CN111977915A - 一种高效生物脱碳除氮方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效生物脱碳除氮方法和系统。包括PEIC厌氧反应器、碱液喷淋装置、好氧池、沉淀池、高效脱氮装置，PEIC厌氧反应器的气体出口与碱液喷淋装置连接，碱液喷淋装置的液体出口与高效脱氮装置连接，PEIC厌氧反应器的液体出口与好氧池连接，好氧池的出口与沉淀池连接，沉淀池的液体出口和高效脱氮装置连接。具有出水的COD值降低，含氮量降低的优势，整体的产污泥量降低。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种高效生物脱碳除氮方法和系统。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
污水处理的标准中对总COD、总氮和总磷的等方面具有较高或更为严格的要求。污水处理的结果对环境产生直接的影响，随着对环保方面的意识程度加深，所以国家对这方面的政策也是日趋严格。对于污水中的总氮污染物的去除压力变大，每吨废水需要补充的碳源量也逐渐增加，提高了运行的费用。同时，常规生化方法处理精度有限难以保证日趋严格的国家排放标准。
如果针对某一种特征污染因子进行主要治理，会造成较大的资源浪费的同时，导致较高运行费用和处置费用。
现有的污水处理装置占地面积较大，污泥的产生量较多，在污水处理之外，增加了降解的处置成本。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高效生物脱碳除氮方法和系统。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
第一方面，一种高效生物脱碳除氮系统，包括PEIC厌氧反应器、碱液喷淋装置、好氧池、沉淀池、高效脱氮装置，PEIC厌氧反应器的气体出口与碱液喷淋装置连接，碱液喷淋装置的液体出口与高效脱氮装置连接，PEIC厌氧反应器的液体出口与好氧池连接，好氧池的出口与沉淀池连接，沉淀池的液体出口和高效脱氮装置连接。
相比于传统的好氧池和厌氧池组合的系统，利用好氧池和沉淀池、高效脱氮装置组合的系统具有占地面积小的优点，保证了高效脱氮装置的生物群落稳定性和高负荷运行。
碱液喷淋装置的液体出口和高效脱氮装置连接，降低了碳源的需求量。
第二方面，一种高效生物脱碳除氮方法，具体步骤为：
废水经过厌氧反应处理后，得到含有氨氮的废水、混合气；
混合气部分被碱液吸收进行脱硫，碱液吸收后的少量液体和脱硫后得到的含硫固液进入生物除氮工序中；
含有氨氮的废水进行好氧处理，然后进行沉淀，沉淀后的废水进行生物除氮处理。
本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：
相比于传统的厌氧池和好氧池配合进行脱碳除氮的处理系统，具有出水的COD值降低，含氮量降低的优势，整体的产污泥量降低。
由于高效脱氮装置相比于厌氧池，具有占地面积小的优势；
经过PEIC厌氧反应器得到的气体进行再利用得到脱硫液和硫单质，再次利用到高效脱氮程序中，解决了硫液的再处理问题，可以降低碳源的补充量，甲烷进入发电机组进行发电的应用，提高了利用的价值。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为高效生物脱碳除氮系统的结构图；
