CN111333191A

CN111333191A - 一种厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法

Info

Publication number: CN111333191A
Application number: CN202010378292.8A
Authority: CN
Inventors: 李明; 维克·恩格拜; 鄢紫
Original assignee: Engelbart Wuhan Ecological Technology Co ltd
Current assignee: Engelbart Wuhan Ecological Technology Co ltd
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2020-05-07
Publication date: 2020-06-26
Also published as: CN110790379A

Abstract

一种厌氧‑好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法包括：有机废水进入厌氧反应单元内，与预先加入厌氧反应单元内的厌氧颗粒污泥充分混合，发生厌氧反应；厌氧反应后的厌氧出水进入好氧反应单元，经过同步硝化反硝化过程，除氮；好氧反应单元的出水部分回流至厌氧反应单元，与有机废水原水及颗粒污泥充分稀释混合，进行厌氧反应，另一部分出水进入下一处理工艺或达标排放。本发明采用厌氧和好氧反应单元耦合处理废水，厌氧出水进入好氧单元，控制好氧单元水体内的DO值，有效完成脱氮，好氧出水控制回流比再次回到厌氧单元，以保证降低厌氧反应器中氨氮浓度以及保证厌氧反应器内的活性污泥量，有效提高厌氧反应效率。

Description

一种厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法

技术领域

本发明涉及一种厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法，属于污水处理技术领域。

背景技术

高浓度有机废水（如印染废水、食品废水、啤酒生产废水等）的处理一般采用厌氧反应器进行降解，影响厌氧反应效率的主要因素为厌氧反应器内污泥性状，污泥性状好的表现为污泥的絮体化和颗粒化，当污泥性状较好时，吸附污染物质的能力更强，厌氧反应效率也就随之提高；污泥性状较差表现为大量细碎的絮体，无法形成颗粒污泥，反应效率也就相对较低。此外，由于有机废水中常常含有大量含氮物质，厌氧降解过程中，会有大量蛋白质转化分解、释放大量的游离氨氮，从而造成氨氮的累积，氨氮浓度往往达到2000mg/L以上。根据研究显示，影响产甲烷菌生长的一个重要营养因子是氨氮，氨氮浓度在50~200mg/L时有利于厌氧反应的进行；但是当氨氮浓度达到2000mg/L以上时，将会明显抑制产甲烷菌的的生长与繁殖；氨氮浓度达到5500mg/L时，厌氧反应效率会降低50%。事实上，国内很多污水处理站目前运行较好的厌氧反应器，也常常因为高浓度氨氮的影响使得厌氧反应效率不高。

另外，根据已有的大量工业废水的处理实例，厌氧处理后如何进一步处理使得出水达标也是一大难题。在已有的实施案例中，高浓度氮的去除往往通过两级生化来实现。但是由于出水排放标准日趋严格，对TN（水体中总含氮量）的限制也越来越多，为满足排放标准，必须增加冗长的深度处理工艺段，随之而生的就是高投资成本与运行成本的问题。

以上归结到底是解决高浓度氨氮和活性污泥量的问题，而氨氮污染物质一般的解决方案是好氧生化，也因此有研究者提出厌氧出水上清液循环好氧处理的厌氧好氧耦合思路，但是存在一些技术难题：

DO（水中溶解氧）问题：好氧工艺对氧气的需求量一般较大，如A/O工艺好氧段溶解氧控制在2.0mg/L以上，而在厌氧反应尤其是产甲烷阶段，由于产甲烷菌缺乏过氧化物歧化酶，对O₂十分敏感。若传统好氧生化工艺出水直接循环到厌氧单元，大量O₂将与产甲烷菌细胞内的一些活性基作用，导致重要酶系解体；同时O₂产生的超氧阴离子自由基也会使细胞致死损伤，最终将导致厌氧反应失败；

硝态氮问题：一般认为厌氧环境是硝态氮不存在或极少量的水体环境，但是大多数好氧工艺只能做好氨氮到硝态氮的转化过程、而不能完成硝态氮到氮气的转换。也就是说，一旦好氧出水回到厌氧单元，将会携带大量硝态氮，直接破坏厌氧环境，从而使得反应器内的异养菌成为优势菌种，严重影响厌氧反应过程，甚至导致厌氧反应失败。

