CN212334747U

CN212334747U - 实现序批/连续流的短程硝化厌氧氨氧化反应装置

Info

Publication number: CN212334747U
Application number: CN202021785530.9U
Authority: CN
Inventors: 郑蕊; 魏源送; 程向前; 隋倩雯; 左富民; 任杰辉
Original assignee: Anping Hongjia Environmental Protection Technology Co ltd; Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Current assignee: Anping Hongjia Environmental Protection Technology Co ltd; Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date: 2020-08-24
Filing date: 2020-08-24
Publication date: 2021-01-12
Anticipated expiration: 2030-08-24

Abstract

一种实现序批/连续流的短程硝化厌氧氨氧化反应装置，该装置包括曝气单元，用于提供曝气；活性污泥反应单元，设置在反应装置底部；水混合和去除污染物；组合填料反应单元，设置在活性污泥反应单元上方，用于减少污泥流失；海绵填料反应单元，设置在组合填料反应单元上方，用于实现脱氮反应和减少污泥流失；以及监测单元，用于监测水质DO值和/或pH值。本实用新型的反应装置的运行方式可在序批式和连续式这两种运行模式之间相互转换，从而针对不同的污水水质情况，调整反应装置的运行方式以达到稳定高效的污水处理效果，从而使得反应装置能够应用在不同氨氮浓度范围的污水处理上。

Description

实现序批/连续流的短程硝化厌氧氨氧化反应装置

技术领域

本实用新型涉及污水处理领域，具体涉及一种实现序批/连续流的短程硝化厌氧氨氧化反应装置。

背景技术

当前，随着我国社会经济高速发展，各种水污染情况层出不穷，水体富营养化现象日益严重，对我国以地表水为饮用水源的城市供水造成了严重的威胁；其中氮素是引起水体富营化的主要限制性因素，在此背景下，如何选用高效经济的方法对其进行处理，已成为水污染控制工程技术研究的重点。

自厌氧氨氧化被Mulder等人在高氮负荷、低氧的流化床中发现后，在结合短程硝化的基础上，研究人员开发了数种以应用厌氧氨氧化菌为主要脱氮途径的工艺，SNAD(simultaneous partial nitrification，anaerobic ammonium oxidization anddenitrification，厌氧氨氧化耦合反硝化)就是极具代表性的工艺之一，可在一体化反应装置内通过控制溶解氧(DO)等反应条件来同步实现短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化反应以达到脱氮目的工艺。

厌氧氨氧化技术对于处理高氨氮、低C/N的废水具有独特的优势，不仅能够克服高氨氮负荷冲击，还具有不消耗有机碳源、降低曝气量、降低污泥产量等优点。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的之一在于提出一种实现序批/连续流的短程硝化厌氧氨氧化反应装置，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种实现序批/连续流的短程硝化厌氧氨氧化反应装置，包括：

曝气单元，用于提供曝气；

活性污泥反应单元，设置在反应装置底部，用于实现泥水混合和去除污染物；

组合填料反应单元，设置在活性污泥反应单元上方，用于减少污泥流失；

海绵填料反应单元，设置在组合填料反应单元上方，用于实现脱氮反应和减少污泥流失；以及

监测单元，用于监测水质DO值和/或pH值。

基于上述技术方案可知，本实用新型的实现序批/连续流的短程硝化厌氧氨氧化反应装置相对于现有技术至少具有以下优势之一：

1、本实用新型的反应装置主要是由四个反应单元组成，分别为活性污泥反应单元、组合填料反应单元和海绵填料反应单元和三相分离器，在反应装置底部设有一个布水布气的管廊，污水经底部的布水管均匀分布，依次经过上述的四个反应单元，根据不同的进水NH₄ ⁺-N负荷来调整反应装置内的溶解氧(DO)浓度，使反应装置内保持稳定的短程硝化和厌氧氨氧化反应，经过前端厌氧消化预处理后的高氨氮污水中仍含有一定浓度的COD(化学需氧量)，使得在反应装置中存在部分反硝化反应，这两种脱氮反应的协同作用使得反应装置有着稳定高效的脱氮效果；

