CN114873851A - 一种高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理装置和方法 - Google Patents

一种高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理装置和方法，包括依次串联的调节池、A‑DMBR自养脱氮双膜内循环反应器、中间水箱、M‑ECOR多元耦合氧化还原反应器；所述调节池的出水口与所述A‑DMBR自养脱氮双膜内循环反应器的进水口通过进水管道和提升泵相连通；所述A‑DMBR自养脱氮双膜内循环反应器的出水口通过管道与所述中间水箱进水口相连通；所述中间水箱的出水口通过管道和进水泵与所述M‑ECOR多元耦合氧化还原反应器的进水口相连通。本发明的技术工艺全程自养脱氮，无需额外投加有机碳源，节约处理费用，减少CO2排放；无浓缩液产生，可实现垃圾渗滤液等高盐高氨氮废水的全量化处理。

Description

一种高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理装置和方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理装置和方法。
背景技术
随着我国生活垃圾填埋场填埋年龄的增长，盐分和氨氮等污染物不断积累，传统“生化+双膜”工艺中的生化处理系统的活性污泥逐渐松散，能效逐渐下降，出水氨氮难达标，需要投加大量葡萄糖，且后端需要增加离子交换树脂反应器等设备进行深度脱氮；而膜处理系统结垢、污堵现象加重，产水率下降，不能满足日常正常生产需求。如何实现高效的中晚期高盐、高氨氮垃圾渗滤液以及其他高盐高氨氮废水的全量化处理，是目前急需解决的难题。
目前，以垃圾渗滤液为代表的高盐高氨氮废水的全量化处理工艺技术主要有：膜处理+蒸发组合工艺技术、生化处理+高级氧化组合工艺技术等。其中常规生化脱氮需要额外投加大量碳源；蒸发技术，能耗较高，且设备昂贵，容易腐蚀，运行维护困难。随着国内厌氧氨氧化脱氮技术在垃圾渗滤液处理领域的突破，以及硫自养脱氮等自养脱氮技术的发展，可生化性差，高氨氮的中晚期垃圾渗滤液实现全程自养脱氮成为可能。两段式厌氧氨氧化处理工艺，通常采用活性污泥的形式，高盐环境下，尤其亚硝化段的活性污泥絮体松散，亚硝化负荷低，未能及时为后续厌氧氨氧化提供充足的一定比例的氨氮和亚硝氮等基质，阻碍其工程化应用。同时厌氧氨氧化菌生长条件苛刻，实际工程中，由于高盐高氨氮废水水质复杂，在保证厌氧氨氧化出水水质前提下，脱氮负荷一般较低。
发明内容
本发明旨在解决上述技术问题，提供一种高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理装置和方法。
本发明的技术方案为：
一种高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理装置，包括依次串联的调节池、A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器、中间水箱、M-ECOR多元耦合氧化还原反应器；
所述调节池的出水口与所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器的进水口通过进水管道和提升泵相连通；
所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器的出水口通过管道与所述中间水箱进水口相连通；
所述中间水箱的出水口通过管道和进水泵与所述M-ECOR多元耦合氧化还原反应器的进水口相连通。
进一步地，所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器内部用隔板分为第一段至第五段，第一段至第五段依次连通；所述第一段为预自养脱氮段，第二段为过渡段，第三段为强化脱氮段，第四段为MBR膜过滤段，第五段为深度脱氮段。
优选地，所述第一段的填料为悬浮生物填料；所述第二段的填料为铁渣或铁刨花；所述第三段的填料为固定生物填料；所述第四段采用聚偏氟乙烯中空纤维膜，所述第五段接种有自养脱氮优势菌种，并填充有含硫填料，所述自养脱氮优势菌种为硫自养菌。
进一步地，所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器末端出水口通过管道和回流泵回流到所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器进水口，回流量Q为：100％-500％，用于稀释进水的NH4 +-N浓度和调节pH，为预自养脱氮提供适宜的环境，使所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器预自养脱氮段基质的游离氨<100mg/L，NO2 --N＜200mg/L。
进一步地，所述M-ECOR多元耦合氧化还原反应器包括依次连通的预氧化还原段、强化氧化还原段和澄清段；所述预氧化还原段内部设置有曝气器、循环泵或搅拌器，且填充有氧化还原催化剂；所述强化氧化还原段内部安装有DSA涂层钛电极，极板间距1-3cm；所述澄清段设置有ORP在线监测仪和pH在线检测仪，实时监测ORP和pH。
