CN112479361A - 一种深度处理含盐废水的装置及方法 - Google Patents

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赵骥
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Abstract

本发明属于污水生物处理技术领域，涉及一种深度处理含盐废水的装置及方法，含盐废水从含盐废水水箱通过第一进水泵进入短程反硝化SBR反应器；在短程反硝化SBR反应器内，利用污泥发酵液中的碳源将含盐废水的硝酸氮还原为亚硝酸氮；在厌氧氨氧化SBBR反应器中，厌氧氨氧化菌以还原产物亚硝酸氮和进水中的氨氮为底物进行自养脱氮，达到深度脱氮的目的；厌氧氨氧化阶段结束后，进行沉淀排水，出水通过第二电动排水阀进入出水水箱；其装置结构简单，在不外加有机碳源的条件下，实现含盐废水深度脱氮，运行费用低，污泥产率低，易于运行调控，可用于处理沿海城市含盐废水，为沿海城市污水处理厂处理含盐废水提供理论基础和技术支持。

Description

一种深度处理含盐废水的装置及方法
技术领域:
本发明属于污水生物处理技术领域，涉及一种深度处理含盐废水的装置及方法，特别是一种污泥发酵强化短程反硝化厌氧氨氧化处理含盐废水的装置及方法。
背景技术:
随着污水排放标准逐渐提高，城市污水处理厂提标改造势在必行，其中瓶颈在于提高总氮去除效果。为保护环境，国内污水厂逐步开始升级改造，以使出水水质标准达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A标准。污水厂升级改造中总氮的去除尤为重要，其难度最大且投资比重最大。各城市污水处理厂每天要排放大量的剩余污泥，其处理与处置费用高，同时如果处理不当将会成为另一种形式的污染。剩余污泥中活性微生物的组成不同，对反应系统存在一定的影响，所以可以通过一定的技术手段进行预处理，降低剩余污泥活性，减少对短程反硝化的影响。
短程反硝化与厌氧氨氧化的组合工艺在污水深度除氮方面具有极大的研究潜势。在传统反硝化脱氮过程中，反硝化菌利用有机物作为电子供体，将硝酸氮还原为氮气，每还原1g硝酸氮为氮气需要消耗COD的理论值为2.85g。短程反硝化厌氧氨氧化联用技术是在缺氧状态下，首先利用异养反硝化菌将硝态氮还原为亚硝酸氮，然后利用厌氧氨氧化菌，以亚硝酸氮为电子受体，将氨氮氧化转为氮气的自养生物脱氮过程。与传统反硝化脱氮技术相比，短程反硝化厌氧氨氧化组合工艺降低了对有机碳源的需求量，同时具有污泥产率低和运行稳定等优点。
我国沿海地区为缓解淡水资源日益紧缺的局面,许多沿海城市开始推行海水直接利用。含海水废水不仅污染受纳水体水质、影响水生生物的健康，还对海洋生态的威胁越来越大，因此含海水废水的脱氮处理尤为重要。含盐废水脱氮处理技术大多数采用生化处理法,但由于多变性及难降解的有机污染物的存在,往往导致常规的生化处理工艺很难奏效,使处理后的排水不能达到国家的排放标准,从而导致整个污水脱氮处理工程不能达到预期目的。因此,迫切需要一种稳定、高效低能耗的新型含盐废水脱氮工艺,将污泥发酵液投加强化短程反硝化厌氧氨氧化组合工艺处理含盐废水，解决传统脱氮工艺碳源不足、污水亚硝酸盐稳定积累问题。
发明内容:
