CN111777292A - 一种低碳氮比餐厨垃圾发酵废水aoa生物膜处理系统及方法 - Google Patents

一种低碳氮比餐厨垃圾发酵废水aoa生物膜处理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低碳氮比餐厨垃圾发酵废水AOA生物膜处理系统及方法，该系统，包括：AOA反应器、沉淀池，所述AOA反应器包括：按照水流方向依次连接的第一级缺氧反应区、好氧反应区和第二级缺氧‑电解反应区；所述沉淀池进水管连接在所述第二级缺氧反应区的出口端；所述好氧反应区内的部分硝化液通过回流管至所述第一级缺氧反应区；所述沉淀池内的部分底部污泥通过污泥管回流至所述第一级缺氧反应区。

Description

一种低碳氮比餐厨垃圾发酵废水AOA生物膜处理系统及方法
技术领域
本发明涉及污水处理及环境保护技术领域，具体是一种低碳氮比餐厨垃圾发酵废水AOA生物膜艺处理的系统及方法。
背景技术
餐厨垃圾发酵废水包括餐厨垃圾浆料厌氧消化脱水后的废水，以及餐厨垃圾处理其它工序产生的废水。基于餐厨垃圾发酵废水有机物和氨氮浓度高、碳氮比低和可生化性差的特点，目前，最常用的处理工艺包括 “预处理-厌氧-A/O-反渗透膜过滤”、“预处理-A/O-MBR-反渗透膜过滤”、“预处理-A/O-混凝沉淀-Fenton氧化-混凝沉淀-曝气生物滤池”（专利文献201710684246.9）以及“隔油初沉-水量水质调节-pH值调节-氨吹脱-pH值调节-A/O-沉淀- Fenton氧化-混凝沉淀”等。其中，膜处理工艺单元存在投资高、运行成本高、膜寿命短、易受污染、易结垢堵塞、运行管理复杂，并在处理过程中会产生大量的浓缩液； 而Fenton氧化工艺单元存在药剂投加成本高、运行管理复杂的问题。此外，由于餐厨垃圾发酵废水低碳氮比的特点，以上工艺A/O系统通常需要投加外碳源以强化污水中TN的去除，也存在处理成本高的问题。总体而言，以上工艺均存在工艺流程长、设施投资高、运行费用高、运行管理复杂等问题，餐厨垃圾发酵废水需要高效低成本出理技术。
发明内容
本发明提供了一种低碳氮比餐厨垃圾发酵废水AOA生物膜处理的系统及方法。
本发明的技术方案为：一种低碳氮比餐厨垃圾发酵废水AOA生物膜处理的系统及方法，包括： AOA生物膜反应器和沉淀池；所述AOA生物膜反应器包括：按照水流方向依次连接的第一级缺氧反应区、好氧反应区和第二级缺氧-电解反应区；所述沉淀池的进水管连接在所述第二级缺氧反应区的出口端；所述好氧反应区内的部分硝化液通过硝化液回流管道回流至所述第一级缺氧反应区；所述沉淀池内的部分底部污泥通过污泥回流管道回流至所述第一级缺氧反应区。
进一步地，通过设置隔墙将所述AOA生物膜反应器分隔为所述第一级缺氧反应区、所述好氧反应区和所述第二级缺氧反应区。
进一步地，所述第一级缺氧反应区内设置有第一搅拌器；
所述第一级缺氧反应区内均设置有悬浮生物填料；
所述第一级缺氧反应区和所述好氧反应区之间的硝化液回流管道上安装有硝化液回流泵，其混合液回流比设置为200%~300%；
所述第一级缺氧反应区和所述沉淀池之间的污泥回流管道上安装有污泥回流泵，其污泥回流比设置为50%~100%。
进一步地，所述好氧反应区内设置有悬浮生物填料；
所述好氧反应区内设曝气系统，所述曝气系统包括：
鼓风曝气机、曝气管路和微孔曝气器；所述鼓风曝气机通过曝气管路连通所述微孔曝气器。
进一步地，所述第二级缺氧反应区内设置电解系统，电解系统的阳极件和阴极件分别平行插入二级缺氧区内并竖直放置，所述阳极件和所述阴极件分别连接可调直流稳压电源的正极和负极；
所述第二级缺氧反应区内设置有第二搅拌器；
所述第二级缺氧反应区内均设置有悬浮生物填料。
