CN113666507A - 粉末载体富集世代周期长的脱氮功能菌分离回收装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工业废水生化处理技术领域，具体为一种粉末载体富集世代周期长的脱氮功能菌分离回收装置及方法。本发明通过添加粉末载体强化，提高了反应池内微生物浓度且能够富集世代周期长的脱氮功能菌，提高了脱氮效率，并设置了超声‑升流载体分离装置，以实现载体和功能微生物的回收利用。本发明实现了絮体污泥和附着生长微生物的“双泥龄”分离，避免了脱氮菌和其它功能菌的污泥龄矛盾，且能够减少外加碳源投加，降低了污水处理成本。本发明所述方法能够应用于低C/N焦化废水等工业废水的处理，具有良好的经济和环境效益。

Description

粉末载体富集世代周期长的脱氮功能菌分离回收装置及方法
技术领域
本发明属于工业废水生化处理技术领域，具体涉及粉末载体富集世代周期长的脱氮功能菌分离回收装置及方法。
背景技术
焦化废水来源于炼焦工艺、煤气净化和化工产品深加工等工业生产过程，是目前钢铁行业最具挑战性的工业废水之一。焦化废水是一种典型的高浓度难降解工业废水，水质水量多变、成分复杂，含有大量的无机、有机污染物，且可生化性差。焦化废水的主要特点是高COD，低C/N，主要污染物为酚类、喹啉类、多环芳烃类等。
国家对焦化废水的处理提出了更加严格的排放要求，焦化废水的处理标准已提高为《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)。面对严格的废水排放标准，为使排放出水的总氮达标，在进水碳源不足情况下，通常会向废水处理的缺氧段中投加碳源，为反硝化微生物提供电子供体，以强化生物脱氮过程。但是，投加碳源会使废水处理的经济成本增加。因此，需进一步寻求减少外加碳源，提高脱氮效率的方法。粉末载体具有孔隙结构丰富和比表面积大的特点，适合微生物附着，能够富集功能微生物，提升反应池内微生物浓度。
厌氧或兼性厌氧的脱氮功能菌世代周期相对较长，可能首先富集到粉末载体表面，而粉末载体表面除了会附着微生物以外，还易粘附微生物分解物和灰分形成的絮体污泥，且粉末载体的分离回收较困难。因此，需研发一种采用粉末载体富集功能微生物以及载体的回收工艺，提升工业废水的脱氮效率且减少碳源投加的经济成本。
发明内容
本发明针对低C/N的焦化废水生物处理过程脱氮效率低的问题，提供一种粉末载体富集世代周期长的脱氮功能菌分离回收装置及方法。通过粉末载体的投加，富集脱氮功能微生物，并配合超声-升流分离回收系统，实现粉末载体以及世代周期相对较长的附着脱氮功能菌与絮体污泥的分离，并回收附着脱氮功能菌的粉末载体，实现了“双泥龄”，且能够减少外加碳源投加，提高脱氮效率，具有良好的经济和环境效益。
本发明提供如下技术方案：粉末载体富集世代周期长的脱氮功能菌分离回收装置，所述装置包括依次连通的厌氧-缺氧-好氧反应池、二沉池、超声-升流载体分离装置，所述厌氧-缺氧-好氧反应池包括依次连通的厌氧池、缺氧池和好氧池，所述好氧池下部的出水从所述二沉池的上部进入所述二沉池，所述超声-升流载体分离装置包括中间提升泵、管式超声反应器、升流分离器；所述升流分离器的上部设置有絮体污泥排出口，下部设置有粉末载体回收口。
进一步地，所述管式超声反应器的筒体直径D2为130～200mm，管道直径D3为20～50mm，管中心间距L为65mm。
进一步地，所述升流分离器的直径D0为200～400mm，底流口直径D1为10～30mm，沉淀区高度H0为0.6～1.2m，所述升流分离器的污泥斗与水平方向夹角α为55°。
进一步地，所述管式超声反应器的筒体直径D2为150mm，管道直径D3为30mm。
进一步地，所述升流分离器的直径D0为250mm，底流口直径D1为20mm，沉淀区高度H0为1.0m。