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种节能降耗深度处理沿海城市含盐废水的装置及方法，结合驯化污水处理厂剩余污泥、短程反硝化厌氧氨氧化组合工艺等关键技术，剩余污泥进入剩余污泥发酵罐，通过碱性厌氧发酵将污泥中的难生物降解有机物转化为易生物降解有机物，然后污泥发酵液进入发酵液水箱，连同部分含盐废水一同进入短程反硝化SBR反应器，以发酵液为补充碳源实现向亚硝酸盐的转化；在短程反硝化SBR反应器中，首先利用污泥发酵液中的碳源将含盐废水的硝酸氮还原为亚硝酸氮；在厌氧氨氧化SBBR反应器中，厌氧氨氧化菌以还原产物亚硝酸氮和进水中的氨氮为底物进行自养脱氮，厌氧氨氧化反应产生的部分硝酸氮可以在下一个周期中被还原为亚硝酸氮而得到去除，使系统中不会发生硝酸氮的积累，提高总氮去除率。
为了实现上述目的，本发明所述深度处理含盐废水的装置主体结构包括含盐废水水箱、剩余污泥发酵罐、发酵液水箱、短程反硝化SBR反应器、中间水箱、厌氧氨氧化SBBR反应器和出水水箱；含盐废水水箱通过第一进水泵与短程反硝化SBR反应器相连接；剩余污泥发酵罐通过发酵液进水泵与发酵液水箱相连接；发酵液水箱通过第二进水泵与短程反硝化SBR反应器相连接；短程反硝化SBR反应器通过第一排水电动阀与中间水箱相连接；中间水箱通过第三进水泵与厌氧氨氧化SBBR反应器相连接；厌氧氨氧化SBBR反应器通过第二电动排水阀与出水水箱相连接；进泥泵置于剩余污泥发酵罐内，进泥泵的一侧置有第一搅拌器，第一搅拌器竖直安放在剩余污泥发酵罐中间，剩余污泥发酵罐内的右侧开有第一取样口；第二搅拌器置于短程反硝化SBR反应器内，第一DO在线检测仪的检测端置于短程反硝化SBR反应器内，短程反硝化SBR反应器右侧第一排水电动阀下方开有第二取样口；第三搅拌装器置于厌氧氨氧化SBBR反应器内，厌氧氨氧化SBBR反应器右侧第二电动排水阀上方设有第三取样口，第二DO在线检测仪的检测端置于厌氧氨氧化SBBR反应器内；出水水箱的右侧上端接有溢流管，下端接有排水管。
本发明所述第一搅拌器、第二搅拌器、第三搅拌装器的结构均相同。
本发明采用深度处理含盐废水的装置处理含盐废水的流程为：含盐废水从含盐废水水箱通过第一进水泵进入短程反硝化SBR反应器；在短程反硝化SBR反应器内，利用污泥发酵液中的碳源将含盐废水的硝酸氮还原为亚硝酸氮；在厌氧氨氧化SBBR反应器中，厌氧氨氧化菌以还原产物亚硝酸氮和进水中的氨氮为底物进行自养脱氮，达到深度脱氮的目的；厌氧氨氧化阶段结束后，进行沉淀排水，出水通过第二电动排水阀进入出水水箱。
本发明对含盐废水进行深度处理的具体过程为：
(1)装置启动：
将污水处理厂剩余污泥投加至剩余污泥发酵罐内，使接种后剩余污泥发酵罐内污泥浓度达到2000～6000mg/L；
剩余污泥、污泥发酵液、含盐废水与中间亚硝酸盐溶液进量的确定：
取剩余污泥在30摄氏度下进行发酵，通过对SCOD(溶解性COD)浓度进行测定，当SCOD浓度无增长趋势且20分钟内SCOD值不再增长时，此时为该浓度下污泥发酵的最大潜力；
在短程反硝化SBR反应器内根据计算公式(1)(2)确定有机物与硝酸盐进量：
Figure BDA0002769591360000031
V2+V3＝V·P1(2)
式中SCOD为该剩余污泥最大发酵潜力下的SCOD浓度；V2、V3、V分别为有污泥发酵液、含盐废水进量与反应器有效体积；NO3 -为进水硝酸盐浓度；C/N的取值在3:1～6:1范围内任取；P1为排水比，取60％；
