CN110697987A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种厌氧‑氧化沟‑SACR组合式高氨氮污水深度脱氮系统及工艺，高氨氮污水首先进入厌氧反应器，去除大部分有机物，出水后进入氧化沟反应器，在氧化沟中去除污水中的可生化有机物、氨氮和部分总氮，出水后进入中间水池，同时，通过水质检测设备和PLC控制器控制，引入部分原水进入中间水池以调节污水的碳氮比，然后，出水进入SACR反应器，利用反硝化细菌的特性，并通过PH/DO/ORP检测仪和PLC控制器对SACR反应器的调控，使污水精确的进行前置反硝化‑硝化‑内源反硝化，从而深度脱氮，同时，不需要外加碳源，工艺处理成本低，而且，对于已建成的采用氧化沟工艺的污水处理设施，仅需要增加中间水池和SACR反应器便可以实施本技术方案的工艺，升级改造成本低。

Description

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
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其是一种厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮系统及工艺。
背景技术
目前，伴随着环境保护意识的加强、环境污染治理力度的加强以及环保技术的发展，水体污染初步得到了比较有效的控制，但是，工业生产中常见的高氨氮废水的达标排放仍然是亟需解决的问题。高氨氮废水主要来源于化肥、石油化工、养殖、垃圾处理等行业，在高氨氮废水处理方面，不仅要追求高效脱氮的技术指标，还要考虑降低能耗、节约能源以及降低运行处理成本。
如今，国内外对于高氨氮废水的处理，采取的最主要的工艺之一是传统的氧化沟工艺。传统氧化沟工艺，主要是利用沟内溶解氧分布的不均匀性，通过合理的设计，使沟中产生交替循环的好氧区和缺氧区，从而达到脱氮的目的，其最大的优点是在无需外加碳源的情况下，在同一沟中实现有机物和总氮的去除，但缺点同样比较明显，同一沟中好氧区与缺氧区各自的容积和溶解氧浓度较难准确地控制，因此对除氮的效果是有限的。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮系统及工艺，能够对高氨氮污水进行深度脱氮，并且不需要外加碳源，工艺处理成本低，而且，对于已建成的采用氧化沟工艺的污水处理设施，仅需要增加中间水池和SACR反应器便可以实施本技术方案的工艺，升级改造成本低。具体技术方案如下：
本发明首先提供了一种厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮系统，包括：
通过管道依次连通的调节池、厌氧反应器、氧化沟反应器、沉淀池、中间水池以及SACR反应器，SACR反应器中文全称为自碳源自适应反应器；
所述调节池出口端与所述中间水池进口端通过管道连通；所述管道上设置用于调节流量的水泵；
所述中间水池设置有水质检测设备；
所述SACR反应器设置有PH检测仪、DO检测仪、ORP检测仪、曝气设备及搅拌器；
还包括PLC控制器，所述PLC控制器分别与水质检测设备、PH检测仪、DO检测仪、ORP检测仪、曝气设备及搅拌器通信连接。
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，所述氧化沟反应器的容积根据污水的水量和污染物总氮浓度确定；
具体计算方法为：氧化沟反应器的容积= a×（高氨氮污水原水总氮浓度值/50×30×每小时的污水产量值）m3；其中，a的范围为1~1.5，高氨氮污水原水总氮浓度单位是mg/L，每小时的污水产量单位为m3。
在本发明的一些具体实施方式中，所述SACR反应器的容积根据污水的水量和污染物浓度确定；
具体计算方法为：SACR容积= a×（高氨氮污水原水总氮浓度值/50×20×每小时的污水产量值）m3；其中，a的范围为1~1.5，高氨氮污水原水总氮浓度单位是mg/L，每小时的污水产量单位为m3。
本发明还提供了前述的脱氮系统利用厌氧-氧化沟-SACR组合工艺处理高氨氮污水的工艺，包括：
（1）高氨氮污水由调节池进入厌氧反应器，将高氨氮污水中的大分子难降解有机物分解为小分子，同时去除高氨氮污水中的大部分有机物；
（2）厌氧反应器的出水进入氧化沟反应器，去除污水中的可生化有机物、氨氮和部分总氮；
（3）氧化沟反应器的出水进入中间水池，同时，通过水质检测设备和PLC控制器调节和控制，水泵将部分高氨氮污水原水从调节池引入中间水池进行污水碳氮比的调节，污水碳氮比的调节规则为：混合后污水的COD浓度=氧化沟反应器出水总氮浓度×b+中间水池进水氨氮浓度×b，其中b的范围为4~6；
