CN111704315B - 一种高氮高浓度有机废水处理系统及实现所述系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高氮高浓度有机废水处理系统，所述系统包括厌氧折流板反应器(1)和膜生物反应器(4)，厌氧折流板反应器(1)内被分隔为多个隔室，第一隔室设置进水管路，处于最下游的隔室设置出水管路；膜生物反应器(4)内设置膜组件(9)和曝气装置(8)；在厌氧折流板反应器(1)与膜生物反应器(4)之间的沉淀池(2)和中间池(3)，中间池(3)下部设置第二回流管路，所述第二回流管路的末端设置多个支路并分别与第二隔室、第三隔室……第N隔室的下部连通。通过特定的配水设计，本发明的高氮高浓度有机废水处理系统对高氮废水的脱氮效果有显著的提升作用。

Description

一种高氮高浓度有机废水处理系统及实现所述系统的方法
【技术领域】
本发明属于废水处理技术领域，特别涉及一种高氮高浓度有机废水处理系统，以及实现所述系统的方法。
【背景技术】
目前对于畜禽养殖、屠宰、肉类加工等行业产生的高氮、高浓度有机废水通常先采用厌氧处理工艺去除水中大量的有机污染物，以降低后续好氧处理工艺的能耗及处理负荷，同时还可回收甲烷。但是，厌氧处理工艺仅能去除废水中的有机污染物，不能去除废水中的含氮污染物，因此出水仍需要进行生物脱氮。废水经厌氧处理后，碳氮比显著降低，影响后续反硝化过程的脱氮效果。
同时反硝化产甲烷(simultaneous denitrification and methanogenesis，SDM)工艺是利用好氧反应器将氨氮氧化后，出水直接回流至好氧反应器前端的厌氧产甲烷反应器，在单一反应器中同时实现反硝化和产甲烷过程，可以克服前述问题。
在同时反硝化产甲烷体系中，含氮污染物除被微生物同化以外，主要的代谢途径有：有机氮的厌氧氨化，硝态氮反硝化或异化还原合成氨(Dissimilatory NitrateReduction to Ammonium，DNRA)。硝态氮经反硝化过程可还原为N2，实现氮污染物在污水中的最终去除；而DNRA过程将硝态氮还原为铵，影响氮污染物的去除效率，该过程主要发生在含碳丰富、电子受体缺乏的环境中。另外，含氮化合物和反硝化脱氮过程的中间产物对产甲烷菌存在抑制和毒害，也会影响该工艺的整体处理效果。
中国发明专利申请CN 108046423A公开了一种用于城镇废水厌氧氨氧化生物脱氮的反应器装置，其包括微生物固定化+厌氧折流板反应器+膜生物反应器。如用该装置处理高氮有机废水，由于废水中含有大量易降解有机物，因此在第一隔室内易发生DNRA反应，即硝态氮还原为铵，不仅影响含氮污染物去除效率，生成的铵还会对微生物产生抑制作用。另外，回流液全部在进水口与进水混合进入反应器，会造成反应器前段隔室硝态氮浓度较高，反硝化过程的产物对产甲烷菌的抑制相对严重，影响反应器有机物去除效率。
中国实用新型专利CN 202849154 U公开了一种处理高硫酸盐有机废水的厌氧膜生物反应器，将膜组件内置于厌氧折流板反应器最后一格隔室内，并将污泥回流至前端各隔室内，用于去除硫酸盐。如用该装置处理高氮有机废水，在第一隔室内同样易发生DNRA反应。另外与硫酸盐还原菌相比，产甲烷菌对厌氧环境要求更加严格，回流污泥中携带的溶解氧会破坏各隔室厌氧环境，同时也会影响反硝化过程的进行，阻碍有机物和含氮污染物的去除。
【发明内容】
本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种适用于高氮高浓度有机废水的处理系统。
