CN111422986B - 基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氮装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氮装置与方法，属于污水处理技术领域。本发明在污水处理过程产生硫化氢的单元，采用碱液吸收硫化氢；将吸收后的硫化物提升至缺氧池，缺氧池通过硫自养反硝化作用去除硝态氮；厌氧产甲烷反应剩余的有机物在缺氧池进行异养反硝化，缺氧单元进行硫自养脱氮与有机物异养脱氮的结合，通过硫自养脱氮与异养脱氮的耦合强化对硝态氮的去除；沼气脱硫工艺系统仅进行硫化氢的吸收，吸收后的硫化物在缺氧系统进行利用，实现硫元素的回收并利用。

Description

基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氮装置与方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氨装置与方法。
背景技术
根据《中国环境统计公报》，工业源氨氮排放量为总排放量的9.4％，氮肥、制药、焦化企业等行业产生的工业污水氮素污染物浓度高、C/N低，采用传统的异养脱氮过程需要消耗大量的有机碳源，导致污水处理运行费用高，增加污水处理厂及企业污水处理的成本，同时造成化学药剂的巨大浪费。
而一般的工业废水中含有一定浓度的硫元素，厌氧处理或污泥处理过程中会产生大量硫化氢，需要进行沼气脱硫。而S2-或S可通过硫自养反硝化实现废水中TN的去除，利用硫元素强化废水TN的去除，可降低有机碳源的消耗、提高系统TN的去除效果、减少污泥产量，利用污水中蕴含的硫元素强化TN的去除，实现以污治污的绿色可持续污水处理，具有重要的经济及社会价值。
发明内容
本发明的核心在于提供一种将污水处理厂脱硫工艺与硫自养反硝化工艺进行有机结合的方法，实现脱硫与脱氮的有机结合，并通过与异养反硝化脱氮的耦合，提高了TN去除效果，降低运行成本。提供的基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氨装置与方法，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一方面，本发明提供一种基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氮装置，包括依次连通的厌氧产甲烷反应池、硝化反硝化反应器、硫回收反应池；
所述厌氧产甲烷反应池的底部设有布水管，所述布水管与鸭嘴阀连接，所述厌氧产甲烷反应池的进水管与所述布水管连通；
所述硝化反硝化反应器依次设有缺氧反硝化区、好氧硝化区和沉淀池，所述厌氧产甲烷反应池的出水管与所述缺氧反硝化区连接；
所述硫回收反应池的顶部设有气体收集管，所述硫回收反应池的底部设有布气装置，所述气体收集管上的循环管与所述布气装置连接，所述循环管上设置有循环泵。
优选的，所述厌氧产甲烷反应池的上部设有三相分离器、气室和沼气管，所述三相分离器的上部设有第一出水堰，所述第一出水堰与出水管连接；所述沼气管上安装有第一硫化氢气体测定仪。
优选的，所述缺氧反硝化区安装有搅拌器，所述好氧硝化区设有曝气器，所述曝气器与鼓风机连接；所述好氧硝化区通过硝化液回流泵与所述缺氧反硝化区连接；所述沉淀池的上部设有第二出水堰，所述沉淀池的底部设有污泥回流管，所述污泥回流管通过污泥回流泵与所述缺氧反硝化区连接。
优选的，所述硫回收反应池设有与碱液投加泵连接的碱液投加管，所述碱液投加泵与碱液储罐连接。
优选的，所述硫回收反应池中安装pH探头，所述循环管上安装第二硫化氢气体测定仪。
优选的，所述硫回收反应池的底部设置有碱液回流管，所述碱液回流管通过碱液回流泵与所述缺氧反硝化区连接。
另一方面，本发明还提供一种利用如上所述的基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氮装置进行污水脱氮的方法，包括如下步骤：
步骤S110：将厌氧颗粒污泥投加到厌氧产甲烷反应池中，根据COD去除率(RCOD)通过控制厌氧产甲烷反应池的进水量Q或水力停留时间HRT，控制厌氧产甲烷反应池中COD去除率RCOD在80-85％；
步骤S120：厌氧产甲烷反应池产生的气体进入硫回收反应池，投加碱液控制pH为7.5～8.5，通过循环泵控制气体流量，调控硫回收反应池硫化氢去除率大于85％；
步骤S130：接种传统活性污泥至硝化反硝化反应器，控制污泥浓度为3000～5000mg/L，运行pH值为7.0-8.5，污泥回流比维持在50％～100％；
步骤S140：控制缺氧反硝化区的DO小于0.5mg/L，好氧硝化区混合液通过硝化液回流泵回流至缺氧反硝化区，硝化液回流比控制在100～300％；