（4）污水从中间水池进入SACR反应器后，先进行缺氧搅拌，当pH由上升变为下降时，表明系统前置反硝化已经结束，此后T小时，停止搅拌，开始曝气硝化，当系统出现pH由下降到上升且DO大幅度上升时，表明系统已经硝化结束，此时，关闭曝气，继续搅拌，开始内源反硝化，并观察系统ORP的变化，当系统出现ORP的快速下降时，表明系统反硝化结束，此时，关闭搅拌，沉淀排水。
在本发明的一些具体实施方式中，T的范围为0-2。
在本发明的一些具体实施方式中，厌氧反应器的进水的碳氮比大于5：1，厌氧反应器的容积负荷为4~8KgCOD/m3•天。
在本发明的一些具体实施方式中，氧化沟工艺的污泥浓度控制在4000mg/L~5000mg/L，排水比在50%~100%。
在本发明的一些具体实施方式中，SACR工艺的污泥浓度控制在5000mg/L~8000mg/L，排水比控制在25%-30%，进水时间为30-60分钟，沉淀时间为60-90分钟。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的一种厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮系统及工艺，通过氧化沟工艺的反硝化、SACR的前置反硝化和后置内源反硝化，能够实现对高氨氮污水的深度脱氮且无需添加任何碳源；氧化沟工艺的总氮去除率可以达到60%~70%，SACR的总氮去除率可以达到95%以上，系统最终出水的总氮去除率可以稳定的达到95%以上，且不用外加任何碳源，有效的降低了工艺处理成本，同时，对于已建成的采用氧化沟工艺的污水处理设施，仅需要增加中间水池和SACR反应器便可以实施本技术方案的工艺，可以实现深度脱氮的目的，无需对现有污水处理设施完全推倒重建，升级改造成本低。
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为本发明提供的厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮系统示意图；
图2为本发明各个功能区污染物的去除情况；
图3为本发明SACR一个周期内的污染物变化情况。
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，不应该用来限制本发明的保护范围。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1：一种厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮系统
如图1所示，一种厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮系统，包括，通过管道依次连通的调节池、厌氧反应器、氧化沟反应器、沉淀池、中间水池以及SACR反应器；所述调节池出口端与所述中间水池进口端通过管道连通；所述管道上设置用于调节流量的水泵；所述中间水池设置有水质检测设备；所述SACR反应器设置有PH检测仪、DO检测仪、ORP检测仪、曝气设备及搅拌器；还包括PLC控制器，所述PLC控制器分别与水质检测设备、PH检测仪、DO检测仪、ORP检测仪、曝气设备及搅拌器通信连接。
本实施例中，厌氧反应器为UASB反应器或IC反应器。
本发明人在实验过程中发现，反硝化菌具有贮存碳源的特性，同时，反硝化菌是一种兼氧细菌，在好氧或者缺氧的条件下，它都会呼吸；当污水处于厌氧状态且含有大量有机物时，反硝化菌将污水中的有机物吸附吸收至体内，形成内碳源；当污水缺少有机物时但含有硝态氮或者亚硝态氮时，且溶解氧很低时（＜0.1mg/L），反硝化菌会利用体内贮存的内碳源进行缺氧呼吸，获得能量，即发生内源反硝化。