为了实现上述目的，本发明提供一种高氮高浓度有机废水处理系统，所述系统包括厌氧折流板反应器(1)和膜生物反应器(4)，厌氧折流板反应器(1)内依次设置多对上折流板(5)和下折流板(6)，每一对上折流板(5)和下折流板(6)围出一个隔室，厌氧折流板反应器(1)内被分隔为多个隔室，自上游至下游分别定义为第一隔室、第二隔室……第N隔室，第一隔室设置进水管路，处于最下游的隔室设置出水管路；膜生物反应器(4)内设置膜组件(9)和曝气装置(8)；
所述系统还包括依序设置在厌氧折流板反应器(1)与膜生物反应器(4)之间的沉淀池(2)和中间池(3)，中间池(3)下部设置第二回流管路，所述第二回流管路的末端设置多个支路并分别与第二隔室、第三隔室……第N隔室的下部连通；
膜生物反应器(4)上部通过第一回流管路与沉淀池(2)的上部连通。
在本发明中，术语“上游”、“下游”用于非限制性地解释部件的相互位置关系。
在本发明中，厌氧折流板反应器(1)内被分隔为4-8个隔室。
在本发明中，厌氧折流板反应器(1)顶部设置沼气管(7)
根据一种优选的实施方式，所述第一回流管路上设置第一回流泵(12)，所述第二回流管路上设置第二回流泵(13)。
根据另一种优选的实施方式，沉淀池(2)底部通过污泥管路与膜生物反应器(4)的底部连通，所述污泥管路上设置污泥泵(14)。
通过所述第二回流管路的支路向除第一隔室以外的其余各隔室配水时，各隔室间不同的配水比例会影响系统的最终出水水质。现有技术的常规实现方式是将所有回流液返回至最上游的隔室(即第一隔室)，或大部分回流液返回至第一隔室、其余回流液基本平均分配至其余隔室。本发明通过多次实验确认，避免向第一隔室配水、通过控制各隔室的配水比例能够进一步提高系统出水水质。特别优选地，第二隔室的配水量为x，以总配水量计30％≤x≤50％，其余下游隔室的配水量依次递减。
在控制各隔室配水比例满足上述关系的同时，确保各隔室的5≤碳氮比≤53。若碳氮比低于5，则反硝化碳源不足；若高于53则易发生DNRA反应。
优选地，上折流板(5)的下部向下游方向弯折，弯折角度α为30°≤α≤60°。
在本发明中，曝气装置(8)与鼓风机连接(10)。
此外，膜组件(9)的出水管路上优选地设置自吸泵(11)。
本发明以厌氧折流板反应器作为厌氧处理工艺，与膜生物反应器动态结合，将含有NO3 --N的回流液按特定比例分配至厌氧折流板反应器(ABR)除第一隔室外的各个隔室中。废水在第一隔室中进行水解，有机物中的电子得以释放，避免了DNRA过程的发生。回流液按比例分配至各隔室中，维持了各隔室内碳氮比均衡，避免了前端隔室内因硝态氮负荷过高而对产甲烷过程的不利影响，保证了有机污染物的去除。
另一方面，膜生物反应器回流液经过中间沉淀池沉淀后，水中的溶解氧已被ABR反应器出水中剩余的有机污染物去除，并仅将上清液回流至厌氧折流板反应器。这样既消除了回流液中溶解氧，避免其对厌氧反应器内的厌氧环境产生破坏；又使厌氧单元和好氧单元各自具有独立的污泥系统，有利于富集适宜各处理单元水质的微生物。
【附图说明】
图1为本发明的系统的结构示意图；
其中，1、厌氧折流板反应器；2、沉淀池；3、中间池；4、膜生物反应器；5、上折流板；6、下折流板；7、沼气管；8、曝气装置；9、膜组件；10、鼓风机；11、自吸泵；12、第一回流泵；13、第二回流泵；14、污泥泵；15、支路阀；
图2为实施例2各系统的出水水质检测结果。
【具体实施方式】
以下实施例用于非限制性地解释本发明的技术方案。
实施例1
某屠宰企业废水经格栅、气浮、隔油等预处理后，测得CODCr≤2000mg/L；NH3-N≤150mg/L；TN≤170mg/L；SS≤300mg/L，为高氮高浓度有机废水。
