CN111875174B - 一种废水脱氮除钙一体化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废水脱氮除钙一体化装置及方法，包括反应区、分离区以及污泥回流系统，所述反应区包括两节以上的反应区段，所述反应区段首尾相连形成环形流反应池，所述反应区段包括第一厌氧段、一段以上的缺氧段，所述第一厌氧段、缺氧段依次连接，所述缺氧段包括依次连接的缺氧段B和缺氧段A；所述分离区分为物化刮泥区和生化刮泥区，所述分离区的进水侧依次设置有中间布水槽、污泥斗，所述分离区的出水侧依次设置有浮渣槽、集水槽；本发明无需添加化学药剂、同时脱氮除钙，分离物化污泥和生化污泥，去除效率高，工艺自动化控制程度高，操作简单，安装方便，运行成熟稳定。

Description

一种废水脱氮除钙一体化装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于金属酸洗废水、光伏电池含氟废水等工业废水脱氮除钙的一体化装置及方法，属于废水处理工程应用领域。

背景技术

金属酸洗废水、光伏电池含氟废水等工业废水基本上都会用到石灰沉淀法来中和酸性或沉淀污染物而调节pH至碱性，尤其在太阳能电池生产行业，混合废水污染物主要是氢氟酸、氟硅酸、硝酸等，一般废水含氟在2000mg/L左右，总氮浓度在600mg/L左右，通常采用两级混凝反应沉淀以去除F离子。除氟药剂就是石灰和氯化钙，而硝酸盐氮污染物则采用缺氧反硝化工艺。

在现有技术中，主要存在的问题是：以石灰沉淀法为主的工艺方法，为了达到金属离子或F离子指标达标排放，Ca离子往往投加过量，增加了废水中Ca的污染，除氟出水含钙浓度可达到400-600mg/L，直接影响后续生化脱氮工艺的效果，也会增加后续中水回用系统的投资和处理成本。

目前，低浓度钙离子的脱除方法常用的是水质软化工艺，如纳滤、反渗透等膜分离法、离子交换法、电渗析法等，而高浓度钙离子大多采用的是化学沉淀法，也有少部分使用石英砂过滤吸附法。化学沉淀法需要添加化学药剂，而过滤吸附法通常适合的处理规模较小，一般为了延长反应时间会使过滤分离设备加高，往往导致室内安装困难，且要定期更换过滤材料，内部结构复杂，成本高，操作难，处理不当就会产生二次污染。所以，目前需要一套简单经济的工艺装置与方法来长期稳定的处理含氮高钙废水。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种废水脱氮除钙一体化装置及方法，无需额外添加化学药剂，且分离含钙污泥和生化污泥，克服常规工艺缺陷，解决工业废水同时脱氮除钙的相互限制，可以长期稳定运行的组合装置。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种废水脱氮除钙一体化装置，包括反应区、分离区以及污泥回流系统，其中：

所述反应区包括两节以上的反应区段，所述反应区段首尾相连形成环形流反应池，所述反应区段包括第一厌氧段、一段以上的缺氧段，所述第一厌氧段、缺氧段依次连接，所述缺氧段包括依次连接的缺氧段B和缺氧段A；所述环形流反应池的廊道内设有潜水推流器，所述缺氧段A、缺氧段B内部均设置有曝气器，第一厌氧段为两端弧形廊道，不曝气。废水在环形反应区中，循环混合，反应充分，污泥停留时间长，水力流态兼有完全混合式和推流式的优点。

所述分离区分为物化刮泥区和生化刮泥区，所述分离区的进水侧依次设置有中间布水槽、污泥斗，所述分离区的出水侧依次设置有浮渣槽、集水槽。所述分离区上设置有刮泥机导轨和刮泥机，所述刮泥机导轨固定安装在分离区上，所述刮泥机安装在刮泥机导轨上，且所述刮泥机沿刮泥机导轨移动。所述刮泥机下端设有刮泥板，上端设有刮渣板。

所述污泥回流系统包括排泥泵/回流泵、污泥排泥管路、污泥回流管路、污泥转移槽，所述排泥泵/回流泵的进口通过管路与污泥斗出口连接，所述排泥泵/回流泵的出口分别与污泥排泥管路的进口、污泥回流管路的进口连接，所述污泥排泥管路的出口与污泥转移槽进口连接，所述污泥回流管路的出口分别连接在缺氧段A上。

