CN110183056A

CN110183056A - 一种高氨氮高有机物废水的碳氮去除装置及方法

Info

Publication number: CN110183056A
Application number: CN201910529686.6A
Authority: CN
Inventors: 张世羊; 张学辉; 江肖良; 何鑫; 李孟
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2019-08-30
Anticipated expiration: 2039-06-19
Also published as: CN110183056B

Abstract

本发明公开了一种高氨氮高有机物废水的碳氮去除装置，包括依次连通的厌氧发酵池、高DO分解池、中DO硝化池、反硝化滤池、沉淀池和消毒池；所述厌氧发酵池的顶部与反硝化滤池底部连通；所述厌氧发酵池、高DO分解池、中DO硝化池和沉淀池的底部均设排泥口，各排泥口分别通过排泥管与储泥池连通；储泥池的排泥口与污泥水解池连通，污泥水解池与反硝化滤池连通。本发明的有益效果为：利用厌氧发酵处理原废水，不仅提高了废水的可生化性，还降低了后续处理生物负荷；将除COD过程和硝化过程分开进行可以避免有机负荷过高对硝化反应的抑制；将厌氧发酵产生的甲烷和剩余污泥的水解液用作反硝化碳源，不仅节省了运营费用，还有利于节能减排。

Description

一种高氨氮高有机物废水的碳氮去除装置及方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种高氨氮高有机物废水的碳氮去除装置及方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展以及人们生活水平的不断提高，人们对肉类和医药类需求不断上升，伴随而来的还有畜禽废水、屠宰废水和各类制药废水等的不断排放。

畜禽养殖废水包括养殖过程中产生的畜禽尿液、粪便等，以及冲洗圈舍所产生的冲洗水、清洁设施用水、工人生活用水、流经养殖场的雨水等。畜禽养殖废水成分复杂，属于高浓度养殖废水，主要特点是COD、氨氮以及SS等污染物含量高。

屠宰及肉类加工废水是一种典型的高浓度有机废水，屠宰废水主要污染物为生产过程中产生的血污、油脂、畜毛、碎肉、未消化的食物及粪便、尿液和清洁冲洗水构成，肉类加工废水主要由碎肉、脂肪、蛋白质、油脂、清洁冲洗水等组成。屠宰及肉类加工废水的主要特点为色度及SS高，COD及氮素含量高，氮素主要形式为氨氮。

制药废水中污染最严重的是化学制药、生物发酵制药等生产的高浓度、难降解有机废水，主要产生在清洗用水、蒸煮用水、清洁用水和生活污水等环节。制药废水具有有机污染物浓度高、难以沉降、色度高、可生化性较差、水质和水量变化大的特点。

综上所述，我国畜禽养殖废水、屠宰及肉类加工废水以及制药废水中的有机物和氨氮浓度大。就目前常用的包括活性污泥法和生物膜法的好氧处理工艺能够较好地去除废水中的 COD。一般地，异养菌较自养型硝化菌具有更短的世代时间，故在高有机负荷好氧条件下，异养菌更容易突破竞争发展成为优势菌。相反，硝化菌的活性受到抑制，要充分实现硝化只有延时曝气。但是过度曝气又可能造成后续反硝化阶段碳源不足和污泥老化，故在同一反应器内很难实现碳氮的同步高效去除。

此外，在新型脱氮技术中，异养硝化只有在C/N>10时才能有所效果，但异养硝化效率低，且同样存在反硝化碳源不足问题。厌氧工艺有着运行成本低、运行性能稳定可靠、抗冲击负荷能力强等优点，但是去除COD效率低，且无法去除氨氮。

目前迫于环境保护的压力，我国污水处理排放标准越来越严。针对当前高氨氮高有机物废水不易达标排放的难题，探究低成本、高效率的碳氮同步去除方式成为该类水体处理的主要发展方向之一。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种低成本高效率的高氨氮高有机物废水的碳氮去除装置及方法。

本发明采用的技术方案为：一种高氨氮高有机物废水的碳氮去除装置，包括依次连通的厌氧发酵池、高DO分解池、中DO硝化池、反硝化滤池、沉淀池和消毒池；所述厌氧发酵池、高DO分解池、中DO硝化池和沉淀池的底部均设排泥口，各排泥口分别通过排泥管与储泥池连通；储泥池设两个排泥口，分别与脱水机房和污泥水解池连通，污泥水解池与反硝化滤池连通。