发明内容

本发明为克服现有技术弊端，提供一种厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法，采用厌氧和好氧反应单元耦合处理废水，厌氧出水进入好氧单元，控制好氧单元水体内的DO值，有效完成脱氮，好氧出水控制回流比再次回到厌氧单元，以保证降低厌氧反应器中氨氮浓度以及保证厌氧反应器内的活性污泥量，有效提高厌氧反应效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法，所述方法为厌氧处理单元和好氧处理单元耦合降解有机废水，包括如下步骤：

a、有机废水进入厌氧反应单元内，与预先加入厌氧反应单元内的厌氧颗粒污泥充分混合，发生厌氧反应；

b、厌氧反应的出水进入好氧反应单元，经过同步硝化反硝化过程，除氮；

c、将好氧反应单元的出水部分回流至厌氧反应单元，与有机废水及厌氧颗粒污泥充分混合，继续进行厌氧反应，另一部分出水进入下一处理工艺或达标排放。

上述厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法，所述厌氧反应单元为UASB反应器、IC反应器或EGSB反应器，三种厌氧反应器上端均设置有三相分离器。

上述厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法，所述步骤c中，控制好氧出水回流比为50-200%。

上述厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法，所述步骤c中，通过微孔曝气系统控制所述好氧反应单元出水中的溶解氧含量≤0.2mg/L，硝态氮含量≤15mg/L，SS≤50mg/L。

上述厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法，所述好氧反应单元为一体化反应器，好氧反应的过程包括如下步骤：

S1、将厌氧反应后的厌氧出水通过进水点进入所述好氧反应器主体底部的进水预混区内，进水点设置在所述进水预混区的前端，通过进水预混区底部的微孔曝气系统控制进入进水预混区内的厌氧出水中的溶解氧浓度，厌氧出水之后流入主曝气区内，通过主曝气区内间歇曝气控制主曝气区内溶解氧浓度，进行同步硝化反硝化反应降解污染物；

S2、主曝气区内的降解后的循环水在尾端经气提区推流，气提区设置在进水点同侧，气提区之后设置配水设施，气提推流后的泥水混合液经过配水设施分流，一部分回流至进水预混区内与新进水混合，循环反应；

S3、配水设施分流的另一部分泥水混合液向上进入回流通道，回流通道内的混合水一部分上升穿过澄清区，经过固液分离后，出水进入出水渠道内，外排，另一部分混合水回流至主曝气区，与经过进水预混区内进入主曝气区内的进水再次混合，循环反应。

上述厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法，所述步骤S1中，所述好氧反应单元的进水预混区和主曝气区内的溶解氧浓度低于0.3mg/L。

上述厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法，所述步骤S2中，所述配水设施控制回流至所述进水预混区内的混合液的回流比≤50%。保证回水中携带的的氧只占进水预混区内有微孔曝气设施提供氧的很小一部分。

本发明的有益效果是：①好氧反应单元除氮率接近100%，即出水氨氮浓度接近于零，通过控制好氧出水回流比，可将厌氧反应器内的氨氮浓度控制在1000mg/L以下（理想状态控制为200mg/L以下），在此氨氮浓度下，厌氧反应抑制程度较轻，厌氧效率和处理效果极大提升。

②好氧混合液循环回流比可通过回流管道安装电动调节阀自控调节，因此厌氧反应器里有机废水中的COD值也因此而灵活调节，这样提高了厌氧反应单元的抗冲击负荷能力，尤其适用于高浓度、高水质波动变化的有机废水处理。同时，好氧回流水提高了厌氧反应器内部的水流速度，从而提高了厌氧出水携带细小厌氧絮体排出厌氧反应器的速度，保证了厌氧反应器的污泥筛选，最大程度的保证了厌氧反应器内留存的均为生长状况良好的微生物，即活性污泥，以此提高厌氧反应效率。

③厌氧反应单元和好氧反应单元循环耦合，厌氧出水进一步得到环保处理：在厌氧反应单元降解完大量BOD后，好氧反应单元去除剩余BOD及氨氮，出水可达到一级A标准甚至更好水质。

④通过控制好氧反应阶段的溶氧≤0.3mg/L，硝化反硝化工艺同步进行，使得好氧反应单元出水DO极低，始终控制在0.2mg/L以下（一般而言，厌氧环境即DO＜0.2mg/L），确保了回流混合液不会破坏厌氧环境。

⑤由于好氧反应单元内好氧硝化、好氧BOD氧化、缺氧反硝化并行进行，高浓度氨氮最终转化为N₂释放，好氧出水回流液中硝态氮含量极低，基本保持在15mg/L以下，对厌氧反应几乎不产生影响。

⑥厌氧出水可生化性强、COD较高、氨氮高，尤其适合后续好氧脱氮：其一，无需投加碳源，节省了曝气费用与药剂费用；其二，在厌氧阶段，有机氮大多已转化为氨氮，加快了硝化与反硝化进程，提高了好氧生化效率。