所述反应区通过反应区出水管路与中间布水槽连接。

优选的：所述反应区内水流速度在0.4-0.6m/s。

优选的：所述缺氧段A、缺氧段B的曝气器的脉冲搅拌强度比在1：1.5-2。

优选的：所述物化刮泥区和生化刮泥区的分界点在刮泥机总行程长度的1/4-1/3处。

优选的：所述污泥斗的侧壁上设置有取样管阀。

优选的：所述分离区出水一侧设置有矩形出水堰，矩形出水堰与集水槽连通。

一种废水脱氮除钙方法，包括以下步骤：

步骤1，将含氮含钙的废水通过进水管道进入反应区。

步骤2，反应区内，废水在缺氧段进行反硝化反应，NO₃-N通过反硝化菌被还原为N₂，同时产生碱度。反硝化过程产生的HCO₃ ^-碱度，通过曝气器的曝气吹脱，转换为CO₂和CO₃ ^2-，pH值在8.5-9，废水中的Ca²⁺与CO₃ ^2-结合形成晶体大颗粒，在曝气器的曝气充氧和潜水推流器的水力推流结合的作用下，与絮状活性污泥分离，呈晶体悬浮颗粒状态。

在反硝化反应过程中，根据污泥浓度MLSS值控制曝气器的脉冲间歇时间和强度：

V＝Q/N_r×C_N/C_X

q₀＝V/n/h×s

q_A＝k×q₀

q_B＝r×q_A

其中，V表示反应区容积，Q表示处理水量，N_r表示脱氮负荷，C_N表示NO₃-N浓度，C_X表示污泥浓度MLSS，q₀表示脉冲平均供气量，n表示脉冲区数量，h表示反应区有效水深，s 表示脉冲强度，q_A表示缺氧段A脉冲供气量，k表示ORP氧化还原电位系数，q_B表示缺氧段 B脉冲供气量，r表示污泥回流比系数。

实时监测反应区出水管路中的ORP值，根据ORP值确定ORP氧化还原电位系数k，由ORP 氧化还原电位系数k和脉冲平均供气量q₀得到缺氧段A的脉冲供气量q_A，根据缺氧段A的脉冲供气量q_A实时控制缺氧段A的曝气器的脉冲间歇时间和强度。

实时监测污泥回流管路中的污泥回流量，得到污泥回流比系数，根据缺氧段A的脉冲供气量q_A和污泥回流比系数确定缺氧段B的脉冲供气量q_B，根据缺氧段B的脉冲供气量q_B控制缺氧段B的曝气器的脉冲间歇时间和强度。

步骤3，经过反硝化反应的废水通过反应区出水管路进入中间布水槽，流经中间布水槽上均布的过流孔进入依次流经分离区的物化刮泥区和生化刮泥区，废水通过水平流动，上清液由集水槽连接出水管路排出，而污泥在前端污泥区沉淀进行泥水分离，其中，物化污泥沉淀于物化刮泥区，生化污泥沉淀于生化刮泥区。启动刮泥机，刮泥机逆水流运行时，刮泥机的下端刮泥板将分离区底部污泥集中到排泥泵/回流泵，刮泥机顺水流运行时，上部浮渣由刮泥机的浮渣板刮到浮渣槽收。

步骤4，通过控制排泥泵/回流泵将物化污泥和部分生化污泥排入到污泥斗内，污泥斗通过自动阀门控制排泥,将污泥由排泥管路打入污泥转移池，以备转移到后续污泥处理系统。

通过控制排泥泵/回流泵将另一部分生化污泥通过污泥回流管路回流至反应区中的缺氧段A中。NO₃-N在缺氧段A和缺氧段B进行反硝化，同时原废水进水可补充一部分反硝化所需的碳源，生化污泥回流保证活性污泥浓度，有利于反硝化菌群保持活性。

优选的：实时监测反应区中溶解氧DO值，当溶解氧DO值在0.1mg/L以下，则开启缺氧段A和缺氧段B的曝气器，曝气器的脉冲持续时间在5-10min，间歇时间20-25min。溶解氧DO值达0.5mg/L，则停止缺氧段A和缺氧段B的曝气器。