本发明还提供了一种低碳氮比餐厨垃圾发酵废水AOA生物膜处理的方法，应用于上述的低碳氮比餐厨垃圾发酵废水AOA生物膜处理的系统，包括：
步骤S1，经过预处理后的餐厨垃圾发酵废水与从所述好氧反应区回流的硝化液同时进入至第一级缺氧反应区内进行反硝化脱氮，进水控制TN负荷为0.10~0.15 kgTN/(kgMLSS·d)；
步骤S2，经过所述第一级缺氧反应区处理的污水进入所述好氧反应区内；同时，控制曝气系统向所述好氧反应区内进行曝气，溶解氧浓度保持在4mg/L~6mg/L，进行硝化；
步骤S3，经过所述好氧反应区内处理的污水进入至所述第二级缺氧反应区内；同时，开启电解系统的可调直流稳压电源，以进行电解，所述可调直流稳压电源的电压控制在5V~7V之间，通过自养反硝化进一步脱氮；
步骤S4，经过所述第二级缺氧反应区处理的污水进入所述沉淀池内进行沉淀分离；满足排放标准的处理出水从沉淀池上部排放，在所述沉淀池底部的一部分沉淀污泥过污泥回流管道回流至所述第一级缺氧反应区内，另一部分通过所述沉淀池底部的排泥管排出。
与现有技术比较，本发明具有以下优势特征：
（1）.短程硝化反硝化作用实现低碳氮比废水高效脱氮
经预处理后的餐厨垃圾发酵废水进入反应器后，在好氧区通过控制的供氧量富集亚硝化菌，使得原水中的NH4 +-N通过亚硝化作用后绝大部分转化为NO2 —N；好氧反应区产生的硝化液体一部分经内回流管路回流至第一级缺氧反应区，剩余部分进入第二级缺氧反应区，进而硝化液中的NO2 --N和NO3 --N在微生物反硝化作用下转化为N2逸出。短程硝化反硝化作用节省了对进水中碳源的消耗，实现了TN的高效去除。
（2）.电解自养反硝化作用进一步提升低碳氮比废水脱氮效率
在第二级缺氧反应区内设置有电解系统，金属阳极和阴极，分别与可调直流稳压电源的正极和负极相连接。在电解作用下，阴极产生氢气，在填料上富集出氢自养反硝化细菌的作用下，将硝化液中的NO2 --N和NO3 --N被转化为N2，而不必消耗碳源，进一步提升进水中TN的去除率。
（3）电解系统具有高效除磷及去除难降解有机物的能力，并有利于改善污泥的沉降性能
在外加弱电场的作用下阳极被氧化生成金属离子与污水中的PO4 3-结合生成磷酸铁盐等难溶性物质，最终生成沉淀从污水中去除。同时该作用也有利于强化污水中污泥颗粒物质的混凝效率，进而改善污泥的沉降性能。除此之外，在电化学直接氧化和间接氧化的作用下，餐厨垃圾发酵废水中的难降解物质也会被矿化或转化成易降解物质而去除。
（4）工艺流程短、运行管理简便、投资、运行成本低
在运用A/O生物膜短程硝化反硝化的基础上，在第二级缺氧反应区设置低电压、低电流密度的低能耗电解系统，可通过自养反硝化以进一步强化脱氮除磷及有机物去除，出水进入沉淀池进行泥水分离后达标排放。一方面，工艺流程构成“预处理+AOA生物膜耦合电解生物反应+沉淀”的工艺方式，工艺流程短，运行管理简便；另一方面，该工艺避免了膜分离系统的引入，实现了工艺的“去膜化”处理，大幅降低了投资和运行成本；再一方面，该工艺能实现TN的高效去除而无需外碳源投加。
综上所述，该工艺具有处理效能高和投资省等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
附图标记说明:1、第一级缺氧反应区；2、好氧反应区；3、第二级缺氧反应区；4、沉淀池；5、第一搅拌器；6、生物悬浮填料；7、鼓风曝气机；8、曝气管路；9、微孔曝气器；10、第二搅拌器；11、可调直流稳压电源；12、电解阳极件；13、电解阴极件；14、硝化液回流泵；15、污泥回流泵。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参照图1与图2，本发明实施例提供了一种低碳氮比餐厨垃圾发酵废水AOA（Anoxic-Oxic-Anoxic，缺氧-好氧-缺氧）生物膜处理系统，包括：AOA反应器和沉淀池。所述AOA反应器包括：按照水流方向依次连接的第一级缺氧反应区1、好氧反应区2和第二级缺氧反应区3；所述沉淀池4的进水管连接在所述第二级缺氧反应区3的出口端；所述好氧反应区2内的部分硝化液通过硝化液回流管道回流至所述第一级缺氧反应区1；所述沉淀池4内的部分底部污泥通过污泥回流管道回流至所述第一级缺氧反应区1。
