CN114590895B - 稀土尾水的多级循环脱氮处理装置和多级循环脱氮处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种稀土尾水的多级循环脱氮处理装置和多级循环脱氮处理工艺。该稀土尾水的多级循环脱氮处理装置，包括：硝化‑厌氧氨氧化单元、终端厌氧氨氧化反应单元和泥水分离单元。硝化‑厌氧氨氧化单元包括硝化反应区和厌氧氨氧化反应区，厌氧氨氧化反应区包括沿自进水端至出水端方向设置的n级厌氧氨氧化反应子区，各级的厌氧氨氧化反应子区相互隔离，且各级的厌氧氨氧化反应子区与硝化反应区连接。上述装置通过将氨氮转化为亚硝态氮而不断形成含有亚硝态氮和氨氮的尾水硝化混合液，不必严格控制氨氮和亚硝酸盐氮的比例，即可有效脱氮。且装置控制灵活易于调节，解决了现有技术中稀土尾水的脱氮效率低、操作复杂且难度大的问题。

Description

稀土尾水的多级循环脱氮处理装置和多级循环脱氮处理工艺
技术领域
本发明涉及稀土尾水生物脱氮处理领域，具体而言，涉及一种稀土尾水的多级循环脱氮处理装置和多级循环脱氮处理工艺。
背景技术
稀土尾水具有高氨氮、低COD、高盐度、水质水量变化大等特点，我国稀土尾水生物脱氮处理主要采用传统的A/O工艺技术，A/O工艺属于全程硝化反硝化生物脱技术，由于A/O工艺的脱氮效率受工艺内循环率的限制，脱氮效率难以进一步提高，同时硝化阶段需要投加碱调节硝化反应的pH值、反硝化阶段需要投加大量有机碳源，具有能耗大、运行成本高、污泥产率高等缺点。近年来随着技术的进步和研究的深入，新型生物脱氮技术研究取得了突破性进展，其中厌氧氨氧化新型脱氮技术已经进入工业化应用阶段。与传统硝化反硝化相比，厌氧氨氧化脱氮技术具有能耗低、成本低、污染低和效率高的特点。但在厌氧氨氧化工艺单元进水中氨氮与亚硝酸盐比例(NH3-N/NO2 --N)需要严格控制在一定范围内，由于硝酸菌的适应能力很强，亚硝化反应过程很快便会转变成全程硝化反应，亚硝酸盐积累率不稳定，很难获得适宜的氨氮与亚硝酸盐比例(NH3-N/NO2 --N)，也是一个影响厌氧氨氧化脱氮工艺稳定运行的关键因素。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种稀土尾水的多级循环脱氮处理装置和多级循环脱氮处理工艺，以解决现有技术中稀土尾水的脱氮效率低、运行不稳定的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种稀土尾水的多级循环脱氮处理装置，该装置包括：硝化-厌氧氨氧化单元，包括硝化反应区和厌氧氨氧化反应区，厌氧氨氧化反应区包括沿自进水端至出水端方向设置的n级厌氧氨氧化反应子区，各级的厌氧氨氧化反应子区相互隔离，各级的厌氧氨氧化反应子区设置在硝化反应区的一侧或两侧，且各级的厌氧氨氧化反应子区与硝化反应区通过进水通道和回水通道进行连接；终端厌氧氨氧化反应单元，具有硝化-厌氧氨氧化混合液进水口和终端反应液出口，硝化-厌氧氨氧化混合液进水口与硝化反应区的出水端连接；泥水分离单元，与终端反应液出口连接。
进一步地，上述进水通道设置有固液分离设备。
进一步地，上述回水通道包括液下推流泵。
进一步地，上述硝化反应区对应各级的厌氧氨氧化反应子区的区域内分别设置曝气设备，优选各曝气设备的曝气量可独立控制。
进一步地，上述多级循环脱氮处理装置还包括预处理单元，预处理单元设置在硝化-厌氧氨氧化单元的上游且与硝化-厌氧氨氧化单元的进水端连接。
进一步地，上述各级的厌氧氨氧化反应子区均为两个且分别设置在硝化反应区的两侧。
进一步地，上述多级循环脱氮处理装置还包括污泥回流单元，污泥回流单元一端与泥水分离单元相连，另一端与硝化-厌氧氨氧化单元的进水端相连。
根据本发明的另一方面，提供了一种稀土尾水的多级循环脱氮处理工艺，该多级循环脱氮处理工艺采用上述任一种多级循环脱氮处理装置实施。
进一步地，上述多级循环脱氮处理装置的硝化反应区内待处理废水的溶解氧浓度为0.2～2.5mg/L、pH值为8.0～9.5、悬浮物浓度为2800～4200mg/L，优选溶解氧浓度沿进水端向出水端方向递减，优选硝化反应区的水力停留时间为1.5～6h。
进一步地，上述多级循环脱氮处理装置的各级的厌氧氨氧化反应子区内待处理废水的溶解氧≤0.6mg/L、pH值为7.0～8.5，优选各级的厌氧氨氧化反应子区的水力停留时间为1.5～3h。
