于所述短程硝化反硝化反应器的出水口处；所述二号出水阀安装于所述离子交换反应器的出水口处；所述可编程过程控制器分别与所述一号出水阀和所述二号出水阀通信连接。
在本发明的一些实施方式中，在原水箱和短程硝化反硝化反应器之间的管道上设置有原水进水泵；在中间水箱和离子交换反应器之间的管道上设置有中间水箱出水泵；所述可编程过程控制器分别与所述原水进水泵和所述中间水箱出水泵通信连接。
在本发明的一些实施方式中，所述曝气头与空气压缩机的连接管道上设置有气体流量计；所述气体流量计与所述可编程过程控制器通信连接。
在本发明的一些实施方式中，所述装置还包括计算机；所述计算机与所述可编程过程控制器通信连接。
在本发明的一些实施方式中，所述短程硝化反硝化反应器为SBR反应器；所述沉淀反应器为SBR反应器；所述离子交换反应器为SBR反应器。
其次，本发明提供了一种城市生活污水的深度脱氮方法，包括：以下步骤：
(1)短程硝化反硝化过程：使原水箱中的原水进入到短程硝化反硝化反应器的同时启动一号搅拌器进行搅拌，在短程硝化反硝化反应器内先进行反硝化反应，去除上一周期剩余的亚硝态氮；然后停止搅拌，进行曝气，增加水中的溶解氧含量；控制短程硝化反硝化反应器内的溶解氧浓度，使短程硝化反硝化反应器内进行短程硝化反应；随后，重复进水搅拌和曝气步骤2～3次后，短程硝化反硝化反应器内继续搅拌进行内源反硝化反应；短程硝化反硝化反应器的出水进入沉淀反应器中；
(2)沉淀过程：使短程硝化反硝化反应器中的污水从位于沉淀反应器下部的进水口进入到沉淀反应器中；污水通过内置的斜管或聚氨酯海绵多孔填料过滤后流至沉淀反应器上部，经溢流槽内置的管道流入中间水箱；
(3)磁性树脂吸附过程：使中间水箱的污水进入离子交换反应器中，启动二号搅拌器，通过磁性阴离子交换树脂去除污水中的亚硝态氮。
在本发明的一些实施方式中，在短程硝化反硝化过程中，通过可编程过程控制器控制一号搅拌器的启动和关闭，以及曝气量和曝气时间。
在本发明的一些实施方式中，在磁性树脂吸附过程中，通过可编程过程控制器控制二号搅拌器的启动和关闭。
本发明实施例提供的一种城市生活污水的深度脱氮装置和方法，通过将短程硝化反硝化反应与离子交换反应串联，采用多次进水与搅拌相结合的方式，先利用污水中的碳源进行反硝化反应，节省曝气除碳的能耗，同时又能脱除部分亚硝态氮；再通过短程硝化反应去除污水中的氨氮，使氨氮转化为亚硝态氮；最后通过内源反硝化反应和离子交换反应将污水中剩余的亚硝态氮去除；实现对城市生活污水深度脱氮的处理，从而使出水氨氮、总氮达到城镇污水处理厂污染物排放标准的一级A标准；
同时，不外加碳源不会导致反硝化过程剩余污泥产量增大，降低了污水处理厂对污泥处理的成本和难度；
另外，离子反应器中的磁性阴离子交换树脂颗粒粒径小，比表面积较大，再生率高，去除亚硝态氮效率高，且不易受温度影响；同时，由于树脂具有弱磁性，容易聚集沉降，不易随水流流失，回收率高。
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为本发明实施例提供的一种城市生活污水的深度脱氮装置示意图；
其中，1-原水箱；1.1-原水进水泵；2-短程硝化反硝化反应器；2.1-空气压缩机；2.2-气体流量计；2.3-曝气头；2.4-一号搅拌器；2.5-pH/DO测定仪的主机；2.6-pH探头；2.7-DO探头；2.8-一号出水阀；3-沉淀反应器；3.1-斜管或聚氨酯海绵多孔填料；3.2-排泥阀；3.3-中间水箱；3.4-溢流槽；4-离子交换反应器；4.1-中间水箱出水泵；4.2-二号搅拌器；4.3-二号出水阀；4.4-出水箱；5-可编程过程控制器；5.1-一号搅拌器端口；5.2-曝气继电器端口；5.3-原水进水泵继电器端口；5.4-pH/DO测定仪端口；5.5-一号出水阀端口；5.6-中间水箱出水泵继电器端口；5.7-二号搅拌器端口；5.8-二号出水阀端口；5.9-排泥阀端口；6-计算机。
