CN114380389B - 一种超低能耗处理农村污水的装置与方法 - Google Patents

一种超低能耗处理农村污水的装置与方法 Download PDF

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Abstract

一种超低能耗处理农村污水的装置与方法，属于分散废水生物脱氮技术领域。装置设有原水水箱、短程硝化‑生物滴滤池、中间水箱、厌氧氨氧化‑升流式活性污泥床和在线监测设备。短程硝化生物滴滤池以75％的填充比，通过投加比表面积为500m2/m3的生物填料富集氨氧化细菌。短程硝化生物滴滤池内，在自然通风供氧条件下实现原水中氨氮到亚硝态氮的氧化过程。短程硝化‑生物滴滤池出水与另一部分农村污水原水按1.32:1的体积比在中间水箱混合，原水中的氨氮和生物滴滤池内短程硝化生成的亚硝态氮通过厌氧氨氧化过程同时得到去除。本发明适用于农村污水的处理，在无外加碳源和无机械曝气条件下实现了分散农村废水的深度处理。

Description

一种超低能耗处理农村污水的装置与方法
技术领域
本发明涉及一种超低能耗处理农村污水的装置与方法，属于分散废水生物脱氮技术领域。
装置设有原水水箱、短程硝化-生物滴滤池、中间水箱、厌氧氨氧化-升流式活性污泥床和在线监测设备。短程硝化生物滴滤池以75％的填充比，通过投加比表面积为500m2/m3的生物填料富集氨氧化细菌。短程硝化生物滴滤池内，在自然通风供氧条件下实现原水中氨氮到亚硝态氮的氧化过程。短程硝化-生物滴滤池出水与另一部分农村污水原水按1.32:1的体积比在中间水箱混合，原水中的氨氮和生物滴滤池内短程硝化生成的亚硝态氮通过厌氧氨氧化过程同时得到去除。本发明适用于农村污水的处理，在无外加碳源和无机械曝气条件下实现了分散农村废水的深度处理。
背景技术
生物滴滤池作为一种新型处理方式通常应用于污水厂的臭气的处理，由于其抗冲击能力强、自然富氧效果好和无需人工维护等特点在农村污水处理过程中表现出巨大的应用潜力。此外，作为一种化能自养脱氮过程，厌氧氨氧化在无外碳源投加的条件下完成对氨氮和亚硝态氮两种含氮污染物的同步去除。本发明首次提出短程硝化-生物滴滤池与厌氧氨氧化-升流式活性污泥床的耦合应用于农村污水的处理，废水中的氨氮在短程硝化-生物滴滤池内自然富氧条件下完成氧化过程，生成的亚硝态氮和原水中一部分氨氮通过厌氧氨氧化过程得到进一步去除。作为一种无外碳源投加和无机械曝气的生物脱氮工艺，与传统生物脱氮工艺相比，确保污水节约了100％的碳源和100％的曝气量。
发明内容
本发明提出了一种超低能耗处理农村污水的装置与方法，属于分散废水生物脱氮技术领域。装置设有原水水箱、短程硝化-生物滴滤池、中间水箱、厌氧氨氧化-升流式活性污泥床和在线监测设备。短程硝化生物滴滤池以75％的填充比，通过投加比表面积为500m2/m3的生物填料富集氨氧化细菌。短程硝化生物滴滤池内，在自然通风供氧条件下实现原水中氨氮到亚硝态氮的氧化过程。短程硝化-生物滴滤池出水与另一部分农村污水原水按1.32:1的体积比在中间水箱混合，原水中的氨氮和生物滴滤池内短程硝化生成的亚硝态氮通过厌氧氨氧化过程同时得到去除。本发明适用于农村污水的处理，在无外加碳源和无机械曝气条件下实现了分散农村废水的深度处理。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种超低能耗处理农村污水的装置，其特征在于，包括原水水箱(1)、短程硝化-生物滴滤池(2)、中间水箱(3)、厌氧氨氧化-升流式活性污泥床(4)和在线监测设备(5)；
所述原水水箱(1)设有第一出水口(1.1)、第二出水口(1.2)；所述短程硝化-生物滴滤池(2)设有第一进水蠕动泵(2.1)、滴灌喷头(2.2)、第一进水口(2.3)、生物填料(2.4)、承托层(2.5)、自然通风进气口(2.6)、第三出水口(2.7)；所述中间水箱(3)设有第二进水蠕动泵(3.1)、第二进水口(3.2)、第四出水口(3.3)；所述厌氧氨氧化-升流式污泥床(4)设有第三进水蠕动泵(4.1)、第三进水口(4.2)、三相分离器(4.3)、集气袋(4.4)、第一回流口(4.5)、第一在线监测装置(4.6)、第一回流蠕动泵(4.7)、第二回流口(4.8)和第五出水口(4.9)。