进一步地，上述多级循环脱氮处理装置的硝化-厌氧氨氧化单元中水力循环比为50～300％，优选地，第一级的厌氧氨氧化反应子区对应的硝化-厌氧氨氧化单元中水力循环比为50～150％，第2～n-1级的各厌氧氨氧化反应子区对应的硝化-厌氧氨氧化单元中水力循环比为100～300％，第n级的厌氧氨氧化反应子区对应的硝化-厌氧氨氧化单元中水力循环比为50～150％。
进一步地，上述多级循环脱氮处理装置的终端厌氧氨氧化反应单元(300)内，待处理废水的溶解氧≤0.5mg/L，优选终端厌氧氨氧化反应单元的水力停留时间为1.0～2.0h。
应用本发明的技术方案，利用循环脱氮处理装置，将氨氮转化为亚硝态氮而不断形成含有亚硝态氮和氨氮的尾水硝化混合液，不必严格控制氨氮和亚硝酸盐氮的比例，即可有效脱氮。且装置控制灵活易于调节，解决了现有技术中稀土尾水的脱氮效率低、操作复杂且难度大的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种实施例示出的稀土尾水多级循环脱氮处理装置示意图；以及
图2示出了据本发明的一种实施例示出的多级循环脱氮处理工艺的流程示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
100、预处理单元；200、硝化-厌氧氨氧化单元；300、终端厌氧氨氧化反应单元；400、泥水分离单元；500、曝气设备；600、进水通道；700、回水通道；800、污泥回流单元；210、硝化反应区；220、厌氧氨氧化反应区；221、厌氧氨氧化反应子区；610、固液分离设备；710、液下推流泵。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如背景技术中描述的，传统的A/O工艺技术脱氮效率难以进一步提高，而现有厌氧氨氧化脱氮技术中，很难获得适宜的氨氮与亚硝酸盐氮比例(NH3-N/NO2 --N)，导致厌氧氨氧化工艺无法稳定运行，进而导致稀土尾水的脱氮效率低、操作复杂。因此，本发明提供了一种稀土尾水的多级循环脱氮处理装置和多级循环脱氮处理工艺来解决上述问题。
本申请的一种典型的实施方式，提供了一种稀土尾水的多级循环脱氮处理装置，如图1所示，该多级循环脱氮处理装置包括：硝化-厌氧氨氧化单元200，终端厌氧氨氧化反应单元300和泥水分离单元400；硝化-厌氧氨氧化单元200包括硝化反应区210和厌氧氨氧化反应区220，厌氧氨氧化反应区220包括沿自进水端至出水端方向设置的n级厌氧氨氧化反应子区221，各级的厌氧氨氧化反应子区221相互隔离，各级的厌氧氨氧化反应子区221设置在硝化反应区210的一侧或两侧，且各级的厌氧氨氧化反应子区221与硝化反应区210通过进水通道600和回水通道700进行连接；终端厌氧氨氧化反应单元300具有硝化-厌氧氨氧化混合液进水口和终端反应液出口，硝化-厌氧氨氧化混合液进水口与硝化反应区210的出水端连接；泥水分离单元400与终端反应液出口连接。
本申请的多级循环脱氮处理装置的硝化反应区210与多级的厌氧氨氧化反应子区221相连，各级的厌氧氨氧化反应子区221之间是相互分隔不连通的，厌氧氨氧化反应区220可以在硝化反应区210的一侧设置，也可以在硝化反应区210的两侧都设置。为了方便描述，假设上述n＝3，即共有三级的厌氧氨氧化反应子区221，硝化反应区210的前段、中段和后段分别与第一级的厌氧氨氧化反应子区221、第二级的厌氧氨氧化反应子区221、第三级的厌氧氨氧化反应子区221连接，硝化反应区210的前、中、后段是相互连通的，稀土尾水自前段向后段流动。稀土尾水首先进入硝化反应区210的前段，进行部分硝化反应，反应过后形成的硝化混合液一部分通过进水通道600进入第一级的厌氧氨氧化反应子区221进行反应，消耗掉其中大部分亚硝酸盐氮和部分氨氮，之后通过回水通道700回到硝化反应区210的前段，并随剩余部分硝化混合液进入硝化反应区210的中段。进入硝化反应区210的中段的混合液进行进一步的硝化反应，进一步反应后的混合液一部分进入第二级的厌氧氨氧化反应子区221，另一部分进入硝化反应区210的后段。进入第二级的厌氧氨氧化反应子区221的混合液处理过程与第一级的厌氧氨氧化反应子区221的相同，即进行厌氧氨氧化反应后回到硝化反应区210的中段，再进入硝化反应区210的后段。进入硝化反应区210的后段的混合液继续进行硝化反应，之后混合液的一部分进入第三级的厌氧氨氧化反应子区221，经反应后回到硝化反应区210的后段并进入终端厌氧氨氧化反应单元300，另一部分直接由硝化反应区210的出水端进入终端厌氧氨氧化反应单元300；混合液在终端厌氧氨氧化反应单元300充分反应后，进入泥水分离单元400进行泥水分离，排出符合排放标准的上清液。