CN111675437B - 电吸附-厌氧氨氧化处理无机氨氮废水的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

一种电吸附‑厌氧氨氧化处理无机氨氮废水的方法与装置，该方法包括将待处理废水在电吸附处理单元中进行浓缩处理，产生淡水和浓水；排出的浓水进入到SNAD浓水处理单元进行生物脱氮，水质达标后排出。相较于传统生物法对于无机低氨氮废水的处理，该方法可减少约80％的碳源投加量；且经电吸附浓缩后的水量只占总水量的25％，占地面积大大减少；该方法无需大量的药剂添加，运行成本大大降低；该工艺具有操作运行简便，占地面积小，运行费用低、可达到连续稳定去除氨氮的效果，适用多种无机氨氮废水和碳源受限类氨氮废水的治理。

Description

电吸附-厌氧氨氧化处理无机氨氮废水的方法与装置
技术领域
本发明涉及处理各种无机氨氮废水的污水处理技术领域，尤其涉及一种电吸附-厌氧氨氧化处理无机氨氮废水的方法与装置。
背景技术
目前对于无机低氨氮污水的处理上，传统生物脱氮方法不论是生物法或是物化法均没有高效经济的处理方式。厌氧氨氧化相较于传统工艺的脱氮方式，产泥量更小，可解决污泥处理的问题，且不需要有机碳源，通过电吸附对无机低氨氮废水进行浓缩处理，将厌氧氨氧化技术应用到无机低氨氮废水处理上有着广阔的前景。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种电吸附-厌氧氨氧化处理无机氨氮废水的方法与装置，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，提供了一种电吸附-厌氧氨氧化处理无机氨氮废水的方法，包括：
将待处理废水在电吸附处理单元中进行浓缩处理，产生淡水和浓水；
排出的浓水进入到SNAD浓水处理单元进行生物脱氮，水质达标后排出。
作为本发明的另一个方面，还提供了一种电吸附-厌氧氨氧化处理无机氨氮废水的装置，包括，
电吸附处理单元，其内进行浓缩处理，产生淡水和浓水；以及
SNAD浓水处理单元，其内将浓水进行脱氮处理。
基于上述技术方案可知，本发明的电吸附-厌氧氨氧化处理无机氨氮废水的方法与装置相对于现有技术至少具有以下优势之一：
1、相较于传统生物法对于无机低氨氮废水的处理，该方法可减少约80％的碳源投加量；且经电吸附浓缩后的水量只占总水量的25％，占地面积大大减少；
2、相较于传统吹脱法处理无机氨氮废水的过程，该方法无需大量的药剂添加，运行成本大大降低；该工艺具有操作运行简便，占地面积小，运行费用低、可达到连续稳定去除氨氮的效果，适用多种无机氨氮废水和碳源受限类氨氮废水的治理；
3、本发明通过利用电吸附技术将无机低氨氮废水进行浓缩处理，所产生的高氨氮废水则通过集亚硝化-厌氧氨氧化和反硝化于一体的SNAD反应器进行脱氮处理；这样的组合工艺既可解决厌氧氨氧化反应器处理大量的低氨氮废水过程中加热原水成本过高的问题，又可以克服厌氧氨氧化反应器处理低氨氮废水运行不稳定的缺点，实现了高效低耗处理无机低氨氮废水的目的，为无机氨氮废水的处理提供了一种新的工艺；无机氨氮废水经过电吸附极板后，氨根离子和废水中其它带电离子在库仑力的作用下吸附在活化碳气凝胶电极上，在此过程产生的预排水和反冲洗浓水均进入到SNAD反应器中进行处理。
附图说明
图1是本发明一种电吸附-厌氧氨氧化处理无机氨氮废水的方法与装置结构示意图。
上图中附图标记含义如下：
1-进水水箱、2-进水阀门、3-进水泵、4-压力表、5-预处理反应器、6-流量计、7-可控硅电源、8-电吸附反应器、9-电吸附反应器产水口、10-电吸附反应器浓水口、11-中间水池、12-浓水进水泵、13-碳源投加组件、14-曝气泵、15-海绵填料反应组件、16-组合填料反应组件、17-海绵填料加三相分离器组件、18-SNAD反应器出水口。
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。