步骤S150：厌氧产甲烷反应池的出水进入缺氧反硝化区首段，将硫回收反应池的碱液通过碱液回流泵提升至缺氧反硝化区首段的1/4～1/2处；
步骤S160：通过曝气器调节硝化反硝化反应器的曝气量，控制好氧硝化区的DO在0.5～3mg/L，控制氨氮小于5mg/L或氨氮去除率大于95％，否则，曝气量提高5-10％，维持2个当前HRT；
步骤S170：硝化反硝化反应池中的混合液通过沉淀池进行泥水分离，出水达标排放。
优选的，所述步骤S110中，污泥投加浓度MLSS为10～20g/l，厌氧产甲烷反应池中温度调控为30～35℃，pH值调控为6.5-8.3。
优选的，所述步骤S110中，当RCOD＜80％时，降低5-10％的进水量Q，运行2个当前HRT，若RCOD提高，维持当前进水量，若RCOD未提高，持续降低5-10％进水量，并运行2个当前HRT，持续循环直到RCOD＞80％；当RCOD＞85％时，提高5-10％的进水量Q，运行2个HRT，若RCOD持续降低，维持当前进水量，若RCOD未降低，持续提高5-10％进水量，后运行2个当前HRT，持续循环直到RCOD＜85％。
本发明有益效果：将污水处理厂脱硫工艺与硫自养反硝化工艺进行有机结合，通过硫元素在处理系统中的循环及其价态的变化，实现脱硫与脱氮的有机结合；同时，耦合异养反硝化脱氮，进一步提高了TN的去除效果，降低外加碳源投加量，将厌氧系统产生的硫化氢利用碱液吸收后，用于前段的自养脱氮，减少脱硫工艺的工序。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些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
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例所述的基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氮装置结构图。
其中：1-厌氧产甲烷反应池；2-硝化反硝化反应器；3-硫回收反应池；1.2-布水管；1.3-鸭嘴阀；1.1-进水管；2.1-缺氧反硝化区；2.2-好氧硝化区；2.3-沉淀池；1.8-出水管；3.1-气体收集管；3.2-布气装置；3.4-循环管；3.3-循环泵；1.4-三相分离器；1.5-气室；1.6-沼气管；1.7-第一出水堰；1.9-第一硫化氢气体测定仪；2.4-搅拌器；2.5-曝气器；2.6-鼓风机；2.7-硝化液回流泵；2.8-第二出水堰；2.9-污泥回流管；2.10-污泥回流泵；3.5-碱液投加泵；3.6-碱液投加管；3.7-碱液储罐；3.8-pH探头；3.9-第二硫化氢气体测定仪；3.10-碱液回流管；3.11-碱液回流泵。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式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。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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专利和简化描述，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专利的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
在本专利的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
实施例
如图1所示，本发明实施例提供一种基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氮装置，包括依次连通的厌氧产甲烷反应池1、硝化反硝化反应器2、硫回收反应池3；
所述厌氧产甲烷反应池1的底部设有布水管1.2，所述布水管1.2与鸭嘴阀1.3连接，所述厌氧产甲烷反应池1的进水管1.1与所述布水管1.2连通；
所述硝化反硝化反应器2依次设有缺氧反硝化区2.1、好氧硝化区2.2和沉淀池2.3，所述厌氧产甲烷反应池1的出水管1.8与所述缺氧反硝化区2.1连接；
所述硫回收反应池3的顶部设有气体收集管3.1，所述硫回收反应池3的底部设有布气装置3.2，所述气体收集管3.1上的循环管3.4与所述布气装置3.2连接，所述循环管3.4上设置有循环泵3.3。