2、在填充有海绵填料的三相分离器反应单元中，由于海绵填料本身具有较强的污泥截留能力，再结合三相分离器的泥水分离效果，使得出水中的污泥流失量保持在最低的程度，本实用新型实现序批/连续流一体化的短程硝化厌氧氨氧化反应装置和方法可达到稳定高效的脱氮目的；

3、本实用新型适用于处理低碳比的(COD/NH₄ ⁺-N≤2，C_N＝100～10000mg/L)污水处理反应装置与方法，可应用到垃圾渗滤液、污泥消化液等高氨氮废水处理上；

4、本实用新型的反应装置的运行方式可在序批式和连续式这两种运行模式之间相互转换，从而针对不同的污水水质情况，调整反应装置的运行方式以达到稳定高效的污水处理效果，从而使得反应装置能够应用在不同氨氮浓度范围(100～10000mg/L)的污水处理上；

5、本实用新型实现序批/连续流一体化的短程硝化厌氧氨氧化反应装置的主要脱氮功能菌为厌氧氨氧化细菌，该菌种虽然有着稳定高效的脱氮能力，但其对于生长环境的需求较为严苛，且世代时间长达11d，污泥菌群难以快速大量生长富集；通过在序批式的运行模式下更有利于SNAD工艺的原位启动，而在连续流的运行模式下可有效避免高氨氮废水对于水处理装置的冲击；反应器可通过运行模式的转换实现对不同的氨氮浓度、厌氧氨氧化运行阶段的高效稳定脱氮。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的一种实现序批/连续流一体化的短程硝化厌氧氨氧化反应装置的结构示意图。

图中，1-曝气管，2-进水管，3-布气管道，4-布水管道，5-活性污泥反应单元，6-组合填料反应单元，7-海绵填料反应单元，8-序批式排水口，9-排泥口，10-水质监测取水口，11-三相分离器，12-不锈钢钢架结构，13-连续式出水口，14-排气孔，15-DO/pH检测通道，16-水浴恒温层，17-潜水式循环泵。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型公开了一种实现序批/连续流的短程硝化厌氧氨氧化反应装置，包括：

曝气单元，用于提供曝气；

监测单元，用于监测水质DO值和/或pH值。

在本实用新型的一些实施例中，所述反应装置顶部设有封闭盖；

在本实用新型的一些实施例中，封闭盖上设有多个排气孔；

在本实用新型的一些实施例中，封闭盖上设有DO/pH检测通道口。

在本实用新型的一些实施例中，所述反应装置还包括实现均匀曝气的布气单元；

在本实用新型的一些实施例中，所述布气单元包括布气管道；

在本实用新型的一些实施例中，布气管道呈环状分布；

在本实用新型的一些实施例中，所述反应装置还包括实现均匀配水的布水单元；

在本实用新型的一些实施例中，所述布水单元包括布水管道；

在本实用新型的一些实施例中，布水管道呈环状分布。

在本实用新型的一些实施例中，所述反应装置还包括用于在序批式运行模式下出水的序批式排水口；

在本实用新型的一些实施例中，所述反应装置还包括用于排出底部沉积污泥的排泥口；

在本实用新型的一些实施例中，所述反应装置还包括用于在连续式运行模式下的出水进行泥水分离的三相分离器；三相分离器设置在海绵填料反应单元上方。

在本实用新型的一些实施例中，所述海绵填料反应单元包括用于水质监测的水质监测取水口；

在本实用新型的一些实施例中，所述监测单元包括DO/pH检测通道。

在本实用新型的一些实施例中，所述反应装置还包括用于实现恒温的恒温层；

在本实用新型的一些实施例中，所述反应装置还包括多个连续式出水口。

在本实用新型的一些实施例中，所述反应装置还包括用于将反应装置顶部的水循环至反应装置底部的循环水流单元；循环水流单元包括潜水式循环泵；

在本实用新型的一些实施例中，所述反应装置还包括用于控制曝气单元的控制单元。

本实用新型还公开了一种实现序批/连续流的短程硝化厌氧氨氧化反应的方法，采用如上所述的反应装置，包括：

在序批式运行模式下进行SNAD工艺的启动阶段；

在连续流运行模式下进行SNAD工艺的运行阶段。

在本实用新型的一些实施例中，所述SNAD工艺的启动阶段中的进水中氨氮的浓度小于1000mg/L，例如为950mg/L、900mg/L、800mg/L、700mg/L、600mg/L、500mg/L、400mg/L、300mg/L、200mg/L、100mg/L；