在厌氧氨氧化SBBR反应器内根据计算公式(3)(4)确定含盐废水与中间水箱水进量：
Figure BDA0002769591360000032
V4+V5＝V·P2(4)
式中NO2 -为中间水箱中NO2 -浓度、NH4 +为含盐废水NH4 +浓度；V4、V5、V分别为NO2 -溶液进量、NH4 +溶液进量与反应器有效体积；P2为排水比，取值为50％；NO2 -/NH4 +的取值在1.4:1～2:1范围内任取；
2)运行时调节操作如下：
根据确定的含盐废水进量将含盐废水加入含盐废水水箱，剩余污泥投加至剩余污泥发酵罐，然后启动进泥泵，每周期开始时将剩余污泥抽入剩余污泥发酵罐，启动第一搅拌器使剩余污泥混合均匀，进行污泥碱性厌氧发酵得到污泥发酵液，污泥发酵液通过发酵液进水泵进入发酵液水箱；
短程反硝化SBR反应器运行时，剩余污泥发酵罐2每周期先厌氧搅拌200～800min，SCOD值达最大发酵潜力的95％以上时结束厌氧搅拌；然后启动第二进水泵将污泥发酵液抽入短程反硝化SBR反应器内，启动第一进水泵将含盐废水水箱中含盐废水抽入短程反硝化SBR反应器内，使短程反硝化SBR反应器内硝酸氮浓度为设定浓度，设定碳的总含量与氮的总含量浓度比满足在3:1～6:1范围内；缺氧搅拌至亚硝酸盐转化率达80％以上或硝氮浓度小于3mg/L，然后停止搅拌开始沉淀排水10～15分钟，闲置10～15min后进入下一个反应周期；
短程反硝化SBR反应器运行时需排泥，使短程反硝化SBR反应器悬浮活性污泥浓度维持在1500～2500mg/L范围内；
短程反硝化SBR反应器排水结束后，启动第三进水泵将中间水箱的含盐废水抽入厌氧氨氧化SBBR反应器内，设定亚硝酸氮与氨氮的比值在1.4:1～2:1范围内；缺氧搅拌至总无机氮浓度低于5mg/L，停止搅拌，沉淀排水10～15分钟，闲置10～15分钟后进入下一个反应周期，直至污水达到排放标准。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：一是将剩余污泥碱性厌氧发酵、短程反硝化厌氧氨氧化组合工艺等关键技术有机结合，并对发酵液投加方式和工艺运行参数进行合理优化，最大限度利用剩余污泥中的有机内碳源，实现低能耗、深度脱氮于一体的组合系统；二是剩余污泥发酵液作为补充碳源，为短程反硝化为厌氧氨氧化反应提供底物，可在无需额外投加有机碳源条件下，实现废水的深度脱氮；与传统方式相比，降低运行成本；三是目前城市污水升级改造应用较多的A2O+反硝化滤池工艺存在需要投加大量的碳源、A2O好氧区由于冬天水温降低，硝化速率随之下降，导致出水氨氮超标及A2O生化池好氧硝化曝气能耗大等问题。短程反硝化厌氧氨氧化组合工艺因能充分利用城市污水碳源和硝酸盐废水氮源，减少50％氧气需求和84％废污泥产量，具有较短的污泥适应期和极低的N2O气体排放量等优点，价值和工艺效能优势显著，对指导污水厂升级改造、满足高品质水排放要求有重要意义；其装置结构简单，通过投加污泥发酵液作补充碳源、优化进水流量分配、排水比及进水方式等运行参数，在不外加有机碳源的条件下，实现含盐废水深度脱氮，运行费用低，污泥产率低，易于运行调控，可用于处理沿海城市含盐废水，是一种高效、低能耗并具有实际应用价值的污泥发酵液作补充碳源污水深度脱氮工艺，为沿海城市污水处理厂处理含盐废水提供理论基础和技术支持。