进一步地，所述M-ECOR多元耦合氧化还原反应器的强化氧化还原段与澄清段的上方设置有防腐密封罩，所述防腐密封罩通过管道与风机的进风口相连通，所述风机的出风口通过风管与所述预氧化还原段相连通。
一种高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理方法，采用上述的高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理装置对高盐高氨氮废水进行深度脱氮。
进一步地，所述一种高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理方法，包括如下步骤：
1)进水调节
高盐高氨氮废水进入调节池调节水质水量和匀质，并利用水解酸化菌将大分子有机物分解为小分子有机物；
2)A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器自养脱氮
步骤1)的调节池出水经提升泵输送至A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器，依次在预自养脱氮段、强化脱氮段和深度脱氮段进行预自养脱氮、强化脱氮和深度脱氮；
3)M-ECOR多元耦合氧化还原反应器多重氧化还原深度净化
步骤2)的A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器出水进入所述M-ECOR多元耦合氧化还原反应器，依次在预氧化还原段、强化氧化还原段和澄清段进行预氧化还原、强化氧化还原和澄清。
进一步地，步骤2)中，在所述预自养脱氮段中进行短程硝化反硝化作用，控制pH为：6.5-8.5，游离氨10-100mg/L；采用间歇曝气的方式，开5-30min，停1-20min或PLC自动调节，控制DO<3.0mg/L；强化脱氮段采用曝气或机械搅拌，控制DO<0.5mg/L，控制pH为：6.5-8.5；强化脱氮段处理出水处理得到的出水，经MBR膜过滤段进行泥水分离；MBR膜出水进入深度脱氮段，在自养脱氮菌种作用下，深度脱氮，去除剩余大部分硝态氮，控制DO<0.5mg/L，pH为：6.5-8.5。
进一步地，步骤3)中，在预氧化还原段投加氧化剂发生催化氧化还原反应，控制预氧化还原段pH＜6.5；所述强化氧化还原段控制电流密度为：50-200A/m2，停留时间为：20-90min；所述澄清段控制ORP为100-500mV，pH为6.0-9.0。
进一步地，步骤3)中，所述氧化剂选自双氧水、臭氧、高铁酸盐和过硫酸盐中的一种。
本发明的有益效果为：
1)本发明的高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理装置设置有A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器和M-ECOR多元耦合氧化还原反应器。
通过A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器的预自养脱氮段、强化脱氮段、MBR膜过滤段和深度脱氮段可依次对调节池出来的废水进行预自养脱氮、强化脱氮、泥水分离和深度脱氮。在预自养脱氮段进行亚硝化、短程反硝化与内源反硝化作用，接着在强化脱氮段进行亚硝化-厌氧氨氧化处理，接着经MBR膜过滤段进行泥水分离；MBR膜出水进入深度脱氮阶段，在自养脱氮菌种作用下，深度脱氮，去除剩余大部分硝态氮。通过预自养脱氮、强化脱氮和深度脱氮的三者联合，分层次的对废水进行处理，可大大降低废水中氨氮和硝氮的含量；A-DMBR反应器利用生物膜技术，使得菌种耐盐性高，抗冲击负荷能力强，适合高盐、高氨氮废水处理，脱氮负荷≥0.6kg(m3·d)，高于一般厌氧氨氧化污泥床反应器。
预自养脱氮段和强化脱氮段之间设置的过渡段可减少预自养脱氮段残留的溶解氧，还可溶出铁离子，为强化脱氮段的厌氧氨氧化菌生长提供铁元素。
经过A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器的出水进入M-ECOR多元耦合氧化还原反应器，依次在预氧化还原段、强化氧化还原段和澄清段进行预氧化还原、强化氧化还原和澄清。通过高级氧化、催化还原、电极直接氧化还原以及折点加氯耦合作用，深度去除剩余难降解有机污染物、氨氮、硝氮以及重金属。处理后的出水达到排放标准，最终实现高盐、高氨氮废水的全程自养脱氮和全量化处理。
2)本发明的高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理方法先通过A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器将难降解有机污染物与氨氮和硝氮进行预去除，再进入M-ECOR多元耦合氧化还原反应器，可节约处理费用，减少CO2排放。
3)本发明的技术工艺全程自养脱氮，无需额外投加有机碳源，节约处理费用，减少CO2排放；无浓缩液产生，可实现垃圾渗滤液等高盐高氨氮废水的全量化处理。