本发明相比现有技术，具有以下有益效果：

1.反应区呈环状，且进行了分段优化，有缺氧段A、缺氧段B和厌氧段，改变了污泥回流方式，曝气和脉冲搅拌自动化控制。分离区改进了刮泥设备的运行方式，可以分批沉淀、刮泥及排泥，因此本发明自动化程度高，脱氮除钙效果好。

2.本发明克服了常规脱氮工艺反硝化反应不充分，微生物活性不高，脱氮效率低，污泥发生沉积和钙化等缺陷，同时结合分批沉淀分离的方法，解决了生化污泥和物化含钙污泥的分选难题。

3.将生物脱氮和化学沉淀分离结为一体，反应区不仅可以去除有机物COD、悬浮物SS 等污染，还可以高效脱除NO₃-N，同时可去除生化段水中所含的Ca离子污染物。其适用范围广、能适应不同水质水量的变化，投资少、运行成本低、出水水质好。

4.本发明实现了工艺装置优化组合、无需添加化学药剂、同时脱氮除钙，分离物化污泥和生化污泥，去除效率高，工艺自动化控制程度高，操作简单，安装方便，运行成熟稳定。

附图说明

图1为本发明的工艺装置流程示意图：

其中，1、反应区，2、分离区，3、污泥转移槽，4、进水管路，5、反应区出水管路，6、出水管路，7、潜水推流器，8、缺氧段A，9、缺氧段B，10、厌氧段，11、刮泥机，12、排泥泵/回流泵，13、污泥斗，14、浮渣槽，15、刮泥机导轨，16、中间布水槽，17、集水槽， 18、物化刮泥区，19、生化刮泥区，20、污泥回流管路，21、污泥排泥管路，22、污泥取样管阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种废水脱氮除钙一体化装置，如图1所示，包括反应区1、分离区2以及污泥回流系统，其中：

所述反应区包括两节以上的反应区段，在本实施例中反应区段有两节，分别为第一节反应区段和第二节反应区段，两节反应区段首尾相连形成环形流反应池，所述反应区段首尾相连形成环形流反应池，第一节反应区段包括依次相连的包括第一厌氧段10、两段缺氧段，两段缺氧段分别记为第一缺氧段和第二缺氧段，所述第一缺氧段包括缺氧段B一和缺氧段A一，所述第二缺氧段包括缺氧段B二和缺氧段A二，所述第一厌氧段10、缺氧段B一、缺氧段A 一、缺氧段B二和缺氧段A二依次连接，在本发明 的另一实施例中第一节反应区段包括一段的缺氧段。第二节反应区段包括依次相连的第二厌氧段、两段缺氧段，两段缺氧段分别记为第三缺氧段和第四缺氧段，所述第三缺氧段包括缺氧段B三和缺氧段A三，所述第四缺氧段包括缺氧段B四和缺氧段A四，所述第二厌氧段、缺氧段B三、缺氧段A三、缺氧段B四和缺氧段A四依次连接；在本发明 的另一实施例中第二节反应区段包括一段的缺氧段。如图1所示，所述第一厌氧段10、缺氧段B一、缺氧段A一、缺氧段B二、缺氧段A二、第二厌氧段、缺氧段B三、缺氧段A三、缺氧段B四、缺氧段A四依次首尾相连形成环形反应池。也就是说，缺氧段B9包括缺氧段B一、缺氧段B二、缺氧段B三、缺氧段B四，缺氧段 A8包括缺氧段A一、缺氧段A二、缺氧段A三、缺氧段A四。在另一实施例中，反应区段有三节。所述环形流反应池的廊道内设有潜水推流器7，所述缺氧段B一、缺氧段A一、缺氧段B二、缺氧段A二、缺氧段B三、缺氧段A三、缺氧段B四、缺氧段A四设置有微孔曝气器，形成微孔曝气区域，第一厌氧段10、第二厌氧段为两端弧形廊道，不曝气。环形流反应池设置潜水推流器7和微孔曝气，保证了完全混合推流式的水力状态，首尾相连，停留时间长，循环处理效率高。其中缺氧段A、缺氧段B的面积比控制在1：1-1.5，两个区域的曝气量控制在1：1.5-2。根据废水含钙的浓度，一般在400mg/L以上，缺氧段缺氧段A、缺氧段 B的曝气量控制气水比在8-12：1。