进一步地，所述管式超声反应器内含3根细管，管道呈正三角形排列，污泥混合液在管式超声反应器内被分为3个并联的细流。
本发明还提供采用上述装置的粉末载体富集世代周期长的脱氮功能菌分离回收方法，包括以下步骤：
1)焦化废水首先进入所述厌氧-缺氧-好氧反应池，并在厌氧池中加入粉末载体，以提高反应池混合液浓度；控制转速所述厌氧-缺氧-好氧反应池内的转速为150-200rpm，以保证载体混合液均匀搅动；将粉末载体加入至所述厌氧-缺氧-好氧反应池后，首先附着在载体表面的微生物是世代周期相对较长且厌氧或兼性厌氧的脱氮功能菌，随后所述粉末载体表面形成由微生物分泌物和灰分组成的絮体污泥，所述附着在载体表面的微生物为世代周期相对较长且厌氧或兼性厌氧的脱氮功能菌或厌氧氨氧化菌，所述脱氮功能菌即为反硝化细菌；
2)经过所述步骤1)处理后的混合液进入并经过二沉池后，部分剩余污泥回流，部分剩余污泥经由中间提升泵提升，进入超声-升流载体分离装置的管式超声反应器，设置管式超声反应器的声能密度为0.3-0.6W/mL，由变频器控制超声频率为25kHz；在管式超声反应器的超声作用下粉末载体表面松散附着的絮体污泥脱离，而紧密附着于载体表面的世代周期相对较长且厌氧或兼性厌氧的脱氮功能菌或厌氧氨氧化菌不会脱离；
3)经管式超声反应器的污泥进入升流分离器；比重较小的絮体污泥上升，与上清液一并从上部出水口排出，而比重较大的载体及载体表面紧密附着的微生物膜下沉，从下部排泥出口排出，实现粉末载体以及世代周期相对较长的附着脱氮功能菌与絮体污泥的分离；
4)将分离得到的附着脱氮功能菌的粉末载体回收并通过投料器输送返回厌氧池。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述粉末载体的投加量按照当反应池内混合液MLSS浓度达到12000mg/L时的投加量。
9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的升流分离器的升流速度为0.5-1.8m/h，表面负荷不大于1m3/(m2·h)。
10、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述粉末载体为硅藻土、粉末活性炭、粉煤灰和滑石粉中一种或几种，或硅藻土、粉末活性炭、粉煤灰和滑石粉与黄铁矿和硫铁矿形成的复合粉末载体；所述粉末载体的粒径为18～115μm。
本发明的有益效果为：
1、本发明提供的装置及方法，通过添加粉末载体强化，能够提高反应池内微生物浓度且能够富集脱氮微生物，提高脱氮效率。且构建了超声-升流的载体分离回收方法，以实现粉末载体和功能微生物的回收利用。
2、本发明提供的装置及方法实现了絮体污泥和附着生长微生物的“双泥龄”分离，避免了脱氮菌和除磷菌的污泥龄矛盾，且能够减少外加碳源投加，降低污水处理成本。本发明所述方法能够应用于低C/N焦化废水等工业废水的处理，提升A2/O系统的处理负荷和处理效率。
3、本发明提供的装置及方法解决了低C/N的焦化废水生物处理过程脱氮效率低的问题，采用富集脱氮功能微生物，并配合超声-升流分离回收系统，实现粉末载体以及世代周期相对较长的附着脱氮功能菌与絮体污泥的分离，并回收附着脱氮功能菌的粉末载体，实现了“双泥龄”，且能够减少外加碳源投加，提高脱氮效率，具有良好的经济和环境效益。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明提供的粉末载体富集世代周期长的脱氮功能菌分离回收装置的结构及方法的流程示意图。
图2为本发明提供的装置中的超声-升流载体分离装置的示意图；
图3为本发明提供的的装置中的升流分离器的尺寸示意图；
图4为本发明提供的装置中的管式超声反应器的尺寸示意图；