本发明人基于反硝化细菌的特性，设计本技术方案，能够实现高氨氮污水深度脱氮，其中，SACR反应器和工艺对于深度脱氮起到了至关重要的作用，其工作原理如下：利用水质检测设备、水泵及PLC控制器对SACR反应器进水进行碳氮比调节，使得中间水池混合后污水的COD浓度等于氧化沟反应器出水总氮浓度+中间水池进水氨氮浓度总合的4-6倍；进水后，SACR反应器首先进行缺氧搅拌，反硝化细菌在缺氧状态下，利用高氨氮污水原水碳源进行前置反硝化脱氮，并将高氨氮污水中的碳源吸收至其体内，通过PH检测仪和PLC控制器，当监测到PH值由上升变为下降时，表明前置反硝化阶段结束；此后T小时，停止搅拌，其中T的值为0-2，系统开始曝气，硝化细菌进行好氧呼吸，发生硝化作用，将污水中的氨氮转换成亚硝态氮和硝态氮，通过PH检测仪、DO检测仪和PLC控制器监测，当PH出现由下降到上升的拐点，同时DO大幅度上升时，表明硝化结束；此时停止曝气，并继续搅拌，反硝化细菌在缺氧并且有丰富硝态氮和亚硝态氮的情况下，会利用体内贮存的碳源进行缺氧呼吸，基于此特性，反应器中开始进入内源反硝化的阶段，对总氮有良好的去除作用，通过ORP检测仪和PLC控制器监测，当ORP大幅下降时，表明反硝化阶段结束，此时停止搅拌，沉淀排水。通过前置反硝化-硝化-内源反硝化三个阶段，能够有效的解决高氨氮污水深度脱氮的难题。
实施例2：一种厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮工艺
本实施例中的工艺基于实施例1中的系统，并且，厌氧反应器为UASB反应器；氧化沟反应器的容积=（高氨氮污水原水总氮浓度值/50×30×每小时的污水产量值）m3；高氨氮污水原水总氮浓度单位是mg/L，每小时的污水产量单位为m3；SACR容积=（高氨氮污水原水总氮浓度值/50×20×每小时的污水产量值）m3；高氨氮污水原水总氮浓度单位是mg/L，每小时的污水产量单位为m3。
一种厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮工艺，包括如下步骤:
（1）高氨氮污水由调节池进入厌氧反应器，其中厌氧反应器的容积负荷为6KgCOD/m3•天，将高氨氮污水中的大分子难降解有机物分解为小分子，同时去除高氨氮污水中的大部分有机物；
（2）厌氧反应器的出水进入氧化沟反应器，通过氧化沟反应器进行反硝化作用，去除污水中的可生化有机物、氨氮和部分总氮；其中氧化沟工艺的污泥浓度控制在4500mg/L，污泥回流比为75%；
（3）氧化沟反应器的出水进入中间水池，同时，通过水质检测设备和PLC控制器调节和控制，水泵将部分高氨氮污水原水从调节池引入中间水池进行污水碳氮比的调节，污水碳氮比的调节规则为：混合后污水的COD浓度=氧化沟反应器出水总氮浓度×b+中间水池进水氨氮浓度×b，其中b的值为4；
（4）污水从中间水池进入SACR反应器后，先进行缺氧搅拌，当pH由上升变为下降时，表明系统前置反硝化已经结束，此时停止搅拌，开始曝气硝化，当系统出现pH由下降到上升且溶解氧大幅度上升后，表明系统已经硝化结束，此时，关闭曝气，继续搅拌，开始内源反硝化，并观察系统ORP的变化，当系统出现ORP的快速下降时，表明系统反硝化结束，此时关闭搅拌，沉淀排水；其中SACR工艺的污泥浓度控制在6000mg/L，排水比控制在30%，进水时间为30分钟，沉淀时间为60分钟。
本实施例中，采用UASB+氧化沟+SACR组合工艺，处理对象是COD为13000mg/L±200mg/L，氨氮浓度为1300mg/L±100mg/L的垃圾渗滤液。该系统各个功能区污染物的去除情况和去除率如图2所示，由图2可知，当渗滤液进入UASB反应器后，COD有明显的下降，去除率达到了58%左右。随后，渗滤液经过氧化沟反应器的处理，出水COD、氨氮和总氮分别为800mg/L、1.2mg/L和490mg/L，COD、氨氮和总氮的去除率分别达到了94%、99%和62%左右。通过中间水池的调节，渗滤液的COD、氨氮和总氮分别为3800mg/L、180mg/L和670mg/L。随后渗滤液进入SACR反应器进行最后的脱氮。SACR的出水COD、氨氮和总氮的浓度分别为820mg/L、1.1mg/L和25mg/L。COD、氨氮和总氮的去除率分别达到了94%、99%和98%左右，实现了对渗滤液的深度脱氮。
SACR一个周期内的污染物变化情况如图3所示。
由图3可知，SACR反应器的进水COD、氨氮和总氮浓度分别为3800mg/L、180mg/L和675mg/L。进水后，由于稀释作用，污染物浓度出现了一定程度的下降。随后，反应器开始缺氧搅拌。在搅拌的过程中，由于发生了前置反硝化，污水的COD、总氮和亚硝态氮出现了比较明显的下降，而氨氮浓度没有明显的变化。当前置反硝化结束时，污水中的亚硝态氮被反硝化完毕，浓度几乎为0mg/L，因此，总氮也出现了明显的降低，由反应初期的206mg/L下降到了59mg/L，COD由反应初期的1780mg/L下降到950mg/L。随后，系统开始曝气，氨氮浓度逐渐降低，COD浓度也出现了一定程度的下降，3小时后，硝化结束，氨氮浓度几乎为0mg/L，COD浓度为820mg/L，剩余的均为难降解有机物。由于在曝气的过程中发生了同步硝化反硝化的过程，总氮浓度由曝气开始时的59mg/L下降到了49mg/L。随后，系统开始继续缺氧搅拌，发生后置内源反硝化，在内源反硝化的过程中，COD和氨氮基本没有变化，但亚硝态氮浓度和总氮浓度不断降低，表明污泥在利用内碳源进行反硝化脱氮。当反应进行到第11个小时的时候，系统的亚硝态氮和氨氮均被降解完毕，总氮浓度为5mg/L，实现对渗滤液的深度脱氮。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮系统，其特征在于，包括：