原水水箱(1)通过第一进水蠕动泵(2.1)与短程硝化-生物滴滤池(2)滴灌喷头(2.2)相连接，滴灌喷头滴灌的原水通过第一进水口(2.3)进入短程硝化-生物滴滤池(2)，空气经过自然通风进气口(2.6)进入反应器内，被生物填料(2.4)表面微生物获取利用；短程硝化-生物滴滤池第三出水口(2.7)与中间水箱(3)第二进水口(3.2)相连接，同时原水水箱(1)第二出水口(1.2)通过第二进水蠕动泵(3.1)与中间水箱(3)第二进水口(3.2)相连接；中间水箱第四出水口(3.3)通过第三进水蠕动泵(4.1)与厌氧氨氧化-升流式污泥床(4)第三进水口(4.2)相连接。厌氧氨氧化-升流式污泥床(4)第一回流口(4.5)通过第一回流蠕动泵(4.7)与第二回流口(4.8)相连接。
利用所述装置进行超低能耗处理农村污水，包括以下过程：
1)原水水箱中的农村废水首先泵入短程硝化-生物滴滤池，污水经过滴灌喷头被分散成直径20-140μm细小水滴，打开自然通风进气口，细小水滴在下落过程完成自然富氧过程，填料表面微生物间接获取空气中的氧分，实现原水中氨氮的氧化过程；
2)监测短程硝化-生物滴滤池的出水水质，通过调整进气口大小和进水流速(28.8-45.2L/d)，进而控制混合液的溶解氧浓度(＜0.3mg/L)和水力停留时间(15-24h)，一方面确保氨氮被完全氧化为亚硝态氮，另一方面避免亚硝态氮进一步被氧化为硝态氮；
3)打开第二进水蠕动泵，短程硝化-生物滴滤池出水与另一部分污水原水按体积比为1.32：1比例在中间水箱中混合，为后续厌氧氨氧化生物过程创造适宜的反应底物基质。打开第三进水蠕动泵将质量浓度比例为1.32(亚硝态氮):1(氨氮)的混合废水泵入厌氧氨氧化-升流式污泥床，控制第三进水蠕动泵的流速为0.12L/h。同时反应器内废水由第一回流口通过第一回流蠕动泵泵入第二回流口，一方面消除短流的风险，另一方面确保功能微生物与底物基质完全混合，第一回流蠕动泵流速控制在0.36L/h。
超低能耗处理农村污水的装置与方法，属于分散废水生物脱氮技术领域。短程硝化生物滴滤池以75％的填充比，通过投加比表面积为500m2/m3的生物填料富集氨氧化细菌。短程硝化生物滴滤池内，污水经过滴灌喷头被分散成直径20-140μm细小水滴，打开自然通风进气口，细小水滴在下落过程完成自然富氧过程，填料表面微生物间接获取空气中的氧分，实现原水中氨氮的氧化过程。短程硝化-生物滴滤池出水与另一部分农村污水原水按1.32:1的体积比在中间水箱混合，原水中的氨氮和生物滴滤池内短程硝化生成的亚硝态氮通过厌氧氨氧化过程同时得到去除。本发明适用于农村污水的处理，在无外加碳源和无机械曝气条件下实现了分散农村废水的深度处理。
本发明具有以下优点：
1)短程硝化生物滴滤池内，通过滴灌喷头形成的细小水滴在下落过程完成自然富氧过程，填料表面微生物从而间接获取空气中的氧分，实现污水中氨氮的氧化过程。通过调整进水流速控制水力停留时间，确保氨氮的氧化停留在亚硝态氮阶段，实现零曝气和零机械搅拌条件下的短程硝化过程。
2)厌氧氨氧化-升流式污泥床内，厌氧氨氧化过程以短程硝化生成的亚硝态氮为电子受体，氧化剩余农村废水中的氨氮，最终生成氮气完成污染物的代谢。作为化能自养过程，厌氧氨氧化可以在无外碳源投加的条件下同时去除氨氮和亚硝态氮两种含氮污染物。
3)与传统硝化-反硝化生物过程相比(NH4 +→NO3 -→N2)，短程硝化生物滴滤池-厌氧氨氧化升流式污泥床的组合工艺在零曝气+零碳源投加的超低能耗条件下，实现了分散农村污水的深度处理。
附图说明
图1是一种超低能耗处理农村污水的装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示一种超低能耗处理农村污水的装置，其特征在于，包括原水水箱(1)、短程硝化-生物滴滤池(2)、中间水箱(3)、厌氧氨氧化-升流式活性污泥床(4)和在线监测设备(5)；