图中：D2、管式超声反应器筒体直径；D3、管式超声反应器管道直径；L、管式超声反应器管中心间距；D0、升流分离器直径；D1、底流口直径；H0、沉淀区高度；α、升流分离器污泥斗与水平方向夹角。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示为本实施例提供的粉末载体富集世代周期长的脱氮功能菌分离回收装置，所述装置包括依次连通的厌氧-缺氧-好氧反应池、二沉池、超声-升流载体分离装置，所述厌氧-缺氧-好氧反应池包括依次连通的厌氧池、缺氧池和好氧池，所述好氧池下部的出水从所述二沉池的上部进入所述二沉池，所述超声-升流载体分离装置包括中间提升泵、管式超声反应器、升流分离器；所述升流分离器的上部设置有絮体污泥排出口，下部设置有粉末载体回收口。
如图3所示，所述管式超声反应器的筒体直径D2为130～200mm，管道直径D3为20～50mm，管中心间距L为65mm。优选地，所述管式超声反应器的筒体直径D2为150mm，管道直径D3为30mm。
所述升流分离器的直径D0为200～400mm，底流口直径D1为10～30mm，沉淀区高度H0为0.6～1.2m，所述升流分离器的污泥斗与水平方向夹角α为55°。优选地，所述升流分离器的直径D0为250mm，底流口直径D1为20mm，沉淀区高度H0为1.0m。
如图3所示，所述管式超声反应器内含3根细管，管道呈正三角形排列，污泥混合液在管式超声反应器内被分为3个并联的细流。
实施例2
本实施例提供采用实施例1提供的装置的粉末载体富集世代周期长的脱氮功能菌分离回收方法，包括以下步骤：
1)焦化废水首先进入所述厌氧-缺氧-好氧反应池，采用硅藻土(粒径为18～115μm，堆积密度≤0.53g/cm3，灼烧失重≤2.0％)作为粉末载体投加进入厌氧池，至反应池内混合液MLSS浓度达到12000mg/L时的投加量，以提高反应池混合液浓度；控制转速所述厌氧-缺氧-好氧反应池内的转速为150-200rpm，以保证载体混合液均匀搅动；将粉末载体加入至厌氧-缺氧-好氧反应池后，首先附着在载体表面的微生物是世代周期相对较长且厌氧或兼性厌氧的脱氮功能菌(脱氮功能菌即为反硝化细菌)或厌氧氨氧化菌，随后表面形成由微生物分泌物和灰分组成的絮体污泥；
2)经过所述步骤1)处理后的混合液进入并经过二沉池后，部分剩余污泥回流，部分剩余污泥经由中间提升泵提升，进入超声-升流载体分离装置的管式超声反应器，设置管式超声反应器的声能密度为0.3-0.6W/mL，由变频器控制超声频率为25kHz；在管式超声反应器的超声作用下粉末载体表面松散附着的絮体污泥脱离，而紧密附着于载体表面的世代周期相对较长且厌氧或兼性厌氧的脱氮功能菌不会脱离；
3)经管式超声反应器的污泥进入升流分离器；比重较小的絮体污泥上升，与上清液一并从上部出水口排出，而比重较大的载体及载体表面紧密附着的微生物膜下沉，从下部排泥出口排出，实现粉末载体以及世代周期相对较长的附着脱氮功能菌与絮体污泥的分离；升流分离器的升流速度为0.5-1.8m/h，表面负荷不大于1m3/(m2·h)；
4)将分离得到的附着脱氮功能菌的粉末载体回收并通过投料器输送返回厌氧池。
其中，粉末载体除了硅藻土之外，还可以为粉末活性炭、粉煤灰和滑石粉中一种或几种，或硅藻土、粉末活性炭、粉煤灰和滑石粉与黄铁矿和硫铁矿形成的复合粉末载体；所述粉末载体的粒径为18～115μm。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.粉末载体富集世代周期长的脱氮功能菌分离回收装置，所述装置包括依次连通的厌氧-缺氧-好氧反应池、二沉池、超声-升流载体分离装置，所述厌氧-缺氧-好氧反应池包括依次连通的厌氧池、缺氧池和好氧池，其特征在于，所述好氧池下部的出水从所述二沉池的上部进入所述二沉池，所述超声-升流载体分离装置包括中间提升泵、管式超声反应器、升流分离器；所述升流分离器的上部设置有絮体污泥排出口，下部设置有粉末载体回收口。
