CN111204869A

CN111204869A - 基于厌氧氨氧化生物脱氮反应装置的废水处理系统及方法

Info

Publication number: CN111204869A
Application number: CN202010175362.XA
Authority: CN
Inventors: 魏源送; 陈彦霖; 王元月; 陈梅雪; 隋倩雯; 郁达伟
Original assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Current assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2020-05-29

Abstract

一种基于厌氧氨氧化生物脱氮反应装置的废水处理系统及方法，该基于厌氧氨氧化生物脱氮反应装置的废水处理系统包括厌氧膜生物反应装置，待处理废水在其内发生厌氧反应得到第一废水；中间调节水箱，与厌氧膜生物反应装置的出水口连接，用于调节第一废水；以及一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应装置，用于将第一废水进行厌氧氨氧化生物脱氮反应后得到达标废水。本发明废水经过厌氧‑生物脱氮处理以后，出水水质稳定达标；本发明采用的一体式厌氧氨氧化生物脱氮可以提升废水脱氮负荷，提高废水处理污染物去除效率，实现废水达标排放。

Description

基于厌氧氨氧化生物脱氮反应装置的废水处理系统及方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，尤其涉及一种基于厌氧氨氧化生物脱氮反应装置的废水处理系统及方法。

背景技术

养殖废水具有高氨氮，高浓度有机化合物等污染特征，其主要处理方式主要有还田处理，自然处理和生物处理模式。其中污水生物脱氮仍然以常规的硝化反硝化脱氮为主，存在效率低，能耗高，剩余污泥量较大等问题。而厌氧氨氧化生物脱氮反应作为新型生物脱氮技术，具有节省曝气、污泥产量少、无需投加碳源等优势。

厌氧氨氧化工艺多以生物转盘、完全混合式反应器等为主，受水力停留时间、水力负荷等限定，在处理养殖废水时，其出水水质受进水水质影响较大，系统的脱氮效果变差，抗冲击负荷能力低，使系统的正常运行时常面临崩溃的危险，因此需要针对现有缺点，提出更为有效的应对养殖废水水质波动，水量复杂变化的生物处理方法与反应器装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种基于厌氧氨氧化生物脱氮反应装置的废水处理系统及方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种基于一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应装置的废水处理系统，包括：

厌氧膜生物反应装置，待处理废水在其内发生厌氧反应得到第一废水；

中间调节水箱，与厌氧膜生物反应装置的出水口连接，用于调节第一废水；以及

一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应装置，用于将第一废水进行厌氧氨氧化生物脱氮反应后得到达标废水。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种废水处理方法，采用如上所述的废水处理系统，包括：

将待处理废水在厌氧膜生物反应装置中进行厌氧反应后得到第一废水；

将第一废水在一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应装置进行厌氧氨氧化生物脱氮反应，即完成所述废水处理。

基于上述技术方案可知，本发明的基于厌氧氨氧化生物脱氮反应装置的废水处理系统及方法相对于现有技术至少具有以下优势之一：

1、废水经过厌氧-生物脱氮处理以后，出水水质稳定达标；

2、废水处理设备集中，减少了占地面积，操作管理方便；

3、本发明采用的两种生物脱氮联合控制模式自动化运行程度高，运行维护简单；

4、本发明采用控制模式综合了过程控制和终点控制，灵活应对进水氨氮负荷波动情况，耐氨氮冲击负荷，保证出水水质稳定；

5、采用氨氮电极严格控制一定氨氮残留浓度，能够避免亚氮累积，从而能够有效控制厌氧氨氧化细菌受抑制现象发生，有利于反应器长期稳定运行。

附图说明

图1为本发明实施例的废水处理装置的结构示意图；

上图中，附图标记含义如下：

100-厌氧膜生物反应器；101-进水泵；102-超滤膜进水端；103-循环泵；104-超滤膜；105-压力表；106-超滤膜出水端；200-中间调节水箱；300-一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应器；301-第二进水泵；302-搅拌桨；303-曝气砂盘；304-溶解氧探头；305-pH探头；306-氨氮电极探头；307-出水泵；308-生物曝气风机；400-PLC控制单元；500-出水箱。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开了一种基于厌氧氨氧化生物脱氮反应装置的废水处理系统，包括：