其中，第一级缺氧反应区1和好氧反应区2内实现短程硝化反硝化，在第二级缺氧反应区3内实现自养反硝化。
其中，进入到第一级缺氧反应区1的进水预先通过预处理池进行隔油、去除无机砂和部分悬浮物后再进入反应器，经第一级缺氧反应区1短程反硝化作用，好氧反应区2的短程硝化作用、第二级缺氧反应区3的电解自养反硝化、除磷及有机物后，进入沉淀池4进行泥水分离后实现最终出水。
经预处理后的餐厨垃圾发酵废水进入反应器，在第一级缺氧反应区1内，利用进水中的碳源与回流的好氧反应区2产生的硝化液体进行反硝化；在好氧反应区2内，通过控制鼓风曝气机7的充氧量，富集亚硝化菌，使得原水中的NH4 +-N绝大部分转化为NO2 --N。一部分经内硝化液回流管道回流至第一级缺氧反应区1，剩余部分进入第二级缺氧反应区3，进而硝化液中的NO2 --N和NO3 --N在自养反硝化菌作用下转化为N2逸出。反应器通过短程硝化反硝化、自养反硝化作用实现了低碳氮比餐厨垃圾发酵废水TN的高效去除。
本发明上述实施例，在第一级缺氧反应区1和好氧反应区2内实现短程硝化反硝化的基础上，通过在第二级缺氧反应区3内设置电解系统实现自养反硝化，进一步提高污水中TN的去除率，同时实现磷的高效去除以及难降解有机物的部分去除，最终实现污水低投资低成本的高效处理，工艺流程简短，占地小、运行管理简便。
所述第一级缺氧反应区1和所述好氧反应区2之间的硝化液回流管道上安装有硝化液回流泵14，其混合液回流比设置为200%～300%；所述第一级缺氧反应区1和所述沉淀池4之间的污泥回流管道上安装有污泥回流泵15，其污泥回流比设置为50%～100%。
优选地，如图1和2，所述第一级缺氧反应区1内设置有进行搅拌的第一搅拌器5；所述第二级缺氧反应区3内设置有进行搅拌的第二搅拌器10；所述第一级缺氧反应区1、所述好氧反应区2和所述第二级缺氧反应区3内均设置有进行微生物固定的生物悬浮填料6。
优选地，如图1，所述系统还包括：用于向所述好氧反应区2提供曝气的曝气系统，所述曝气系统包括：鼓风曝气机7；设置在所述好氧反应区2内的微孔曝气器9，微孔曝气器9用于向所述好氧反应区2进行曝气；所述鼓风曝气机7通过曝气管路8连通所述微孔曝气器9。
如图1，所述系统还包括：使所述第二级缺氧反应区3内实现自养反硝化的电解系统；所述电解系统包括：可调直流稳压电源11；设置在所述第二级缺氧反应区3内的阳极件12，所述阳极件12在所述第二级缺氧反应区3内竖直放置，所述阳极件12连接所述可调直流稳压电源11的正极；设置在所述第二级缺氧反应区3内的阴极件13，所述阴极件13在所述第二级缺氧反应区3内竖直放置，所述阴极件13连接所述可调直流稳压电源11的负极。
其中，阳极件12为金属板，阴极件13为金属板。在电解作用下，阳极产生金属离子，阴极产生氢气，在填料上富集的氢自养反硝化细菌的作用下，将硝化液中的NO2 --N和NO3 --N被转化为N2，而不必消耗碳源，进一步提升进水中TN的去除率。
在外加弱电场的作用下阳极铁板物质被氧化生成金属离子，与污水中的PO4 3-结合生成磷酸铁盐等难溶性物质，最终生成沉淀从污水中去除。同时该作用也有利于强化污水中污泥颗粒物质的混凝效率，进而改善污泥的沉降性能。除此之外，在电化学直接氧化和间接氧化的作用下，餐厨垃圾发酵废水中的难降解物质也会被矿化或转化成易降解物质而去除。