在反应区1内，不额外添加化学药剂，通过均匀曝气和自身的反硝化环境，pH在8.5-9，使得反硝化产生的HCO₃ ^-转换为CO₃ ^2-，进而形成CaCO₃晶体颗粒，在反应区特有的气水混合流态下，CaCO₃以Ca离子为晶核，通过化学键结合CO₃离子，晶体之间的相互作用，逐渐形成更大的晶体颗粒污泥，而生化活性污泥呈细小絮状体，生化污泥表面有细菌活动代谢的粘液，易黏附CaCO₃污泥，物化和生化污泥通过曝气吹脱可实现分离，互不影响，相互共存。

反应区设置了多级缺氧-厌氧段，优化了分区，缺氧段B与缺氧段A的脉冲搅拌强度比在 1.5-2：1，缺氧段控制DO溶解氧在0.1-0.5mg/L。厌氧段，不曝气，污泥下沉到底部，再随水流到缺氧段B，污泥再次被搅拌悬浮起来，这样更有利于活性污泥对非溶解性污染物的吸附去除。同时，厌氧-缺氧的更替，可加速液面不断更新，促进氧的传递，提高泥水混合度，生化污泥表面菌群在气水混合和溶氧梯度传递的作用下，代谢更新，产生新的胞外液，具有更好的吸附和凝聚性。而物化污泥在水力推动和气力搅拌下，不断更新，形成更稳定的晶体颗粒。如此有利于生化污泥和物化污泥絮体的切割分离，也有利于两种污泥絮体各自的再生和凝聚。

反应区缺氧段B和缺氧段A采用微孔曝气，脉冲式搅拌，在控制反硝化需氧环境的同时，将含钙污泥颗粒和生化污泥颗粒进行吹脱分离。

在每段缺氧段内部分别设置两个不同分布的微孔曝气器的区域(在缺氧段B和缺氧段A 分别设置不同分布的微孔曝气器的区域)，形成两个不同强度的脉冲搅拌区域，因此在反应区 1共设置了8个不同强度的脉冲搅拌区域，然后，根据溶解氧DO值、污泥浓度MLSS值控制脉冲间歇时间和强度，优化反硝化需氧环境和水力条件，同时保证脱除生化污泥上的钙沉积，且避免池底污泥淤积。相关公式如下：

V＝Q/N_r×C_N/C_X (1)

q₀＝V/n/h×s (2)

q_A＝k×q₀ (3)

q_B＝r×q_A (4)

其中，V表示反应区容积(m³)，Q表示处理水量(m³/d)，N_r表示脱氮负荷(kgNO₃-N/kgMLSS ﹒d)，C_N表示NO₃-N浓度(mg/L)，C_X表示污泥浓度MLSS(mg/L)，q₀表示脉冲平均供气量(m³/min)， n表示脉冲区数量(个)，h表示反应区有效水深h(m)，s表示脉冲强度(m³/min﹒m²)，q_A表示缺氧段A脉冲供气量(m³/min)，k表示ORP氧化还原电位系数，ORP表示氧化还原电位，q_B表示缺氧段B脉冲供气量(m³/min)，r表示污泥回流比系数。

公式说明：

1、NO₃-N与MLSS比值在0.1以下，Nr取值在0.04-0.06，NO₃-N与MLSS比值大于0.1，则Nr取值在0.06-0.08。

2、MLSS值在3500mg/L以下，脉冲强度控制在0.01m³/min﹒m²，MLSS值在大于3500mg/L，脉冲强度控制在0.02m³/min﹒m²。

3、在反硝化脱氮系统的控制中，出水段ORP值可作为脉冲供气量的反馈修正值，一般 ORP值越高，则水中NO₃-N浓度较高，说明反硝化效果不好。而ORP值过低，则维持生化脱氮的污泥活性不够，容易造成水解酸化和厌氧细菌大量繁殖。在本发明的一体化装置中，监测ORP值在50-100mv，ORP氧化还原电位系数k值取0.7-0.9。ORP值在-100--50mv，ORP系数k值取1.1-1.2。ORP值-50-+50mv，ORP系数k值取1。由系数k和平均脉冲供气量可得缺氧段A的脉冲供气量。