在本发明的一些实施例中，所述厌氧膜生物反应装置包括：

厌氧膜生物反应器，其内发生厌氧反应；以及

设置在厌氧膜生物反应器外部的过滤单元。

在本发明的一些实施例中，所述过滤单元上设有过滤出水口和过滤回流口，所述过滤出水口与中间调节水箱连接，所述过滤回流口与厌氧膜生物反应器连通；

在本发明的一些实施例中，所述过滤单元包括超滤膜和循环泵。

在本发明的一些实施例中，所述厌氧氨氧化生物脱氮反应装置包括：

一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应器，第一废水在其内进行厌氧氨氧化生物脱氮反应；

曝气单元，为厌氧氨氧化生物脱氮反应过程中提供曝气；

监测单元，监测一体式膜生物反应器中混合液的参数；以及

控制单元，用于控制该厌氧氨氧化生物脱氮反应装置的内反应的进行；

在本发明的一些实施例中，所述监测单元包括：

氨氮电极探头，用于监测一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应器内混合液的氨氮浓度值；

pH探头，用于监测一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应器内混合液的pH值；以及

溶解氧探头，用于监测一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应器内混合液的溶解氧量。

在本发明的一些实施例中，所述控制单元控制厌氧氨氧化生物脱氮反应装置包括进水、反应、搅拌、沉淀、排水阶段间的自动轮转；

在本发明的一些实施例中，所述控制单元控制曝气单元的启动，当检测单元监测到一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应器内第一废水的氨氮浓度降到25至35mg/L时，控制单元控制曝气单元停止曝气。

本发明还公开了一种废水处理方法，采用如上所述的废水处理系统，包括：

在本发明的一些实施例中，所述厌氧反应的反应温度为25至35℃。

在本发明的一些实施例中，所述厌氧反应的pH为7.2至8.5。

在本发明的一些实施例中，所述厌氧反应中污泥的浓度为15至25g/L，污泥中的有机负荷为0.25至0.7kgCOD/(m³d)。

在本发明的一些实施例中，所述厌氧氨氧化生物脱氮反应步骤具体包括：

在本发明的一些实施例中，所述控制单元控制曝气单元启动，对所述一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应装置内的第一废水曝气以保证第一废水中的亚氮浓度小于或等于10mg/L；

在本发明的一些实施例中，当检测单元监测到第一废水的氨氮浓度降到25至35mg/L时，控制单元控制曝气单元停止曝气，然后开启搅拌，搅拌结束后即完成所述厌氧氨氧化生物脱氮反应。

在一个示例性实施例中，本发明的基于厌氧氨氧化生物脱氮反应装置的废水处理系统，包括厌氧膜生物反应装置、中间调节水箱、一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应装置和PLC控制单元。厌氧膜生物反应装置包括厌氧膜生物反应器和设置在厌氧膜生物反应器外部的过滤单元。一体式厌氧氨氧化生物脱氮装置包括一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应器(SBR反应器)、检测单元和曝气单元。

中间调节水箱通过受PLC控制的进水泵与SBR反应器相连通，根据设定的进水时间，通过PLC控制单元的逻辑判断后，反馈控制进水泵的停止；SBR设有通过PLC系统控制启停的搅拌桨；SBR内部设有DO、pH和氨氮在线电极，获得数据实时传入PLC控制单元，用于储存和监测SBR运行状况；在SBR底部设有微孔曝气盘。

PLC自控系统设置有现场触控屏和远程计算机，以在自动化运行过程中的现场操作和远程监控。

所述生物脱氮反应采用PLC单元自动控制运行溶解氧-氨氮联合控制模式或者pH-氨氮联合控制模式，采用SBR方式运行，包括进水、反应、搅拌、沉淀、排水共5个阶段间的自动轮转。

本发明提供的联合控制短程硝化-厌氧氨氧化一体式SBR运行的方法，分为溶解氧-氨氮联合控制和pH-氨氮联合控制，其包括：

溶解氧-氨氮联合控制是利用溶解氧在线电极和氨氮在线电极，通过溶解氧在线电极控制曝气量，进而控制反应器中的亚氮浓度水平，实现氨氮的短程硝化与厌氧氨氧化反应在同一反应器中同步进行，通过氨氮在线电极监测反应器中的氨氮残留浓度；

pH-氨氮联合控制是利用pH在线电极和氨氮在线电极，通过pH在硝化阶段的降幅△pH1控制曝气单元的停止，通过pH在厌氧氨氧化阶段的增幅△pH2控制曝气单元的开启，实现氨氮的短程硝化与厌氧氨氧化反应在同一反应器中交替进行，通过氨氮在线电极监测反应器中的氨氮残留浓度。