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城市生活污水的深度脱氮装置，如图1所示，包括：
通过管道依次连接的原水箱1、短程硝化反硝化反应器2、沉淀反应器3、中间水箱3.3、离子交换反应器4和出水箱4.4；
所述短程硝化反硝化反应器2内设置有曝气头2.3、一号搅拌器2.4、pH探头2.6和DO探头2.7；
所述曝气头2.3通过管道与空气压缩机2.1连接；
所述pH探头2.6和DO探头2.7均与pH/DO测定仪的主机2.5电连接；
所述沉淀反应器3内设置有斜管或聚氨酯海绵多孔填料3.1；所述沉淀反应器3底部设置有排泥阀3.2；所述沉淀反应器3顶部设置有溢流槽3.4；
所述离子交换反应器4装填有磁性阴离子交换树脂，其内设置有二号搅拌器4.2；
所述装置还包括可编程过程控制器5，所述可编程过程控制器5分别与所述空气压缩机2.1、一号搅拌器2.4、二号搅拌器4.2、pH/DO测定仪的主机2.5和排泥阀3.2通信连接。
在本发明的一些具体实施方式中，短程硝化反硝化反应器2内存在含有氨氧化菌和反硝化菌的污泥。
在本发明的一些具体实施方式中，通过控制短程硝化反硝化反应器2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态氮氧化菌淘洗出短程硝化反硝化反应器2，只保留氨氧化菌，使得硝化过程最终产物为亚硝态氮，相比全程硝化可以节省25％的曝气量；需要说明的是，这种去除亚硝态氮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2.3可以固定于短程硝化反硝化反应器2底部。
在本发明的一些具体实施方式中，短程硝化反硝化反应器2的出水口通过管道与位于沉淀反应器3下部的进水口相连，沉淀反应器3顶部的溢流槽3.4内置有管道与中间水箱3.3的进水口相连。
在本发明的一些具体实施方式中，可编程过程控制器5内置有一号搅拌器端口5.1、曝气继电器端口5.2、pH/DO测定仪端口5.4、二号搅拌器端口5.7和排泥阀端口5.9；可编程过程控制器5通过一号搅拌器端口5.1、曝气继电器端口5.2、pH/DO测定仪端口5.4、二号搅拌器端口5.7和排泥阀端口5.9分别与一号搅拌器2.4、空气压缩机2.1、pH/DO测定仪的主机2.5、二号搅拌器4.2和排泥阀3.2通信连接；通过通信连接，可编程过程控制器5可以实现对一号搅拌器2.4、空气压缩机2.1、二号搅拌器4.2和排泥阀3.2的控制，以及接收pH/DO测定仪的主机2.5所反馈的相关数据信息。当然，一号搅拌器2.4、空气压缩机2.1、pH/DO测定仪的主机2.5、二号搅拌器4.2和排泥阀3.2也具备相应的通信端口，用于与可编程过程控制器5进行通信。
需要说明的是，对于本发明所采用的可编程过程控制器5，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。
在本发明的一些具体实施方式中，所述装置还包括一号出水阀2.8和二号出水阀4.3；
所述一号出水阀2.8安装于所述短程硝化反硝化反应器2的出水口处；
所述二号出水阀4.3安装于所述离子交换反应器4的出水口处；