设置如图1所示的废水处理系统，包括厌氧折流板反应器1、沉淀池、中间池和膜生物反应器。其中，厌氧折流板反应器1中设有垂直交替安装的5块上折流板5和4块下折流板6，将厌氧折流板反应器(ABR)1分隔成为5个串联的隔室。上折流板5上端和下端分别与反应器的顶部和底部留有间隙，上端间隙作为气流道，下端间隙作为水流道。下折流板6下端与反应器底部连接，其顶端高度低于上折流板高度，作为水流道。上折流板5弯折45°，且各隔室容积相同，上流室和下流室宽度之比为4:1，水力停留时间总计8h。此外，在反应器顶部设有沼气管7，用于沼气的收集及排放。
最下游的隔室通过设置溢流口，通过出水管路连接到沉淀池2。
沉淀池下游处也设置溢流口，通过出水管路连接到中间池3；类似的，中间池3也通过设置溢流口和出水管路连接到膜生物反应器4。
膜生物反应器4底部设置微孔曝气装置，通过鼓风机10实现曝气。将自吸泵11与膜组件连接，将处理完成的出水吸出并排放。
膜生物反应器4中的上部回流液由第一回流管路(经第一回流泵12)与厌氧折流板反应器1的出水混合后进入沉淀池2，经泥水分离后，上清液进入中间池3，沉积在沉淀池2底部的污泥由污泥管路(经污泥泵14)泵入膜生物反应器4，或直接排出。中间池3下部的部分污水由第二回流管路(经第二回流泵13)分别泵入厌氧折流板反应器1的第二隔室至第五隔室中，出水口设置于各上折流板5的下向流侧。
运行时，高氮高浓度有机废水进入厌氧折流板反应器1中，在最上游的隔室内主要进行水解酸化反应，废水中的大分子有机物分解为小分子有机物，同时将含氮有机物分解为NH3-N；在第二、三、四、五隔室内则将废水中的小分子有机物转化为甲烷和二氧化碳，废水中的有机污染物浓度降低，此时产生的气体通过沼气管7收集贮存。
厌氧折流板反应器的出水经沉淀池沉淀后，溢流到中间池3，中间池3的回流液由第二回流泵13泵入厌氧折流板反应器1。为了提高厌氧折流板反应器中的微生物活性、避免微生物反应被抑制，通过控制第二回水管路的各支路阀15控制第二至第五隔室配水比例，使第二隔室的配水量为总配水量的30％-50％，其余下游隔室的配水量依次递减，同时监测各隔室的碳氮比，确保碳氮比维持在5-53，最终确定自第二隔室起依次为总回流的50％、20％、17％和13％。隔室内的反硝化细菌利用废水中的有机物，将回流液中的NO3 --N还原为N2，实现了废水中TN的去除。由于废水中的易降解有机物已在第一隔室中水解，避免了由于电子供体浓度过高导致的DNRA过程的发生。回流液按比例分配至后续各隔室，既能调节各隔室内的碳氮比，使其有利于同时反硝化产甲烷过程的进行；也能平衡各隔室内的硝态氮负荷，减轻反硝化脱氮过程对产甲烷菌的抑制和毒害。
厌氧折流板反应器1出水与来自膜生物反应器4的回流液混合后进入中间沉淀池2进行泥水分离。在中间沉淀池2中，回流液中的溶解氧被厌氧出水中剩余的有机物去除，可避免回流液中的溶解氧破坏厌氧折流板反应器1的厌氧环境。中间沉淀池2为辐流式，表面负荷为1.1m3/(m2·h)。
泥水分离完成后，剩余污泥由污泥泵14泵入膜生物反应器4用于维持反应器内的活性污泥浓度，少量生物污泥则排出系统；上清液进入沉淀池2。沉淀池2的水力停留时间为2h，回流比为200％。
废水在膜生物反应器4中进行好氧处理，废水中的NH3-N被氧化为NO3 --N，剩余的有机污染物被分解为二氧化碳。部分废水与活性污泥的混合物经第一回流泵12回流至中间沉淀池2，其余经膜组件9过滤，废水中悬浮物(SS)及活性污泥被截留，出水达标排放。膜生物反应器4中气水比为20:1，MLSS为8000mg/L；膜组件9采用帘式中空膜组件，自吸泵11每抽吸8min停2min；水力停留时间为8h，回流比为200％。
废水经过处理后，出水水质CODCr≤50mg/L；NH3-N≤5mg/L；TN≤50mg/L；SS≤10mg/L，水质达到《肉类加工工业水污染物排放标准》(GB 13457-92)一级标准。
实施例2考察不同的回流关系对系统出水水质的影响