通过管道依次连通的调节池、厌氧反应器、氧化沟反应器、沉淀池、中间水池以及SACR反应器；
所述调节池出口端与所述中间水池进口端通过管道连通；所述管道上设置
用于调节流量的水泵；
所述中间水池设置有水质检测设备；
所述SACR反应器设置有PH检测仪、DO检测仪、ORP检测仪、曝气设备及搅拌器；
还包括PLC控制器，所述PLC控制器分别与水质检测设备、PH检测仪、DO检测仪、ORP检测仪、曝气设备及搅拌器通信连接。
2.如权利要求1所述的厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮系统，其特征在于，
所述氧化沟反应器的容积根据污水的水量和污染物总氮浓度确定；
具体计算方法为：氧化沟反应器的容积= a×（高氨氮污水原水总氮浓度值/50×30×每小时的污水产量值）m3；其中，a的范围为1~1.5，高氨氮污水原水总氮浓度单位是mg/L，每小时的污水产量单位为m3。
3.如权利要求1或2所述的厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮系统，其特征在于，
所述SACR反应器的容积根据污水的水量和污染物浓度确定；
具体计算方法为：SACR容积= a×（高氨氮污水原水总氮浓度值/50×20×每小时的污水产量值）m3；其中，a的范围为1~1.5，高氨氮污水原水总氮浓度单位是mg/L，每小时的污水产量单位为m3。
4.如权利要求1所述的厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮系统，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。
5.一种厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮工艺，其特征在于：
（1）高氨氮污水由调节池进入厌氧反应器，将高氨氮污水中的大分子难降解有机物分解为小分子，同时去除高氨氮污水中的大部分有机物；
（2）厌氧反应器的出水进入氧化沟反应器，去除污水中的可生化有机物、氨氮和部分总氮；
（3）氧化沟反应器的出水进入中间水池，同时，通过水质检测设备和PLC控制器调节和控制，水泵将部分高氨氮污水原水从调节池引入中间水池进行污水碳氮比的调节，污水碳氮比的调节规则为：混合后污水的COD浓度=氧化沟反应器出水总氮浓度×b+中间水池进水氨氮浓度×b，其中b的范围为4~6；
（4）污水从中间水池进入SACR反应器后，先进行缺氧搅拌，当pH由上升变为下降时，表明系统前置反硝化已经结束，此后T小时，停止搅拌，开始曝气硝化，当系统出现pH由下降到上升且DO大幅度上升时，表明系统已经硝化结束，此时，关闭曝气，继续搅拌，开始内源反硝化，并观察系统ORP的变化，当系统出现ORP的快速下降时，表明系统反硝化结束，此时，关闭搅拌，沉淀排水。
6.如权利要求5所述厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮工艺，其特征在于，T的范围为0-2。
7.如权利5所述厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮工艺，其特征在于，厌氧反应器的进水的碳氮比大于5：1，厌氧反应器的容积负荷为4~8KgCOD/m3•天。
8.如权利5所述厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮工艺，其特征在于，氧化沟工艺的污泥浓度控制在4000mg/L~5000mg/L，排水比在50%~100%。
9.如权利5-8任意一项所述厌氧-氧化沟-SACR组合式高氨氮污水深度脱氮工艺，其特征在于，SACR工艺的污泥浓度控制在5000mg/L~8000mg/L，排水比控制在25%-30%，进水时间为30-60分钟，沉淀时间为60-90分钟。
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