CN110980965A - 一种短程硝化反应装置及污水短程硝化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种短程硝化反应装置、污水短程硝化/反硝化工艺及污水短程硝化/厌氧氨氧化工艺。短程硝化反应装置包括：开设有污水入水口的污水pH调节组件以及与污水pH调节组件接通的溶解氧调节组件，溶解氧调节组件包括具有透气性的反应器，反应器为中空管状，在沿污水流动的方向，反应器的横截面积≤40mm2，反应器的壁厚≤2mm；或者反应器为中空板状，在沿污水流动的方向，板间距为1‑6mm，板厚为≤4mm。通过对污水的pH值进行预先设定，再将污水输入至反应器，可以减少对短程硝化pH值的监控及调节次数，通过控制污水在反应器内的流速即可控制溶解氧浓度，降低了实现短程硝化反应的难度。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种短程硝化反应装置及污水短程硝化工艺。
背景技术
近年来，随着工业化和城市化进程的不断提高，大量氮等营养物质进入水体，水体富营养化的现象日益严重。因此，如何高效、节能、经济地去除污水中的营养物质一直是污水处理技术研究的热点。
硝化细菌是一类化能营养型细菌，主要包括氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)两类，其中，AOB主要用于将氨氮转化为亚硝态氮，NOB用于将亚硝态氮转化为硝态氮。利用硝化细菌进行氨氮污水处理的生物法由于处理效果好、环境友好性高、处理成本低等优点得到了广泛的应用。一般的，氨氮污水处理生物法主要有硝化-反硝化技术、短程硝化/反硝化技术、短程硝化/厌氧氨氧化技术等，其中，由于短程硝化/反硝化技术、短程硝化/厌氧氨氧化技术比硝化-反硝化技术具有更好的节能、经济性和环境友好性等效果，因此成为了未来最具有前景的污水脱氮技术。
短程硝化/反硝化技术和短程硝化/厌氧氨氧化技术的基本原理是将生物硝化过程控制在氨氧化阶段，而后直接进行短程反硝化或厌氧氨氧化反应，进而实现节能降耗和节省外加有机物的目的。因此，短程硝化是实现短程硝化/反硝化技术和短程硝化/厌氧氨氧化技术的关键环节。
若能以AOB为菌种进行纯培养，则短程硝化工艺极易实现，但是实际污水处理过程中，要完成AOB纯培养过程，经济上不具有可行性，因此在氨氮硝化过程中如何有效控制AOB与NOB之间的竞争，使得AOB成为优势菌，从而稳定获得亚硝态氮的积累成为了短程硝化工艺的关键。
而由于适宜AOB与NOB生长的环境有所不同，比如AOB的适宜生长pH值在8.0附近，而NOB的适宜生长值在7.0附近，低溶解氧条件下，AOB对溶解氧的亲和力比NOB强等，故短程硝化技术通常都是通过控制反应过程中的pH、温度、溶解氧含量、泥龄、游离氨、游离亚硝酸等运行条件来实现有效控制AOB和NOB之间的竞争，使得AOB成为优势菌，从而获得亚硝酸盐的积累。
在现有技术中，对于pH值以及溶解氧含量的控制，通常是通过在污水池内设置溶解氧浓度检测仪、pH值检测仪以及风机、曝气器、调解液箱、控制器等设备，通过对污水池内的溶解氧浓度以及pH值进行实时检测，然后利用控制器控制风机的启闭从而实现溶解氧浓度的调节，利用控制器控制调节液箱的启闭从而对pH值进行调节，其调节过程需要设置较多的检测仪器和控制设备，控制方法复杂。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的调节溶解氧浓度和pH的过程需要设置较多的检测仪器和控制设备，导致控制方法复杂的缺陷，从而提供一种短程硝化反应装置及污水短程硝化工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种短程硝化反应装置，包括：