附图说明：
图1为本发明所述深度处理含盐废水的装置主体结构原理示意图，其中1为沿海城市含盐废水水箱；2为剩余污泥发酵罐；3为发酵液水箱；4为短程反硝化SBR反应器；5为中间水箱；6为厌氧氨氧化SBBR反应器；7为出水水箱；2.1为进泥泵；2.2为第一取样口；2.3为第一搅拌器；2.4为发酵液进水泵；2.4为第一取样口；4.1为第一进水泵；4.2为第二进水泵；4.3为第二搅拌器；4.4为第一DO在线检测仪；4.5为第一排水电动阀；4.6为第二取样口；6.1为第三进水泵；6.2为第三搅拌器；6.3为第二电动排水阀；6.4为第三取样口；6.5为第二DO在线检测仪；7.1为溢流管；7.2为排水管。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
实施例：
本实施例所述深度处理含盐废水的装置主体结构如图1所示，包括含盐废水水箱1、剩余污泥发酵罐2、发酵液水箱3、短程反硝化SBR反应器4、中间水箱5、厌氧氨氧化SBBR反应器6和出水水箱7；含盐废水水箱1通过第一进水泵4.1与短程反硝化SBR反应器4相连接；剩余污泥发酵罐2通过发酵液进水泵2.4与发酵液水箱3相连接；发酵液水箱3通过第二进水泵4.2与短程反硝化SBR反应器4相连接；短程反硝化SBR反应器4通过第一排水电动阀4.5与中间水箱5相连接；中间水箱5通过第三进水泵6.1与厌氧氨氧化SBBR反应器6相连接；厌氧氨氧化SBBR反应器6通过第二电动排水阀6.3与出水水箱7相连接；进泥泵2.1置于剩余污泥发酵罐2内，进泥泵2.1的一侧置有第一搅拌器2.3，第一搅拌器2.3竖直安放在剩余污泥发酵罐2中间，剩余污泥发酵罐2内的右侧开有第一取样口2.2；第二搅拌器4.3置于短程反硝化SBR反应器4内，第一DO在线检测仪4.4的检测端置于短程反硝化SBR反应器4内，短程反硝化SBR反应器4右侧第一排水电动阀4.5下方开有第二取样口4.6；第三搅拌装器6.2置于厌氧氨氧化SBBR反应器6内，厌氧氨氧化SBBR反应器6右侧第二电动排水阀6.2上方设有第三取样口6.4，第二DO在线检测仪6.5的检测端置于厌氧氨氧化SBBR反应器6内；出水水箱7的右侧上端接有溢流管7.1，下端接有排水管7.2，第一搅拌器2.3、第二搅拌器4.3、第三搅拌装器6.2结构均相同。
本实施例中，沿海城市含盐废水水箱1、发酵液水箱3和中间水箱5的有效容积为25L，试验所用短程反硝化SBR反应器4和厌氧氨氧化SBBR反应器6由有机玻璃制成，有效容积均为10L且均安装有结构相同的搅拌器；试验接种取某污水处理厂的剩余污泥，利用该装置处理含盐或海水废水的具体操作过程如下：
(1)系统启动：
将污水处理厂剩余污泥投加至剩余污泥发酵罐2内，使接种后剩余污泥发酵罐2内污泥浓度达到5000mg/L；
剩余污泥、污泥发酵液、含盐废水与中间亚硝酸盐溶液进量的确定：
取剩余污泥在30摄氏度下进行发酵，通过对SCOD浓度进行测定，当SCOD浓度无增长趋势且20分钟内SCOD值不再增长时，此时为该浓度下污泥发酵的最大潜力；
在短程反硝化SBR反应器4内根据计算公式(1)(2)确定有机物与硝酸盐进量：
Figure BDA0002769591360000061
V2+V3＝V·P1(2)