4、缺氧段B的脉冲供气量由缺氧段A供气量和污泥回流量比值确定，污泥回流比50-75％，则系数r取值1.2-1.5，回流比75-100％，则系数r取值1-1.2。污泥回流比不能太大，否则会将大量溶解氧带入反硝化系统，使得硝化菌占据优势，而抑制反硝化菌活性。

5、脉冲持续时间在5-10min，间歇时间20-25min，反应区的DO在0.1mg/L以下，则开启脉冲，DO达0.5mg/L则停止脉冲供气。根据各区污泥浓度的不同，各区脉冲独立控制启停。反应区的设置弧形厌氧段，不供氧。厌氧-缺氧的更替，可提高NO₃-N以及COD、SS、TP等其它污染物的去除率，还可以促进污泥絮体的切割分离，以及絮体颗粒的再生和凝聚。

所述分离区2分为物化刮泥区18和生化刮泥区19，分离区前端为物化刮泥区，后端为生化刮泥区，并设置了分批刮泥和排泥程序，可实现物化碳酸钙污泥和生化活性污泥的分离。根据CaCO₃污泥和生化污泥的沉淀时间及密度的区别，设定刮泥机相应的行程往返时间与分界点，一般物化刮泥区18和生化刮泥区19的分界点在刮泥机总行程长度的1/4-1/3处，分批自动化控制刮泥和排泥时间，首先排出较重的CaCO₃污泥至污泥转移槽，再将活性污泥用泵抽出。所述分离区2的进水侧依次设置有中间布水槽16、污泥斗13，所述分离区2的出水侧依次设置有浮渣槽14、集水槽17。所述分离区2上设置有刮泥机导轨15和刮泥机11，所述刮泥机导轨15固定安装在分离区2上，所述刮泥机11安装在刮泥机导轨15上，且所述刮泥机11 沿刮泥机导轨15移动。所述刮泥机11下端设有刮泥板，上端设有刮渣板。污泥斗侧壁设置多组取样管阀22，定时监测反应区出水的污泥特性，作为刮泥机刮泥程序的辅助判断依据。

分离区进水的布水槽，废水通过均匀布置的过流孔溢流，分离区后端的出水安装了数条矩形出水堰，上清液均匀汇集到集水槽，保证水流均态分布。

刮泥机下端设有刮泥板，上端设有刮渣板，下端刮泥至污泥斗，上端刮渣至浮渣槽。污泥斗和浮渣槽分设两端，刮泥机朝污泥斗端行驶时刮泥，反向行驶时刮渣。

所述污泥回流系统包括排泥泵/回流泵12、污泥排泥管路21、污泥回流管路20、污泥转移槽3，所述排泥泵/回流泵12的进口通过管路与污泥斗13出口连接，所述排泥泵/回流泵12 的出口分别与污泥排泥管路21的进口、污泥回流管路20的进口连接，所述污泥排泥管路21 的出口与污泥转移槽3进口连接，所述污泥回流管路20的出口分别连接在缺氧段A一、缺氧段A二、缺氧段A三、缺氧段A四上。污泥回流系统设置了多点回流至4个缺氧段，按照水力流向，装置的进水管和出水管分别连接在首末端的缺氧段外侧。

分离区设置的排泥泵兼有回流泵的作用，在底部CaCO₃污泥排出后将活性污泥回流至反应区。

反应区1进水和回流污泥点均设置在缺氧段A8上，大量NO₃-N在缺氧段进行反硝化，同时原废水进水可补充一部分反硝化所需的碳源，污泥回流保证活性污泥浓度在4000-5000mg/L，这样更有利于反硝化菌群保持活性。结合刮泥机在生化刮泥区的运行时间和速度程序，间歇回流污泥，回流管路20与回流泵12连接，通过自动阀门控制回流时间和间隔，一般总氮含量在500mg/L以上，回流控制30-50min,回流比50-100％。