污水pH调节组件,开设有污水入水口，用于对污水的pH进行预调节；
以及，溶解氧调节组件，其与所述污水pH调节组件接通，用于对溶解氧浓度进行调节，所述溶解氧调节组件包括若干由透气性材料制成的反应器，所述反应器的内壁用于供微生物附着生长；
所述反应器为中空管状结构，在沿污水流动的方向，所述反应器的横截面积小于等于40mm2，所述反应器的壁厚≤2mm；
或者，所述反应器为中空板状结构，在沿污水流动的方向，板间距为1-6mm，板厚为1-4mm。
进一步的，所述透气性材料为硅橡胶。
进一步的，所述污水pH调节组件包括：
污水调节水箱，其上设置有污水入水口；
储药箱，与所述污水调节水箱接通，用于装载调节混合液pH值用的碱液或酸液；
以及第一阀门，设置在所述储药箱的出水口处，用于控制所述储药箱的出水。
进一步的，所述第一阀门为电阀门，所述污水pH值调节组件还包括：
pH监测仪，设置在所述污水调节水箱内；
以及，控制器，与所述pH监测仪及所述第一阀门同时电连接，用于通过所述pH监测仪检测的信号控制所述第一阀门的启闭。
进一步的，所述污水pH值调节组件还包括搅拌器。
进一步的，所述短程硝化反应装置还包括回流泵，所述回流泵用于将从反应器内脱落的活性污泥部分回流至反应器内。
本发明还提供了一种污水短程硝化工艺，包括在如上述所有方案中任一种所述的短程硝化反应装置中接种活性污泥，然后通入污水进行短程硝化处理的步骤，污水在反应器内的水力停留时间为15分钟-6小时。
进一步的，在将污水通入至反应器前还包括将污水的pH值调节为8-9的步骤。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的短程硝化反应装置，通过设置污水pH调节组件以及溶解氧控制组件，其中，溶解氧控制组件包括若干具有透气性的反应器，短程硝化时，微生物附着在反应器的内壁上并生长，通过对反应器的规格进行限定，随着微生物对氧的消耗以及氧在水中的溶解作用，在反应器内外侧会形成浓度差，从而使得空气中的氧在浓度差的作用下，可以从反应器外侧自然透过进入至反应器内侧，从而对反应器内的短程硝化进行供氧。与现有技术相比，本发明只需控制污水在反应器内的流速即可实现对溶解氧浓度的调节，控制方法简单方便易操作。另一方面，污水在反应器内是单向流动的，在短程硝化过程中产酸pH下降不会影响短程硝化反应的进程。本发明通过预先对污水的pH值进行调节，再将污水输送至溶解氧调节组件中进行生化反应，在溶解氧组件上不必再对pH进行控制，从而可以减少对pH值的监控及调节次数，进而降低短程硝化反应过程中pH值的调节难度，降低实现短程硝化反应的难度。另外，本发明中由于不需要风机、曝气器等机械设备就可以实现氧的输送及渗透，节省了污水处理的设备成本和运行成本，由于不需对短程硝化过程的产酸进行补偿，节省了pH调节的碱液量，也进一步降低了污水短程硝化处理的成本。
2.本发明提供的溶解氧调节组件，通过将反应器设置为硅橡胶管，一方面，硅橡胶材料的氧透过量能在反应器内形成低溶解氧浓度的环境，从而有利于亚硝酸细菌的生长，另一方面，硅橡胶具有良好的生物相容性，有利于微生物在管壁上形成生物膜，从而有利于污水生化处理的进行。
3.本发明提供的短程硝化反应装置，通过将污水pH调节组件设置为包括污水调节水箱、储药箱以及第一阀门，在污水处理过程中，污水首先被输送至污水调节水箱内，通过开启第一阀门，使得存储在储药箱内的碱液或酸液被输送至污水调节水箱内从而实现pH的调节，然后污水再被输送至溶解氧调节组件中进行生化反应，生化反应的过程中通过控制污水在反应器内的流速进行溶解氧含量的调节，方法简单易实施。