所述可编程过程控制器5分别与所述一号出水阀2.8和所述二号出水阀4.3通信连接；具体地，可编程过程控制器5还内置有一号出水阀端口5.5和二号出水阀端口5.8；可编程过程控制器5通过一号出水阀端口5.5和二号出水阀端口5.8分别与一号出水阀2.8和二号出水阀4.3的通信端口进行通信，用于控制一号出水阀2.8和二号出水阀4.3的开启和关闭等。
在本发明的一些具体实施方式中，在原水箱1和短程硝化反硝化反应器2之间的管道上设置有原水进水泵1.1；
在中间水箱3.3和离子交换反应器4之间的管道上设置有中间水箱出水泵4.1；
所述可编程过程控制器5分别与所述原水进水泵1.1和所述中间水箱出水泵4.1通信连接；具体地，可编程过程控制器5还内置有原水进水泵继电器端口5.3和中间水箱出水泵继电器端口5.6；原水进水泵1.1和中间水箱出水泵4.1也分别设置有通信端口；可编程过程控制器5通过其原水进水泵继电器端口5.3和中间水箱出水泵继电器端口5.6分别与原水进水泵1.1和中间水箱出水泵4.1的通信端口进行通信，用于控制原水进水泵1.1和中间水箱出水泵4.1的开启和关闭等。
在本发明的一些具体实施方式中，所述曝气头2.3与空气压缩机2.1的连接管道上设置有气体流量计2.2；
所述气体流量计2.2与所述可编程过程控制器5通信连接；具体地，可编程过程控制器5还内置有气体流量计端口(图中未显示)；气体流量计2.2也设置有通信端口；可编程控制器5通过其气体流量计端口与气体流量计2.2的通信端口进行通信，以接收气体流量计2.2所反馈的相关数据信息。
在本发明的一些具体实施方式中，所述装置还包括计算机6，计算机6与可编程过程控制器5通信连接；具体地，可编程过程控制器5设置有信号输出端口(图中未显示)，通过此端口与计算机6通信连接；用于在计算机6上显示pH/DO测定仪的主机2.5和气体流量计2.2所反馈的相关数据信息等。
在本发明的一些具体实施方式中，所述短程硝化反硝化反应器2可以为SBR(Sequencing Batch Reactor，序批式反应器)反应器；
所述沉淀反应器3可以为SBR(Sequencing Batch Reactor，序批式反应器)反应器；
所述离子交换反应器4可以为SBR(Sequencing Batch Reactor，序批式反应器)反应器。
本发明还提供了应用前述的脱氮装置处理城市污水的方法，包括：
(1)短程硝化反硝化过程：使原水箱1中的原水进入到短程硝化反硝化反应器2的同时启动一号搅拌器2.4进行搅拌，在短程硝化反硝化反应器2内先进行反硝化反应，去除上一周期剩余的亚硝态氮；然后停止搅拌，进行曝气，增加水中的溶解氧含量；控制短程硝化反硝化反应器2内的溶解氧浓度，使短程硝化反硝化反应器2内进行短程硝化反应；随后，重复进水搅拌和曝气步骤2～3次后，短程硝化反硝化反应器2内继续搅拌进行内源反硝化反应；短程硝化反硝化反应器2的出水进入沉淀反应器3中；
(2)沉淀过程：使短程硝化反硝化反应器2中的污水从位于沉淀反应器3下部的进水口进入到沉淀反应器3中；污水通过内置的斜管或聚氨酯海绵多孔填料3.1过滤后流至沉淀反应器3上部，经溢流槽3.4内置的管道流入中间水箱3.3；
(3)磁性树脂吸附过程：使中间水箱3.3的污水进入离子交换反应器4中，启动二号搅拌器4.2，通过磁性阴离子交换树脂去除污水中的亚硝态氮。
在本发明的一些具体实施方式中，待处理的城市生活污水作为原水注入原水箱1中，通过可编程过程控制器5启动原水进水泵1.1，将原水箱1内的城市生活污水泵入短程硝化反硝化反应器2的同时，可编程过程控制器5启动一号搅拌器2.4，短程硝化反硝化反应器2内的反硝化菌利用污水中的碳源进行反硝化反应，去除上一周期剩余的亚硝态氮，当达到预设的进水时间后可编程过程控制器5关闭原水进水泵1.1。在反硝化过程中，当显示在计算机6上的pH值变化曲线的一阶导数由正变负时，说明反硝化反应结束。此时，可编程过程控制器5关闭一号搅拌器2.4。