本实例中为了验证所述的高氮高浓度有机废水处理系统对TN去除的改善情况，采用实施例1相同的系统，通过改变第二回流管路的配水关系，考察不同配水关系对出水TN的浓度的影响。
设置两种对比工艺，其内回流比均为200％(与实施例1相同)。其中，对比工艺1的回流液全部回流至ABR反应器的第一隔室；对比工艺2的回流液则回流至包含第一隔室在内的所有隔室，并使得第一隔室的配水比例满足30％≤x≤50％，但其余各隔室的配水量均等，即自第一隔室起依次为总回流的40％、15％、15％、15％和15％。
与实施例1相同运行，待系统运行稳定后检测其出水水质，结果如图2所示，对比工艺1出水TN平均浓度为46.5mg/L，平均去除率为70.6％；对比工艺2出水TN平均浓度为40.0mg/L，平均去除率为74.7％；新型工艺出水TN平均浓度为36.3mg/L，平均去除率为77.0％。
各系统出水水质检测结果如下表所示。
Figure BDA0002541322300000071
分析该结果，其原因可能是由于避免回流液返回到第一隔室有利于废水在第一隔室中进行水解，充分释放有机物中的电子，避免了DNRA过程的发生。在下游的其余隔室中，使回流液按比例分配，特别是第二隔室获得了更多的回流液且其余隔室依次减少有利于维持了各隔室内碳氮比均衡，避免了前端隔室内因硝态氮负荷过高而对反硝化过程的不利影响，保证了有机污染物的去除。
实验结果表明，通过特定的配水设计，本发明的高氮高浓度有机废水处理系统对高氮废水的脱氮效果有显著的提升作用。

Claims (8)

1.高氮高浓度有机废水处理系统，所述系统包括厌氧折流板反应器(1)和膜生物反应器(4)，厌氧折流板反应器(1)内依次交替设置上折流板(5)和下折流板(6)，每一对相邻的上折流板(5)和下折流板(6)围出一个隔室，厌氧折流板反应器(1)内被分隔为多个隔室，自上游至下游分别定义为第一隔室、第二隔室……第N隔室，第一隔室设置进水管路，处于最下游的隔室设置出水管路；膜生物反应器(4)内设置膜组件(9)和曝气装置(8)；
其特征在于所述系统还包括依序设置在厌氧折流板反应器(1)与膜生物反应器(4)之间的沉淀池(2)和中间池(3)，中间池(3)下部设置第二回流管路，所述第二回流管路的末端设置多个支路并分别与第二隔室、第三隔室……第N隔室的下部连通；通过所述第二回流管路的支路进行配水时，第二隔室的配水量为x，以总配水量计30％≤x≤50％，其余下游隔室的配水量依次递减，且使各隔室的碳氮比为5～53；膜生物反应器(4)上部通过第一回流管路与沉淀池(2)的上部连通。
2.根据权利要求1所述的高氮高浓度有机废水处理系统，其特征在于厌氧折流板反应器(1)内被分隔为4-8个隔室。
3.根据权利要求1所述的高氮高浓度有机废水处理系统，其特征在于厌氧折流板反应器(1)顶部设置沼气管(7)。
4.根据权利要求1所述的高氮高浓度有机废水处理系统，其特征在于所述第一回流管路上设置第一回流泵(12)，所述第二回流管路上设置第二回流泵(13)。
5.根据权利要求1所述的高氮高浓度有机废水处理系统，其特征在于沉淀池(2)底部通过污泥管路与膜生物反应器(4)的底部连通，所述污泥管路上设置污泥泵(14)。
6.根据权利要求1所述的高氮高浓度有机废水处理系统，其特征在于上折流板(5)的下部向下游方向弯折，弯折角度α为30°≤α≤60°。
7.根据权利要求1所述的高氮高浓度有机废水处理系统，其特征在于曝气装置(8)与鼓风机连接(10)。
8.根据权利要求1所述的高氮高浓度有机废水处理系统，其特征在于膜组件(9)的出水管路上设置自吸泵(11)。
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