所述污泥斗13的侧壁上设置有取样管阀22。所述分离区2出水一侧设置有矩形出水堰，矩形出水堰与集水槽17连通。

反应区和分离区可以通过法兰连接进出水管道，能分开拆装或多级串联组合，结合实际场地条件，现场灵活组装，因此反应区1与分离区2可拆装组合，流程及构造简单，反应彻底，泥水分离效果好，对有机冲击负荷等适应性强，性能稳定。控制刮泥机在物化刮泥区的运行时间、速度以及排泥泵的启闭，一般控制刮泥机行程的速度在0.7-1.0m/min，排泥时间 10-15min，根据污泥量控制排泥间歇。通过较精准的自动化控制，能实现碳酸钙污泥和生化活性污泥的分离，分批排出碳酸钙污泥，避免反应区1中活性污泥的钙化影响，去除钙离子的同时，保证了反硝化脱氮的效果。

经过石灰乳和氯化钙两级沉淀处理后的含氮含钙废水，通过进水管道4进入反应区1，反应区1内，缺氧段(缺氧段A8、缺氧段B9)进行反硝化反应，NO₃-N通过反硝化菌被还原为N₂，同时产生碱度。反硝化反应需要有机碳作为碳源，废水中易生物降解的有机物不足时，需补充碳源如甲醇等。反硝化过程产生的HCO₃ ^-碱度，通过曝气吹脱，转换为CO₂和CO₃ ^2-，pH值在8.5-9，废水中的Ca²⁺与CO₃ ^2-结合形成晶体大颗粒，在循环充氧和水力推流结合的作用下，与絮状活性污泥分离，呈晶体悬浮颗粒状态。

分离区的进水设置了布水槽和过流孔，出水设置了出水堰和集水槽，保证水力均布。

反应区1的出水通过管道5进入中间布水槽16，流经均布的过流孔进入分离区2，废水通过水平流动，上清液由集水槽17连接出水管路6排出，而污泥在前端污泥区沉淀进行泥水分离，刮泥机11的下端刮泥板将底部污泥集中到污泥斗13，上部浮渣由浮渣板刮到浮渣槽 14收集。刮泥机通过底部刮泥板将污泥集中到污泥斗处，顶部浮渣刮到浮渣槽定期清除，出水通过出水堰收集，再到出水槽连接管道排出。污泥斗13通过排泥管与排泥泵12相连，通过自动阀门控制排泥,将污泥由排泥管路16打入污泥转移池3，以备转移到后续污泥处理系统。污泥斗设有排泥管，与排泥泵连接，定时定量排出污泥至污泥转移槽，以备后续污泥处理。所述排泥泵兼有回流泵的作用，自动控制污泥回流至前端反应区的缺氧段。

一种废水脱氮除钙方法，包括以下步骤：

步骤1，将经过石灰乳和氯化钙两级沉淀处理后的废水通过进水管道4进入反应区1。

步骤2，反应区1内，废水在缺氧段进行反硝化反应，NO₃-N通过反硝化菌被还原为N₂，同时产生碱度。反硝化过程产生的HCO₃ ^-碱度，通过曝气器的曝气吹脱，转换为CO₂和CO₃ ^2-， pH值在8.5-9，废水中的Ca²⁺与CO₃ ^2-结合形成晶体大颗粒，在曝气器的曝气充氧和潜水推流器7的水力推流结合的作用下，与絮状活性污泥分离，呈晶体悬浮颗粒状态。

在反硝化反应过程中，根据公式1-4控制曝气器的脉冲间歇时间和强度：

实时监测反应区出水管路5中的ORP值，根据ORP值确定ORP氧化还原电位系数k，由ORP氧化还原电位系数k和脉冲平均供气量q₀得到缺氧段A的脉冲供气量q_A，根据缺氧段A 的脉冲供气量q_A实时控制缺氧段A的曝气器的脉冲间歇时间和强度。

实时监测污泥回流管路20中的污泥回流量，得到污泥回流比系数，根据缺氧段A的脉冲供气量q_A和污泥回流比系数确定缺氧段B的脉冲供气量q_B，根据缺氧段B的脉冲供气量q_B控制缺氧段B的曝气器的脉冲间歇时间和强度。