按上述方案，所述厌氧发酵池的顶部设有气体出口，气体出口与甲烷集气罐连通，甲烷集气罐分别与反硝化滤池底部和气体纯化工艺连通。

按上述方案，所述高DO分解池和中DO硝化池配置相同，均分别包括圆形的池体，池体内部增设同心圆锥形隔板，圆锥形隔板内侧为曝气区，外侧为沉淀区，且二者的上部及底部连通；所述曝气区的顶部设曝气搅拌组件，曝气区的底部设进水口；所述沉淀区的上部设斜管，顶部周边设出水集水槽；所述沉淀区的底部通过排泥管与储泥池连通，排泥管上设有污泥泵。

按上述方案，中DO硝化池的曝气区内投加悬浮填料。

按上述方案，所述高DO分解池和中DO硝化池内接种活性污泥；高DO分解池的溶解氧为4-5mg/L，中DO硝化池的溶解氧为2-3mg/L。

按上述方案，所述反硝化滤池包括相连的下锥段B和圆柱段B；所述下锥段B与中DO硝化池的出水口连通；所述下锥段B通过水泵与污泥水解池连通；所述圆柱段B内设有轻质多孔填料；轻质多孔填料的下方设有曝气管，曝气管与甲烷集气罐连通。

本发明还提供了一种高氨氮高有机物废水的碳氮去除方法，原废水进入厌氧发酵池，将废水中的大分子难降解有机物被分解为小分子，同时去除废水中的大部分有机物；处理后的废水进入高DO分解池去除COD，处理后的废水进入中DO硝化池经硝化菌处理；处理后的低COD高硝态氮出水进入反硝化滤池脱氮，脱氮处理后的废水进入沉淀池沉淀，去除反硝化滤池脱落的生物膜；沉淀池出水进入消毒池进行消毒。

本发明的有益效果为：

1、本发明首先利用厌氧发酵处理原废水，废水中的大分子难降解有机物被分解为小分子，提高了废水的可生化性；同时，厌氧发酵能够去除废水中的大部分有机物，降低后续处理的生物负荷，从而进一步降低了后续高DO分解池去除COD曝气所产生的运行费用。

2、本发明先通过高溶解氧条件下利用异养菌降解COD，后在低溶解氧低COD条件下利用硝化菌将氨氮氧化为硝态氮，这种将高氨氮高有机物废水的除COD过程和硝化过程在空间上分步进行的方法有效避免了在高有机负荷好氧条件下具有相对更短世代时间的异养菌对硝化菌的抑制作用；同时这种将异养菌和硝化菌分开富集的方法能够适应更高的污染负荷。

3、本发明利用厌氧发酵产生的甲烷以及剩余污泥的水解液作为反硝化碳源，不仅解决了反硝化碳源不足问题，还充分利用了系统内的有机碳源，减少了污泥排放量。因此，本发明同时减少了反硝化外加碳源和泥饼外运所产生的运行费用。此外，多余甲烷气体经纯化回收后还可以用作能源。

4、本发明在中DO硝化池和反硝化滤池内均投加填料，这样在没有污泥回流的条件下尽可能减少污泥流失，延长污泥停留时间，强化硝化-反硝化功能菌群富集，从而提高氮素转化效率。

5、本发明在高DO分解池和中DO硝化池内采取的一体式泥-水分离技术，避免了二沉池和污水回流设计，节省了建设投资成本和运行能耗。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的工艺流程图。

图2为本实施例中厌氧发酵池的结构示意图。

图3为本实施例中高DO分解池的结构示意图。

图4为本实施例中反硝化滤池的结构示意图。

其中：1-厌氧发酵池、11-挡流板、12-污泥泵A、13-滤网、14-甲烷集气罐、15-加压泵、 2-高DO分解池、21-污泥泵B、22-集水槽、23-曝气搅拌组件、24-回流缝、25-斜管、26-沉淀区、27-曝气区、28-圆锥形隔板、29-放空管A、3-中DO硝化池、4-反硝化滤池、41-布气管、42-甲烷气管、43-承托滤板、44-滤砖、45-承托层、46-填料、47-放空管B、5-沉淀池、 6-消毒池、7-储泥池、8-脱水机房、9-污泥水解池、10-排泥管。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

