CN110902819B - 用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，包括：厌氧池，厌氧池设置有推流器和第一探测头；缺氧池，缺氧池设置有曝气装置；第一过水口，第一过水口为设置在缺氧池和厌氧池之间的单向通道；第二过水口，第二过水口为设置在缺氧池和后续的处理单元之间的单向通道；控制器，第一探测头检测的信号触发控制器控制推流器的转速。本发明提供一种用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，以推流器动能形成环流式水循环，一部分高氨氮废水在推流器的作用下回流到厌氧池，另一部分流向后续的处理单元，不仅能够提高高氨氮废水的短程反硝化回流比，有效提高废水脱氮效率，而且降低能耗减少运行成本。

Description

用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器及系统

技术领域

本发明涉及高氨氮浓度废水处理技术领域，尤其是涉及一种用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器及系统。

背景技术

养殖废水的最大特点是氨氮浓度较高，如何解决氨氮达标排放是养殖废水的核心问题。养殖废水中的氨氮浓度在1000mg/L以上，自由氨的浓度较高，自由氨对硝酸细菌的抑制浓度为0.1－1mg/L，而对亚硝酸细菌的抑制浓度为10～150mg/L。高浓度氨氮养殖废水采用A_N/O工艺无法将氨氮全部有效转换成硝酸根离子，因而不能在反硝化段实现高效脱氮，短程反硝化能最大限度满足高浓度氨氮废水脱氮要求。目前短程反硝化通常是采用传统的泵回流方式，在缺氧池末端设置回流泵将硝化液回流至厌氧池前端，回流比越高氨氮脱除效率越高，但是，高回流比意味着能耗增大，在工程应用中成本较高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，能够提高养殖废水的短程反硝化回流比，不但有效提高废水脱氮效率，而且降低能耗，减少运行成本。

本发明还提出一种具有上述用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器的系统。

根据本发明第一方面实施例的用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，包括：厌氧池，所述厌氧池设置有用于检测所述厌氧池溶解氧浓度的第一探测头，所述第一探测头设置在所述厌氧池内的高氨氮浓度废水中；缺氧池，所述缺氧池设置有推流器和为所述缺氧池内的高氨氮浓度废水充氧的曝气装置，所述推流器设置在所述缺氧池的前端，所述厌氧池和所述缺氧池环流式设置，以所述推流器动能形成环流式水循环；第一过水口，所述第一过水口为设置在所述缺氧池和所述厌氧池之间的单向通道；第二过水口，所述第二过水口为设置在所述缺氧池和后续的处理单元之间的单向通道，所述缺氧池的一部分高氨氮浓度废水在所述推流器的作用下经所述第一过水口回流到所述厌氧池，另一部分高氨氮浓度废水经所述第二过水口流向后续的处理单元；控制器，所述控制器的使能端与所述推流器连接，所述控制器的数据通信端与所述第一探测头连接，所述第一探测头检测的信号触发所述控制器控制所述推流器的转速。

根据本发明实施例的用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，至少具有如下有益效果：提供了一种用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，厌氧池和缺氧池环流式设置，以推流器动能形成环流式水循环，缺氧池的一部分高氨氮浓度废水在推流器的作用下经第一过水口回流到厌氧池，另一部分高氨氮浓度废水经第二过水口流向后续的处理单元，而不用在缺氧池末端设置回流泵将硝化液回流至厌氧池前段，并且采用第一探测头检测的厌氧池中高氨氮浓度废水的溶解氧浓度信号触发控制器控制推流器的转速，不仅能够提高高氨氮浓度废水的短程反硝化回流比，有效提高废水脱氮效率，而且降低能耗，减少运行成本。

根据本发明的一些实施例，所述第一过水口与所述第二过水口的开口大小之比不小于4：1。

根据本发明的一些实施例，所述缺氧池设置有用于检测所述缺氧池溶解氧浓度的第二探测头，所述第二探测头设置在所述缺氧池内的高氨氮浓度废水中，所述第二探测头与所述控制器的数据通信端连接。

根据本发明的一些实施例，所述曝气装置包括曝气器和鼓风机，所述曝气器的进气口与所述鼓风机的出气口连接，所述控制器的使能端与所述鼓风机连接，所述第二探测头检测的信号触发所述控制器控制所述鼓风机的转速。

根据本发明的一些实施例，所述曝气器为水下微孔曝气，所述曝气器设置在所述缺氧池的底部。

根据本发明的一些实施例，所述厌氧池内设置有组合填料，所述组合填料上附着有将高氨氮浓度高氨氮浓度废水中的有机氮分解成氨氮的氨化细菌。

根据本发明的一些实施例，还包括有废水提升泵，所述废水提升泵的输出端通过管道与所述厌氧池连接。

根据本发明的一些实施例，所述控制器为PLC可编程控制器，所述控制器与智能终端连接。

根据本发明第二方面实施例的系统，包括根据本发明上述第一方面实施例的用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器。