随后，空气压缩机2.1由可编程过程控制器5控制启动，在短程硝化反硝化反应器2内进行曝气，使其中的氨氧化菌进行短程硝化反应。控制曝气量，在开始曝气的0.5h内控制短程硝化反硝化反应器2内溶解氧(DO)浓度小于1mg/L。当显示在计算机6上的pH值变化曲线的一阶导数由负变正，且曝气时间大于1h时，或DO值大于4mg/L，且曝气时间大于3h时，说明短程硝化反应结束，可编程过程控制器5控制空气压缩机2.1停止工作。
重复上述进水搅拌和曝气步骤2～3次。
最后一次曝气结束后，再次启动一号搅拌器2.4，短程硝化反硝化反应器2内的反硝化菌利用曝气前进水搅拌过程中储存在体内的碳源进行内源反硝化反应。当显示在计算机6上的pH值变化曲线的一阶导数由正变负，且搅拌时间大于1h时，或搅拌时间大于2h时，说明内源反硝化反应结束，可编程过程控制器5控制一号搅拌器2.4停止搅拌。
之后，短程硝化反硝化反应器2内需经过0.5～1h的沉淀时间，使污泥沉淀至短程硝化反硝化反应器2的底部后，可编程过程控制器5控制一号出水阀2.8开启，使经过短程硝化反硝化过程的污水排出短程硝化反硝化反应器2，排水比为50％～70％。排水结束后可编程过程控制器5控制一号出水阀2.8关闭。在进入下一周期的运行之前，短程硝化反硝化反应器2需要闲置1～2h。当达到预设的闲置时间后，可编程过程控制器5控制原水进水泵1.1启动，短程硝化反硝化过程进入下一周期。
具体实施过程中，可根据短程硝化反硝化反应器2内的具体反应情况来预设每次进水的时间，根据短程硝化反硝化反应器2的容量和排水比来预设排水时间。
在本发明的沉淀过程(2)中，从短程硝化反硝化反应器2中排出的污水通过位于沉淀反应器3下部的进水口进入到沉淀反应器3中；污水经内置的斜管或聚氨酯海绵多孔填料3.1过滤后流至沉淀反应器3上部，经溢流槽3.4内置的管道流入中间水箱3.3，待中间水箱3.3内的污水量满足离子交换反应器4的进水量后，可编程过程控制器5控制中间水箱出水泵4.1启动，将污水从中间水箱3.3泵入离子交换反应器4中；而短程硝化反硝化反应器2的出水中残留的悬浮物和污泥则被斜管或聚氨酯海绵多孔填料3.1从污水中过滤出来，沉降至沉淀反应器3底部的泥斗中，待短程硝化反硝化反应器2排水停止1h后，可编程过程控制器5开启排泥阀3.2，短程硝化反硝化反应器2的出水中残留的悬浮物和污泥通过排泥阀3.2排出。
在本发明的磁性树脂吸附过程(3)中，当污水进入离子交换反应器4后，可编程过程控制器5控制二号搅拌器4.2启动，利用离子交换反应器4中的磁性阴离子交换树脂进行离子交换反应，以去除污水中剩余的亚硝态氮。离子交换反应时间约为20～40min，反应结束后，可编程过程控制器5控制二号搅拌器4.2停止搅拌。
为了防止在离子交换反应器4的排水过程中磁性阴离子交换树脂随着水流排出，在二号出水阀4.3开启之前，磁性阴离子交换树脂需要10～20min的沉淀时间。当达到沉淀时间后，二号出水阀4.3启动，排水比为90％～95％。排水结束后，二号出水阀4.3关闭。当可编程过程控制器5再次启动中间水箱出水泵4.1时，磁性树脂吸附过程(3)进入下一周期。
具体实施过程中，可根据离子反应器4的容量和排水比来预设其进水和排水的时间。
本发明的一些具体实施方式中，磁性阴离子交换树脂粒径为10～200μm，通水倍数设置为400～800BV(1.25～2.5mL/L)。