其中1-配水井，2-蒸汽系统，3-提升泵，4-PEIC厌氧反应器，5-汽水分离器，6-水封罐，7-碱液喷淋系统，8-脱硫装置，9-发电机组，10-好氧系统，11-风机，12-沉淀池，13-高效脱氮装置，14-硫液输送管。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
第一方面，一种高效生物脱碳除氮系统，包括PEIC厌氧反应器、碱液喷淋装置、好氧池、沉淀池、高效脱氮装置，PEIC厌氧反应器的气体出口与碱液喷淋装置连接，碱液喷淋装置的液体出口与高效脱氮装置连接，PEIC厌氧反应器的液体出口与好氧池连接，好氧池的出口与沉淀池连接，沉淀池的液体出口和高效脱氮装置连接。
相比于传统的好氧池和厌氧池组合的系统，利用好氧池和沉淀池、高效脱氮装置组合的系统具有占地面积小的优点，保证了高效脱氮装置的生物群落稳定性和高负荷运行。
碱液喷淋装置的液体出口和高效脱氮装置连接，降低了碳源的需求量。
在本发明的一些实施方式中，还包括配水井，配水井与PEIC厌氧反应器的进水口连接。
在本发明的一些实施方式中，还包括提升泵，提升泵设置在配水井和PEIC厌氧反应器连接的管道上。
在本发明的一些实施方式中，还包括水封罐，PEIC厌氧反应器的顶部设置汽液分离器，汽液分离器的气体出口与水封罐连接。
在本发明的一些实施方式中，还包括脱硫装置，碱液喷淋装置的气体出口与脱硫装置的气体进口连接，脱硫装置的液体出口与高效脱氮装置连接。
该脱硫装置利用常规脱硫工艺，利用硫化氢气体极易溶于富含氢氧化钠碱液转换为硫化钠溶液从而去除气体组分中的硫化氢，也极大地保证了发电机组的稳定运行，同时硫化钠溶液经过微生物换转为氢氧化钠和硫单质，实现了80-95％比例的氢氧化钠回用、90％以上硫单质产生和2-10％的硫化钠溶液。
在本发明的一些实施方式中，脱硫装置为生物反应池，生物反应池的内部填充氢氧化钠溶液和微生物介质。利用硫还原微生物将90％以上的离子态硫化物转换为硫单质。
在本发明的一些实施方式中，高效脱氮装置为兼性缺氧或厌氧反应池，反应器内填充自养反硝化微生物、异氧反硝化微生物、硫铁矿。微量DO来源于好氧池残留余量，采取协同作用，随着碳源量的降低，自养反硝化微生物不断增加微生物占比。
反应的前期投加的菌泥中含有自养和异氧微生物，随碳源量降低，异氧微生物会不断淘汰洗出或死亡，逐步增大自养微生物比例；但是污水中不可避免含少量碳源，不会导致异氧微生物全部消失，最终形成自养微生物主导、异氧微生物协同的形式。
在本发明的一些实施方式中，还包括发电机组，脱硫装置的气体出口与发电机组连接。
在本发明的一些实施方式中，还包括风机，风机与好氧池连接。
第二方面，一种高效生物脱碳除氮方法，具体步骤为：
废水经过厌氧反应处理后，得到含有氨氮的废水、混合气；
混合气部分被碱液吸收进行脱硫，碱液吸收后的少量液体和脱硫后得到的含硫固液体进入生物除氮工序中；
含有氨氮的废水进行好氧处理，然后进行沉淀，沉淀后的废水进行生物除氮处理。
在本发明的一些实施方式中，废水经过厌氧反应处理后得到的混合气中含有的气体重量比为甲烷50-75％、二氧化碳20-40％、硫化氢0.5-3.5％。
在本发明的一些实施方式中，经过脱硫后得到的混合气进行发电。
高效生物脱碳除氮系统中包括PEIC厌氧反应器、碱液喷淋装置、好氧池、沉淀池、高效脱氮装置，PEIC厌氧反应器的气体出口与碱液喷淋装置连接，碱液喷淋装置的液体出口与高效脱氮装置连接，PEIC厌氧反应器的液体出口与好氧池连接，好氧池的出口与沉淀池连接，沉淀池的液体出口和高效脱氮装置连接。
PEIC厌氧反应器为申请号201910620903.2中记载的厌氧反应装置。
高效脱氮装置的反应机理主要如下：
5FeS+9NO3 -+8H2O→5Fe(OH)3+5SO4 2-+4.5N2+H+