式中SCOD为该剩余污泥最大发酵潜力下的SCOD浓度；V2、V3、V分别为有污泥发酵液、含盐废水进量与反应器有效体积；NO3 -为进水硝酸盐浓度；C/N为取值为5:1；P1为排水比，取60％；
在厌氧氨氧化SBBR反应器6内根据计算公式(3)(4)确定含盐废水与中间水箱水进量：
Figure BDA0002769591360000062
V4+V5＝V·P2(4)
式中NO2 -为中间水箱中NO2 -浓度、NH4 +为含盐废水NH4 +浓度；V4、V5、V分别为NO2 -溶液进量、NH4 +溶液进量与反应器有效体积；P2为排水比，取值为50％；NO2 -/NH4 +取值为1.7:1；
2)运行时调节操作如下：
将含盐废水加入含盐废水水箱1，剩余污泥投加至剩余污泥发酵罐2，然后启动进泥泵2.1，每周期开始时将V1体积的剩余污泥抽入剩余污泥发酵罐2，启动第一搅拌器2.3使剩余污泥混合均匀，进行污泥碱性厌氧发酵，污泥发酵液通过第二进水泵4.2进入发酵液水箱3；
短程反硝化SBR反应器4运行时，剩余污泥发酵罐2每周期先厌氧搅拌600分钟，SCOD值达最大发酵潜力的95％以上时结束厌氧搅拌；然后启动第二进水泵4.2将V2体积的污泥发酵液抽入短程反硝化SBR反应器4内，启动第一进水泵4.1将含盐废水水箱1中V2体积的含盐废水抽入短程反硝化SBR反应器4内，使短程反硝化SBR反应器4内硝酸氮浓度为设定浓度，设定浓度满足C/N在5:1；缺氧搅拌至亚硝酸盐转化率达80％以上或硝氮浓度小于3mg/L，然后停止搅拌开始沉淀排水10分钟，闲置10分钟后进入下一个周期；
短程反硝化SBR反应器4运行时需排泥，使短程反硝化SBR反应器4悬浮活性污泥浓度维持在2000mg/L。
在短程反硝化SBR反应器4排水结束后，启动第三进水泵Ⅲ(6.1)将中间水箱(5)V3体积的含盐废水抽入厌氧氨氧化SBBR反应器(6)内，其中亚硝酸盐与氨氮的比值满足设定值，设定值在1.7:1；缺氧搅拌至总无机氮浓度低于5mg/L，停止搅拌，沉淀排水10分钟，闲置10分钟后进入下一个周期。
本实施例的实验结果表明，剩余污泥在污泥发酵阶段可转化为易降解有机物，作为短程反硝化的补充碳源，其污泥减量效果可达50％～70％；反硝化阶段可以实现亚硝酸盐的积累，积累率达60％～80％，且出水硝氮浓度可忽略不计；厌氧氨氧化阶段厌氧氨氧化菌可将氨氮全部转化为氮气，剩余的亚硝可被反硝化细菌利用含盐废水中的有机物还原为氮气，出水总氮均小于5mg/L。

Claims (3)

1.一种深度处理含盐废水的装置，其特征在于：该装置的主体结构包括含盐废水水箱、剩余污泥发酵罐、发酵液水箱、短程反硝化SBR反应器、中间水箱、厌氧氨氧化SBBR反应器和出水水箱；含盐废水水箱通过第一进水泵与短程反硝化SBR反应器相连接；剩余污泥发酵罐通过发酵液进水泵与发酵液水箱相连接；发酵液水箱通过第二进水泵与短程反硝化SBR反应器相连接；短程反硝化SBR反应器通过第一排水电动阀与中间水箱相连接；中间水箱通过第三进水泵与厌氧氨氧化SBBR反应器相连接；厌氧氨氧化SBBR反应器通过第二电动排水阀与出水水箱相连接；进泥泵置于剩余污泥发酵罐内，进泥泵的一侧置有第一搅拌器，第一搅拌器竖直安放在剩余污泥发酵罐中间，剩余污泥发酵罐内的右侧开有第一取样口；第二搅拌器置于短程反硝化SBR反应器内，第一DO在线检测仪的检测端置于短程反硝化SBR反应器内，短程反硝化SBR反应器右侧第一排水电动阀下方开有第二取样口；第三搅拌装器置于厌氧氨氧化SBBR反应器内，厌氧氨氧化SBBR反应器右侧第二电动排水阀上方设有第三取样口，第二DO在线检测仪的检测端置于厌氧氨氧化SBBR反应器内；出水水箱的右侧上端接有溢流管，下端接有排水管。