附图说明
图1为本发明的高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理装置示意图。
图1中的附图标号为：1、调节池；21、预自养脱氮段，22、过渡段；23、强化脱氮段；24、MBR膜过滤段；25、深度脱氮段；3、中间水箱；41、预氧化还原段；42、强化氧化还原段；43、澄清段。
具体实施方式
下面将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，一种高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理装置，包括依次串联的调节池1、A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器、中间水箱3、M-ECOR多元耦合氧化还原反应器；
所述调节池1的出水口与所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器的进水口通过进水管道和提升泵相连通；
所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器的出水口通过管道与所述中间水箱3进水口相连通；
所述中间水箱3的出水口通过管道和进水泵与所述M-ECOR多元耦合氧化还原反应器的进水口相连通。
所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器内部用隔板分为第一段至第五段，第一段至第五段依次连通；所述第一段为预自养脱氮段，21，第二段为过渡段22，第三段为强化脱氮段23，第四段为MBR膜过滤段24，第五段为深度脱氮段25；
所述第一段填料为悬浮生物填料，本实施例为聚氨酯，填充率30％，本领域技术人员根据实际情况也可选择聚乙烯或火山岩作为悬浮生物填料；所述第二段填料为铁刨花，填充高度3.0m；所述第三段填料为固定生物填料，本实施例为生物绳，填充率为60％，当然，本领域技术人员可根据需要选择生物帘或者生物帘与生物绳的组合作为固定生物填料；所述第四段采用聚偏氟乙烯中空纤维膜，孔径0.2μm-0.5μm；所述第五段接种有自养脱氮优势菌种，并填充有含硫填料，含硫填料可以是颗粒硫磺填料、硫铁矿填料等，本实施例为颗粒硫磺填料；所述自养脱氮优势菌种为硫自养菌。其中，第一段和第三段均配备有pH、DO在线检测仪。
所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器末端出水口通过管道和回流泵回流到所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器进水口，回流量Q为：100％-500％，用于稀释进水的NH4 +-N浓度和调节pH，为预自养脱氮提供适宜的环境，使所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器预自养脱氮段，21基质的游离氨<100mg/L，NO2 --N＜200mg/L。
所述M-ECOR多元耦合氧化还原反应器包括依次连通的预氧化还原段41、强化氧化还原段42和澄清段43；所述预氧化还原段41内部设置有曝气器、循环泵或搅拌器，且填充有氧化还原催化剂，本实施例的氧化还原催化剂为铁碳填料，当然也可选择过渡金属氧化物作为氧化还原催化剂；所述强化氧化还原段42内部安装有DSA涂层钛电极，极板间距1-3cm；所述澄清段43设置有ORP在线监测仪和pH在线检测仪，实时监测ORP和pH。
所述M-ECOR多元耦合氧化还原反应器的强化氧化还原段42与澄清段43的上方设置有防腐密封罩，所述防腐密封罩通过管道与风机的进风口相连通，所述风机的出风口通过风管与所述预氧化还原段41相连通，反应产生的氧化气体通过风机收集后，输送到前端的预氧化还原段41，起协同脱氮除碳和脱色等净化作用。
本实施例用水为某封场垃圾填埋场晚期垃圾渗滤液，其COD和NH4 +-N平均浓度分别为：2400mg/L和2000mg/L，C/N＝1.2，平均电导率40mS/cm。应用全程自养脱氮全量化处理组合装置对该晚期垃圾渗滤液进行处理，具体实施步骤如下：
1)进水调节
高盐高氨氮废水进入调节池1调节水质水量和匀质，并利用水解酸化菌将大分子有机物分解为小分子有机物，为后续亚硝化-短程硝化反硝化以及内源反硝化提供营养。
2)A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器自养脱氮
步骤1)的调节池1出水经提升泵输送至A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器，依次在预自养脱氮段21、强化脱氮段23和深度脱氮段25进行预自养脱氮、强化脱氮和深度脱氮。其中，其中预自养脱氮段21发生短程硝化反硝化作用，控制pH为：6.5-8.5，游离氨10-100mg/L；采用间歇曝气的方式，开5-30min，停1-20min，控制DO<3.0mg/L；强化脱氮段23采用曝气搅拌，控制DO<0.5mg/L，控制pH为：6.5-8.5；强化脱氮段23处理得到的出水，经MBR膜过滤段24进行泥水分离，至此，废水中90％以上的NO2 --N与NH4 +-N被去除。MBR膜出水进入反应器最后的深度脱氮段25，在硫自养菌等自养脱氮优势菌种作用下，深度脱氮，去除剩余大部分硝态氮，控制DO<0.5mg/L，pH为：6.5-8.5。