4.本发明提供的短程硝化反应装置，通过在污水pH值调节组件内设置pH监测仪以及控制器，控制器与pH监测仪及第一阀门同时电连接，通过pH监测仪监测污水调节水箱内混合液的pH值并将检测到的信号传输给控制器，当检测到的pH值低于控制器内的第一预设值时，控制器控制第一阀门开启，从而使得碱液被输送至污水调节水箱内进行pH值的调节，当检测到的pH值高于控制器内的第二预设值时，控制器控制第一阀门关闭，从而实现污水调节水箱内的pH值的自动调节，简单方便高效。
5.本发明提供的短程硝化反应装置，通过在污水pH值调节组件内设置搅拌器，在搅拌器的作用下使得碱液与混合液能够混合得更加均匀，从而有利于污水调节水箱中pH值的调节。
6.本发明提供的短程硝化反应装置，通过回流泵可以对污水处理过程中损失的微生物进行补偿，从而使得短程硝化反应能够进行得更稳定，另外，对活性污泥进行了回收利用，从而进一步节省了污水短程硝化处理的成本。
7.本发明提供的污水短程硝化工艺，通过将污水在反应器内的水力停留时间控制在15分钟-6小时，即可实现将反应器内的溶解氧浓度控制为适宜AOB生长，从而获得所需的亚硝酸氮的积累，进而实现污水的短程硝化工艺。
8.本发明提供的污水短程硝化工艺，通过将短程硝化进水的pH值设置为8-9，此pH值适于AOB的生长，从而有利于AOB的竞争，有利于污水短程硝化反应的进行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是本发明实施例1中的短程硝化反应装置的结构示意图；
附图标记：
1、反应器；2、污水pH调节组件；21、污水调节水箱；22、储药箱；23、pH检测仪；3、沉淀池；4、蠕动泵；5、污水进水箱；6、回流泵。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
如图1所示，本实施例涉及一种短程硝化反应装置，包括污水pH调节组件2以及溶解氧调节组件。
污水入水口开设在污水pH调节组件2上，污水pH调节组件2用于调节污水的pH值从而适于亚硝化细菌的生存，溶解氧调节组件与污水pH调节组件2接通，溶解氧调节组件用于供氧并调节混合液中的溶解氧浓度，并为污水的生化处理提供场地。
其中，污水从污水进水箱5被输送至污水pH调节组件2内，污水pH调节组件2包括污水调节水箱21、储药箱22以及第一阀门(图中未示出)，其中，污水入水口设置在污水调节水箱21上，储药箱22内存储有用于调节污水pH值的碱液或酸液，第一阀门设置在储药箱22的出水口处，第一阀门用于控制储药箱22的出水。
在对污水进行处理时，首先将污水输送至污水调节水箱21内，pH检测仪23开始工作，当检测到pH不符合预定值时，开启第一阀门，使得碱液或酸液输送至污水调节水箱21内，碱液或酸液与污水在污水调节水箱21内进行混合从而对混合液的pH值进行调节，当污水调节水箱21内的pH值调节至预定值时，关闭第一阀门。
为实现pH值的自动调节，在本实施例中，将第一阀门设置为电阀门，污水pH调节组件2内还包括pH监测仪以及控制器(图中未示出)，pH监测仪设置在所述污水调节水箱21内，用于实时监测污水调节水箱21内的液体pH值，控制器与pH监测仪及第一阀门同时电连接，控制器用于通过所述pH监测仪检测的信号控制所述第一阀门的启闭。
pH监测仪将检测到的信号传输给控制器，当检测到的pH值低于控制器内的第一预设值时，控制器控制第一阀门开启，从而使得碱液被输送至污水调节水箱21内进行pH值的调节，当检测到的pH值高于控制器内的第二预设值时，控制器控制第一阀门关闭，从而实现污水调节水箱21内的pH值的自动调节，简单方便高效。
为使得碱液或酸液与混合液能够混合更加充分，将污水pH值调节组件设置为还包括搅拌器(图中未示出)，搅拌器用于搅拌碱液与混合液或酸液与混合液。
具体的，溶解氧调节组件包括若干具有透气性的反应器1，反应器1内壁用于供微生物附着生长以进行污水的生物处理。