其中，所述可调直流稳压电源11的电压在5V~7V之间。
优选地，所述反应池内设置有平行设置的隔墙，以将所述反应池分隔为所述第一级缺氧反应区1、所述好氧反应区2和所述第二级缺氧反应区3。各级反应区连续进、出水。
本发明还提供了一种低碳氮比餐厨垃圾发酵废水AOA工艺处理方法，应用于上述的通过AOA工艺处理低碳氮比餐厨垃圾发酵废水的系统，包括：
步骤S1，经过预处理后的餐厨垃圾发酵废水与从所述好氧反应区2回流的硝化液同时进入至第一级缺氧反应区1内进行反硝化脱氮，进水控制TN负荷为0.10~0.15 kgTN/(kgMLSS·d)。
步骤S2，经过所述第一级缺氧反应区1处理的污水进入所述好氧反应区2内；同时，控制曝气系统向所述好氧反应区2内进行曝气，溶解氧浓度保持在4mg/L~6mg/L，进行硝化。
步骤S3，经过所述好氧反应区2内处理的污水进入至所述第二级缺氧反应区3内；同时，开启电解系统的可调直流稳压电源11，以进行电解，所述可调直流稳压电源11的电压控制在5V~7V之间，通过自养反硝化进一步脱氮；
步骤S4，经过所述第二级缺氧反应区3处理的污水进入所述沉淀池4内进行沉淀分离；满足排放标准的处理出水从沉淀池上部排放，在所述沉淀池4底部的一部分沉淀污泥通过回流管路回流至所述第一级缺氧反应区1内，另一部分通过所述沉淀池4底部的排泥管排出。本发明上述技术方案，具有如下技术特征：
（1）短程硝化反硝化作用实现低碳氮比废水高效脱氮
经预处理后的餐厨垃圾发酵废水进入反应池器后，在好氧区通过控制鼓风曝气机进而控制好氧区的充供氧量，富集亚硝化菌，使得原水中的NH4+-N在好氧区内经微生物的通过亚硝化作用后绝大部分转化为NO2--—N。；好氧反应区产生的硝化液体一部分经内回流管路回流至第一级缺氧反应区，剩余部分进入第二级缺氧反应区，进而硝化液中的NO2--N和NO3--N在微生物反硝化作用下转化为N2逸出。短程硝化反硝化作用节省了对进水中碳源的消耗，实现了TN的高效去除。
（2）电解自养反硝化作用进一步提升低碳氮比废水脱氮效率
在第二级缺氧反应区内设置有电解系统，铁金属板作为阳极，带孔铁板作为和阴极，分别与可调直流稳压电源的正极和负极相连接。在电解作用下，阳极发生反应：Fe-2e-→Fe2+，阴极发生反应：2H2O+2e-→H2+2OH-产生氢气。，在铁自养反硝化细菌和填料上富集出氢营养型自养反硝化细菌的作用下，以Fe2+和H2作为电子供体，将硝化液中的NO2--N和NO3--N被转化为N2，而不必消耗碳源，进一步提升进水中TN的去除率。
（3）电解系统具有高效除磷及去除难降解有机物的效能能力，并有利于改善污泥的沉降性能
在外加弱电场的作用下阳极铁板物质被氧化生成Fe2+，Fe2+和被进一步氧化生成的Fe3+金属离子与污水中的PO43-结合生成磷酸铁盐等难溶性物质，最终生成沉淀从污水中去除。同时该作用也有利于强化污水中污泥颗粒物质的混凝效率，进而改善污泥的沉降性能。除此之外，在电化学直接氧化和间接氧化的作用下，餐厨垃圾发酵废水中的难降解物质也会被矿化或转化成易降解物质而去除。
（4）工艺流程短、工艺运行管理简单便、投资、运行成本低
在运用A/O生物膜短程硝化反硝化的基础上，在第二级缺氧反应区设置低电压、低电流密度的低能耗电解系统，可实现通过自养反硝化以进一步强化脱氮除磷及有机物去除，出水进入沉淀池进行泥水分离后达标排放。一方面，工艺流程构成“预处理+AOA生物膜耦合电解生物反应+沉淀”的工艺方式，工艺流程短，工艺运行管理简单便；另一方面，该工艺避免了膜分离系统的引入，实现了工艺的“去膜化”处理，大幅降低了投资和运行成本；再一方面，该工艺能实现TN的高效去除而无需外碳源投加。
从这三方面来说综上所述，该工艺具有处理效能高和投资省等优点。