所述厌氧产甲烷反应池1的上部设有三相分离器1.4、气室1.5和沼气管1.6，所述三相分离器1.4的上部设有第一出水堰1.7，所述第一出水堰1.7与出水管1.8连接；所述沼气管1.6上安装有第一硫化氢气体测定仪1.9。
所述缺氧反硝化区安装有搅拌器2.4，所述好氧硝化区2.2设有曝气器2.5，所述曝气器2.5与鼓风机2.6连接；所述好氧硝化区2.2通过硝化液回流泵2.7与所述缺氧反硝化区2.1连接；所述沉淀池2.3的上部设有第二出水堰2.8，所述沉淀池2.3的底部设有污泥回流管2.9，所述污泥回流管2.9通过污泥回流泵2.10与所述缺氧反硝化区2.1连接。
所述硫回收反应池3设有与碱液投加泵3.5连接的碱液投加管3.6，所述碱液投加泵3.5与碱液储罐3.7连接。
所述硫回收反应池3中安装pH探头3.8，所述循环管3.4上安装第二硫化氢气体测定仪3.9。
所述硫回收反应池3的底部设置有碱液回流管3.10，所述碱液回流管3.10通过碱液回流泵3.11与所述缺氧反硝化区2.1连接。
利用上述装置进行污水脱氮时，包括如下步骤：
步骤S110：将厌氧颗粒污泥投加到厌氧产甲烷反应池1中，污泥投加浓度MLSS为10～20g/l，厌氧产甲烷反应池中温度调控为30～35℃，pH值调控为6.5-8.3。
根据COD去除率(RCOD)通过控制厌氧产甲烷反应池的进水量Q或水力停留时间HRT，控制厌氧产甲烷反应池中COD去除率RCOD在80-85％；当RCOD＜80％时，降低5-10％的进水量Q，运行2个当前HRT，若RCOD提高，维持当前进水量，若RCOD未提高，持续降低5-10％进水量，并运行2个当前HRT，持续循环直到RCOD＞80％；当RCOD＞85％时，提高5-10％的进水量Q，运行2个HRT，若RCOD持续降低，维持当前进水量，若RCOD未降低，持续提高5-10％进水量，后运行2个当前HRT，持续循环直到RCOD＜85％。
步骤S120：厌氧产甲烷反应池1产生的气体进入硫回收反应池3，投加碱液控制pH为7.5～8.5，通过循环泵控制气体流量，调控硫回收反应池硫化氢去除率大于85％；
步骤S130：接种传统活性污泥至硝化反硝化反应器，控制污泥浓度为3000～5000mg/L，运行pH值为7.0-8.5，污泥回流比维持在50％～100％；
步骤S140：控制缺氧反硝化区的DO小于0.5mg/L，好氧硝化区混合液通过硝化液回流泵回流至缺氧反硝化区，硝化液回流比控制在100～300％；
步骤S150：厌氧产甲烷反应池的出水进入缺氧反硝化区首段，将硫回收反应池的碱液通过碱液回流泵提升至缺氧反硝化区首段的1/4～1/2处；
步骤S160：通过曝气器调节硝化反硝化反应器的曝气量，控制好氧硝化区的DO在0.5～3mg/L，控制氨氮小于5mg/L或氨氮去除率大于95％，否则，曝气量提高5-10％，维持2个当前HRT；
步骤S170：硝化反硝化反应池中的混合液通过沉淀池进行泥水分离，出水达标排放。
综上所述，本发明实施例所述的基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氨脱氮装置与方法，在污水处理过程产生硫化氢的单元(主要是厌氧处理与污泥处理单元)，采用碱液(氢氧化钠等)吸收硫化氢；将吸收后的硫化物提升至缺氧池，缺氧池通过硫自养反硝化作用去除硝态氮；厌氧产甲烷反应剩余的有机物在缺氧池进行异养反硝化，缺氧单元进行硫自养脱氮与有机物异养脱氮的结合，通过硫自养脱氮与异养脱氮的耦合强化对硝态氮的去除；沼气脱硫工艺系统仅进行硫化氢的吸收，吸收后的硫化物在缺氧系统进行利用，实现硫元素的回收并利用，减少传统的脱硫工序。
本领域普通技术人员可以理解：本发明实施例中的装置中的部件可以按照实施例的描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氮装置进行污水脱氮的方法，其特征在于：
所述的硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氮装置包括依次连通的厌氧产甲烷反应池（1）、硝化反硝化反应器（2）、硫回收反应池（3）；
所述厌氧产甲烷反应池（1）的底部设有布水管（1.2），所述布水管（1.2）与鸭嘴阀（1.3）连接，所述厌氧产甲烷反应池（1）的进水管（1.1）与所述布水管（1.2）连通；
所述硝化反硝化反应器（2）依次设有缺氧反硝化区（2.1）、好氧硝化区（2.2）和沉淀池（2.3），所述厌氧产甲烷反应池（1）的出水管（1.8）与所述缺氧反硝化区（2.1）连接；
所述硫回收反应池（3）的顶部设有气体收集管（3.1），所述硫回收反应池（3）的底部设有布气装置（3.2），所述气体收集管（3.1）上的循环管（3.4）与所述布气装置（3.2）连接，所述循环管（3.4）上设置有循环泵（3.3）；