在本实用新型的一些实施例中，所述SNAD工艺的运行阶段中的进水中氨氮的浓度为1000至10000mg/L，例如为1000mg/L、2000mg/L、3000mg/L、4000mg/L、5000mg/L、6000mg/L、7000mg/L、8000mg/L、9000mg/L、1000mg/L。

在本实用新型的一些实施例中，所述SNAD工艺的启动阶段中控制反应装置内的DO浓度为0.4至1.0mg/L，例如为0.4mg/L、0.5mg/L、0.6mg/L、0.7mg/L、0.8mg/L、0.9mg/L、1.0mg/L；

在本实用新型的一些实施例中，所述SNAD工艺的启动阶段中的换水比为10-60％，例如为10％、20％、30％、40％、50％、60％；

在本实用新型的一些实施例中，所述SNAD工艺的运行阶段中控制反应装置内的DO浓度为0.6至1.6mg/L，例如为0.6mg/L、0.7mg/L、0.8mg/L、0.9mg/L、1.0mg/L、1.2mg/L、1.3mg/L、1.4mg/L、1.5mg/L、1.6mg/L；

在本实用新型的一些实施例中，所述SNAD工艺的运行阶段中控制反应装置内的pH为7.5至8.3，例如为7.5、7.6、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3；

在本实用新型的一些实施例中，所述SNAD工艺的运行阶段中进水C/N比为0.15至0.3，例如为0.15、0.18、0.2、0.22、0.25、0.28、0.3；

在本实用新型的一些实施例中，所述SNAD工艺的运行阶段中水力停留时间为48至72h，例如为48h、50h、55h、60h、65h、70h、72h。

在一个示例性实施例中，如图1所示，本实用新型的实现序批/连续流一体化的短程硝化厌氧氨氧化反应装置，包括：曝气管1、进水管2、布气管道3、布水管道4、活性污泥反应单元5、组合填料反应单元6、海绵填料反应单元7、序批式排水口8、排泥口9、水质监测取水口10、三相分离器11、不锈钢钢架结构12、连续式出水口13、排气孔14、DO/pH检测通道15、水浴恒温层16、潜水式循环泵17。

反应装置内各填料反应单元均由不锈钢钢架来固定反应填料；反应装置顶部的封闭盖与三相分离器11固定在一起，封闭盖上留有多个排气孔14，中部设有DO/pH检测通道口，便于监测仪器探头的伸入，以获得各反应单元准确的运行参数。

反应装置由不锈钢材质构成，总有效容积为4.3m³，分别由底部布水布气管廊、活性污泥反应单元、海绵填料反应单元、组合填料反应单元和海绵填料加三相分离器反应单元这五个主体部分组成；反应装置外部设有厚度为5cm的恒温水浴层，由循环泵循环水流使夹层水温恒定在(28±1)℃。反应装置外包裹不透光的保温层以避免光照对厌氧氨氧化菌的影响。

反应装置底部设有管廊，其中布水管道3、布气管道4均呈环状分布，进水、进气通过布水管道4、布气管道3实现均匀配水、曝气。

活性污泥反应单元5有着传质效率高，反应速率快的优点；而海绵填料反应单元7有着污泥附着量大、截留污泥能力强的优点；组合填料反应单元6同样具有一定的污泥持留能力和反应接触表面积大、不易堵塞、氧利用率高等优点。

反应装置的底部为活性污泥反应单元5，可实现良好的泥水混合，污染物质在此反应单元5得到快速去除；反应装置的中部为组合填料反应单元6，由于组合填料的反应接触表面积大、氧利用率高，使得反应装置有着稳定高效的脱氮效能，并截留部分活性污泥反应单元的上浮污泥，减少污泥流失；反应装置的顶部为海绵填料反应单元7加三相分离器11，在海绵填料和三相分离器的双重污泥截留作用下，进而保证连续式运行模式下的出水SS(悬浮固体)达标，减少污泥流失。而中部的组合填料可有效截留反应装置上部反应单元脱落的污泥，减少序批式运行模式下出水所产生的污泥流失量。