2.根据权利要求1所述的粉末载体富集世代周期长的脱氮功能菌分离回收装置，其特征在于，所述管式超声反应器的筒体直径D2为130～200mm，管道直径D3为20～50mm，管中心间距L为65mm。
3.根据权利要求1所述的粉末载体富集世代周期长的脱氮功能菌分离回收装置，其特征在于，所述升流分离器的直径D0为200～400mm，底流口直径D1为10～30mm，沉淀区高度H0为0.6～1.2m，所述升流分离器的污泥斗与水平方向夹角α为55°。
4.根据权利要求1所述的粉末载体富集世代周期长的脱氮功能菌分离回收装置，其特征在于，所述管式超声反应器的筒体直径D2为150mm，管道直径D3为30mm。
5.根据权利要求1所述的粉末载体富集世代周期长的脱氮功能菌分离回收装置，其特征在于，所述升流分离器的直径D0为250mm，底流口直径D1为20mm，沉淀区高度H0为1.0m。
6.根据权利要求1所述的粉末载体富集世代周期长的脱氮功能菌分离回收装置，其特征在于，所述管式超声反应器内含3根细管，管道呈正三角形排列，污泥混合液在管式超声反应器内被分为3个并联的细流。
7.采用根据权利要求1-6任一所述装置的粉末载体富集世代周期长的脱氮功能菌分离回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)焦化废水首先进入所述厌氧-缺氧-好氧反应池，并在厌氧池中加入粉末载体，以提高反应池混合液浓度；控制转速所述厌氧-缺氧-好氧反应池内的转速为150-200rpm，以保证载体混合液均匀搅动；将粉末载体加入至所述厌氧-缺氧-好氧反应池后，首先附着在载体表面的微生物是世代周期相对较长且厌氧或兼性厌氧的脱氮功能菌，随后所述粉末载体表面形成由微生物分泌物和灰分组成的絮体污泥，所述附着在载体表面的微生物为世代周期相对较长且厌氧或兼性厌氧的脱氮功能菌或厌氧氨氧化菌，所述脱氮功能菌即为反硝化细菌；
2)经过所述步骤1)处理后的混合液进入并经过二沉池后，部分剩余污泥回流，部分剩余污泥经由中间提升泵提升，进入超声-升流载体分离装置的管式超声反应器，设置管式超声反应器的声能密度为0.3-0.6W/mL，由变频器控制超声频率为25kHz；在管式超声反应器的超声作用下粉末载体表面松散附着的絮体污泥脱离，而紧密附着于载体表面的世代周期相对较长且厌氧或兼性厌氧的脱氮功能菌或厌氧氨氧化菌不会脱离；
3)经管式超声反应器的污泥进入升流分离器；比重较小的絮体污泥上升，与上清液一并从上部出水口排出，而比重较大的载体及载体表面紧密附着的微生物膜下沉，从下部排泥出口排出，实现粉末载体以及世代周期相对较长的附着脱氮功能菌与絮体污泥的分离；
4)将分离得到的附着脱氮功能菌的粉末载体回收并通过投料器输送返回厌氧池。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述粉末载体的投加量按照当反应池内混合液MLSS浓度达到12000mg/L时的投加量。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的升流分离器的升流速度为0.5-1.8m/h，表面负荷不大于1m3/(m2·h)。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述粉末载体为硅藻土、粉末活性炭、粉煤灰和滑石粉中一种或几种，或硅藻土、粉末活性炭、粉煤灰和滑石粉与黄铁矿和硫铁矿形成的复合粉末载体；所述粉末载体的粒径为18～115μm。
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