FeS2+3NO3 -+2H2O→Fe(OH)3+2SO4 2-+1.5N2+H+
1.1S+NO3 -+0.76H2O+0.4CO2+0.08NH4 +→0.08C5H7O2N+0.5N2+1.1SO4 2-+1.28H+
利用好氧硝化将氨氮转为硝态氮，利用硫自养菌种(自养微生物包含硫自养微生物)为主导协同异氧反硝化菌属将硝态氮转换为氮气，同时自养菌反应速率是异养菌的2-8倍，而产泥率仅为20-40％，处置效率高而运行费用低，经济效益明显。
碱液喷淋装置为利用碱液作为喷淋液，碱液与混合气中的硫化氢反应得到硫化钠。
脱硫装置，用于将混合气中的剩余硫，通过生物处理的过程，得到含硫单质。
配水井和蒸汽入管2连接，利用蒸汽加热配水井内的废水，然后废水在提升泵3的作用下进入到PEIC厌氧反应器4中进行后续处理。
混合气进入到水封罐中，目的是除去混合气中的水分，除去水分后再进入碱液喷淋装置中进行喷淋吸收。
脱硫后的混合气进入到发电机组，进行发电。
好氧池通过风机进行供氧。
脱硫装置为生物脱硫系统，生物脱硫可保证90％左右的氢氧化钠循环利用。
实施例1
废水从配水井1经过提升泵3进入PEIC厌氧反应器4，利用蒸汽入管2向配水井1内提供加热源，控制配水井内的废水温度为32-38℃，高浓度废水经过PEIC厌氧反应器4将有机氮转换为氨氮，长碳链有机物90％以上转换为甲烷，硫酸根从液相中变为气相中硫化氢，甲烷、二氧化碳和硫化氢气体经过汽水分离器5进入水封罐6除湿后进入碱液喷淋装置7和脱硫装置8，将系统产生的废液硫化钠和含硫单质通过硫液输送管14输送到高效脱氮装置13，脱硫后的甲烷、二氧化碳进入发电机组9进行发电利用，厌氧出水进入好氧池10，好氧池出水进入沉淀池12进行泥水分离，泥水分离后的污水进入到高效脱氮装置13。
利用后置高负荷的高效脱氮装置13代替了传统A池，以缩小占地面积(自养反硝化去除速率快，单位质量的污泥去除硝态氮的量更高)。
利用风机11提供氧气，将氨氮氧化为硝态氮，并进一步进行COD的分解或去除，同时也保证后段高效脱氮装置13微生物群落的稳定性和高负荷运行，利用脱硫系统产生的硫化钠和硫单质提供高效脱氮装置13的反应底物。
配水井内的废水进入到PEIC厌氧反应器内，有机物经过水解发酵、产氢产乙酸、产甲烷断链分解产生的甲烷和二氧化碳，以及厌氧条件下将硫酸根转换为硫化氢，其中甲烷占比50-75％、二氧化碳占比20-40％、硫化氢占比0.5-3.5％。
产生的混合气经过气液分离、水封罐除水后，进入到碱液喷淋装置进行吸收处理，然后进入脱硫装置进行脱硫处理，脱硫后的混合气进入发电机组用于发电，硫化氢会对发电机组的设备产生严重腐蚀，影响使用寿命，故必须降低甲烷成分中的硫化氢浓度，一般控制在0.02％以内；而采用其他方式除硫会导致生成的硫酸盐难以处理，同时难以高效刺激自养反硝化菌的活性；利用生物脱硫系统对吸收硫化氢的碱液进行再生，利用硫系微生物菌属，将硫化钠还原为硫单质，还原率可达98％以上。
混合气中98—99.9％的硫单质和其他微量的硫化钠通入高效脱氮装置13中，高效脱氮装置13中自养反硝化微生物的活性是传统反硝化的2-20倍，同时节省了大量外加碳源，将极大的减少了污泥产生量，可降低业主的污泥处置费用，第三，硫自养反硝化的去除精度优于传统反硝化(传统反硝化针对高浓度硝氮大于500mg./L去除能力有限，针对低浓度<50mg/L，难以保证硝氮出水15以内，从而达到一级a的标准，而硫自养反硝化可将硝氮去除至3mg/L以内)，可较好的保证出水总氮去除效率。