下面通过具体实施例，应用本发明提供的城市生活污水的深度脱氮装置，对本发明提供的处理污水的方法进行说明。
实施例1
其应用的城市生活污水的深度脱氮装置如图1所示，包括
通过管道依次连接的原水箱1、短程硝化反硝化反应器2、沉淀反应器3、中间水箱3.3、离子交换反应器4和出水箱4.4；
所述沉淀反应器3顶部设置有溢流槽3.4；
所述原水箱1与所述短程硝化反硝化反应器2的进水口通过管道连接；所述短程硝化反硝化反应器2的出水口通过管道与位于沉淀反应器3下部的进水口相连，沉淀反应器3顶部的溢流槽3.4内置有管道与中间水箱3.3的进水口相连；所述中间水箱3.3的出水口与所述离子交换反应器4的进水口通过管道连接；所述离子交换反应器4的出水口与所述出水箱4.4通过管道连接；
所述短程硝化反硝化反应器2、沉淀反应器3和离子交换反应器4均采用SBR反应器；
所述短程硝化反硝化反应器2和离子交换反应器4的出水口处分别设置有一号出水阀2.8和二号出水阀4.3；
所述短程硝化反硝化反应器2内设置有曝气头2.3、一号搅拌器2.4、pH探头2.6和DO探头2.7；所述曝气头2.3通过管道与空气压缩机2.1连接；在所述曝气头2.3与空气压缩机2.1的连接管道上设置有气体流量计2.2；所述pH探头2.6和DO探头2.7均与pH/DO测定仪的主机2.5电连接；
所述沉淀反应器3内设置有斜管或聚氨酯海绵多孔填料3.1；所述沉淀反应器3底部设置有排泥阀3.2；
所述离子交换反应器4装填有磁性阴离子交换树脂，其内设置有二号搅拌器4.2；
在原水箱1和短程硝化反硝化反应器2之间的管道上设置有原水进水泵1.1；
在中间水箱3.3和离子交换反应器4之间的管道上设置有中间水箱出水泵4.1；
所述可编程过程控制器5分别与所述原水进水泵1.1、空气压缩机2.1、气体流量计2.2、一号搅拌器2.4、pH/DO测定仪的主机2.5、一号出水阀2.8、排泥阀3.2、中间水箱出水泵4.1、二号搅拌器4.2、二号出水阀4.3通信连接；可编程过程控制器5还与计算机6通信连接。
短程硝化反硝化反应器2有效容积为12L，排水比为70％，反应器内污泥浓度为2500～3500mg/L，定期排泥，污泥龄维持在15天左右，曝气过程中控制曝气量恒定为0.6m3/h。沉淀反应器3除去溢流槽3.4的有效容积为3L，其底部泥斗容积为0.5L。离子交换反应器4有效容积为6L，排水比为90％。反应器均处于室温条件下。
某小区生活污水COD浓度为110～320mg/L，氨氮浓度为40～85mg/L，亚硝态氮、硝态氮浓度均在检测限以下，总氮浓度为42～90mg/L，C/N为1.6～4.3，pH值为7.0～7.8，经过以下步骤处理：
(1)启动各反应器：短程硝化反硝化反应器2接种城市生活污水处理厂二沉池的剩余污泥，控制反应器内污泥浓度为2500～3500mg/L，泵入小区生活污水作为启动用污水，控制反应器内曝气过程中溶解氧浓度小于1mg/L，pH值维持在7.8～8.5之间，曝气时间不超过3h，曝气结束后沉淀排水闲置，排水比为50％，随后继续重复进水曝气，每天经过4～5个周期的驯化，当反应器的出水亚硝态氮积累率大于95％且持续维持15天以上时，则说明反应器内实现稳定的短程硝化；离子交换反应器4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500BV。
(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1中加入小区生活污水。