根据本发明实施例的系统，至少具有如下有益效果：通过采用上述的用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，不仅能够提高高氨氮浓度废水的短程反硝化回流比，有效提高废水脱氮效率，而且降低能耗，减少运行成本。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的结构示意图。

附图标记：

厌氧池100、推流器110、第一探测头120、组合填料130、缺氧池200、曝气器210、鼓风机220、第二探测头230、第一过水口300、第二过水口400、控制器500、智能终端510、废水提升泵600、管道610。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面参考图1描述根据本发明第一方面实施例的用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，其中，箭头表示高氨氮废水的流动方向。

根据本发明实施例的用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，包括厌氧池100、缺氧池200、第一过水口300、第二过水口400和控制器500。

参照图1，在本发明的一个实施例中，一种用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，包括：厌氧池100，厌氧池100设置有用于检测厌氧池100溶解氧浓度的第一探测头120，第一探测头120设置在厌氧池100内的高氨氮废水中；缺氧池200，缺氧池200设置有推流器110和为缺氧池200内的高氨氮废水充氧的曝气装置，推流器110设置在缺氧池200的前端，厌氧池100和缺氧池200环流式设置，以推流器110动能形成环流式水循环；第一过水口300，第一过水口300为设置在缺氧池200和厌氧池100之间的单向通道；第二过水口400，第二过水口400为设置在缺氧池200和后续的处理单元之间的单向通道，缺氧池200的一部分高氨氮废水在推流器110的作用下经第一过水口300回流到厌氧池100，另一部分高氨氮废水经第二过水口400流向后续的处理单元；控制器500，控制器500的使能端与推流器110连接，控制器500的数据通信端与第一探测头120连接，第一探测头120检测的信号触发控制器500控制推流器110的转速。

硝化作用和反硝化作用分别由硝化菌和反硝化菌来完成，两类细菌对于环境条件的要求是不同的，这两个过程无法同时进行，只能串联先后进行。硝化菌为好氧自养菌，硝化反应在BODs较低的好氧条件下才能够顺利进行，而反硝化菌为兼性厌氧异养菌，只能以有机物为作为碳源，所以只能在有一定有机物浓度且在缺氧的环境下方可顺利进行。

具体的，在本发明的一个实施例中，高氨氮浓度高氨氮废水进入厌氧池100，此时高氨氮废水含氮化合物存在的主要形式为：(1)有机氮，如蛋白质、氨基酸、尿素、胺类化合物和氨基化合物类；(2)氨态氮(NH3、NHA*)，一般以前者为主。高氨氮废水在厌氧池100发生氨化反应，在氨化细菌的作用下，有机氮分解成氨氮。高氨氮废水在经过厌氧池100后，进入缺氧池200，缺氧池200内设置有曝气装置，空气和/或氧气通过曝气装置进入缺氧池200的高氨氮废水内，溶解氧浓度增加，此时，高氨氮废水发生硝化反应，在硝化细菌的作用下，氨氮进一步氧化，分两阶段进行，首先在亚硝化菌的作用下，氨态氮转化为亚硝态氮，随后，亚硝酸在硝化菌的作用下，进一步转化为硝酸盐氮，其中，曝气装置为硝化作用提供充足的氧气。值得注意的是，厌氧池100和缺氧池200环流式设置，以推流器110动能形成环流式水循环，推流器110设置在缺氧池200的前端，在推流器110的作用下，一部分高氨氮废水从缺氧池200通过第一过水口300回流至厌氧池100，形成缺氧池200到厌氧池100再到缺氧池200的环流，此时，在缺氧池200经过硝化反应高氨氮废水在厌氧池100发生反硝化反应，反硝化反应是指硝酸盐和亚硝酸盐在反硝化菌的作用下被还原为气态氮和氧化亚氮的过程，大多数反硝化菌是异养的兼性厌氧细菌，它能利用各种各样的有机物作为反硝化作用的电子供体，从而反硝化作用能够将硝氮和亚硝氮还原为氮气，完成脱氮。应该理解的是，此时厌氧池100中还有新加入的未经处理的高氨氮浓度高氨氮废水，这部分高氨氮废水会同时在厌氧池100中发生氨化反应，分解成氨氮，并与发生过反硝化反应的废水一起流入缺氧池200，循环进行下一次的处理流程。值得注意的是，在推流器110的作用下，缺氧池200中的另一部分高氨氮废水还形成了从缺氧池200到后续的处理单元的单向水流，经过处理的一部分含氮量达标的养殖通过第二排水口废水排出至好氧池中，进行下一步的净化处理。在本发明的一些实施例中，通过在缺氧池200的前端设置推流器110，使得缺氧池200中的高氨氮废水形成两条通道，一条是从缺氧池200到厌氧池100再到缺氧池200形成循环流动的环流，另一条是从缺氧池200到后续的处理单元形成单向水流，这样的设置无需在缺氧池200末端设置回流泵将硝化液回流至厌氧池100前段，达到最大限度的脱氮，并在最经济的情况下实现最大限度回流，不但能有效实现高氨氮废水的脱氮处理，而且降低能耗，减少运行成本。