在本实施例中，反应器1的数量为一根，在其他实施例中，可通过需要处理的污水量而调节反应器1的数量，需要说明的是，当反应器1的数量在两根及两根以上时，可以在反应器1的入口处设置布水器，布水器与多根反应器1同时接通，从而使得混合液能够均匀分布到每一根反应器1内，从而便于对反应器1进行统一控制。
在可实施的实施例中，反应器1可以为中空管状结构或中空板状结构，其形状不受限制，但是当反应器1为中空管状结构时，在沿污水流动的方向，反应器1的横截面积小于等于40mm2，反应器1的壁厚≤2mm；反应器1为中空板状结构时，在沿污水流动的方向，板间距为1-6mm，壁厚为≤4mm。反应器1的材质选用具有良好氧透过性能的即可，比如硅橡胶或玻璃态聚合物(TMSP)。
在本实施例中，反应器1为中空管状的硅橡胶管，反应器1的内径为2mm，外径为4mm，壁厚为1.0mm，长1500mm。反应器1的形状设置为中空管状，可以便于其生产；而反应器1选用硅橡胶管，一方面，硅橡胶材料的氧透过量可以使得硝化反应处于低溶解氧浓度的环境下，从而有利于亚硝酸细菌的生长，另一方面，硅橡胶具有良好的生物相容性，有利于微生物在管壁上形成生物膜，从而有利于污水生化处理的进行；反应器1的规格均是为达到最佳的氧透过效果进行的设置。
另外，在本实施例中，在短程硝化反应装置中还设置有回流泵6，回流泵6用于将从反应器1内脱落的活性污泥部分回流至反应器1内。通过回流泵6可以对生化过程中流失的微生物进行补偿。需要说明的是，短程硝化反应装置的出水端通常会接通沉淀池3以收集完成短程硝化处理后的污水和反应器1流失的微生物，在本实施例中，将回流泵6设置为与沉淀池3接通，回流泵6用于将沉淀池3内收集的部分污泥回流至反应器1。
本实施例的使用原理大致如下所述：
在对污水进行短程硝化处理时，首先对活性污泥进行接种，然后将污水的pH值进行调节，最后将污水通入至溶解氧控制组件中进行短程硝化处理，通过设置污水pH调节组件2以及溶解氧控制组件，其中，溶解氧控制组件包括若干具有透气性的反应器1，短程硝化时，微生物附着在反应器1的内壁上并生长，通过对反应器1的规格进行限定，随着微生物对氧的消耗以及氧在水中的溶解作用，在反应器1内外侧会形成浓度差，从而使得空气中的氧在浓度差的作用下，可以从反应器1外侧自然透过进入至反应器1内侧，从而对反应器1内的短程硝化进行供氧，与现有技术相比，本发明只需控制混合液在反应器1内的流速即可实现对溶解氧浓度的调节，控制方法简单方便易操作，另一方面，由于污水在反应器1内是单向流动的，因此在生化过程中的产酸不会影响短程硝化反应的进程，本发明通过预先对污水的pH值进行调节，再将污水输送至溶解氧调节组件中进行生化反应，在溶解氧组件上不必再对pH进行控制，从而可以减少对pH值的监控及调节次数，进而降低短程硝化反应过程中pH值的调节难度，降低实现短程硝化反应的难度。另外，本发明中由于不需要风机、曝气器等机械设备就可以实现氧的输送及渗透，节省了污水处理的设备成本和运行成本，由于不需对生化过程的产酸进行补偿，节省了pH调节的碱液量，进一步降低了污水短程硝化处理的成本。
实施例2
本实施例涉及一种污水短程硝化工艺，包括在实施例1中提供的短程硝化反应装置中进行活性污泥接种，然后通入污水进行短程硝化的步骤。其中，污水在反应器中的水力停留时间控制为40分钟，污水进入反应器时的pH值控制为8.5。
具体的，在本实施例中，待处理污水用硫酸铵和自来水配制得到，NH4 +-N浓度为120mg/L，pH值为8.5。活性污泥选用赣州水西污水处理厂的混合污泥作为反应器的接种污泥，活性污泥的浓度为2300mg/L。
通过利用蠕动泵将污水输送至短程硝化反应装置进行生化反应，污水在反应器内的水力停留时间为40min。