所述的基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氮装置进行污水脱氮的方法包括如下步骤：
步骤S110：将厌氧颗粒污泥投加到厌氧产甲烷反应池（1）中，根据COD去除率(RCOD）通过控制厌氧产甲烷反应池的进水量Q或水力停留时间HRT，控制厌氧产甲烷反应池中COD去除率RCOD在80-85%；
步骤S120：厌氧产甲烷反应池（1）产生的气体进入硫回收反应池（3），投加碱液控制pH为7.5~8.5，通过循环泵控制气体流量，调控硫回收反应池硫化氢去除率大于85%；
步骤S130：接种传统活性污泥至硝化反硝化反应器，控制污泥浓度为3000~5000mg/L，运行pH值为7.0-8.5，污泥回流比维持在50％～100％；
步骤S140：控制缺氧反硝化区的DO小于0.5mg/L，好氧硝化区混合液通过硝化液回流泵回流至缺氧反硝化区，硝化液回流比控制在100~300%；
步骤S150：厌氧产甲烷反应池的出水进入缺氧反硝化区首段，将硫回收反应池的碱液通过碱液回流泵提升至缺氧反硝化区首段的1/4~1/2处；
步骤S160：通过曝气器调节硝化反硝化反应器的曝气量，控制好氧硝化区的DO在0.5~3mg/L，控制氨氮小于5mg/L或氨氮去除率大于95%，否则，曝气量提高5-10%，维持2个当前HRT；
步骤S170：硝化反硝化反应池中的混合液通过沉淀池进行泥水分离，出水达标排放。
2.根据权利要求1所述的基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氮装置进行污水脱氮的方法，其特征在于：所述厌氧产甲烷反应池（1）的上部设有三相分离器(1.4)、气室(1.5)和沼气管 (1.6)，所述三相分离器（1.4）的上部设有第一出水堰(1.7)，所述第一出水堰（1.7）与出水管（1.8）连接；所述沼气管（1.6）上安装有第一硫化氢气体测定仪（1.9）。
3.根据权利要求2所述的基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氮装置进行污水脱氮的方法，其特征在于：所述缺氧反硝化区安装有搅拌器（2.4），所述好氧硝化区（2.2）设有曝气器（2.5），所述曝气器（2.5）与鼓风机（2.6）连接；所述好氧硝化区（2.2）通过硝化液回流泵（2.7）与所述缺氧反硝化区（2.1）连接；所述沉淀池（2.3）的上部设有第二出水堰（2.8），所述沉淀池（2.3）的底部设有污泥回流管（2.9），所述污泥回流管（2.9）通过污泥回流泵（2.10）与所述缺氧反硝化区（2.1）连接。
4.根据权利要求3所述的基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氮装置进行污水脱氮的方法，其特征在于：所述硫回收反应池（3）设有与碱液投加泵（3.5）连接的碱液投加管（3.6），所述碱液投加泵（3.5）与碱液储罐（3.7）连接。
5.根据权利要求4所述的基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氮装置进行污水脱氮的方法，其特征在于：所述硫回收反应池（3）中安装pH探头（3.8），所述循环管（3.4）上安装第二硫化氢气体测定仪（3.9）。
6.根据权利要求5所述的基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氮装置进行污水脱氮的方法，其特征在于：所述硫回收反应池（3）的底部设置有碱液回流管（3.10），所述碱液回流管（3.10）通过碱液回流泵（3.11）与所述缺氧反硝化区（2.1）连接。
7.根据权利要求1所述的基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氮装置进行污水脱氮的方法，其特征在于：所述步骤S110中，污泥投加浓度MLSS为10~20g/l，厌氧产甲烷反应池中温度调控为30~35℃，pH值调控为 6.5-8.3。
8.根据权利要求7所述的基于硫循环的自养与异养耦合的污水深度脱氮装置进行污水脱氮的方法，其特征在于：所述步骤S110中，当RCOD＜80%时，降低5-10%的进水量Q，运行2个当前HRT，若RCOD提高，维持当前进水量，若RCOD未提高，持续降低5-10%进水量，并运行2个当前HRT，持续循环直到RCOD＞80%；当RCOD＞85%时，提高5-10%的进水量Q，运行2个HRT，若RCOD持续降低，维持当前进水量，若RCOD未降低，持续提高5-10%进水量，后运行2个当前HRT，持续循环直到RCOD＜85%。
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