采用基于一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应装置的废水处理系统的废水处理方法如下：

(1)将预处理后的废水通过第一进水泵连续进入到厌氧膜生物反应器进行厌氧处理，进水COD在3000～13000mg/L，NH₄ ⁺-N在200-1700mg/L；

(2)厌氧膜生物反应器温度控制在25至35℃，pH控制在7.2-8.5之间，厌氧膜生物反应器污泥浓度在15至25g/L，进水有机负荷控制在0.25-0.7kgCOD/·(m³d)，HRT(水力停留时间)在13-37.5小时之间；

(3)厌氧膜生物反应器中处理过的废水经过超滤膜过滤，所述超滤膜的孔径为500～20000道尔顿；

(4)经过过滤的废水进入到中间调节水箱；

(5)中间调节水箱的水进入到后续一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应器中进行生物脱氮反应处理，所述即生物脱氮反应的反应温度为25至35℃，其步骤如下：

通过运行溶解氧-氨氮联合控制模式的PLC系统，控制实现短程硝化-厌氧氨氧化一体式生物脱氮的方法，包括以下步骤：

(1)上一轮周期结束后，搅拌桨处于停止状态。新一轮周期开始后，PLC控制进水泵开启，当达到设定进水时间后，PLC控制单元控制进水泵停止。

(2)进水泵停止后，曝气单元启动，通过控制SBR内DO(溶解氧)浓度，保证SBR中亚氮浓度在10mg/L以下。随着短程硝化与厌氧氨氧化两个过程的同时进行，实时监测SBR中的氨氮浓度变化的氨氮在线电极读数持续降低。

(3)控制反应器中的氨氮残留浓度为30mg/L，当氨氮在线电极读数降到30mg/L时，PLC控制曝气单元停止，系统内的溶解氧浓度迅速降低到0mg/L，SBR进入到搅拌阶段。必要时，可在沉淀阶段结束前，增加大流量的空气吹脱措施，保证污泥具有良好的沉降性能。

(4)当搅拌阶段结束后，PLC控制搅拌桨停止工作，SBR进入沉淀阶段，污泥沉淀在反应器底部，实现泥水分离。

(5)沉淀结束后，PLC控制开启排水泵，进入排水阶段，液位降低，当达到设定值后，关闭排水泵，等待下一周期开始。

利用上述装置，通过运行pH-氨氮联合控制模式的PLC控制单元，控制实现短程硝化-厌氧氨氧化一体式脱氮的方法，包括以下步骤：

上一轮周期结束后，搅拌桨处于停止状态。新一轮周期开始后，PLC控制进水泵开启，当达到设定进水时间后，PLC控制单控制进水泵停止。

进水泵停止后，曝气单元启动，反应器处于曝气阶段，氨氮发生亚硝化反应，导致pH不断降低，当pH降幅达到预定的△pH1后，PLC控制曝气单元停止，DO浓度迅速降低为0mg/L。接下来单独进行厌氧氨氧化反应。厌氧氨氧化反应因为消耗氢离子导致pH上升，当pH增幅达到预定值△pH2后，PLC控制曝气单元重新开启，为反应器充氧，如此循环下去。期间，随着亚硝化反应与厌氧氨氧化两个反应过程的交替进行，反应器中的氨氮浓度不断降低，氨氮在线电极读数不断降低。

控制反应器中的氨氮残留浓度为30mg/L，当氨氮在线电极读数降到30mg/L时，PLC控制曝气单元停止，SBR反应器内的溶解氧浓度迅速降低到0mg/L，SBR进入到搅拌阶段。必要时，可在沉淀阶段结束前，增加大流量的空气吹脱措施，保证污泥具有良好的沉降性能。

当搅拌阶段结束后，PLC控制搅拌停止工作，SBR进入沉淀阶段，污泥沉淀在反应器底部，实现泥水分离。

沉淀结束后，PLC控制开启排水泵，进入排水阶段，液位降低，当达到设定值后，关闭排水泵，等待下一周期开始。

以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。

下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获取。

以下实施例采用的厌氧膜生物反应器—一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应器组合工艺的废水处理系统，如图1所示，包括厌氧膜生物反应装置和一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应装置，其中，

厌氧膜生物反应装置包括：第一进水泵101、厌氧膜生物反应器100、循环泵103、超滤膜组件104。第一进水泵101与厌氧膜生物反应器100连接，厌氧膜生物反应器100与循环泵103、超滤膜104的回流管连接，循环泵103与超滤膜104连接，超滤膜104与中间调节水箱200连接。