如图1所示的一种高氨氮高有机物废水的碳氮去除装置及方法，包括依次连通的厌氧发酵池1、高DO分解池2、中DO硝化池3、反硝化滤池4、沉淀池5和消毒池6。原废水(即高氨氮高有机物废水)依次进入厌氧发酵池1、高DO分解池2、中DO硝化池3、反硝化滤池4、沉淀池5和消毒池6分步处理；所述厌氧发酵池1的顶部设有气体出口，气体出口通过管道与反硝化滤池4连通，为反硝化滤池4提供反硝化碳源；所述厌氧发酵池1、高DO 分解池2、中DO硝化池3和沉淀池5的底部均设排泥口，各排泥口分别通过排泥管10与储泥池7连通，储泥池7的排泥口与污泥水解池9连通，污泥水解池9与反硝化滤池4连通，为反硝化滤池4提供反硝化碳源。优先地，所述储泥池7的污泥排至污泥水解池9，剩余的污泥经脱水机房8脱水后外运处置。

本发明中，如图2所示，所述厌氧发酵池1包括依次由上而下布置且相连的上锥段A、圆柱段A和下锥段A，所述上锥段A设有气体出口，气体出口与甲烷集气罐14连通，甲烷集气罐14经加压泵15与反硝化滤池4内气管连通；所述甲烷集气罐14还与后续的气体纯化工艺连通；所述圆柱段A设进水口和出水口，圆柱段A的进水口与原废水进水管连通，圆柱段A与原废水进水管的连接处设挡流板11；圆柱段A的出水口通过管道与高DO分解池2 的进水口连通，该管道设计为U型管道，防止气体泄漏；在圆柱段A的出水口处设滤网13；所述下锥段A的底部设污泥泵A12，污泥泵A12通过排泥管10与储泥池7相连。本发明中，厌氧发酵池1主要用于去除污水中的大部分有机物，将大分子难降解有机物分解为小分子有机物，同时将厌氧发酵产生的甲烷通过上锥段A收集至甲烷集气罐14，甲烷集气罐14内的部分气体增压后流入反硝化滤池4，为反硝化滤池4提供反硝化碳源，甲烷集气罐14内的多余甲烷经后续纯化工艺处理后回收；下锥段A底部所设的污泥泵A12主要用于将沼渣通过排泥管10输送至储泥池7。本实施例中圆柱段A的尺寸为10m(直径)×6.5m(柱高)，上锥段 A及下锥段A的尺寸为10m(直径)×2m(锥高)。

本发明中，如图3所示，所述高DO分解池2为集曝气-沉淀于一体的反应器，其包括池体，池体内部增设的同心圆锥形隔板28，圆锥形隔板28内侧为曝气区27，外侧为沉淀区26(同为污泥回流区)，且二者的上部及底部连通；所述曝气区27的顶部设曝气搅拌组件23，曝气区27的底部设进水管和放空管A29，曝气区27的进水口与厌氧发酵池1的出水口连通；所述沉淀区26顶部的出水口与中DO硝化池3的进水口连通，沉淀区26的底部通过排泥管 10与储泥池7连通，排泥管10上设有污泥泵B21。优选地，同心圆锥形隔板28下端与池体底部附近留有间隙，形成回流缝24，便于沉淀区26底部浓缩污泥回流至曝气区27。优选地，所述沉淀区26上部布置有辅助沉淀的斜管25，沉淀区26顶部周边设出水集水槽22。本实施例中，高DO分解池2有效容积为150m³，池内溶解氧控制在4-5mg/L，主要功能是为异养菌提供充足的氧气氧化有机物；经厌氧发酵池1处理后的废水由底部输送至曝气区27进行氧化分解反应，所产生的活性污泥在沉淀区26沉淀，浓缩后的污泥通过沉淀区26底部的回流缝 24回流至曝气区27，另外沉淀区26底部的剩余污泥被回流缝24处的污泥泵B21输送到储泥池7中；沉淀区26顶部的上清液溢流至集水槽22后再自流至中DO硝化池3。