3)M-ECOR多元耦合氧化还原反应器多重氧化还原深度净化
步骤2)的A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器出水进入所述M-ECOR多元耦合氧化还原反应器，依次在预氧化还原段41、强化氧化还原段42和澄清段43进行预氧化还原、强化氧化还原和澄清。控制预氧化还原段41的pH＜6.5，投加双氧水氧化剂，发生催化氧化还原反应，将大部分难降解有机污染物分解成小分子物质；强化氧化还原段42控制电流密度为：100-200A/m2，停留时间为：40-90min，将预氧化还原段41的小分子有机物和剩余难降解有机污染物直接或间接氧化成CO2和H2O2，将剩余NH4 +-N氧化成N2，将剩余硝氮还原成N2；澄清段43控制投加一定的还原剂硫代硫酸钠，控制ORP为：400-500mV，pH为6.0-9.0。整套工艺产生的脱落生物膜、废渣经脱水后，外运处理。
按照实施例1的工艺稳定运行30d后，连续两周监测组合装置各处理环节，其平均出水水质见表1：
表1实施例1中组合装置各环节平均水质指标
Figure BDA0003638594700000071
由表1可以看出，本发明采用A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器和M-ECOR多元耦合氧化还原反应器联合处理高盐高氨氮废水效果较好，经M-ECOR多元耦合氧化还原反应器处理后，废水中的CODcr、NH4 +-N、TN、TP含量大幅降低，出水水质优于《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)中表2规定的限值标准。
实施例2
本实施例用水为某垃圾填埋场晚期垃圾渗滤液，其COD和NH4 +-N平均浓度分别为：3500mg/L和2500mg/L，C/N＝1.4，平均电导率25mS/cm。相比实施例1，本实施例中，A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器的深度脱氮段25无含硫填料，自养脱氮微生物化能来源为M-ECOR多元耦合氧化还原反应器澄清段43回流水中的硫化物，M-ECOR多元耦合氧化还原反应器的预氧化还原段41采用臭氧为氧化剂，其余步骤相同。
按照实施例2的工艺稳定运行30d后，连续两周监测组合装置各处理环节，其平均出水水质见表2：
表2实施例2中组合装置各环节平均水质指标
Figure BDA0003638594700000072
Figure BDA0003638594700000081
由表2可以看出，出水水质优于《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)。但与实施例2相比，实施例1的A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器的深度脱氮段采用含硫填料后，A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器处理得到的废水CODcr、NH4 +-N、TN含量更低。
与实施例2相比，实施例1中，M-ECOR多元耦合氧化还原反应器的预氧化段41采用双氧水为氧化剂比采用臭氧为氧化剂降解效果更好，处理得到的废水NH4 +-N含量更低。
上述说明是针对发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (10)

1.一种高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理装置，其特征在于，包括依次串联的调节池(1)、A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器、中间水箱(3)、M-ECOR多元耦合氧化还原反应器；
所述调节池(1)的出水口与所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器的进水口通过进水管道和提升泵相连通；
所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器的出水口通过管道与所述中间水箱(3)进水口相连通；
所述中间水箱(3)的出水口通过管道和进水泵与所述M-ECOR多元耦合氧化还原反应器的进水口相连通。
2.根据权利要求1所述的高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理装置，其特征在于，所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器内部用隔板分为第一段至第五段，第一段至第五段依次连通；所述第一段为预自养脱氮段(21)，第二段为过渡段(22)，第三段为强化脱氮段(23)，第四段为MBR膜过滤段(24)，第五段为深度脱氮段(25)；