序批式排水口8，用于反应装置在序批式运行模式下的出水。

排泥口9用于反应装置底部排出底部沉积的污泥，水质监测取水口10用于监控反应装置中水质指标时的取样口。

三相分离器11，可将反应装置在连续式运行模式下的出水进行泥水分离，降低出水所产生的污泥流失量。

不锈钢钢架结构12，反应装置中的海绵填料和组合填料反应单元均采用不锈钢框架作为其结构载体，反应装置上部的三相分离器11与封闭盖为一体，三相分离器与上部的4个连续式排水口采用法兰连接，上部的三相分离器和封闭盖可随时打开吊起，反应装置内填料反应单元均可吊装出水，便于组装与维护。

不锈钢钢架结构可作为各填料反应单元的结构主体，其中海绵填料反应单元的不锈钢钢架结构需要加设一层孔径略小于海绵填料粒径的丝网，以实现海绵填料反应单元的整体性；

连续式出水口13，反应装置上部共设4个连续式出水口，经过三相分离器分离后的上清液通过连续式出水口排出，各连续式出水口均设有开关阀门，以控制反应装置中的出水液位。

排气孔14，在反应装置中发生的脱氮反应会产生N₂，在封闭盖上设有多个排气孔以保证反应装置内正常气压。

DO/pH检测通道15，在反应装置中心设置一个水质检测通道，以方便电子仪器探头伸入，通道管壁为多孔状设计，以保证检测水质的准确性。

水浴恒温层16，通过外部设有得循环泵使水浴层中的水循环流通，进而使反应装置中的水温恒定在(32±1)℃。反应装置外包裹不透光的保温层以避免光照对厌氧氨氧化菌的影响。

潜水式循环泵17，在反应装置的内部设有四组循环水流装置，将反应装置顶部的水循环至反应装置底部，既可促进反应装置中的水质混匀，又可以上部积储的污泥循环至底部，减少污泥流失。

通过PLC系统控制曝气泵在反应装置中实现间歇曝气，曝停时间比(T_曝气/T_不曝，T_曝气＝1h)依据反应装置中运行状况进行调整。

本实用新型所设计的反应装置将活性污泥法和两种填料生物膜法进行联合应用，通过分别应用海绵填料和组合填料作为生物膜载体启动SNAD工艺的小试试验进行技术验证，其中海绵填料SNAD反应装置的临界DO值为1.6mg/L，组合填料SNAD反应装置的临界DO值为1.4mg/L，运行的曝停时间比均为2，由于其临界DO值相差较小，进而可实现两种填料的联合应用。

反应装置可在连续流和序批式两种运行模式之间进行转换。连续流适用于处理较高浓度(1000-10000mg/L)氨氮(NH₄ ⁺-N)污水，通过控制进水流量使其有着较强的抗冲击负荷能力；序批式反应装置适用于处理较低浓度(小于1000mg/L，例如为100-1000mg/L，不包括1000mg/L)氨氮污水，通过调节换水比可使得进水浓度保持在一定范围，进而维持反应装置的稳定运行。

在本实用新型的一些实施例中，采用上述装置实现序批短程硝化厌氧氨氧化反应的方法，具体步骤如下：

1、污水由进水泵经底部的进水管2和布水管道4快速泵入到反应装置中，底部设有曝气管1和布气管道3，在反应装置底部进行均匀曝气，并通过可编程逻辑控制器(programmable logic controller，PLC)系统控制控制曝气泵实现间歇曝气进而调控反应装置中DO值为0.4-1.0mg/L；

2、通过在线水质监测系统判断反应器内水质达标后，由PLC系统控制排水阀门从反应装置中下部的序批式排水口8出水，换水比(V_排/V_有效容积)为10-60％，进、出水过程均在2小时以内完成，整个运行过程均由PLC系统控制实现反应装置自动化运行；

在本实用新型的一些实施例中，采用上述装置实现连续流短程硝化厌氧氨氧化反应的方法，具体步骤如下：

污水仍由进水泵经底部的进水管2泵入到反应装置中，污水经布水管4进行均匀布水，然后依次经过活性污泥反应单元5、组合填料反应单元6和海绵填料反应单元7和三相分离器11，通过调节间歇曝气的曝气量和外加碱液的方式对反应装置内的DO浓度(0.6-1.6mg/L)和pH(7.5-8.3)值进行调控，使得反应装置内的三个反应单元中发生不同程度的短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化反应，其中以厌氧氨氧化反应为主要脱氮途径，使得反应装置有着稳定高效的脱氮效果，污水反应后升流至反应装置上部，在海绵填料和三相分离器的双重截留污泥的作用下，上清液经由连续式出水口13溢流排出。