(3)短程硝化反硝化反应器2：通过计算机6将反应器的三次进水时间分别设置为14min、26min和30min，并利用可编程过程控制器5调节原水进水泵1.1的泵速为120mL/min。启动原水进水泵1.1和一号搅拌器2.4，将原水箱1中生活污水泵入短程硝化反硝化反应器2内的同时对其进行搅拌，短程硝化反硝化反应器2内的反硝化菌利用污水中的碳源开始进行反硝化反应，去除上一周期剩余的亚硝态氮，当达到预设的进水时间后，关闭原水进水泵1.1。反硝化过程中，当显示在计算机6上的pH值变化曲线的一阶导数由正变负时，说明反硝化反应结束。此时，关闭一号搅拌器2.4；
进水搅拌结束后，空气压缩机2.1启动，在短程硝化反硝化反应器2内进行曝气，使其中的氨氧化菌进行短程硝化反应。控制曝气量，在开始曝气的0.5h内控制短程硝化反硝化反应器2内溶解氧浓度小于1mg/L。当显示在计算机6上的pH值变化曲线的一阶导数由负变正，且曝气时间大于1h时，或DO值大于4mg/L，且曝气时间大于3h时，说明短程硝化反应结束，空气压缩机2.1停止工作；
重复上述步骤2次。
最后一次曝气结束后，一号搅拌器2.4再次启动，短程硝化反硝化反应器2内的反硝化菌利用曝气前搅拌过程中储存在体内的碳源进行内源反硝化反应。当显示在计算机6上的pH值变化曲线的一阶导数由正变负，且搅拌时间大于1h时，或搅拌时间大于2h时，说明内源反硝化反应结束，一号搅拌器2.4关闭；
搅拌停止后，短程硝化反硝化反应器2内的污泥开始沉降，1h后反应器排水至中间水箱2.9，排水时间为20min，排水比为70％，排水结束后一号出水阀2.8关闭；
(4)沉淀反应器3：当短程硝化反硝化反应器2中的污水通过位于沉淀反应器3下部的进水口进入到沉淀反应器3中；污水经内置的斜管或聚氨酯海绵多孔填料3.1过滤后流至沉淀反应器3上部，经溢流槽3.4内置的管道流入中间水箱3.3，待中间水箱3.3内的污水量满足离子交换反应器4的进水量后，可编程过程控制器5控制中间水箱出水泵4.1启动，将污水从中间水箱3.3泵入离子交换反应器4中；而短程硝化反硝化反应器2的出水中残留的悬浮物和污泥则被斜管或聚氨酯海绵多孔填料3.1从污水中过滤出来，沉降至沉淀反应器3底部的泥斗中，待短程硝化反硝化反应器2排水停止1h后，可编程过程控制器5开启排泥阀3.2，排泥时间为1min，排泥量约为0.2L，短程硝化反硝化反应器2的出水中残留的悬浮物和污泥通过排泥阀3.2排出。
(5)离子交换反应器4：当中间水箱3.3内的污水量满足离子交换反应器4的进水量时，中间水箱出水泵4.1启动，调节其泵速为500mL/min，设置进水时间为11min。进水结束后，关闭中间水箱出水泵4.1，启动二号搅拌器4.2，搅拌使得磁性阴离子交换树脂与污水充分混合发生离子交换反应，以去除污水中剩余的亚硝态氮，反应进行30min后，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4.4，排水时间为15min，排水比为90％。最终出水COD浓度小于40mg/L，氨氮浓度小于3mg/L，总氮浓度小于10mg/L，优于国家城镇污水处理厂污染物排放标准的一级A标准(COD浓度为50mg/L，氨氮浓度小于5mg/L，总氮浓度小于15mg/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。
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 (9)
1.一种城市生活污水的深度脱氮装置，其特征在于，包括：
通过管道依次连接的原水箱、短程硝化反硝化反应器、沉淀反应器、中间水箱、离子交换反应器和出水箱；