在本发明的一个实施例中，控制器500的使能端与推流器110连接，控制器500的数据通信端与第一探测头120连接，以第一探测头120检测的厌氧池100中高氨氮废水的溶解氧浓度信号触发控制器500控制推流器110的转速，当第一探测头120检测的厌氧池100中高氨氮废水的溶解氧浓度高于0.5mg/L时，降低推流器110的转速，使得高氨氮废水更慢地通过缺氧池200，在缺氧池200中停留更长的时间，让硝化反应更加充分；当第一探测头120检测的厌氧池100中高氨氮废水的溶解氧浓度低于0.2mg/L时，提高推流器110的转速，使得高氨氮废水较快地通过缺氧池200，更快地通过第一过水口300回流至厌氧池100或者通过第二过水口400流出至好氧池，最终把厌氧池100的溶解氧浓度控制在0-0.5mg/L之间，达到动态平衡状态，这样能够在满足厌氧池100的厌氧条件下，最大限度达到设备的理论回流比，能在更经济的情况下，更高效的提高回流比从而使短程反硝化的脱氮效率更接近最高效率，最大限度实现脱氮。应该理解的是，保持厌氧池100的溶解氧浓度低于0.5mg/L的有益效果是，保证厌氧池100的厌氧环境，使得厌氧池100内的氨化反应和反硝化反应能够充分进行；保持厌氧池100的溶解氧浓度高于0.2mg/L的有益效果是，在满足厌氧池100的氨化反应和反硝化反应能够充分进行的基础上，最大限度的降低能耗，减少运行成本。

可以理解的是，推流器110可以根据实际使用需要设置二个、三个等，而不限于此。

在本发明的一些实施例中，第一过水口300与第二过水口400的开口大小之比不小于4：1，这样设置，使得第一过水口300与第二过水口400的过水量之比不小于4：1。需要说明的是，在高氨氮废水的处理过程中，氨化作用、硝化作用以及反硝化作用在空间上并不存在绝对的界限，故将经过处理一部分高氨氮废水采用回流的方式再次进入氨化环节，一方面部分随着污水流失的氨化细菌通过回流的方式再次回到氨化环节，提高氨化细菌的生命周期和氨化环节中氨化细菌的浓度，另一方面，能够将原氨化环节中部分没有转化的有机氮再次回流至氨化环节，提高有机氮转化为氨氮的转化率，使得反硝化污水处理的脱氮率提高，具体的，在本发明的一些实施例中，缺氧池200中的高氨氮废水一部分经过第一过水口300回流至厌氧池100，进行下一次的循环处理，另一部分高氨氮废水经过第二过水口400流出至好氧池，进行下一步净化处理，值得注意的是，第一过水口300与第二过水口400的开口大小之比不小于4：1，第一过水口300与第二过水口400的过水量之比不小于4：1，这样的设置使得回流至厌氧池100的水量与流出至好氧池的水量之比不小于4：1，这样可以在最经济的情况下，提高回流比，提高高氨氮废水处理的脱氮率。

在本发明的一个实施例中，缺氧池200设置有用于检测缺氧池200溶解氧浓度的第二探测头230，第二探测头230设置在缺氧池200内的高氨氮废水中，第二探测头230与控制器500的数据通信端连接。应该理解的是，控制器500有多个数据通信端，能够同时与第一探测头120和第二探测头230连接。

在本发明的一些实施例中，曝气装置包括曝气器210和鼓风机220，曝气器210的进气口与鼓风机220的出气口连接，控制器500的使能端与鼓风机220连接，第二探测头230检测的缺氧池200中高氨氮废水的溶解氧浓度信号触发控制器500控制鼓风机220的转速，当第二探测头230检测的缺氧池200中高氨氮废水的溶解氧浓度高于1.5mg/L时，降低鼓风机220的转速，使得进入缺氧池200的空气和/或氧气量减少；当第二探测头230检测的缺氧池200中高氨氮废水的溶解氧浓度低于1.0mg/L时，提高鼓风机220的转速，使得进入缺氧池200的空气和/或氧气量增加，保证缺氧池200中的硝化反应能很好地进行，最终把缺氧池200溶解氧浓度控制在1-1.5mg/L之间，达到动态平衡状态，满足缺氧池200的含氧条件，能在更经济的情况下，保证缺氧池200中的硝化反应能够充分地进行。