本发明将电吸附技术和厌氧氨氧化脱氮技术联合应用于处理无机氨氮废水的方法与装置，包括过滤预处理、电吸附处理、浓水经SNAD(同步亚硝化、厌氧氨氧化耦合异养反硝化，simultaneous partial nitrification，anaerobic ammonium oxidization anddenitrification)工艺脱氮过程等步骤。该工艺通过电吸附技术将无机低氨氮废水(NH4 +-N＜50mg/L)进行浓缩，淡水可直接作为出水回用或排放，而浓水则通过同时部分亚硝化-厌氧氨氧化联合反硝化的一体化脱氮反应器进行脱氮处理，为无机低氨氮废水的处理提供了一种高效低耗的新工艺。经过电吸附处理后的出水水质良好，可直接循环使用，并且减少，使得后续浓水处理量大大减少；产生的高氨氮浓水通过SNAD一体化脱氮反应器处理达标后排放。
本发明公开了一种电吸附-厌氧氨氧化处理无机氨氮废水的方法，包括：
将待处理废水在电吸附处理单元中进行浓缩处理，产生淡水和浓水；
排出的浓水进入到SNAD浓水处理单元进行生物脱氮，水质达标后排出。
在本发明的一些实施例中，所述电吸附处理单元包括多组并联的碳气凝胶电极组成的电吸附反应器；
在本发明的一些实施例中，每组碳气凝胶电极的生产时间为300至420分钟，预排和再生时间分别均为90至150分钟。
在本发明的一些实施例中，所述电吸附处理单元的吸附电极是C2O活化电极，活化后的碳气凝胶总孔容为1.2至1.5cm3·g-1，微孔比例50至75％，比电容达到250至320F/g。
在本发明的一些实施例中，所述电吸附处理单元的可控硅电源电压控制在1.4至1.6V；电极板间距为5至7mm。
在本发明的一些实施例中，当出水电导率超过设定上限时，由待处理废水反冲洗产生的浓水以及预排水均流入到所述SNAD浓水处理单元进行处理。
在本发明的一些实施例中，所述SNAD浓水处理单元的运行步骤包括进水阶段、间歇曝气运行阶段、投加碳源缺氧运行阶段和静置排水阶段；
在本发明的一些实施例中，所述间歇曝气运行阶段DO的浓度为0.8至1.0mg/L；
在本发明的一些实施例中，当SNAD浓水处理单元中的氨氮浓度低于2至10mg/L时，投加碳源；
在本发明的一些实施例中，所述投加碳源缺氧运行阶段碳源的投加量为控制进水碳氮比在0.3至0.5之间；
在本发明的一些实施例中，所述SNAD浓水处理单元的整个运行阶段的pH值均为7.3至8.1。
在本发明的一些实施例中，所述淡水作为出水回用或排放；
在本发明的一些实施例中，所述脱氮反应包括部分亚硝化、厌氧氨氧化和反硝化反应；其中反硝化反应包括部分短程反硝化反应。
在本发明的一些实施例中，所述的方法还包括先将待处理废水在预处理单元中预处理之后再进入电吸附处理单元。
在本发明的一些实施例中，所述的预处理单元采用活性炭、石英砂滤料或超滤膜对原水进行预处理。
本发明还公开了一种电吸附-厌氧氨氧化处理无机氨氮废水的装置，包括：
电吸附处理单元，其内进行浓缩处理，产生淡水和浓水；以及
SNAD浓水处理单元，其内将浓水进行脱氮处理。
在本发明的一些实施例中，所述电吸附处理单元包括电吸附反应器、可控硅电源、电吸附反应器产水口和电吸附反应器浓水口；
在本发明的一些实施例中，所述SNAD浓水处理单元包括SNAD浓水反应器、碳源投加组件、曝气组件、SNAD反应器出水口；其中，所述SNAD浓水反应器包括海绵填料反应组件、组合填料反应组件和海绵填料加三相分离器反应组件。
在本发明的一些实施例中，所述的装置还包括预处理单元；
在本发明的一些实施例中，所述的预处理单元包括预处理反应器；其中，所述预处理单元还包括进水阀门、进水泵或压力表中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述的装置还包括设置在电吸附处理单元和SNAD浓水处理单元之间的中间水池。
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。
实施例1
在本实施例中，如图1所示，一种电吸附-厌氧氨氧化处理无机氨氮废水的装置，主要由预处理单元、电吸附处理单元、SNAD浓水处理单元三部分组成，具体包括进水水箱1、进水阀门2、进水泵3、压力表4、预处理反应器5、流量计6、可控硅电源7、电吸附反应器8、电吸附反应器产水口9、电吸附反应器浓水口10、中间水池11、浓水进水泵12、碳源投加组件13、曝气泵14、海绵填料反应组件15、组合填料反应组件16、1海绵填料加三相分离器组件17、SNAD反应器出水口18。