所述原水水箱(1)设有第一出水口(1.1)、第二出水口(1.2)；所述短程硝化-生物滴滤池(2)设有第一进水蠕动泵(2.1)、滴灌喷头(2.2)、第一进水口(2.3)、生物填料(2.4)、承托层(2.5)、自然通风进气口(2.6)、第三出水口(2.7)；所述中间水箱(3)设有第二进水蠕动泵(3.1)、第二进水口(3.2)、第四出水口(3.3)；所述厌氧氨氧化-升流式污泥床(4)设有第三进水蠕动泵(4.1)、第三进水口(4.2)、三相分离器(4.3)、集气袋(4.4)、第一回流口(4.5)、第一在线监测装置(4.6)、第一回流蠕动泵(4.7)、第二回流口(4.8)和第五出水口(4.9)。
原水水箱(1)通过第一进水蠕动泵(2.1)与短程硝化-生物滴滤池(2)滴灌喷头(2.2)相连接，滴灌喷头滴灌的原水通过第一进水口(2.3)进入短程硝化-生物滴滤池(2)，空气经过自然通风进气口(2.6)进入反应器内，被生物填料(2.4)表面微生物获取利用；短程硝化-生物滴滤池第三出水口(2.7)与中间水箱(3)第二进水口(3.2)相连接，同时原水水箱(1)第二出水口(1.2)通过第二进水蠕动泵(3.1)与中间水箱(3)第二进水口(3.2)相连接；中间水箱第四出水口(3.3)通过第三进水蠕动泵(4.1)与厌氧氨氧化-升流式污泥床(4)第三进水口(4.2)相连接。厌氧氨氧化-升流式污泥床(4)第一回流口(4.5)通过第一回流蠕动泵(4.7)与第二回流口(4.8)相连接。
本实施中具体试验用水为实际农村污水，其水质特点如下：73.2mg/L NH4 +-N、0.5mg/L NO2 --N、1.1mg/L NO3 --N、85.7mg/L TN、320.0mg/L COD、132mg/L BOD5、8.0pH、1.5mg/L TP。农村污水作为典型的分散式污水，通过反应器顶部的喷淋器连续引入生物滴滤池。圆柱形生物滴滤池中包含三个生物填料支撑层，每层直径为20cm，高度为30cm。高密度聚乙烯生物载体(直径为25mm，高度为3mm，密度为0.106g/cm3，比表面积为500m2/m3)均匀分布于BTFPN的每一层，占载体/总有效容积填充率的75％。厌氧氨氧化升流式污泥床反应器有效容积为9.5L。
具体操作过程如下：
1)原水水箱中的农村废水首先泵入短程硝化-生物滴滤池，污水经过滴灌喷头被分散成直径20-140μm细小水滴，打开自然通风进气口，细小水滴在下落过程完成自然富氧过程，填料表面微生物间接获取空气中的氧分，实现原水中氨氮的氧化过程；
2)监测短程硝化-生物滴滤池的出水水质，通过调整进气口大小和进水流速(28.8-45.2L/d)，进而控制混合液的溶解氧浓度(＜0.3mg/L)和水力停留时间(15-24h)，一方面确保氨氮被完全氧化为亚硝态氮，另一方面避免亚硝态氮进一步被氧化为硝态氮；
3)打开第二进水蠕动泵，短程硝化-生物滴滤池出水与另一部分污水原水按1.32：1比例在中间水箱中混合，为后续厌氧氨氧化生物过程创造适宜的反应底物基质。打开第三进水蠕动泵将质量浓度比例为1.32(亚硝态氮):1(氨氮)的混合废水泵入厌氧氨氧化-升流式污泥床，控制第三进水蠕动泵的流速为0.12L/h。同时反应器内废水由第一回流口通过第一回流蠕动泵泵入第二回流口，一方面消除短流的风险，另一方面确保功能微生物与底物基质完全混合，第一回流蠕动泵流速控制在0.36L/h。
试验结果表明：
采用超低能耗连续流短程硝化生物滴滤池-厌氧氨氧化升流式污泥床组合工艺处理低C/N农村污水。在生物滴滤器中，利用天然氧气将污水中的氨氮氧化为亚硝酸盐其次，将BTFPN的出水与一定比例的农村污水(1:1.2-1.5)混合引入上流式厌氧污泥床反应器，通过厌氧氨氧化过程去除含氮污染物。进水COD、NH4 +-N和TN分别为321.9、74.2和82.7mg/L，总氮去除率为93.7％，出水总氮浓度为6.7mg/L。

