CN111517588B - 铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置，包括进水泵、处理池、在线监测装置、PLC控制系统、加药泵和回流泵，处理池中设置有滤料层，滤料层包含多孔性铁合金颗粒，厌氧氨氧化区中设置有加热棒、监测探头；污水在铁合金颗粒表面发生还原反应，在厌氧氨氧化菌的作用下，氨氮和亚硝氮转化为氮气，实现总氮的脱除。本发明的处理方法，包括：a).布水和过滤；b).还原反应；c).厌氧氨氧化；d).温度监测和控制；e).pH监测和控制；f).出水监测和控制。本装置不需要投加碳源，通过铁合金的还原作用和厌氧氨氧化反应，以及在线监测和控制系统，实现了总氮的高效脱除，节约了能耗，减少了污水处理的成本。

Description

铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种处理氧化态氮废水的装置及方法，更具体的说，尤其涉及一种铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置及方法。
背景技术
硝态氮（氧化态氮）的过度排放不仅会带来水体富营养化等水体污染问题，还会对人体健康带来危害，因此含硝态氮的污水的高效处理引起了广泛的关注。传统的生物方法使用反硝化反应实现把硝态氮转化为氮气，但反硝化反应需要投加大量碳源，带来了运行成本高昂、管理不便的问题。本文旨在发明一种成本和能耗更低，脱氮效率更高，出水水质更好的污水脱氮工艺。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置及方法。
本发明的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置，包括进水泵、处理池、在线监测装置、PLC控制系统、加药泵和回流泵，进水泵经管路与处理池底部的进水口相通，以便向处理池中通入待净化的污水；处理池上部一侧为出水区，处理池上设置有与出水区相通的出水管，用于排出处理后的污水；其特征在于：所述处理池中由下至上依次设置有布水装置、碎石层和滤料层，布水装置用于将底部进入的待处理污水在处理池的横截面上均匀分布开来，滤料层由多孔性陶粒和多孔性铁合金颗粒混合形成，滤料层的上方为厌氧氨氧化区；厌氧氨氧化区中设置有加热棒以及测量水温和pH值的监测探头，加热棒与PLC控制系统相连接，监测探头与在线检测装置相连接，在线检测装置与PLC控制系统相连接；
加药泵的出药口位于厌氧氨氧化区，加药泵的控制端与PLC控制系统相连接，在线监测装置连接有对出水管中的氨氮浓度、硝氮浓度和亚硝氮浓度进行检测的传感器探头；回流泵的进水口和出水口经管路分别与出水管和处理池的进水口相连通；含有氧化态氮的污水自下而上先后经过布水装置、碎石层、滤料层和厌氧氨氧化区，铁合金颗粒表面发生还原反应，先将硝态氮还原为亚硝氮，再将亚硝氮再还原为氨氮，厌氧氨氧化区中含有大量的厌氧氨氧化颗粒活性污泥，在厌氧氨氧化菌的作用下，氨氮和亚硝氮转化为氮气，实现总氮的脱除，使污水达标排放。
本发明的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置，所述布水装置由承重滤板和滤头组成，滤头均匀设置于承重滤板的下表面上，承重滤板实现对碎石层的支撑作用。
本发明的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置，所述碎石层由大小不一的卵石组成，所述滤料层中陶粒和铁合金颗粒的粒径为4～6mm。
本发明的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置，所述加药泵可加入的药剂包括碳酸氢钠溶液、亚硝酸钠溶液、氯化铵溶液、乙酸钠溶液和氯化铵溶液。
本发明的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置的处理方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：
a).布水和过滤，待处理污水经进水泵抽至处理池的底部，污水在处理池中上升的过程中，布水装置首先对污水进行过滤和布水，碎石层再次对污水进行过滤和布水，以滤除污水中难溶性固体杂质和实现均匀布水；