应用本申请的多级循环脱氮处理装置，将氨氮通过硝化反应转化为亚硝态氮而不断形成含有亚硝态氮和氨氮的尾水硝化混合液，不必严格控制氨氮和亚硝酸盐氮的比例，利用厌氧氨氧化反应区220去除尾水硝化混合液大部分亚硝态氮和部分氨氮，剩余的氨氮随尾水混合液回流到硝化反应区210继续进行硝化反应。在厌氧氨氧化反应过程中产生的碱随尾水混合液回流补充到硝化反应段，亦即相应减少了硝化反应段的补加碱量。同时，充分利用了硝化反应区210首端游离氨和循环混合液中游离亚硝酸盐(FNA)对硝酸菌(NOB)的抑制作用，有利于装置稳定保持在亚硝化阶段。且装置控制灵活易于调节，解决了现有技术中适宜的氨氮与亚硝酸盐氮比例(NH3-N/NO2 --N)难以获得、导致厌氧氨氧化工艺无法稳定运行、进而导致稀土尾水的脱氮效率低、操作复杂且难度大的问题。
部分硝化反应过程是采用含有硝化细菌的生物污泥对尾水进行处理，因此经部分硝化反应形成的硝化混合液中会带有生物污泥，为了避免生物污泥的流失，如图1所示，优选上述进水通道600设置有固液分离设备610。该固液分离设备610可以采用目前污水处理中常用的泥水分离设置，比如该固液分离设备610包括：进水堰板、导流板和泥斗，进水堰板与导流板组成导流区，导流板与隔离板(亦即硝化反应区210和厌氧氨氧化反应区220间的隔板)组成沉淀区，根据泥水分离的过程该固液分离设备610可以划分为上部为清水区、中部为沉淀区、下部为泥斗。硝化反应后的硝化混合液在经过进水通道600时，首先通过进水堰板进入导流区，再进入沉淀区进行固液分离，分离出来的生物污泥回落至泥斗浓缩后通过泥斗底部的回流缝返回硝化反应区210，上清液进入上部的清水区，再经过隔离板上部的进水孔均匀流入各级的厌氧氨氧化反应子区221。
为了调控厌氧氨氧化反应区220的水力停留时间(或硝化反应区210和厌氧氨氧化反应区220之间的循环比)，如图1所示，优选上述回水通道700包括液下推流泵710，利用液下推流泵710使厌氧氨氧化反应区220处理后的废水回流至硝化反应区210，并通过液下推流泵710的泵速调整硝化反应区210和厌氧氨氧化反应区220之间的循环比。
硝化反应区210中溶解氧的含量(DO)是很重要的参数，对硝化反应有较大的影响。本申请利用曝气装置来控制硝化反应区210各个分段的DO值，来控制部分硝化反应进程，实现部分氨氮转化成亚硝酸盐氮，期间无需严格控制亚硝酸盐氮与氨氮的比例，优选上述硝化反应区210对应各级的厌氧氨氧化反应子区221的区域内分别设置曝气设备500，更优选各曝气设备500的曝气量可独立控制。
稀土尾水中可能会携带有大量的固态悬浮物和颗粒，因此在尾水进入到多级循环脱氮处理装置前先进入预处理单元100进行絮凝、沉降等处理。如图1所示，优选上述多级循环脱氮处理装置还包括预处理单元100，预处理单元100设置在硝化-厌氧氨氧化单元200的上游且与硝化-厌氧氨氧化单元200的进水端连接。利用预处理单元100对稀土尾水进行絮凝、沉降等处理，以得到待处理的稀土尾水，其中的预处理单元100的具体设置方式，可以参考常规的具有絮凝、沉降处理功能的预处理装置，在此不再赘述。
为了提高去除尾水中氨氮的效率，如图1所示，优选上述各级的厌氧氨氧化反应子区221均为两个且分别设置在硝化反应区210的两侧。
在一种实施例中，如图1所示，优选上述多级循环脱氮处理装置还包括污泥回流单元800，污泥回流单元800一端与泥水分离单元400相连，另一端与硝化-厌氧氨氧化单元200的进水端相连。分离出的浓缩污泥回流到硝化反应区210，从而提高污泥中硝化细菌的含量。
在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种稀土尾水的多级循环脱氮处理工艺，多级循环脱氮处理工艺采用上述任一种多级循环脱氮处理装置实施。
本申请的多级循环脱氮处理装置的硝化反应区210与多级的厌氧氨氧化反应子区221相连，各级的厌氧氨氧化反应子区221之间是相互分隔不连通的，厌氧氨氧化反应区220可以在硝化反应区210的一侧设置，也可以在硝化反应区210的两侧都设置。为了方便描述，假设上述n＝3，即共有三级的厌氧氨氧化反应子区221，硝化反应区210的前段、中段和后段分别与第一级、第二级、第三级的厌氧氨氧化反应子区221连接，硝化反应区210的前、中、后段是相互连通的。