处理结果：启动10天后可获得较好的短程硝化效果，反应装置出水NO2 --N浓度为70mg/L-75mg/L，NH4 +-N浓度为36mg/L-44mg/L，经对反应器内的生物膜进行检测，Nitrosomonas为主要富集的氨氧化细菌，其相对丰度由0.08％增加至75％。
需要说明的是，在污水进行完短程硝化处理后，可再将污水通入至短程反硝化反应器或者厌氧氨氧化反应器中进行短程硝化反应或厌氧氨氧化反应，从而完成对污水的脱氮处理。
实施例3
本实施例涉及一种污水短程硝化工艺，包括在实施例1中提供的短程硝化反应装置中进行活性污泥接种，然后通入污水进行短程硝化的步骤。其中，污水在反应器中的水力停留时间控制为30分钟，污水进入反应器时的pH值控制为8.5。
具体的，在本实施例中，待处理污水用硫酸铵和自来水配制得到，NH4 +-N浓度为80mg/L，pH值为8.5。活性污泥选用赣州水西污水处理厂的混合污泥作为反应器的接种污泥，活性污泥的浓度为2300mg/L。
通过利用蠕动泵将污水输送至短程硝化反应器进行生化反应，污水在反应器内的水力停留时间为30min。
处理结果：启动10天后可获得较好的短程硝化效果，反应装置出水NO2 --N浓度为42mg/L-48mg/L，NH4 +-N浓度为30mg/L-35mg/L，经对反应器内的生物膜进行检测，Nitrosomonas为主要富集的氨氧化细菌，其相对丰度由0.08％增加至74％。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种短程硝化反应装置，其特征在于，包括：
污水pH调节组件(2),开设有污水入水口，用于对污水的pH进行预调节；
以及，溶解氧调节组件，其与所述污水pH调节组件(2)接通，用于对溶解氧浓度进行调节，所述溶解氧调节组件包括若干由透气性材料制成的反应器(1)，所述反应器(1)的内壁用于供微生物附着生长，
所述反应器(1)为中空管状结构，在沿污水流动的方向，所述反应器(1)的横截面积小于等于40mm2，所述反应器(1)的壁厚≤2mm；
或者，所述反应器(1)为中空板状结构，在沿污水流动的方向，板间距为1-6mm，板厚为1-4mm。
2.根据权利要求1所述的短程硝化反应装置，其特征在于，所述透气性材料为硅橡胶。
3.根据权利要求1或2所述的短程硝化反应装置，其特征在于，所述污水pH调节组件(2)包括：
污水调节水箱(21)，其上设置有污水入水口；
储药箱(22)，与所述污水调节水箱(21)接通，用于装载调节混合液pH值用的碱液或酸液；
以及第一阀门，设置在所述储药箱(22)的出水口处，用于控制所述储药箱(22)的出水。
4.根据权利要求3所述的短程硝化反应装置，其特征在于，所述第一阀门为电阀门，所述污水pH值调节组件还包括：
pH监测仪，设置在所述污水调节水箱(21)内；
以及，控制器，与所述pH监测仪及所述第一阀门同时电连接，用于通过所述pH监测仪检测的信号控制所述第一阀门的启闭。
5.根据权利要求3或4所述的短程硝化反应装置，其特征在于，所述污水pH值调节组件还包括搅拌器。
6.根据权利要求1所述的短程硝化反应装置，其特征在于，所述短程硝化反应装置还包括回流泵(6)，所述回流泵(6)用于将从反应器(1)内脱落的活性污泥部分回流至反应器(1)内。
7.一种污水短程硝化工艺，其特征在于，包括在如权利要求1-6中任一项所述的短程硝化反应装置中接种活性污泥，然后通入污水进行短程硝化处理的步骤，污水在反应器(1)内的水力停留时间为15分钟-6小时。
8.根据权利要求7所述的污水短程硝化工艺，其特征在于，在将污水通入至反应器(1)前还包括将污水的pH值调节为8-9的步骤。
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