Claims (1)

1.一种超低能耗处理农村污水的方法，其特征在于，该方法所用装置包括原水水箱（1）、短程硝化-生物滴滤池（2）、中间水箱（3）、厌氧氨氧化-升流式污泥床（4）和在线监测设备（5）；所述原水水箱（1）设有第一出水口（1.1）、第二出水口（1.2）；所述短程硝化-生物滴滤池（2）设有第一进水蠕动泵（2.1）、滴灌喷头（2.2）、第一进水口（2.3）、生物填料（2.4）、承托层（2.5）、自然通风进气口（2.6）、第三出水口（2.7）；所述中间水箱（3）设有第二进水蠕动泵（3.1）、第二进水口（3.2）、第四出水口（3.3）；所述厌氧氨氧化-升流式污泥床（4）设有第三进水蠕动泵（4.1）、第三进水口（4.2）、三相分离器（4.3）、集气袋（4.4）、第一回流口（4.5）、第一在线监测装置（4.6）、第一回流蠕动泵（4.7）、第二回流口（4.8）和第五出水口（4.9）；原水水箱（1）的第一出水口通过第一进水蠕动泵（2.1）与短程硝化-生物滴滤池（2）滴灌喷头（2.2）相连接，滴灌喷头滴灌的原水通过第一进水口（2.3）进入短程硝化-生物滴滤池（2），空气经过自然通风进气口（2.6）进入短程硝化-生物滴滤池内，被生物填料（2.4）表面微生物获取利用；短程硝化-生物滴滤池第三出水口（2.7）与中间水箱（3）第二进水口（3.2）相连接，同时原水水箱（1）第二出水口（1.2）通过第二进水蠕动泵（3.1）与中间水箱（3）第二进水口（3.2）相连接；中间水箱第四出水口（3.3）通过第三进水蠕动泵（4.1）与厌氧氨氧化-升流式污泥床（4）第三进水口（4.2）相连接；厌氧氨氧化-升流式污泥床（4）第一回流口（4.5）通过第一回流蠕动泵（4.7）与第二回流口（4.8）相连接；
滴灌喷头和第一进水口设置在短程硝化-生物滴滤池（2）的顶部；
第三出水口设置在短程硝化-生物滴滤池（2）的底部；
短程硝化-生物滴滤池垂直方向上设置多层填料；相邻填料层之间留有间距，自然通风进气口设置在相邻填料之间的间距处；厌氧氨氧化-升流式污泥床（4）的第一回流口设置在顶部第二回流口设置在底部；
具体包括以下过程： 1）通过投加比表面积为 500 m2 /m3的生物填料，实现短程硝化生物滴滤池75%的填充比，富集氨氧化细菌；原水水箱中的农村废水首先泵入短程硝化-生物滴滤池，污水经过滴灌喷头被分散成直径 20-140μm 细小水滴，打开自然通风进气口，细小水滴在下落过程完成自然富氧过程，填料表面微生物间接获取空气中的氧分，实现原水中氨氮的氧化过程； 2）监测短程硝化-生物滴滤池的出水水质，通过调整进气口大小和进水流速控制混合液的溶解氧浓度＜0.3 mg/L 和水力停留时间为 15-24 h，一方面确保氨氮被完全氧化为亚硝态氮，另一方面避免亚硝态氮进一步被氧化为硝态氮； 3）打开第二进水蠕动泵，短程硝化-生物滴滤池出水与另一部分污水原水按体积比为 1.32：1 比例在中间水箱中混合，为后续厌氧氨氧化生物过程创造适宜的反应底物基质；打开第三进水蠕动泵将亚硝态氮与氨氮质量浓度比例为 1.32 的混合废水泵入厌氧氨氧化-升流式污泥床，控制第三进水蠕动泵的流速为 0.12L/h；同时厌氧氨氧化-升流式污泥床（4）内废水由第一回流口通过第一回流蠕动泵泵入第二回流口，第一回流蠕动泵流速控制在 0.36L/h。
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