待处理的稀土尾水首先进入硝化反应区210的前段，进行部分硝化反应，形成的硝化混合液一部分通过进水通道600进入第一级的厌氧氨氧化反应子区221进行厌氧氨氧化脱氮反应，消耗掉其中大部分亚硝酸盐氮和部分氨氮，之后通过回水通道700回到硝化反应区210的前段继续进行硝化反应，并随硝化混合液的另一部分进入硝化反应区210的中段。进入硝化反应区210中段的混合液进一步的部分硝化反应，反应后稀土尾水一部分进入第二级的厌氧氨氧化反应子区221，另一部分直接进入硝化反应区210的后段。进入第二级的厌氧氨氧化反应子区221的稀土尾水处理过程与进入第一级的厌氧氨氧化反应子区221的相同，即进行厌氧氨氧化反应后回到硝化反应区210的中段，再进入硝化反应区210的后段。进入硝化反应区210的后段的稀土尾水进行进一步的部分硝化反应，反应后稀土尾水一部分进入第三级的厌氧氨氧化反应子区221，经反应后回到硝化反应区210的后段并进入终端厌氧氨氧化反应单元300；另一部分直接进入终端厌氧氨氧化反应单元300。稀土尾水在终端厌氧氨氧化反应单元300充分反应后，进入泥水分离单元400进行泥水分离，排出符合排放标准的上清液。应用本申请的多级循环脱氮处理装置，将氨氮通过硝化反应转化为亚硝态氮而不断形成含有亚硝态氮和氨氮的尾水硝化混合液，不必严格控制氨氮和亚硝酸盐氮的比例，利用厌氧氨氧化反应区220去除尾水硝化混合液大部分亚硝态氮和部分氨氮，剩余的氨氮随尾水混合液回流到硝化反应区210继续进行硝化反应。在厌氧氨氧化反应过程中产生的碱度随尾水混合液回流补充到硝化反应段，亦即相应减少了硝化反应段的补加碱量。同时，充分利用了硝化反应区210首端游离氨和循环混合液中游离亚硝酸盐(FNA)对硝酸菌(NOB)的抑制作用，有利于装置稳定保持在亚硝化阶段。且装置控制灵活易于调节，解决了现有技术中适宜的氨氮与亚硝酸盐氮比例(NH3-N/NO2 --N)难以获得，导致厌氧氨氧化工艺无法稳定运行，进而导致稀土尾水的脱氮效率低、操作复杂且难度大的问题。
在一种实施例中，优选上述多级循环脱氮处理装置的硝化反应区210内待处理废水的溶解氧浓度为0.2～2.5mg/L、pH值为8.0～9.5、悬浮物浓度为2800～4200mg/L，优选上述溶解氧浓度沿进水端向出水端方向递减，优选硝化反应区210的水力停留时间为4～6h。硝化反应区210内的自由氨(FA)会影响硝化细菌的活性，进而影响亚硝酸盐氮积累率，硝化反应中溶解氧浓度和pH值均为关键参数，因此对这两个参数分别进行控制，以控制亚硝酸盐氮和氨氮的比例在本申请的优选比例的范围内。同时，由于从进水端到出水端，硝化反应区210内待处理废水的氨氮浓度在逐渐减小，因此为了进一步控制硝酸盐氮和氨氮的比例，设置溶解氧浓度沿进水端向出水端方向递减。
厌氧氨氧化反应过程中无需氧的参与，且产生少量碱度，优选上述多级循环脱氮处理装置的各级的厌氧氨氧化反应子区221内待处理废水的溶解氧≤0.5mg/L、pH值为7.0～8.5，为了使大部分亚硝酸氮通过厌氧氨氧化反应被去除掉，优选各级的厌氧氨氧化反应子区221的水力停留时间为1.5～3h。
为了得到同时含有亚硝酸盐氮和氨氮的硝化混合液，优选上述多级循环脱氮处理装置的硝化-厌氧氨氧化单元200中水力循环比为50～300％，该水力循环比如本领域技术人员所理解的，即回流至硝化反应区210的水量与装置进水量的体积比。优选地，第一级的厌氧氨氧化反应子区221对应的硝化-厌氧氨氧化单元200中水力循环比为50～150％，第2～n-1级的各厌氧氨氧化反应子区221对应的硝化-厌氧氨氧化单元200中水力循环比为100～300％，第n级的厌氧氨氧化反应子区221对应的硝化-厌氧氨氧化单元200中水力循环比为50～150％。
厌氧氨氧化细菌在低氧、低偏碱性环境中拥有较高的活性，可以提升厌氧氨氧化反应效率，优选上述多级循环脱氮处理装置的终端厌氧氨氧化反应单元300内，待处理废水的溶解氧≤0.5mg/L、pH值为7.0～8.5，为了使大部分亚硝酸氮通过厌氧氨氧化反应被去除掉，优选终端厌氧氨氧化反应单元300的水力停留时间为1.0～2.0h。
实施例1
本实施例以图1所示的稀土尾水三级循环脱氮装置为例，采用图2所示的流程进行处理，首先对高氨氮稀土尾水进行除浊及调节pH等预处理，得到预处理尾水，该预处理尾水氨氮浓度210mg/L，pH＝8.5，悬浮物SS≤20mg/L，COD≤30mg/L。