所述短程硝化反硝化反应器内设置有曝气头、一号搅拌器、pH探头和DO探头；
所述曝气头通过管道与空气压缩机连接；
所述pH探头和DO探头均与pH/DO测定仪的主机电连接；
所述沉淀反应器内设置有斜管或聚氨酯海绵多孔填料；所述沉淀反应器底部设置有排泥阀；所述沉淀反应器顶部设置有溢流槽；
所述离子交换反应器装填有磁性阴离子交换树脂，其内设置有二号搅拌器；
所述装置还包括可编程过程控制器，所述可编程过程控制器分别与所述空气压缩机、一号搅拌器、二号搅拌器、pH/DO测定仪的主机和排泥阀通信连接。
2.如权利要求1所述的一种城市生活污水的深度脱氮装置，其特征在于，所述装置还包括一号出水阀和二号出水阀；
所述一号出水阀安装于所述短程硝化反硝化反应器的出水口处；
所述二号出水阀安装于所述离子交换反应器的出水口处；
所述可编程过程控制器分别与所述一号出水阀和所述二号出水阀通信连接。
3.如权利要求1所述的一种城市生活污水的深度脱氮装置，其特征在于，
在原水箱和短程硝化反硝化反应器之间的管道上设置有原水进水泵；
在中间水箱和离子交换反应器之间的管道上设置有中间水箱出水泵；
所述可编程过程控制器分别与所述原水进水泵和所述中间水箱出水泵通信连接。
4.如权利要求1所述的一种城市生活污水的深度脱氮装置，其特征在于，所述曝气头与空气压缩机的连接管道上设置有气体流量计；
所述气体流量计与所述可编程过程控制器通信连接。
5.如权利要求1所述的一种城市生活污水的深度脱氮装置，其特征在于，所述装置还包括计算机；
所述计算机与所述可编程过程控制器通信连接。
6.如权利要求1～5中任一项所述的一种城市生活污水的深度脱氮装置，其特征在于，所述短程硝化反硝化反应器为SBR反应器；
所述沉淀反应器为SBR反应器；
所述离子交换反应器为SBR反应器。
7.应用权利要求1～6中任一项所述的脱氮装置处理城市生活污水的方法，其特征在于，包括：
(1)短程硝化反硝化过程：使原水箱中的原水进入到短程硝化反硝化反应器的同时启动一号搅拌器进行搅拌，在短程硝化反硝化反应器内先进行反硝化反应，去除上一周期剩余的亚硝态氮；然后停止搅拌，进行曝气，增加水中的溶解氧含量；控制短程硝化反硝化反应器内的溶解氧浓度，使短程硝化反硝化反应器内进行短程硝化反应；随后，重复进水搅拌和曝气步骤2～3次后，短程硝化反硝化反应器内继续搅拌进行内源反硝化反应；短程硝化反硝化反应器的出水进入沉淀反应器中；
(2)沉淀过程：使短程硝化反硝化反应器中的污水从位于沉淀反应器下部的进水口进入到沉淀反应器中；污水通过内置的斜管或聚氨酯海绵多孔填料过滤后流至沉淀反应器上部，经溢流槽内置的管道流入中间水箱；
(3)磁性树脂吸附过程：使中间水箱的污水进入离子交换反应器中，启动二号搅拌器，通过磁性阴离子交换树脂去除污水中的亚硝态氮。
8.如权利要求7所述的处理城市生活污水的方法，其特征在于，在短程硝化反硝化过程中，通过可编程过程控制器控制一号搅拌器的启动和关闭，以及曝气量和曝气时间。
9.如权利要求7所述的处理城市生活污水的方法，其特征在于，在磁性树脂吸附过程中，通过可编程过程控制器控制二号搅拌器的启动和关闭。
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| CN110697987A (zh) * | 2019-10-25 | 2020-01-17 | 山东建筑大学 | 一种厌氧-氧化沟-sacr组合式高氨氮污水深度脱氮系统及工艺 |
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