2.一种采用如权利要求1所述装置对含盐废水进行深度处理的方法，其特征在于：具体过程为：
(1)装置启动：
将污水处理厂剩余污泥投加至剩余污泥发酵罐内，使接种后剩余污泥发酵罐内污泥浓度达到2000～6000mg/L；并确定剩余污泥、污泥发酵液、含盐废水与中间亚硝酸盐溶液的进量：
2)运行时调节操作如下：
根据确定的含盐废水进量将含盐废水加入含盐废水水箱，剩余污泥投加至剩余污泥发酵罐，然后启动进泥泵，每周期开始时将剩余污泥抽入剩余污泥发酵罐，启动第一搅拌器使剩余污泥混合均匀，进行污泥碱性厌氧发酵得到污泥发酵液，污泥发酵液通过发酵液进水泵进入发酵液水箱；
短程反硝化SBR反应器运行时，剩余污泥发酵罐2每周期先厌氧搅拌200～800min，SCOD值达最大发酵潜力的95％以上时结束厌氧搅拌；然后启动第二进水泵将污泥发酵液抽入短程反硝化SBR反应器内，启动第一进水泵将含盐废水水箱中含盐废水抽入短程反硝化SBR反应器内，使短程反硝化SBR反应器内硝酸氮浓度为设定浓度，设定碳的总含量与氮的总含量浓度比满足在3:1～6:1范围内；缺氧搅拌至亚硝酸盐转化率达80％以上或硝氮浓度小于3mg/L，然后停止搅拌开始沉淀排水10～15分钟，闲置10～15min后进入下一个反应周期；
短程反硝化SBR反应器运行时需排泥，使短程反硝化SBR反应器悬浮活性污泥浓度维持在1500～2500mg/L范围内；
短程反硝化SBR反应器排水结束后，启动第三进水泵将中间水箱的含盐废水抽入厌氧氨氧化SBBR反应器内，设定亚硝酸氮与氨氮的比值在1.4:1～2:1范围内；缺氧搅拌至总无机氮浓度低于5mg/L，停止搅拌，沉淀排水10～15分钟，闲置10～15分钟后进入下一个反应周期，直至污水达到排放标准。
3.根据权利要求2所述含盐废水深度处理的方法，其特征在于：确定剩余污泥、污泥发酵液、含盐废水与中间亚硝酸盐溶液进量的具体过程为：
取剩余污泥在30摄氏度下进行发酵，通过对SCOD浓度进行测定，当SCOD浓度无增长趋势且20分钟内SCOD值不再增长时，此时为该浓度下污泥发酵的最大潜力；
在短程反硝化SBR反应器内根据计算公式(1)(2)确定有机物与硝酸盐进量：
Figure FDA0002769591350000021
V2+V3＝V·P1(2)
式中SCOD为该剩余污泥最大发酵潜力下的SCOD浓度；V2、V3、V分别为有污泥发酵液、含盐废水进量与反应器有效体积；NO3 -为进水硝酸盐浓度；C/N的取值在3:1～6:1范围内任取；P1为排水比，取60％；
在厌氧氨氧化SBBR反应器内根据计算公式(3)(4)确定含盐废水与中间水箱水进量：
Figure FDA0002769591350000022
V4+V5＝V·P2(4)
式中NO2 -为中间水箱中NO2 -浓度、NH4 +为含盐废水NH4 +浓度；V4、V5、V分别为NO2 -溶液进量、NH4 +溶液进量与反应器有效体积；P2为排水比，取值为50％；NO2 -/NH4 +的取值在1.4:1～2:1范围内任取。
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