步骤3，经过反硝化反应的废水通过反应区出水管路5进入中间布水槽16，流经中间布水槽16上均布的过流孔进入依次流经分离区2的物化刮泥区18和生化刮泥区19，废水通过水平流动，上清液由集水槽17连接出水管路6排出，而污泥在前端污泥区沉淀进行泥水分离，其中，物化污泥沉淀于物化刮泥区18，生化污泥沉淀于生化刮泥区19。启动刮泥机11，刮泥机11逆水流运行时，刮泥机11的下端刮泥板将分离区2底部污泥集中到排泥泵/回流泵12，刮泥机11顺水流运行时，上部浮渣由刮泥机11的浮渣板刮到浮渣槽14收集。

步骤4，通过控制排泥泵/回流泵12将物化污泥和部分生化污泥排入到污泥斗13内，污泥斗13通过自动阀门控制排泥,将污泥由排泥管路16打入污泥转移池3，以备转移到后续污泥处理系统。

通过控制排泥泵/回流泵12将另一部分生化污泥通过污泥回流管路20回流至反应区1中的缺氧段A中。NO₃-N在缺氧段A和缺氧段B进行反硝化，同时原废水进水可补充一部分反硝化所需的碳源，生化污泥回流保证活性污泥浓度，有利于反硝化菌群保持活性。

实例1

某太阳能电池废水，原水含F为1800mg/L,TN为400mg/L，NO₃-N为385mg/L，经过物化石灰法除氟后，进入本发明。采用了两套装置(反应区1与分离区2)串联，一级反应区进水NO₃-N为385mg/L，Ca离子316mg/L。除氟废水经过脱氮除钙一体化装置，在反应区内进行反硝化脱氮，同时反应区内设微孔曝气，促进反硝化产生的CO₃ ^2-碱度与废水中的Ca离子形成晶体颗粒，泥水分离在分离区内完成，达到脱氮除钙的目的。经过两级脱氮除钙一体化装置的处理，出水TN为28mg/L，去除率达90％以上，Ca离子出水37mg/L，去除率达到88％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种废水脱氮除钙一体化装置，其特征在于：包括反应区(1)、分离区(2)以及污泥回流系统，其中：

所述反应区(1)包括两节以上的反应区段，所述反应区段首尾相连形成环形流反应池，所述反应区段包括第一厌氧段(10)、一段以上的缺氧段，所述第一厌氧段(10)、缺氧段依次连接，所述缺氧段包括依次连接的缺氧段B(9)和缺氧段A(8)；所述环形流反应池的廊道内设有潜水推流器(7)，所述缺氧段A(8)、缺氧段B(9)内部均设置有曝气器，第一厌氧段(10)为两端弧形廊道，不曝气；

所述分离区(2)分为物化刮泥区(18)和生化刮泥区(19)，所述分离区(2)的进水侧依次设置有中间布水槽(16)、污泥斗(13)，所述分离区(2)的出水侧依次设置有浮渣槽(14)、集水槽(17)；所述分离区(2)上设置有刮泥机导轨(15)和刮泥机(11)，所述刮泥机导轨(15)固定安装在分离区(2)上，所述刮泥机(11)安装在刮泥机导轨(15)上，且所述刮泥机(11)沿刮泥机导轨(15)移动；所述刮泥机(11)下端设有刮泥板，上端设有刮渣板；

所述污泥回流系统包括排泥泵/回流泵(12)、污泥排泥管路(21)、污泥回流管路(20)、污泥转移槽(3)，所述排泥泵/回流泵(12)的进口通过管路与污泥斗(13)出口连接，所述排泥泵/回流泵(12)的出口分别与污泥排泥管路(21)的进口、污泥回流管路(20)的进口连接，所述污泥排泥管路(21)的出口与污泥转移槽(3)进口连接，所述污泥回流管路(20)的出口分别连接在缺氧段A(8)上；

所述反应区(1)通过反应区出水管路(5)与中间布水槽(16)连接。

2.根据权利要求1所述废水脱氮除钙一体化装置，其特征在于：所述反应区(1)内水流速度在0.4-0.6m/s。

3.根据权利要求1所述废水脱氮除钙一体化装置，其特征在于：所述缺氧段A(8)、缺氧段B(9)的曝气器的脉冲搅拌强度比在1：1.5-2。

4.根据权利要求1所述废水脱氮除钙一体化装置，其特征在于：所述物化刮泥区(18)和生化刮泥区(19)的分界点在刮泥机总行程长度的1/4-1/3处。

5.根据权利要求1所述废水脱氮除钙一体化装置，其特征在于：所述污泥斗(13)的侧壁上设置有取样管阀(22)。

6.根据权利要求1所述废水脱氮除钙一体化装置，其特征在于：所述分离区(2)出水一侧设置有矩形出水堰，矩形出水堰与集水槽(17)连通。

7.一种基于权利要求1至6任一所述废水脱氮除钙一体化装置的废水脱氮除钙方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将含氮含钙的废水通过进水管道(4)进入反应区(1)；