附图说明

下面结合附图对发明作进一步说明。

图1为本发明生化处理整体装置结构示意图；

图2为好氧一体化反应器结构示意图；

图3为厌氧反应器结构示意图。

图中：1、厌氧反应单元；1-1、进配水系统；1-2、污泥床；1-3、三相分离器；1-4、出水管；1-5、沼气管；1-6、污泥排出口；2、好氧反应单元；2-1、好氧反应器主体；2-2、进水预混区；2-3、进水点；2-4、主曝气区；2-5、气提区；2-6、配水设施；2-7、回流通道；2-8、澄清区；2-9、出水渠道。

具体实施方式

本发明利用厌氧反应单元和好氧反应单元耦合，厌氧反应后的出水进入好氧反应单元内，通过控制好氧反应单元内的溶解氧浓度低于0.3mg/L，使硝化反硝化反应同步进行，将水中的硝态氮转化成氮气，完成脱氮，之后好氧出水再次进入厌氧反应单元内，与有机废水原水进行混合，控制回流比（回流比为回流水量与处理水量的比值）为50-200%，回流管道安装电动调节阀，阀门连接互联网控制系统，根据信号反馈，可自动开启/关闭阀门或调大/调小阀门流量，使得厌氧反应单元内的氨氮浓度控制在1000mg/L以下，降低厌氧反应抑制程度，同时保证厌氧反应器内颗粒活性污泥的量，提高厌氧反应效率。

厌氧反应单元的厌氧反应器采用UASB反应器、IC反应器或EGSB反应器，三种厌氧反应器上端均设置有三相分离器1-3，以保证厌氧出水中SS较小，且悬浮物质大多为无机泥和失活絮体等，保证后续好氧反应顺利进行。厌氧反应中，厌氧颗粒污泥和形成大絮体的厌氧污泥往往密实，而失活的污泥则较为松散、细碎，当水流自下而上离开厌氧反应器时，颗粒污泥和大絮体因为密度差而不易被水流带出，而失活污泥因为更轻，则容易被水流带出，以此保证留在厌氧反应器内的污泥为活性污泥，保证了厌氧反应效率。同时，因为厌氧反应器上端设置的三相分离器，可以保证厌氧出水中的悬浮物含量低于500mg/L，使得厌氧出水进入好氧反应单元后，不会影响好氧反应效率。

厌氧-好氧深度耦合处理有机废水的方法包括如下步骤：

a、有机废水直接进入厌氧反应单元1内，与预先加入厌氧反应单元内的厌氧颗粒污泥充分混合，发生厌氧反应；采用颗粒污泥降解污染物，随着微生物的生长，各种菌群聚拢，形成絮体，逐渐颗粒化而形成新的颗粒污泥，从而提高厌氧反应效率。

b、厌氧反应的厌氧出水进入好氧反应单元2，经过同步硝化反硝化过程，除氮，控制好氧出水中的溶解氧含量≤0.2mg/L，硝态氮含量≤15mg/L，SS≤50mg/L；

c、将好氧反应单元2的出水部分回流至厌氧反应单元，回流比控制为50-200%，与有机废水充分稀释混合，再次进行厌氧反应，另一部分出水进入下一处理工艺或达标排放。好氧回流水一方面可以降低厌氧反应器内的氨氮浓度，另一方面可以加速厌氧反应器内部的水流动速度，使得部分细小污泥絮体（如无机泥、死泥等）随厌氧出水流出，最大程度保证反应器内留存的为生长状况良好的微生物，以保证厌氧反应高效率进行。尤其是在反应器初始运行阶段，无论是投加市政污水厂的污泥还是采购厌氧颗粒污泥，这些新加入反应器内的厌氧污泥需要一定的时间才能适应与之前大不相同的生长环境，在此适应阶段内，会有一些无法适应新的生长环境的微生物死亡或细菌失活，表现为絮体会变得破碎、松散等，死亡微生物或失活细菌需随出水被筛选出去，留下所需要的微生物絮体生长繁殖，从而形成一个良性的循环，直到反应器内达到稳定的反应水平。

厌氧反应过程包括如下步骤：

S1：污水通过进配水系统1-1尽可能均匀地进入厌氧反应器底部，然后自下而上流动；

S2：污水穿过污泥床1-2（污泥床内包含厌氧颗粒污泥或絮状污泥），污泥床内的厌氧微生物以污水含有的有机物质等为营养物，发生厌氧反应，产生沼气；

S3：产生的沼气推动着污水继续向上流动，同时携带着污泥抵达三相分离器1-3，沼气进入三相分离器的集气室，流出沼气管1-5；污泥絮体与三相分离器碰撞后滑落、沉淀至污泥床；处理后的污水沿出水管1-4流出，携带部分无机悬浮物质，出水SS≤500mg/L，厌氧反应器1底部还设置污泥排出口1-6。