所述第一段的填料为悬浮生物填料；所述第二段的填料为铁渣或铁刨花；所述第三段的填料为固定生物填料；所述第四段采用聚偏氟乙烯中空纤维膜，所述第五段接种有自养脱氮优势菌种，并填充有含硫填料，所述自养脱氮优势菌种为硫自养菌。
3.根据权利要求1所述的高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理装置，其特征在于，所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器末端出水口通过管道和回流泵回流到所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器进水口，回流量Q为：100％-500％，用于稀释进水的NH4 +-N浓度和调节pH，为预自养脱氮提供适宜的环境，使所述A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器预自养脱氮段，(21)基质的游离氨<100mg/L，NO2 --N＜200mg/L。
4.根据权利要求1所述的高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理装置，其特征在于，所述M-ECOR多元耦合氧化还原反应器包括依次连通的预氧化还原段(41)、强化氧化还原段(42)和澄清段(43)；所述预氧化还原段(41)内部设置有曝气器、循环泵或搅拌器，且填充有氧化还原催化剂；所述强化氧化还原段(42)内部安装有DSA涂层钛电极，极板间距1-3cm；所述澄清段(43)设置有ORP在线监测仪和pH在线检测仪，实时监测ORP和pH。
5.根据权利要求1所述的高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理装置，其特征在于，所述M-ECOR多元耦合氧化还原反应器的强化氧化还原段(42)与澄清段(43)的上方设置有防腐密封罩，所述防腐密封罩通过管道与风机的进风口相连通，所述风机的出风口通过风管与所述预氧化还原段(41)相连通。
6.一种高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理装置对高盐高氨氮废水进行深度脱氮。
7.根据权利要求6所述一种高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理方法，其特征在于，
包括如下步骤：
1)进水调节
高盐高氨氮废水进入调节池(1)调节水质水量和匀质，并利用水解酸化菌将大分子有机物分解为小分子有机物；
2)A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器自养脱氮
步骤1)的调节池(1)出水经提升泵输送至A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器，依次在预自养脱氮段(21)、强化脱氮段(23)和深度脱氮段(25)进行预自养脱氮、强化脱氮和深度脱氮；
3)M-ECOR多元耦合氧化还原反应器多重氧化还原深度净化
步骤2)的A-DMBR自养脱氮双膜内循环反应器出水进入所述M-ECOR多元耦合氧化还原反应器，依次在预氧化还原段(41)、强化氧化还原段(42)和澄清段(43)进行预氧化还原、强化氧化还原和澄清。
8.根据权利要求7所述一种高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理方法，其特征在于，步骤2)中，在所述预自养脱氮段(21)中进行短程硝化反硝化作用，控制pH为：6.5-8.5，游离氨10-100mg/L；采用间歇曝气的方式，开5-30min，停1-20min或PLC自动调节，控制DO<3.0mg/L；强化脱氮段(23)采用曝气或机械搅拌，控制DO<0.5mg/L，控制pH为：6.5-8.5；强化脱氮段(23)处理出水处理得到的出水，经MBR膜过滤段(24)进行泥水分离；MBR膜出水进入深度脱氮段(25)，在自养脱氮菌种作用下，深度脱氮，去除剩余大部分硝态氮，控制DO<0.5mg/L，pH为：6.5-8.5。
9.根据权利要求7所述一种高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理方法，其特征在于，步骤3)中，在预氧化还原段(41)投加氧化剂发生催化氧化还原反应，控制预氧化还原段(41)pH＜6.5；所述强化氧化还原段(42)控制电流密度为：50-200A/m2，停留时间为：20-90min；所述澄清段(43)控制ORP为100-500mV，pH为6.0-9.0。
10.根据权利要求9所述一种高盐高氨氮废水自养脱氮与全量化处理方法，其特征在于，步骤3)中，所述氧化剂选自双氧水、臭氧、高铁酸盐和过硫酸盐中的一种。
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