步骤2，反应区(1)内，废水在缺氧段进行反硝化反应，NO₃ ^--N通过反硝化菌被还原为N₂，同时产生碱度；反硝化过程产生的HCO₃ ^-碱度，通过曝气器的曝气吹脱，转换为CO₂和CO₃ ^2-，pH值在8.5-9，废水中的Ca²⁺与CO₃ ^2-结合形成晶体大颗粒，在曝气器的曝气充氧和潜水推流器(7)的水力推流结合的作用下，与絮状活性污泥分离，呈晶体悬浮颗粒状态；

在反硝化反应过程中，根据污泥浓度MLSS值控制曝气器的脉冲间歇时间和强度：

V＝Q/N_r×C_N/C_X

q₀＝V/n/h×s

q_A＝k×q₀

q_B＝r×q_A

其中，V表示反应区容积，Q表示处理水量，N_r表示脱氮负荷，C_N表示NO₃ ^--N浓度，C_X表示污泥浓度MLSS，q₀表示脉冲平均供气量，n表示脉冲区数量，h表示反应区有效水深，s表示脉冲强度，q_A表示缺氧段A脉冲供气量，k表示ORP氧化还原电位系数，q_B表示缺氧段B脉冲供气量，r表示污泥回流比系数；

实时监测反应区出水管路(5)中的ORP值，根据ORP值确定ORP氧化还原电位系数k，由ORP氧化还原电位系数k和脉冲平均供气量q₀得到缺氧段A的脉冲供气量q_A，根据缺氧段A的脉冲供气量q_A实时控制缺氧段A的曝气器的脉冲间歇时间和强度；

实时监测污泥回流管路(20)中的污泥回流量，得到污泥回流比系数，根据缺氧段A的脉冲供气量q_A和污泥回流比系数确定缺氧段B的脉冲供气量q_B，根据缺氧段B的脉冲供气量q_B控制缺氧段B的曝气器的脉冲间歇时间和强度；

步骤3，经过反硝化反应的废水通过反应区出水管路(5)进入中间布水槽(16)，流经中间布水槽(16)上均布的过流孔进入依次流经分离区(2)的物化刮泥区(18)和生化刮泥区(19)，废水通过水平流动，上清液由集水槽(17)连接出水管路(6)排出，而污泥在前端污泥区沉淀进行泥水分离，其中，物化污泥沉淀于物化刮泥区(18)，生化污泥沉淀于生化刮泥区(19)；启动刮泥机(11)，刮泥机(11)逆水流运行时，刮泥机(11)的下端刮泥板将分离区(2)底部污泥集中到排泥泵/回流泵(12)，刮泥机(11)顺水流运行时，上部浮渣由刮泥机(11)的浮渣板刮到浮渣槽(14)收；

步骤4，通过控制排泥泵/回流泵(12)将物化污泥和部分生化污泥排入到污泥斗(13)内，污泥斗(13)通过自动阀门控制排泥,将污泥由污泥排泥管路(21)打入污泥转移槽(3)，以备转移到后续污泥处理系统；

通过控制排泥泵/回流泵(12)将另一部分生化污泥通过污泥回流管路(20)回流至反应区(1)中的缺氧段A中；NO₃ ^--N在缺氧段A和缺氧段B进行反硝化，同时原废水进水可补充一部分反硝化所需的碳源，生化污泥回流保证活性污泥浓度，有利于反硝化菌群保持活性。

8.根据权利要求7所述废水脱氮除钙方法，其特征在于：实时监测反应区中溶解氧DO值，当溶解氧DO值在0.1mg/L以下，则开启缺氧段A和缺氧段B的曝气器，曝气器的脉冲持续时间在5-10min，间歇时间20-25min；溶解氧DO值达0.5mg/L，则停止缺氧段A和缺氧段B的曝气器。

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