向高效脱氮装置13中通入硫化钠和含硫单质，刺激自养反硝化微生物的活性，提高自养型微生物在该反应器中的占比，极大地降低了碳源需求量，对比传统反硝化工艺可节省大量的外加碳源补充，可降低药剂投加费用，同时自养反硝化与异氧反硝化相比，增殖速率慢以及低碳源情况下减少了大量的除碳菌的增殖，可极大的减少污泥处置费用(相比于传统异养反硝化，除碳菌对有机碳源的亲和力高于反硝化菌，也正是如此反硝化效率的完成势必保证足量的有机碳源，这就导致了大量的除碳菌繁殖)。
工业废水进水COD约8000mg/L，总氮300mg/L(其中氨氮40mg/L，有机氮260mg/L)，经过厌氧出水COD约700mg/L，总氮300mg/L(基本全是氨氮，氨化作用较彻底)，出水一分为二，一条工艺线采取传统A池+O池，提供原水补充反硝化碳源(进水碳氮比约8:1)，出水COD约330mg/L，总氮30mg/L；另一条工艺线为O池+二沉池+高效脱氮装置(实施例1的好氧池、沉淀池、高效脱氮装置)，未进行原水碳源补充，出水COD172mg/L，总氮3-8mg/L；运行费用对比，高效脱氮装置工艺线路对比整体减少产泥量9.6kg/m3(污泥含水率以85％计)，占地面积减小约20％，同时沼气脱硫产生脱硫液和硫单质得以再次利用，也解决了脱硫液的去处问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高效生物脱碳除氮系统，其特征在于：包括PEIC厌氧反应器、碱液喷淋装置、好氧池、沉淀池、高效脱氮装置，PEIC厌氧反应器的气体出口与碱液喷淋装置连接，碱液喷淋装置的液体出口与高效脱氮装置连接，PEIC厌氧反应器的液体出口与好氧池连接，好氧池的出口与沉淀池连接，沉淀池的液体出口和高效脱氮装置连接。
2.如权利要求1所述的高效生物脱碳除氮系统，其特征在于：还包括配水井，配水井与PEIC厌氧反应器的进水口连接。
3.如权利要求1所述的高效生物脱碳除氮系统，其特征在于：还包括提升泵，提升泵设置在配水井和PEIC厌氧反应器连接的管道上。
4.如权利要求1所述的高效生物脱碳除氮系统，其特征在于：还包括水封罐，PEIC厌氧反应器的顶部设置汽液分离器，汽液分离器的气体出口与水封罐连接。
5.如权利要求1所述的高效生物脱碳除氮系统，其特征在于：还包括脱硫装置，碱液喷淋装置的气体出口与脱硫装置的气体进口连接，脱硫装置的液体出口与高效脱氮装置连接；
优选的，脱硫装置为生物反应池，生物反应池的内部填充氢氧化钠溶液和微生物介质；
或，高效脱氮装置为兼性缺氧或厌氧反应池，反应器内填充自养反硝化微生物、异氧反硝化微生物、硫铁矿。
6.如权利要求1所述的高效生物脱碳除氮系统，其特征在于：还包括发电机组，脱硫装置的气体出口与发电机组连接。
7.如权利要求1所述的高效生物脱碳除氮系统，其特征在于：还包括风机，风机与好氧池连接。
8.一种高效生物脱碳除氮方法，其特征在于：具体步骤为：
废水经过厌氧反应处理后，得到含有氨氮的废水、混合气；
混合气部分被碱液吸收，剩余的气体进行脱硫，碱液吸收后的液体和脱硫后得到的液体进入生物除氮工序中；
含有氨氮的废水进行好氧处理，然后进行沉淀，沉淀后的废水进行生物除氮处理。
9.如权利要求8所述的高效生物脱碳除氮方法，其特征在于：废水经过厌氧反应处理后得到的混合气中含有的气体重量比为甲烷50-75％、二氧化碳20-40％、硫化氢0.5-3.5％。
10.如权利要求8所述的高效生物脱碳除氮方法，其特征在于：经过脱硫后得到的混合气进行发电。
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