b).还原反应，污水流经滤料层的过程中，滤料层中的铁合金颗粒表面发生还原反应，先将硝态氮还原为亚硝氮，再将亚硝氮再还原为氨氮；
c).厌氧氨氧化，污水进入厌氧氨氧化区后，在厌氧氨氧化颗粒活性污泥中厌氧氨氧化菌的作用下，氨氮和亚硝氮转化为氮气，实现总氮的脱除；
d).温度监测和控制，在线监测装置经监测探头检测厌氧氨氧化区中的水温，并将检测的水温上传至PLC控制系统，当检测的温度低于30℃～33℃的温度区间时，则开启加热棒进行加热；
e).pH监测和控制，在线监测装置经监测探头检测厌氧氨氧化区中的pH值，并将检测的pH值上传至PLC控制系统，当检测的pH值低于7～8的区间时，则控制加药泵向厌氧氨氧化区中加入碳酸氢钠溶液；
f).出水监测和控制，在线监测装置利用传感器探头对出水管中氨氮浓度、亚硝氮浓度、硝氮浓度进行实时监测，并将检测数据传输至PLC控制系统；
f-1).若出水中氨氮浓度超标时， PLC控制系统控制加药泵投加亚硝酸钠溶液，使厌氧氨氧化区中的氨氮与投加的亚硝氮发生厌氧氨氧化反应，同时控制回流泵适当加大回流量、控制进水泵适当减小进水量，减小该装置的脱氮负荷，保证出水水质。
f-2).若出水中亚硝氮浓度超标时， PLC控制系统控制加药泵投加氯化铵溶液，使厌氧氨氧化区中的亚硝氮与投加的氨氮发生厌氧氨氧化反应，同时控制回流泵适当加大回流量、控制进水泵适当减小进水量，减小该装置的脱氮负荷，保证出水水质。
f-3).若出水中硝氮浓度超标时，PLC控制系统控制加药泵投加乙酸钠溶液和氯化铵溶液，使厌氧氨氧化区中发生短程反硝化反应，将硝氮转化为亚硝氮，亚硝氮与投加的氨氮进行厌氧氨氧化反应，同时控制回流泵适当加大回流量、控制进水泵适当减小进水量，减小该装置的脱氮负荷，保证出水水质。
本发明的有益效果是：本发明的处理氧化态氮废水的装置及方法，待处理的污水经进水泵抽至处理池中，首先经布水装置和碎石层实现对污水的均匀布水和过滤，然后滤料层中的铁合金颗粒表面发生还原反应，先将硝态氮还原为亚硝氮，再将亚硝氮再还原为氨氮，进入厌氧氨氧化区的污水在厌氧氨氧化菌的作用下，氨氮和亚硝氮转化为氮气，实现总氮的脱除；通过对厌氧氨氧化区中温度和pH检测，可将厌氧氨氧化区中水温控制在30～33℃、pH值控制在7～8范围，有利于厌氧氨氧化反应的充分进行；同时，通过对出水管中氨氮浓度、硝氮浓度和亚硝氮浓度的检测，并在浓度过高时加入相应的亚硝酸钠溶液、氯化铵溶液、乙酸钠溶液和氯化铵溶液，确保的出水水质满足排放要求。稳定运行状况下，本装置不需要投加碳源，通过铁合金的还原作用和厌氧氨氧化反应，以及在线监测和控制系统，实现了总氮的高效脱除，节约了能耗，减少了污水处理的成本。
附图说明
图1为本发明的处理氧化态氮废水的装置的结构原理图。
图中：1进水泵，2布水装置，3碎石层，4滤料层，5厌氧氨氧化区，6出水区，7回流泵，8在线监测装置，9加药泵，10 PLC控制系统，11加热棒，12监测探头，13处理池，14出水管。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，给出了本发明的处理氧化态氮废水的装置的结构原理图，其由进水泵1、处理池13、布水装置2、碎石层3、滤料层4、加药泵9、加热棒11、监测探头12、在线监测装置8、PLC控制系统10组成，处理池13处于密闭状态，以保证其内部处于厌氧环境，进水泵1经管路与处理池13底部的进水口相通，以便将待处理含有氧化态氮的污水通入处理池13的底部。布水装置2设置于处理池13的最底部，碎石层3设置于布水装置2的上方，滤料层4设置于碎石层3的上方；滤料层4的上方为厌氧氨氧化区5，处理池13上部右侧为与厌氧氨氧化区5相通的出水区6。
布水装置2实现均匀布水，布水装置2由承重滤板和滤头组成，承重滤板位于装置最底层，对其上面的碎石层起支撑作用，滤头均匀地分布在承重滤板上。污水经过布水装置2的布水后进入碎石层3，碎石层3由承重滤板支撑，碎石层3由大小不一但均匀分布的卵石构成，对滤料层4起承托作用，并进一步使水流分布均匀。经过碎石层3的污水进入滤料层4，滤料层4中的滤料由陶粒和铁合金颗粒组成，陶粒和铁合金颗粒均为多孔性材料，粒径均在5毫米左右；铁合金颗粒均匀地分布在滤料层中。铁合金颗粒表面发生还原反应，将硝态氮还原为亚硝氮，将亚硝氮再还原为氨氮。含有氧化态氮的污水自下而上先后经过布水装置2、碎石层3、滤料层4、厌氧氨氧化区5，经过一系列物理、生物、化学作用去除污水中的污染物质。