1)预处理尾水由进水系统送入硝化反应区210前段进行有限硝化反应，将尾水中的氨氮部分转化成亚硝态氮形成含有亚硝态氮和氨氮的尾水混合液，硝化反应区210前段控制条件：DO＝1.2mg/L(曝气设备500进行控制)、HRT＝2.0h、MLSS＝3820mg/L和pH＝8.5。一部分尾水硝化混合液进入硝化反应区210中段继续进行硝化反应，另一部分尾水硝化混合液经固液分离设备610进行泥水分离后，污泥直接回落至硝化反应区210，上清液进入第一级的厌氧氨氧化反应子区221进行一级厌氧氨氧化脱氮反应，主要去除大部分亚硝态氮和部分氨氮，第一级的厌氧氨氧化反应子区221控制条件：DO≤0.6mg/L、pH＝8.0、HRT＝2.0h。处理后的混合液由液下推流泵710回流至硝化反应区210继续进行硝化反应，如此循环脱氮处理，循环比R＝120％。
2)进入硝化反应区210中段的尾水硝化混合液继续进行硝化反应，控制条件：DO＝1.0mg/L(曝气设备500进行控制)、HRT＝2.0h、MLSS＝3100mg/L和pH＝8.2。一部分尾水硝化混合液进入硝化反应区210末端，另一部分尾水硝化混合液经混合液固液分离设备610进行泥水分离后，污泥直接回落至硝化反应区210中段，上清液进入第二级的厌氧氨氧化反应子区221进行二级厌氧氨氧化脱氮反应，二级厌氧氨氧化反应段控制条件：DO≤0.6mg/L、pH＝8.0、HRT＝2.0h。处理后的混合液由液下推流泵710回流至硝化反应区210进行硝化反应，如此循环脱氮处理，循环比R＝280％。
3)进入硝化反应区210末段的尾水硝化混合液继续进行硝化反应，控制条件：DO＝0.4mg/L(曝气设备500进行控制)、HRT＝1.5h、MLSS＝2800mg/L和pH＝8.0。一部分硝化液进入终端厌氧氨氧化反应单元300进一步深度脱氮后进入泥水分离单元400，一部分硝化液经混合液固液分离设备610进行泥水分离后，污泥直接回落至硝化反应区210末段，上清液进入第三级的厌氧氨氧化反应子区221进行三级厌氧氨氧化脱氮反应，控制条件：DO≤0.5mg/L、HRT＝2.0h。处理后的混合液由液下推流泵710回流至硝化反应区210末段进行循环脱氮处理，循环比R＝150％。
4)进入泥水分离单元400的尾水硝化混合液进行固液分离，污泥经污泥回流单元800硝化反应区220。上清液从泥水分离单元400排出，完成稀土尾水脱氮处理及固液分离过程，沉淀时间2.0h。出水氨氮≤12.4mg/L、总氮≤28.7mg/L、SS≤30mg/L，达到《稀土工业污染物排放标准》(GB26451-2011)的要求。
实施例2
本实施例以图1所示的稀土尾水三级循环脱氮装置为例，采用图2所示的流程进行处理，首先对高氨氮稀土尾水进行除浊及调节pH等预处理，得到预处理尾水，该预处理尾水氨氮浓度210mg/L，pH＝8.5，悬浮物SS≤20mg/L，COD≤30mg/L。
1)模拟稀土尾水由进水系统送入硝化反应区210前段进行部分硝化反应而形成含亚硝态氮和氨氮的尾水硝化混合液，控制条件：DO＝1.5mg/L、HRT＝2.0h、MLSS＝3300mg/L和pH＝8.3。一部分尾水硝化混合液进入硝化反应区210中段继续进行硝化反应，另一部分尾水硝化混合液经混合液固液分离系统进行泥水分离后，污泥直接回落至硝化反应区210，上清液进入一级厌氧氨氧化反应段进行一级厌氧氨氧化脱氮反应，主要去除大部分亚硝态氮和部分氨氮，控制条件：DO≤0.5mg/L、HRT＝2.0h和pH＝8.0。处理后的混合液由液下推流泵710回流至硝化反应区210继续进行硝化反应，如此循环脱氮处理，循环比R＝70％。
2)进入硝化反应区210中段的尾水硝化混合液继续进行硝化反应，控制条件：DO＝1.0mg/L、HRT＝2.0h、MLSS＝3000mg/L和pH＝8.3。一部分尾水硝化混合液进入硝化反应区210末端，另一部分尾水硝化混合液经混合液固液分离系统进行泥水分离后，污泥直接回落至硝化反应区210中段，上清液进入二级厌氧氨氧化反应段进行二级厌氧氨氧化脱氮反应，控制条件：DO≤0.5mg/L、HRT＝2.0h和pH＝8.0。处理后的混合液由液下推流泵710回流至硝化反应区210进行硝化反应，如此循环脱氮处理，循环比R＝180％。
3)进入硝化反应区210末段的尾水硝化混合液继续进行硝化反应，控制条件：DO＝0.2mg/L、HRT＝2.0h、MLSS＝3000mg/L和pH＝8.0。一部分硝化液进入终端厌氧氨氧化反应单元300进一步深度脱氮后进入沉淀浓缩及回流系统，一部分硝化液经混合液固液分离系统进行泥水分离后，污泥直接回落至硝化反应区210末段，上清液进入三级厌氧氨氧化反应段进行三级厌氧氨氧化脱氮反应，控制条件：DO≤0.4mg/L、HRT＝2.0h和pH＝8.0。处理后的混合液由液下推流泵710回流至硝化反应区210末段进行循环脱氮处理，循环比R＝250％。