在本发明的一个实施例中，曝气器210为水下微孔曝气，曝气器210设置在缺氧池200的底部，曝气器210是给却泳池曝气充氧的必备设备，按使用方法可分为表面曝气器210和水下曝气器210，水下曝气器210主要有微孔曝气器210和射流曝气器210，其中，在本发明的一个实施例中选用的水下微孔曝气供氧均匀，氧利用率高，能耗低。

在本发明的一些实施例中，厌氧池100设置有组合填料130，组合填料130上附着有将高氨氮浓度高氨氮废水中的有机氮分解成氨氮的氨化细菌,高氨氮废水发生氨化反应，微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化反应，很多细菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍生物，其中分解能力强、并释放出氨的微生物称为氨化细菌，氨化细菌的作用下，有机氮化合物可以在厌氧条件下分解、转化为氨态氮。

在本发明的一个实施例中，还包括有废水提升泵600，废水提升泵600的输出端通过管道610与厌氧池100连接,未经处理的高氨氮废水在提升泵的作用下，经过通过管道610输送至厌氧池100的上部，高氨氮废水由于重力作用缓慢经过组合填料130，并与组合填料130上附着的氨化细菌充分接触和反应，将高氨氮浓度高氨氮废水中的有机氮分解成氨氮。

在本发明的一些实施例中，控制器500为PLC可编程控制器500，控制器500与智能终端510连接，PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，其采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计，具体的，控制器500与电脑连接，使用者能够通过电脑来进行有关的控制操作。

根据本发明第二方面实施例的系统，包括根据本发明上述第一方面实施例的用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器。

根据本发明实施例的系统，通过采用上述的用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，不仅能够提高高氨氮废水的短程反硝化回流比，有效提高废水脱氮效率，而且降低能耗，减少运行成本。

根据本发明实施例的系统的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“具体的”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，其特征在于，包括：

厌氧池，所述厌氧池设置有用于检测所述厌氧池溶解氧浓度的第一探测头，所述第一探测头设置在所述厌氧池内的高氨氮浓度废水中；

缺氧池，所述缺氧池设置有推流器和为所述缺氧池内的高氨氮浓度废水充氧的曝气装置，所述推流器设置在所述缺氧池的前端，所述厌氧池和所述缺氧池环流式设置，以所述推流器动能形成环流式水循环；

第一过水口，所述第一过水口为设置在所述缺氧池和所述厌氧池之间的单向通道；

第二过水口，所述第二过水口为设置在所述缺氧池和后续的处理单元之间的单向通道，所述缺氧池的一部分高氨氮浓度废水在所述推流器的作用下经所述第一过水口回流到所述厌氧池，另一部分高氨氮浓度废水经所述第二过水口流向后续的处理单元；

控制器，所述控制器的使能端与所述推流器连接，所述控制器的数据通信端与所述第一探测头连接，所述第一探测头检测的信号触发所述控制器控制所述推流器的转速。

2.根据权利要求1所述的用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，其特征在于，所述第一过水口与所述第二过水口的开口大小之比不小于4：1。

3.根据权利要求1所述的用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，其特征在于，所述缺氧池设置有用于检测所述缺氧池溶解氧浓度的第二探测头，所述第二探测头设置在所述缺氧池内的高氨氮浓度废水中，所述第二探测头与所述控制器的数据通信端连接。

4.根据权利要求3所述的用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，其特征在于，所述曝气装置包括曝气器和鼓风机，所述曝气器的进气口与所述鼓风机的出气口连接，所述控制器的使能端与所述鼓风机连接，所述第二探测头检测的信号触发所述控制器控制所述鼓风机的转速。

5.根据权利要求4中所述的用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，其特征在于，所述曝气器为水下微孔曝气，所述曝气器设置在所述缺氧池的底部。

6.根据权利要求1所述的用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，其特征在于，所述厌氧池内设置有组合填料，所述组合填料上附着有将高氨氮浓度高氨氮浓度废水中的有机氮分解成氨氮的氨化细菌。

7.根据权利要求1所述的用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，其特征在于，还包括有废水提升泵，所述废水提升泵的输出端通过管道与所述厌氧池连接。

8.根据权利要求1中所述的用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器，其特征在于，所述控制器为PLC可编程控制器，所述控制器与智能终端连接。

9.一种系统，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的用于高氨氮浓度废水的环流式短程反硝化反应器。

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