所示的厌氧氨氧化区5中设置有加热棒11和监测探头12，加热棒11与PLC控制系统10相连接，由PLC控制系统10控制加热棒11的开关；监测探头12实现对水温和水的pH值的检测，监测探头12与在线监测装置8相连接，在线监测装置8可将检测结果发送至PLC控制系统10。处理池13上设置有与出水区6相通的出水管14，出水管14中设置有对氨氮浓度、硝氮浓度和亚硝氮浓度进行检测的传感器探头，传感器探头与在线监测装置8相连接，在线监测装置8可将检测结果发送至PLC控制系统10。所示出水管14经回流泵7与处理池13的进水口相通，以便实现污水回流。
因为在滤料层4中所发生的氧化态氮的还原反应使pH值降低，过低的pH值使厌氧氨氧化菌的活性降低，对厌氧氨氧化反应不利，因此在线监测装置8将有关厌氧氨氧化区5中pH值的信号输入到PLC控制系统10中，PLC控制系统10输出信号控制加药泵9加入碳酸氢钠溶液，最终将pH值控制在7～8之间。在线监测装置8将有关厌氧氨氧化区5中温度的信号输入到PLC控制系统10中，PLC控制系统10输出信号控制加热棒11将温度控制在30～33摄氏度之间。
铁合金颗粒表面发生还原反应，将硝态氮还原为亚硝氮，将亚硝氮再还原为氨氮，通过控制进水泵1和回流泵7合理调节进水负荷，使大约45%的氧化态氮被还原为氨氮，监测数据可由在线监测装置8得到。
本发明的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置的处理方法，通过以下步骤来实现：
a).布水和过滤，待处理污水经进水泵抽至处理池的底部，污水在处理池中上升的过程中，布水装置首先对污水进行过滤和布水，碎石层再次对污水进行过滤和布水，以滤除污水中难溶性固体杂质和实现均匀布水；
b).还原反应，污水流经滤料层的过程中，滤料层中的铁合金颗粒表面发生还原反应，先将硝态氮还原为亚硝氮，再将亚硝氮再还原为氨氮；
c).厌氧氨氧化，污水进入厌氧氨氧化区后，在厌氧氨氧化颗粒活性污泥中厌氧氨氧化菌的作用下，氨氮和亚硝氮转化为氮气，实现总氮的脱除；
d).温度监测和控制，在线监测装置经监测探头检测厌氧氨氧化区中的水温，并将检测的水温上传至PLC控制系统，当检测的温度低于30℃～33℃的温度区间时，则开启加热棒进行加热；
e).pH监测和控制，在线监测装置经监测探头检测厌氧氨氧化区中的pH值，并将检测的pH值上传至PLC控制系统，当检测的pH值低于7～8的区间时，则控制加药泵向厌氧氨氧化区中加入碳酸氢钠溶液；
f).出水监测和控制，在线监测装置利用传感器探头对出水管中氨氮浓度、亚硝氮浓度、硝氮浓度进行实时监测，并将检测数据传输至PLC控制系统；
f-1).若出水中氨氮浓度超标时， PLC控制系统控制加药泵投加亚硝酸钠溶液，使厌氧氨氧化区中的氨氮与投加的亚硝氮发生厌氧氨氧化反应，同时控制回流泵适当加大回流量、控制进水泵适当减小进水量，减小该装置的脱氮负荷，保证出水水质。
f-2).若出水中亚硝氮浓度超标时， PLC控制系统控制加药泵投加氯化铵溶液，使厌氧氨氧化区中的亚硝氮与投加的氨氮发生厌氧氨氧化反应，同时控制回流泵适当加大回流量、控制进水泵适当减小进水量，减小该装置的脱氮负荷，保证出水水质。
f-3).若出水中硝氮浓度超标时，PLC控制系统控制加药泵投加乙酸钠溶液和氯化铵溶液，使厌氧氨氧化区中发生短程反硝化反应，将硝氮转化为亚硝氮，亚硝氮与投加的氨氮进行厌氧氨氧化反应，同时控制回流泵适当加大回流量、控制进水泵适当减小进水量，减小该装置的脱氮负荷，保证出水水质。
本发明的处理氧化态氮废水的装置及方法，稳定运行状况下，本装置不需要投加碳源，通过铁合金的还原作用和厌氧氨氧化反应，以及在线监测和控制系统，实现了总氮的高效脱除，节约了能耗，减少了污水处理的成本。

Claims (4)