4)进入沉淀浓缩及回流系统的尾水硝化混合液进行固液分离，并排出完成脱氮处理的上清液，完成稀土尾水脱氮处理及固液分离过程，沉淀浓缩时间2.0h。出水氨氮≤7.2mg/L、总氮≤26.8mg/L、SS≤20mg/L，达到《稀土工业污染物排放标准》(GB26451-2011)的要求。
实施例3
与实施例1的区别在于，1)中氨氮浓度80mg/L，硝化反应段DO＝0.5～0.2mg/L，2)中硝化反应区210前段控制条件：DO＝0.5mg/L，3)中硝化反应区210中段控制条件：DO＝0.3mg/L，4)中硝化反应区210末段控制条件：DO＝0.2mg/L，循环比R＝300％。
实施例4
与实施例1的区别在于，1)中氨氮浓度400mg/L，硝化反应段DO＝2.5～0.5mg/L，2)中硝化反应区210前段控制条件DO＝2.5mg/L，循环比R＝200％，3)中硝化反应区210中段控制条件：DO＝1.5mg/L，循环比R＝200％，4)中硝化反应区210末段控制条件：DO＝0.5mg/L，循环比R＝300％。
实施例5
1)本实施例以稀土尾水三级循环脱氮装置为例，采用经除浊及调节pH预处理的高氨氮稀土尾水作为原水，氨氮浓度210mg/L，pH＝8.2，悬浮物SS≤20mg/L，COD≤30mg/L。脱氮装置的控制条件：硝化反应区：DO＝1.0mg/L、水力停留时间HRT＝3.0h、混合液悬浮物浓度MLSS＝3600mg/L，厌氧氨氧化反应区：DO≤0.5mg/L、温度T＝32℃，终端厌氧氨氧化反应区：DO≤0.5mg/L、HRT＝2h，污泥沉淀时间2.0h。
2)经预处理的稀土尾水由进水系统送入硝化反应区进行有限硝化反应，将尾水中的氨氮部分转化成亚硝态氮形成含有亚硝态氮和氨氮的尾水混合液，控制条件：DO＝1.2mg/L、HRT1＝3.0h、MLSS＝3600mg/L和pH＝8.5。一部分尾水硝化混合液进入硝化反应区中段继续进行硝化反应，另一部分尾水硝化混合液经混合液固液分离系统进行泥水分离后，污泥直接回落至硝化反应区，上清液进入一级厌氧氨氧化反应段进行一级厌氧氨氧化脱氮反应，主要去除亚硝态氮和部分氨氮，控制条件：DO≤0.5mg/L、HRT＝2.0h。处理后的混合液由液下推流泵回流至硝化反应区继续进行硝化反应，如此循环脱氮处理，循环比R＝120％。
3)进入硝化反应区末段的尾水硝化混合液继续进行硝化反应，控制条件：DO＝0.6mg/L、HRT＝3.0h、MLSS＝3200mg/L和pH＝8.5。一部分硝化液进入终端厌氧氨氧化反应区进一步深度脱氮后进入沉淀浓缩及回流系统，一部分硝化液经混合液固液分离系统进行泥水分离后，污泥直接回落至硝化反应区末段，上清液进入二级厌氧氨氧化反应段进行二级厌氧氨氧化脱氮反应，控制条件：DO＝0.5mg/L、HRT＝2.0h。处理后的混合液由液下推流泵回流至硝化反应区末段进行循环脱氮处理，循环比R＝70％。
4)进入沉淀浓缩及回流系统的尾水硝化混合液进行固液分离，并排出完成脱氮处理的上清液，完成稀土尾水脱氮处理及固液分离过程，沉淀时间2.0h。
实施例6
1)本实施例以稀土尾水四级循环脱氮装置为例，采用模拟稀土尾水作为原水，氨氮浓度400mg/L，pH＝8.5，悬浮物SS≤20mg/L，COD≤30mg/L。脱氮装置的控制条件：硝化反应区：DO＝2.5mg/L、总水力停留时间HRT＝6.0h、混合液悬浮物浓度MLSS＝3820mg/L，厌氧氨氧化反应区：DO≤0.5mg/L、温度T＝32℃，终端厌氧氨氧化反应区：DO≤0.5mg/L、HRT＝1.5h，污泥沉淀时间2.0h。
2)模拟稀土尾水由进水系统送入硝化反应区进行有限硝化反应，将尾水中的氨氮部分转化成亚硝态氮形成含有亚硝态氮和氨氮的尾水混合液，控制条件：DO＝2.5mg/L、HRT＝1.5h、MLSS＝3570mg/L和pH＝8.5。一部分尾水硝化混合液进入硝化反应区中段继续进行硝化反应，另一部分尾水硝化混合液经混合液固液分离系统进行泥水分离后，污泥直接回落至硝化反应区，上清液进入一级厌氧氨氧化反应段进行一级厌氧氨氧化脱氮反应，主要去除大部分亚硝态氮和部分氨氮，控制条件：DO≤0.5mg/L、HRT＝1.5h。处理后的混合液由液下推流泵回流至硝化反应区继续进行硝化反应，如此循环脱氮处理，循环比R＝160％。