好氧反应过程包括如下步骤：

S1、将厌氧反应后的厌氧出水通过进水点2-3进入所述好氧反应器主体2-1底部的进水预混区2-2内，进水点2-3设置在所述进水预混区2-2的前端，通过进水预混区底部的微孔曝气系统控制进入进水预混区内的厌氧出水中的溶解氧浓度，厌氧出水之后流入主曝气区2-4内，通过主曝气区内间歇曝气控制主曝气区内溶解氧浓度，进行同步硝化反硝化反应降解污染物；

S2、主曝气区内的降解后的循环水在尾端经气提区2-5推流，气提区设置在进水点同侧，气提区之后设置配水设施2-6，气提推流后的泥水混合液经过配水设施2-6分流，一部分回流至进水预混区内与新进水混合，循环反应；

S3、配水设施分流的另一部分泥水混合液向上进入回流通道2-7，回流通道内的混合水一部分上升穿过澄清区2-8，经过固液分离后，出水进入出水渠道2-9内，外排，另一部分混合水回流至主曝气区，与经过进水预混区内进入主曝气区内的进水再次混合，循环反应。

实施例1

某工业园区废水含有大量含氮污染物和有机废物，COD≤4000mg/L，TKN（总凯氏氮，可理解为有机氮+NH₃-N）≤500mg/L，经简单预处理后采用厌氧-好氧深度耦合工艺，厌氧反应器为UASB反应器，回流比设置为100%，反应器内氨氮浓度基本控制在200mg/L左右，厌氧反应效率极高；厌氧-好氧耦合工艺段出水可达到一级A标准（COD≤50mg/L，NH₃-N≤8mg/L）。

Claims

1.一种厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法，其特征在于：所述方法为厌氧处理单元和好氧处理单元耦合降解有机废水，包括如下步骤：

a、有机废水进入厌氧反应单元（1）内，与预先加入厌氧反应单元内的厌氧颗粒污泥充分混合，发生厌氧反应；

b、厌氧反应的出水进入好氧反应单元（2），经过同步硝化反硝化过程，除氮；

c、将好氧反应单元（2）的出水部分回流至厌氧反应单元，与有机废水原水及厌氧颗粒污泥充分混合，继续进行厌氧反应，另一部分出水进入下一处理工艺或达标排放。

2.根据权利要求1所述的厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法，其特征在于：所述厌氧反应单元（1）为UASB反应器、IC反应器或EGSB反应器，三种厌氧反应器上端均设置有三相分离器（1-3）。

3.根据权利要求2所述的厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法，其特征在于：所述步骤c中，控制好氧出水回流比为50-200%。

4.根据权利要求3所述的厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法，其特征在于：所述步骤c中，通过微孔曝气系统控制所述好氧反应单元（2）出水中的溶解氧含量≤0.2mg/L，硝态氮含量≤15mg/L，SS≤50mg/L。

5.根据权利要求4所述的厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法，其特征在于：所述好氧反应单元（2）为一体化反应器，好氧反应的过程包括如下步骤：

S1、将厌氧反应后的厌氧出水通过进水点（2-3）进入所述好氧反应器主体（2-1）底部的进水预混区（2-2）内，进水点（2-3）设置在所述进水预混区（2-2）的前端，通过进水预混区底部的微孔曝气系统控制进入进水预混区内的厌氧出水中的溶解氧浓度，厌氧出水之后流入主曝气区（2-4）内，通过主曝气区内间歇曝气控制主曝气区内溶解氧浓度，进行同步硝化反硝化反应降解污染物；

S2、主曝气区内的降解后的循环水在尾端经气提区（2-5）推流，气提区设置在进水点同侧，气提区之后设置配水设施（2-6），气提推流后的泥水混合液经过配水设施（2-6）分流，一部分回流至进水预混区内与新进水混合，循环反应；

S3、配水设施分流的另一部分泥水混合液向上进入回流通道（2-7），回流通道内的混合水一部分上升穿过澄清区（2-8），经过固液分离后，出水进入出水渠道（2-9）内，外排，另一部分混合水回流至主曝气区，与经过进水预混区内进入主曝气区内的进水再次混合，循环反应。

6.根据权利要求5所述的厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述好氧反应单元（2）的进水预混区和主曝气区内的溶解氧浓度低于0.3mg/L。

7.根据权利要求6所述的厌氧-好氧深度耦合处理高浓度有机废水的方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述配水设施（3-6）控制回流至所述进水预混区（3-2）内的混合液的回流比≤50%。