本发明中，所述中DO硝化池3主要为硝化菌提供充足的氧气将氨氮氧化为硝态氮，DO 水平控制在2-3mg/L；中DO硝化池3与高DO分解池2配置相同，中DO硝化池3的进水口与高DO分解池2顶部的出水口通过管道连通，中DO硝化池3的出水口与反硝化滤池4 的进水口连通；中DO硝化池3的曝气区27内投加悬浮填料以增加硝化菌的浓度并延长其停留时间，提高反应效率；中DO硝化池3的曝气区27内投加碱度药剂。在本实施例中，中 DO硝化池3有效容积为200m³，投加的碱度药剂为NaHCO₃(NaHCO₃不仅能提供硝化反应所需的碱度，同时还可以为硝化菌提供无机碳源)，控制pH在7-7.5之间。

本发明中，所述反硝化滤池4包括相连的下锥段B和圆柱段B，所述下锥段B与中DO硝化池3的出水口连通；所述下锥段B通过水泵与污泥水解池9连通；所述下锥段B底部设放空管B47；所述圆柱段B内设承托滤板43，承托滤板43铺设有滤砖44，滤砖44上设承托层45，承托层45上铺设有轻质多孔填料46；在承托滤板43下方铺设曝气管，优选纳米微孔曝气管；曝气管通过甲烷气管42与甲烷集气罐14连通。在本实施例中，反硝化滤池4的圆柱段B尺寸为5m(直径)×15m(柱高)，下锥段B的尺寸为5m(直径)×1.5m(锥高)，滤池滤料采用粒径5-8mm陶粒，承托层45厚度0.45m，采用粒径10-20mm的鹅卵石，承托层 45下面为布水布气系统，滤砖44为HDPE，布气系统采用纳米微孔曝气管。

本发明中，消毒池6主要用于处理出水中的病原微生物。本实施例中消毒池6采用次氯酸钠消毒。

本发明中，所述储泥池7主要用于暂存从厌氧发酵池1、高DO分解池2、中DO硝化池3和沉淀池5中排出的剩余污泥。本实施例中采用边长为4m的立方体作储泥池7。

本发明中，所述脱水机房8主要用于污泥脱水。本实施例中采用出泥含水率较低且稳定、能耗少、管理控制方便的带式压滤脱水机将储泥池7中的多余污泥进行脱水，制成泥饼外运。

本发明中，所述污泥水解池9用于将污泥水解为短链脂肪酸等小分子有机物，作为反硝化滤池4的电子供体。由于污泥中的有机物成分复杂，主要包括淀粉、脂肪、蛋白质等细菌难以直接吸收的大分子物质，经过水解后这些物质可以破碎为葡萄糖、甘油、脂肪酸等小分子物质，污泥水解池9的上清液中存在的上述小分子物质可以为反硝化滤池4提供足够的碳源。本实施例中污泥水解池9为敞口埋地式构造，pH控制在5.5-6.5之间，水力停留时间为8h。

一种高氨氮高有机物废水的碳氮去除方法，具体为：原废水进入厌氧发酵池1，废水中的大分子难降解有机物被分解为小分子，提高废水的可生化性；同时去除废水中的大部分有机物，降低后续处理的生物负荷，进一步降低了后续高DO分解池2去除COD曝气所产生的运行费用。厌氧发酵产生的甲烷供给反硝化滤池4作为电子供体。经厌氧发酵处理后的废水进入高DO分解池2去除COD，再进入中DO硝化池3，经硝化菌处理后的低COD高硝态氮出水进入反硝化滤池4，经过反硝化滤池4反硝化脱氮的处理水进入沉淀池5沉淀以去除反硝化滤池4脱落的生物膜，最后沉淀池5出水进入消毒池6进行消毒后达标排放；储泥池7 中的部分污泥进入污泥水解池9，被水解为短链脂肪酸等小分子有机物可以作为反硝化滤池4的电子供体；剩余污泥经脱水机房8脱水处理后运出。