一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应装置包括：第二进水泵301、DO探头304、PH探头305、氨氮在线探头306、一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应器300、PLC控制单元400、曝气砂盘303，第二进水泵301与中间调节水箱200连接，一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应器300与第二进水泵301连接、PLC控制单元400通过DO探头304、PH探头305、氨氮在线探头306实时监测一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应器300内运行情况。

在本实施例中，进水通过第一进水泵101连续进入到厌氧膜生物反应器100中。厌氧膜生物反应器100出水通过循环泵103进入到超滤膜104进行过滤，超滤膜104回流水进入到厌氧膜生物反应器100中，过滤后的水进入到中间调节水箱200。中间调节水箱200的废水通过第二进水泵301间歇进入到一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应器300。PLC控制单元400通过DO探头304、PH探头305、氨氮在线探头306实时监测一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应器300内运行情况，利用不同的控制模式进行生物脱氮，最终达到厌氧氨氧化生物脱氮的目的。

实施例1

在本实施例中，厌氧膜生物反应器进水流量为7m³/d，有机负荷率为1.3(kg/m³/d)，水力停留时间为3.5d，污泥停留时间为80天；一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应器氨氮进水负荷0.64(kg/m³/d)。

经过上述步骤处理前后的废水中的污染物浓度及去除率见表1。

表1、废水处理运行结果

ND：未检出

由表1数据可知，废水经过处理以后，COD去除率达到97.5％，NH₄ ⁺-N去除率达到97.4％，说明该基于一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应装置的废水处理方法对污染物具有较好的处理效果。

实施例2

在本实施例中，厌氧膜生物反应器进水流量为9m³/d，有机负荷率为1.6(kg/m³/d)，水力停留时间为3.1d，污泥停留时间为80天；一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应器氨氮进水负荷0.3(kg/m³/d)，污泥停留时间为19d。

经过上述步骤处理前后的废水中的污染物浓度及去除率见表2。

表2、废水处理运行结果

参数(mg/L)	进水	出水	平均去除率(％)
				COD	8372±203	315±78	96.3
NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N	1242±91	29.6±7	97.7
				NO<sub>2</sub><sup>-</sup>-N	ND	ND	—
NO<sub>3</sub><sup>-</sup>-N	57±14	6±2	89.5

由表2数据可知，废水经过处理以后，COD去除率达到96.3％，NH₄ ⁺-N去除率达到97.7％，说明该基于一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应装置的废水处理方法对污染具有较好的处理效果。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于厌氧氨氧化生物脱氮反应装置的废水处理系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于，

所述厌氧膜生物反应装置包括：

厌氧膜生物反应器，其内发生厌氧反应；以及

设置在厌氧膜生物反应器外部的过滤单元。

3.根据权利要求2所述的废水处理系统，其特征在于，

所述过滤单元上设有过滤出水口和过滤回流口，所述过滤出水口与中间调节水箱连接，所述过滤回流口与厌氧膜生物反应器连通；

其中，所述过滤单元包括超滤膜和循环泵。

4.根据权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于，

所述厌氧氨氧化生物脱氮反应装置包括：

曝气单元，为厌氧氨氧化生物脱氮反应过程中提供曝气；

监测单元，监测一体式膜生物反应器中混合液的参数；以及

所述监测单元包括：

5.根据权利要求4所述的废水处理系统，其特征在于，

所述控制单元控制厌氧氨氧化生物脱氮反应装置包括进水、反应、搅拌、沉淀、排水阶段间的自动轮转；

所述控制单元控制曝气单元的启动，当检测单元监测到一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应器内第一废水的氨氮浓度降到25至35mg/L时，控制单元控制曝气单元停止曝气。

6.一种废水处理方法，采用如权利要求1至5任一项所述的废水处理系统，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的废水处理方法，其特征在于，

所述厌氧反应的反应温度为25至35℃。

8.根据权利要求6所述的废水处理方法，其特征在于，

所述厌氧反应的pH为7.2至8.5。

9.根据权利要求6所述的废水处理方法，其特征在于，

所述厌氧反应中污泥的浓度为15至25g/L，污泥中的有机负荷为0.25至0.7kgCOD/(m³d)。

10.根据权利要求6所述的废水处理方法，其特征在于，

所述厌氧氨氧化生物脱氮反应步骤具体包括：

所述控制单元控制曝气单元启动，对所述一体式厌氧氨氧化生物脱氮反应装置内的第一废水曝气以保证第一废水中的亚氮浓度小于或等于10mg/L；

当检测单元监测到第一废水的氨氮浓度降到25至35mg/L时，控制单元控制曝气单元停止曝气，然后开启搅拌，搅拌结束后即完成所述厌氧氨氧化生物脱氮反应。