上述实施例只对其中一些本发明的一个或多个实施例进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (6)

1.一种低碳氮比餐厨垃圾发酵废水AOA生物膜处理系统，其特征在于，包括：AOA生物膜反应器和沉淀池，
所述AOA生物膜反应器包括：按照水流方向依次连接的第一级缺氧反应区（1）、好氧反应区（2）和第二级缺氧反应区（3）；
所述沉淀池（4）的进水管连接在所述第二级缺氧反应区（3）的出口端；
所述好氧反应区（2）内的部分硝化液通过硝化液回流管道回流至所述第一级缺氧反应区（1）；
所述沉淀池（4）内的部分底部污泥通过污泥回流管道回流至所述第一级缺氧反应区（1）。
2.根据权利要求1所述的低碳氮比餐厨垃圾发酵废水AOA生物膜处理系统，其特征在于，通过设置隔墙将所述AOA生物膜反应器分隔为所述第一级缺氧反应区（1）、所述好氧反应区（2）和所述第二级缺氧反应区（3）。
3.根据权利要求1所述的低碳氮比餐厨垃圾发酵废水AOA生物膜处理系统，其特征在于，
所述第一级缺氧反应区（1）内设置有第一搅拌器（5）；
所述第一级缺氧反应区（1）内均设置有悬浮生物填料（6）；
所述第一级缺氧反应区（1）和所述好氧反应区（2）之间的硝化液回流管道上安装有硝化液回流泵（14），其混合液回流比设置为200%~300%；
所述第一级缺氧反应区（1）和所述沉淀池（4）之间的污泥回流管道上安装有污泥回流泵（15），其污泥回流比设置为50%~100%。
4.根据权利要求1所述的低碳氮比餐厨垃圾发酵废水AOA生物膜处理系统，其特征在于，所述好氧反应区（2）内设置有悬浮生物填料（6）；
所述好氧反应区（2）内设曝气系统，所述曝气系统包括：
鼓风曝气机（7）、曝气管路（8）和微孔曝气器（9）；所述鼓风曝气机（7）通过曝气管路（8）连通所述微孔曝气器（9）。
5.根据权利要求1所述的低碳氮比餐厨垃圾发酵废水AOA生物膜处理系统，所述系统其特征在于，所述第二级缺氧反应区（3）内设置电解系统，电解系统的阳极件（12）和阴极件（13）分别平行插入二级缺氧区内并竖直放置，所述阳极件（12）和所述阴极件（13）分别连接可调直流稳压电源（11）的正极和负极；
所述第二级缺氧反应区（3）内设置有第二搅拌器（10）；
所述第二级缺氧反应区（3）内均设置有悬浮生物填料（6）。
6.一种低碳氮比餐厨垃圾发酵废水AOA生物膜处理方法，应用于权利要求1至5任一项所述的低碳氮比餐厨垃圾发酵废水AOA生物膜处理系统，其特征在于，包括：
步骤S1，经过预处理后的餐厨垃圾发酵废水与从所述好氧反应区（2）回流的硝化液同时进入至第一级缺氧反应区（1）内进行反硝化脱氮，进水控制TN负荷为0.10~0.15 kgTN/(kg MLSS·d)；
步骤S2，经过所述第一级缺氧反应区（1）处理的污水进入所述好氧反应区（2）内；同时，控制曝气系统向所述好氧反应区（2）内进行曝气，使所述好氧反应区（2）内的溶解氧浓度保持在4mg/L~6mg/L，进行硝化；
步骤S3，经过所述好氧反应区（2）内处理的污水进入至所述第二级缺氧反应区（3）内；同时，开启电解系统的可调直流稳压电源（11），以进行电解，所述可调直流稳压电源（11）的电压控制在5V~7V之间，通过自养反硝化进一步脱氮；
步骤S4，经过所述第二级缺氧反应区（3）处理的污水进入所述沉淀池（4）内进行沉淀分离；满足排放标准的处理出水从所述沉淀池（4）的上部排放，在所述沉淀池（4）底部的一部分沉淀污泥通过污泥回流管道回流至所述第一级缺氧反应区（1）内，另一部分通过所述沉淀池（4）底部的排泥管排出。
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