厌氧发酵池1出水依次经过高DO分解池2和中DO硝化池3，将除COD过程与硝化过程分步进行，规避了在高溶解氧高BOD的环境条件下异养菌的大量繁殖抑制硝化菌的活性。高DO分解池2的溶解氧控制在4-5mg/L，可以为反应器中的异养菌提供充足的氧气来氧化有机物。经高DO分解池2处理后的出水水质特征为低COD高氨氮，中DO硝化池3在低 COD高氨氮的环境条件下，依靠氧化有机物提供能量的异养菌活性降低，而依靠氧化氨氮提供能量的硝化菌逐渐成为优势菌，从而能够充分地将氨氮氧化为硝态氮。中DO硝化池3溶解氧控制在2-3mg/L，这样不仅可以保证硝化过程的进行，还能防止硝化菌污泥老化的发生。

反硝化滤池4中存在较高的微生物量，大部分以生物膜的形式附着在滤料表面，还有少部分以厌氧活性污泥的形式存在于滤料间隙中，故能承受较高的有机负荷及冲击负荷，不需搅拌和污泥回流，设备简单，操作方便，能耗低，泥龄长，水力停留时间短，反应器的体积小。在富集的反硝化菌作用下，以硝态氮为电子受体，以污泥水解池9上清液中短链脂肪酸等小分子有机物和厌氧发酵产生的甲烷作电子供体将进水中的硝态氮转化为N₂排入大气中。反硝化滤池4中可能存在较多的生物膜脱落，故在其后设沉淀池5可以减少出水中SS含量，同时沉淀池5收集的污泥同样可以排放到储泥池7以备污泥水解池9使用。

本实施例中，原废水COD起始浓度为3700mg/L，氨氮浓度为240mg/L，经各段工艺处理后出水浓度及去除率见表1，其中COD总去除率为98.7％、氨氮总去除率为98.1％，出水水质达《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002)一级A标准。

表1

最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高氨氮高有机物废水的碳氮去除装置，其特征在于，包括依次连通的厌氧发酵池、高DO分解池、中DO硝化池、反硝化滤池、沉淀池和消毒池；所述厌氧发酵池、高DO分解池、中DO硝化池和沉淀池的底部均设排泥口，各排泥口分别通过排泥管与储泥池连通；储泥池设两个排泥口，分别与脱水机房和污泥水解池连通，污泥水解池与反硝化滤池连通。

2.如权利要求1所述的高氨氮高有机物废水的碳氮去除装置，其特征在于，所述厌氧发酵池的顶部设有气体出口，气体出口与甲烷集气罐连通，甲烷集气罐分别与反硝化滤池底部和气体纯化工艺连通。

3.如权利要求1所述的高氨氮高有机物废水的碳氮去除装置，其特征在于，所述高DO分解池和中DO硝化池配置相同，均分别包括圆形的池体，池体内部增设同心圆锥形隔板，圆锥形隔板内侧为曝气区，外侧为沉淀区，且二者的上部及底部连通；所述曝气区的顶部设曝气搅拌组件，曝气区的底部设进水口；所述沉淀区的上部设斜管，顶部周边设出水集水槽；所述沉淀区的底部通过排泥管与储泥池连通，排泥管上设有污泥泵。

4.如权利要求3所述的高氨氮高有机物废水的碳氮去除装置，其特征在于，中DO硝化池的曝气区内投加悬浮填料。

5.如权利要求3所述的高氨氮高有机物废水的碳氮去除装置，其特征在于，所述高DO分解池和中DO硝化池内接种活性污泥；高DO分解池的溶解氧为4-5mg/L，中DO硝化池的溶解氧为2-3mg/L。

6.如权利要求1所述的高氨氮高有机物废水的碳氮去除装置，其特征在于，所述反硝化滤池包括相连的下锥段B和圆柱段B；所述下锥段B与中DO硝化池的出水口连通；所述下锥段B通过水泵与污泥水解池连通；所述圆柱段B内设有轻质多孔填料；轻质多孔填料的下方设有曝气管，曝气管与甲烷集气罐连通。

7.一种高氨氮高有机物废水的碳氮去除方法，其特征在于，原废水进入厌氧发酵池，将废水中的大分子难降解有机物被分解为小分子，同时去除废水中的大部分有机物；处理后的废水进入高DO分解池去除COD，处理后的废水进入中DO硝化池经硝化菌处理；处理后的低COD高硝态氮出水进入反硝化滤池脱氮，脱氮处理后的废水进入沉淀池沉淀，去除反硝化滤池脱落的生物膜；沉淀池出水进入消毒池进行消毒。