其中，进水水箱1通过进水泵3与预处理反应器5连接，并设有压力表4检测滤前压差；经过预处理的废水直接进入到电吸附反应器8，并设有流量计6检测其进水量；电吸附反应器8处理后的产水直接排放，浓水进入中间水池11，再由浓水进水泵12将中间水池浓水泵入SNAD反应器，并设有曝气和碳源投加装置，经过生物脱氮处理后的浓水达标排放。
利用上述的装置进行电吸附-厌氧氨氧化处理无机氨氮废水的方法，具体步骤如下：
预处理单元：对无机氨氮废水进行预处理，去除原水中的悬浮物等杂质，以保证后续电吸附反应器处理单元的正常运行。所述的预处理单元采用活性炭或石英砂滤料或超滤膜技术对不同原水水质进行处理。
电吸附处理单元：经过预处理的原水在进水泵加压的作用下，以一定的流速通过由四组并联的碳气凝胶电极组成的电吸附反应器，在电吸附反应器内进行浓缩处理。具体地，每组碳气凝胶电极的生产时间为360分钟，预排和再生时间为120分钟，流速视原水和出水水质要求进行调整。当出水电导率升高超过设定上限时，通过PLC装置自动短接电路，由原水反冲洗产生的浓水以及预排水均流入到SNAD浓水处理单元进行处理。
电吸附处理单元的吸附电极是C2O活化电极，活化后的碳气凝胶总孔容为1.32cm3·g-1，微孔比例50％以上，比电容达到318F/g。
电吸附处理单元的可控硅电源电压控制在1.4～1.6V，例如为1.5V，电极板间距为6mm。
SNAD浓水处理单元：SNAD浓水处理单元的运行步骤为：1)进水；2)间歇曝气运行，(曝气时DO在0.8～1.0mg/L)；3)投加碳源缺氧运行；4)静置排水。
从电吸附处理单元排出的浓水进入到SNAD浓水处理单元，通过部分亚硝化、厌氧氨氧化和反硝化一系列脱氮反应，其中反硝化反应包括部分短程反硝化反应，碳源的投加控制SNAD处理单元进水碳氮比在0.3～0.5之间，pH值为7.3～8.1。水质达标后排出。
从电吸附处理单元排出的浓水进入到SNAD浓水处理单元，经过间歇曝气运行后，通过加药喷射泵加入少量碳源进行缺氧运行，碳源投加量控制进水碳氮比为0.3～0.5。浓水混合液从反应器底部经布水管均匀布水，然后依次经过海绵填料反应组件(填充率15％)、组合填料反应组件(填充率40％)、和海绵填料(填充率10％)加三相分离器组件，通过调控反应器内的DO和pH值，使得反应器内的三个反应单元中发生不同程度的亚硝化、厌氧氨氧化和反硝化反应，其中以厌氧氨氧化反应为主要脱氮途径，使得反应器有着稳定高效的脱氮效果，污水反应后升流至反应器上部，在海绵填料和三相分离器的双重截留污泥的作用下，上清液经由连续式出水口溢流排出。
SNAD浓水处理单元反应器中部为环状塑料纤维束组合填料反应模块，底部和上部为聚氨酯海绵填料反应模块，总的填料填充率为65％。
SNAD浓水处理单元反应器中的填料是取自运行稳定并填料挂膜完成的SNAD反应器中，填料附着大量氨氧化细菌、厌氧氨氧化细菌和部分反硝化细菌，其容积脱氮负荷可达0.7kgN/m3·d以上；采用间歇曝气运行，通过控制曝气量保持反应器中DO在0.8～1.0mg/L，曝气时间1小时，静置反应时间0.5小时，循环运行直至氨氮浓度(氨氮浓度主要取决于反应器内硝酸盐的积累浓度和短程反硝化程度)低于2～10mg/L；然后向反应器中投加碳源进行缺氧运行，碳源投加量以实现进水碳氮比为0.3～0.5来计算。
实施例2
采用实施例1的装置和方法对北京某厂化工污染水源进行取样检测氨氮浓度在26mg/L，对该低氨氮废水进行如下处理：
预处理单元：取100L经过高效气浮预处理的废水，在进入到石英砂预处理反应器中，对原水的悬浮物和部分有机物进行进一步的去除，以保证后续电吸附反应器处理单元的正常运行。
电吸附处理单元：经过预处理的原水进入到电吸附处理单元，将原水进行脱盐处理，并可进一步电解氧化水中的有机物，产水率为72％，除盐率为93％。当出水电导率升高超过设定上限时，通过PLC装置自动短接电路，由原水反冲洗产生的浓水以及预排水均流入到SNAD反应单元进行处理。
SNAD浓水处理单元：从电吸附处理单元排出的浓水经过加药喷射泵加入少量碳源(C/N＝0.5)后进入到SNAD浓水处理单元，经过一系列脱氮反应后达标排放。