3)进入硝化反应区二段的尾水硝化混合液继续进行硝化反应，控制条件：DO＝1.5mg/L、HRT＝1.5h、MLSS＝3100mg/L和pH＝8.5。一部分尾水硝化混合液进入硝化反应区末端，另一部分尾水硝化混合液经混合液固液分离系统进行泥水分离后，污泥直接回落至硝化反应区中段，上清液进入二级厌氧氨氧化反应段进行二级厌氧氨氧化脱氮反应，控制条件：DO＝0.4mg/L、HRT＝2.0h。处理后的混合液由液下推流泵回流至硝化反应区进行硝化反应，如此循环脱氮处理，循环比R＝120％。
4)进入硝化反应区三段的尾水硝化混合液继续进行硝化反应，控制条件：DO＝0.8mg/L、HRT＝1.5h、MLSS＝3000mg/L和pH＝8.5。一部分尾水硝化混合液进入硝化反应区末端，另一部分尾水硝化混合液经混合液固液分离系统进行泥水分离后，污泥直接回落至硝化反应区中段，上清液进入二级厌氧氨氧化反应段进行三级厌氧氨氧化脱氮反应，控制条件：DO＝0.4mg/L、HRT＝2.0h。处理后的混合液由液下推流泵回流至硝化反应区进行硝化反应，如此循环脱氮处理，循环比R＝100％。
5)进入硝化反应区末段的尾水硝化混合液继续进行硝化反应，控制条件：DO＝0.4mg/L、HRT＝1.5h、MLSS＝2800mg/L和pH＝8.5。一部分硝化液进入终端厌氧氨氧化反应区进一步深度脱氮后进入沉淀浓缩及回流系统，一部分硝化液经混合液固液分离系统进行泥水分离后，污泥直接回落至硝化反应区末段，上清液进入四级厌氧氨氧化反应段进行四级厌氧氨氧化脱氮反应，控制条件：DO＝0.5mg/L、HRT＝2.0h。处理后的混合液由液下推流泵回流至硝化反应区末段进行循环脱氮处理，循环比R＝150％。
6)进入沉淀浓缩及回流系统的尾水硝化混合液进行固液分离，并排出完成脱氮处理的上清液，完成稀土尾水脱氮处理及固液分离过程，沉淀时间2.0h。
采用《水和废水监测分析方法》(第四版)中的方法，对上述实施例处理后的尾水的出水氨氮、总氮和SS进行测量，测试结果如表1所示：
表1
出水氨氮(mg/L) 总氮(mg/L) SS(mg/L)
实施例1 ≤12.4 ≤28.7 ≤30
实施例2 ≤7.2 ≤26.8 ≤20
实施例3 ≤3.1 ≤18.7 ≤20
实施例4 ≤13.4 ≤30 ≤30
实施例5 ≤11.8 ≤27.7 ≤25
实施例6 ≤10.1 ≤24.2 ≤25
上述实施例处理后均达到《稀土工业污染物排放标准》(GB26451-2011)的要求。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：。
本申请的多级循环脱氮处理装置的硝化反应区与多级厌氧氨氧化反应区相连，各级厌氧氨氧化反应区之间是相互分隔不连通的，厌氧氨氧化反应区可以在硝化反应区的一侧设置，也可以在硝化反应区的两侧都设置。为了方便描述，假设上述n＝3，即共有三级厌氧氨氧化反应区，硝化反应区的前段、中段和后段分别与一级厌氧氨氧化反应区、二级厌氧氨氧化反应区、三级厌氧氨氧化反应区连接，硝化反应区的前、中、后段是相互连通的，稀土尾水自前段向后段流动。稀土尾水首先进入硝化反应区的前段，进行部分硝化反应，反应过后的稀土尾水一部分通过进水通道进入一级厌氧氨氧化反应区进行反应，消耗掉其中大部分亚硝酸盐氮和部分氨氮，之后通过回水通道回到硝化反应区的前段，并继续进入到硝化反应区的中段；稀土尾水的另一部分直接进入硝化反应区的中段。进入硝化反应区的中段的稀土尾水进行进一步的部分硝化反应，反应后稀土尾水一部分进入二级厌氧氨氧化反应区，另一部分直接进入硝化反应区的后段。进入二级厌氧氨氧化反应区的稀土尾水处理过程与进入一级厌氧氨氧化反应区的相同，即进行厌氧氨氧化反应后回到硝化反应区的中段，再进入硝化反应区的后段。进入硝化反应区的后段的稀土尾水进行进一步的部分硝化反应，反应后稀土尾水一部分进入三级厌氧氨氧化反应区，经反应后回到硝化反应区的后段并进入终端厌氧氨氧化反应单元；另一部分直接进入终端厌氧氨氧化反应单元。稀土尾水在终端厌氧氨氧化反应单元充分反应后，进入泥水分离单元进行泥水分离，排出符合排放标准的上清液。应用本申请的多级循环脱氮处理装置，将氨氮通过硝化反应转化为亚硝态氮而不断形成含有亚硝态氮和氨氮的尾水硝化混合液，不必严格控制氨氮和亚硝酸盐氮的比例，利用厌氧氨氧化反应区去除尾水硝化混合液大部分亚硝态氮和部分氨氮，剩余的氨氮随尾水混合液回流到硝化反应区继续进行硝化反应。在厌氧氨氧化反应过程中产生的碱随尾水混合液回流补充到硝化反应段，亦即相应减少了硝化反应段的补加碱量。同时，充分利用了硝化反应区首端游离氨和循环混合液中游离亚硝酸盐(FNA)对硝酸菌(NOB)的抑制作用，有利于装置稳定保持在亚硝化阶段。且装置控制灵活易于调节，解决了现有技术中适宜的氨氮与亚硝酸盐氮比例(NH3-N/NO2--N)难以获得、导致厌氧氨氧化工艺无法稳定运行、进而导致稀土尾水的脱氮效率低、操作复杂难度大的问题。