1.一种铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置，包括进水泵（1）、处理池（13）、在线监测装置（8）、PLC控制系统（10）、加药泵（9）和回流泵（7），进水泵经管路与处理池底部的进水口相通，以便向处理池中通入待净化的污水；处理池上部一侧为出水区（6），处理池上设置有与出水区相通的出水管（14），用于排出处理后的污水；其特征在于：所述处理池中由下至上依次设置有布水装置（2）、碎石层（3）和滤料层（4），布水装置用于将底部进入的待处理污水在处理池的横截面上均匀分布开来，滤料层由多孔性陶粒和多孔性铁合金颗粒混合形成，滤料层的上方为厌氧氨氧化区（5）；厌氧氨氧化区中设置有加热棒（11）以及测量水温和pH值的监测探头（12），加热棒与PLC控制系统相连接，监测探头与在线检测装置相连接，在线检测装置与PLC控制系统相连接；
加药泵（9）的出药口位于厌氧氨氧化区（5），加药泵的控制端与PLC控制系统相连接，在线监测装置连接有对出水管（14）中的氨氮浓度、硝氮浓度和亚硝氮浓度进行检测的传感器探头；回流泵的进水口和出水口经管路分别与出水管（14）和处理池（13）的进水口相连通；含有氧化态氮的污水自下而上先后经过布水装置、碎石层、滤料层和厌氧氨氧化区，铁合金颗粒表面发生还原反应，先将硝态氮还原为亚硝氮，再将亚硝氮再还原为氨氮，厌氧氨氧化区（5）中含有大量的厌氧氨氧化颗粒活性污泥，在厌氧氨氧化菌的作用下，氨氮和亚硝氮转化为氮气，实现总氮的脱除，使污水达标排放；
所述加药泵（9）可加入的药剂包括碳酸氢钠溶液、亚硝酸钠溶液、氯化铵溶液、乙酸钠溶液和氯化铵溶液。
2.根据权利要求1所述的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置，其特征在于：所述布水装置（2）由承重滤板和滤头组成，滤头均匀设置于承重滤板的下表面上，承重滤板实现对碎石层（3）的支撑作用。
3.根据权利要求1或2所述的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置，其特征在于：所述碎石层（3）由大小不一的卵石组成，所述滤料层（4）中陶粒和铁合金颗粒的粒径为4～6mm。
4.一种基于权利要求1所述的铁合金联合厌氧氨氧化菌处理氧化态氮废水的装置的处理方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：
a).布水和过滤，待处理污水经进水泵抽至处理池的底部，污水在处理池中上升的过程中，布水装置首先对污水进行过滤和布水，碎石层再次对污水进行过滤和布水，以滤除污水中难溶性固体杂质和实现均匀布水；
b).还原反应，污水流经滤料层的过程中，滤料层中的铁合金颗粒表面发生还原反应，先将硝态氮还原为亚硝氮，再将亚硝氮再还原为氨氮；
c).厌氧氨氧化，污水进入厌氧氨氧化区后，在厌氧氨氧化颗粒活性污泥中厌氧氨氧化菌的作用下，氨氮和亚硝氮转化为氮气，实现总氮的脱除；
d).温度监测和控制，在线监测装置经监测探头检测厌氧氨氧化区中的水温，并将检测的水温上传至PLC控制系统，当检测的温度低于30℃～33℃的温度区间时，则开启加热棒进行加热；
e).pH监测和控制，在线监测装置经监测探头检测厌氧氨氧化区中的pH值，并将检测的pH值上传至PLC控制系统，当检测的pH值低于7～8的区间时，则控制加药泵向厌氧氨氧化区中加入碳酸氢钠溶液；
f).出水监测和控制，在线监测装置利用传感器探头对出水管中氨氮浓度、亚硝氮浓度、硝氮浓度进行实时监测，并将检测数据传输至PLC控制系统；
f-1).若出水中氨氮浓度超标时， PLC控制系统控制加药泵投加亚硝酸钠溶液，使厌氧氨氧化区中的氨氮与投加的亚硝氮发生厌氧氨氧化反应，同时控制回流泵适当加大回流量、控制进水泵适当减小进水量，减小该装置的脱氮负荷，保证出水水质；
f-2).若出水中亚硝氮浓度超标时， PLC控制系统控制加药泵投加氯化铵溶液，使厌氧氨氧化区中的亚硝氮与投加的氨氮发生厌氧氨氧化反应，同时控制回流泵适当加大回流量、控制进水泵适当减小进水量，减小该装置的脱氮负荷，保证出水水质；
f-3).若出水中硝氮浓度超标时，PLC控制系统控制加药泵投加乙酸钠溶液和氯化铵溶液，使厌氧氨氧化区中发生短程反硝化反应，将硝氮转化为亚硝氮，亚硝氮与投加的氨氮进行厌氧氨氧化反应，同时控制回流泵适当加大回流量、控制进水泵适当减小进水量，减小该装置的脱氮负荷，保证出水水质。
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