整个处理工程检测数据如下表一：
表一
Figure BDA0002545112940000071
有表一可知：本发明可在极低的碳源投加量的条件下，实现高效低耗的处理无机氨氮废水，极大的降低了处理成本，且无需大型的生化处理装置。该发明所提出的电吸附联合厌氧氨氧化组合工艺在处理无机氨氮废水上具有一定的技术优势。
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 (8)

1.一种电吸附-厌氧氨氧化处理无机氨氮废水的装置，包括：
电吸附处理单元，其内进行浓缩处理，产生淡水和浓水；以及
SNAD浓水处理单元，其内将浓水进行脱氮处理；
其中，所述SNAD浓水处理单元包括SNAD浓水反应器、碳源投加组件、曝气组件、SNAD反应器出水口；
其中，所述SNAD浓水反应器按照从下到上的顺序依次包括海绵填料反应组件、组合填料反应组件和海绵填料加三相分离器反应组件；
其中，所述组合填料包括环状塑料纤维束组合填料，所述海绵填料包括聚氨酯海绵填料；
其中，所述SNAD浓水处理单元总的填料填充率为65％，所述海绵填料反应组件中填料的填充率为15％，所述组合填料反应组件中填料的填充率为40％，所述海绵填料加三相分离器反应组件中填料的填充率为10％。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述电吸附处理单元包括电吸附反应器、可控硅电源、电吸附反应器产水口和电吸附反应器浓水口。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述的装置还包括预处理单元；
其中，所述的预处理单元包括预处理反应器；
其中，所述预处理单元还包括进水阀门、进水泵或压力表中的至少一种；
所述的装置还包括设置在电吸附处理单元和SNAD浓水处理单元之间的中间水池。
4.一种利用权利要求1～3任一项所述的装置进行电吸附-厌氧氨氧化处理无机氨氮废水的方法，包括：
将待处理废水在电吸附处理单元中进行浓缩处理，产生淡水和浓水；
排出的浓水进入到SNAD浓水处理单元进行生物脱氮，水质达标后排出；
所述电吸附处理单元包括多组并联的碳气凝胶电极组成的电吸附反应器；
其中，每组碳气凝胶电极的生产时间为300至420分钟，预排和再生时间分别均为90至150分钟；
所述SNAD浓水处理单元的运行步骤包括进水阶段、间歇曝气运行阶段、投加碳源缺氧运行阶段和静置排水阶段；
其中，所述间歇曝气运行阶段DO的浓度为0.8至1.0mg/L；
其中，当SNAD浓水处理单元中的氨氮浓度低于2mg/L时，投加碳源；
其中，所述投加碳源缺氧运行阶段碳源的投加量为控制进水碳氮比在0.3至0.5之间；
所述SNAD浓水处理单元的整个运行阶段的pH值范围为7.3～8.1。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述电吸附处理单元的吸附电极是C2O活化电极，活化后的碳气凝胶总孔容为1.2至1.5cm3·g-1，微孔比例50～75％，比电容达到250至320F/g；
所述电吸附处理单元的可控硅电源电压控制在1.4至1.6V；
电极板间距为5至7mm。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
当出水电导率超过设定上限时，由待处理废水反冲洗产生的浓水以及预排水均流入到所述SNAD浓水处理单元进行处理。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述淡水作为出水回用或排放；
所述脱氮处理包括部分亚硝化、厌氧氨氧化和反硝化反应；其中反硝化反应包括部分短程反硝化反应。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述的方法还包括先将待处理废水在预处理单元中预处理之后再进入电吸附处理单元中处理；
其中，所述的预处理单元采用活性炭、石英砂滤料或超滤膜对原水进行预处理。
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