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 (18)

1.一种稀土尾水的多级循环脱氮处理装置，其特征在于，包括：
硝化-厌氧氨氧化单元(200)，包括硝化反应区(210)和厌氧氨氧化反应区(220)，所述厌氧氨氧化反应区(220)包括沿自进水端至出水端方向设置的n级厌氧氨氧化反应子区(221)，各级的所述厌氧氨氧化反应子区(221)相互隔离，各级的所述厌氧氨氧化反应子区(221)设置在所述硝化反应区(210)的一侧或两侧，且各级的所述厌氧氨氧化反应子区(221)与所述硝化反应区(210)通过进水通道(600)和回水通道(700)进行连接；
终端厌氧氨氧化反应单元(300)，具有硝化-厌氧氨氧化混合液进水口和终端反应液出口，所述硝化-厌氧氨氧化混合液进水口与所述硝化反应区(210)的出水端连接；
泥水分离单元(400)，与所述终端反应液出口连接。
2.根据权利要求1所述的多级循环脱氮处理装置，其特征在于，所述进水通道(600)设置有固液分离设备(610)。
3.根据权利要求1所述的多级循环脱氮处理装置，其特征在于，所述回水通道(700)包括液下推流泵(710)。
4.根据权利要求1所述的多级循环脱氮处理装置，其特征在于，所述硝化反应区(210)对应各级的厌氧氨氧化反应子区(221)的区域内分别设置曝气设备(500)。
5.根据权利要求4所述的多级循环脱氮处理装置，其特征在于，各所述曝气设备(500)的曝气量可独立控制。
6.根据权利要求1所述的多级循环脱氮处理装置，其特征在于，所述多级循环脱氮处理装置还包括预处理单元(100)，所述预处理单元(100)设置在所述硝化-厌氧氨氧化单元(200)的上游且与所述硝化-厌氧氨氧化单元(200)的进水端连接。
7.根据权利要求4所述的多级循环脱氮处理装置，其特征在于，各级的所述厌氧氨氧化反应子区(221)均为两个且分别设置在所述硝化反应区(210)的两侧。
8.根据权利要求1所述的多级循环脱氮处理装置，其特征在于，所述多级循环脱氮处理装置还包括污泥回流单元(800)，所述污泥回流单元(800)一端与所述泥水分离单元相连，另一端与所述硝化-厌氧氨氧化单元(200)的进水端相连。
9.一种稀土尾水的多级循环脱氮处理工艺，其特征在于，所述多级循环脱氮处理工艺采用权利要求1至8中任一项所述的多级循环脱氮处理装置实施。
10.根据权利要求9所述的多级循环脱氮处理工艺，其特征在于，所述多级循环脱氮处理装置的硝化反应区(210)内待处理废水的溶解氧浓度为0.2～2.5mg/L、pH值为8.0～9.5、悬浮物浓度为2800～4200mg/L。
11.根据权利要求10所述的多级循环脱氮处理工艺，其特征在于，所述溶解氧浓度沿进水端向出水端方向递减。
12.根据权利要求10所述的多级循环脱氮处理工艺，其特征在于，所述硝化反应区(210)的水力停留时间为1.5～6h。
13.根据权利要求9所述的多级循环脱氮处理工艺，其特征在于，所述多级循环脱氮处理装置的各级的厌氧氨氧化反应子区(221)内待处理废水的溶解氧≤0.6mg/L、pH值为7.0～8.5。
14.根据权利要求13所述的多级循环脱氮处理工艺，其特征在于，各级的厌氧氨氧化反应子区(221)的水力停留时间为1.5～3h。
15.根据权利要求9所述的多级循环脱氮处理工艺，其特征在于，所述多级循环脱氮处理装置的硝化-厌氧氨氧化单元(200)中水力循环比为50～300％。
16.根据权利要求15所述的多级循环脱氮处理工艺，其特征在于，第一级的所述厌氧氨氧化反应子区(221)对应的所述硝化-厌氧氨氧化单元(200)中水力循环比为50～150％，第2～n-1级的各所述厌氧氨氧化反应子区(221)对应的所述硝化-厌氧氨氧化单元(200)中水力循环比为100～300％，第n级的所述厌氧氨氧化反应子区(221)对应的所述硝化-厌氧氨氧化单元(200)中水力循环比为50～150％。
17.根据权利要求9所述的多级循环脱氮处理工艺，其特征在于，所述多级循环脱氮处理装置的终端厌氧氨氧化反应单元(300)内，待处理废水的溶解氧≤0.5mg/L。
18.根据权利要求17所述的多级循环脱氮处理工艺，其特征在于，终端厌氧氨氧化反应单元(300)的水力停留时间为1.0～2.0h。
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