以下通过具体实施例结合附图对本实用新型的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本实用新型的保护范围并不限于此。

参见图1，采用图1的装置实现序批/连续流一体化的短程硝化厌氧氨氧化反应的方法具体实施流程如下：

首先在序批式运行模式下启动SNAD工艺：

将经过中温厌氧消化和传统硝化反硝化脱氮处理的生猪养殖废水作为该阶段的进水，由进水管2通过进水泵泵入反应装置中，生物池底部设有布水管道4，通过PLC系统控制曝气泵的曝停时间进而调控反应装置在不同反应阶段的DO环境，进而实现反应装置的高效稳定运行。反应装置的整个运行过程均通过水质数据采集与监视控制系统(SCADA)对反应装置内的状态进行实时监测。

在启动亚硝化阶段，控制DO浓度在0.6～0.8mg/L之间，进水NH₄ ⁺-N浓度在220～300mg/L之间，曝停时间比为3，HRT＝20h，稳定运行33d成功在反应装置内实现稳定的亚硝化，NH₄ ⁺-N去除率可保持在50％左右，亚硝酸盐积累率可达80％以上。

在SNAD工艺启动阶段，向反应装置中接种100L的厌氧氨氧化污泥，接种污泥浓度在9～10g/L之间，控制DO浓度由0.2mg/L阶段性增大至0.6mg/L，曝停时间比为1，进水NH₄ ⁺-N浓度在375～452mg/L之间，C/N比为0.5，HRT(水力停留时间)由36h逐渐递减至8h，稳定运行135d后实现了反应装置内SNAD工艺的启动，总氮去除率稳定在90％以上，总氮去除负荷最高达到0.74kg/m³·d。

然后在连续运行模式下实现SNAD工艺的稳定运行：

将经过中温厌氧消化预处理的生猪养殖废水由进水泵经底部的进水管2泵入到反应装置中，污水经布水管4进行均匀布水，然后依次经过活性污泥反应单元5、组合填料反应单元6和海绵填料反应单元7和三相分离器11，通过调节间歇曝气的曝气量和外加碱液的方式对反应装置内的DO浓度(0.6-1.6mg/L)和pH(7.5-8.3)值进行调控，进水NH₄ ⁺-N浓度在1750～4500mg/L之间，C/N比为0.15-0.3，HRT稳定在48-72h，总氮去除率稳定在80％以上，总氮去除负荷最高达到1.87kg/m³·d。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种实现序批/连续流的短程硝化厌氧氨氧化反应装置，其特征在于，包括：

曝气单元，用于提供曝气；

监测单元，用于监测水质DO值和/或pH值。

2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，

所述反应装置顶部设有封闭盖；

其中，封闭盖上设有多个排气孔；

其中，封闭盖上设有DO/pH检测通道口。

3.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，

所述反应装置还包括实现均匀曝气的布气单元；

所述布气单元包括布气管道；

其中，布气管道呈环状分布；

所述反应装置还包括实现均匀配水的布水单元；

所述布水单元包括布水管道；

其中，布水管道呈环状分布。

4.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，

所述反应装置还包括用于在序批式运行模式下出水的序批式排水口；

所述反应装置还包括用于排出底部沉积污泥的排泥口。

5.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，

所述反应装置还包括用于在连续式运行模式下的出水进行泥水分离的三相分离器；三相分离器设置在海绵填料反应单元上方。

6.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，

所述海绵填料反应单元包括用于水质监测的水质监测取水口；

所述监测单元包括DO/pH检测通道。

7.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，

所述反应装置还包括用于实现恒温的恒温层。

8.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，

所述反应装置还包括多个连续式出水口。

9.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，

所述反应装置还包括用于将反应装置顶部的水循环至反应装置底部的循环水流单元；循环水流单元包括潜水式循环泵。

10.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，

所述反应装置还包括用于控制曝气单元的控制单元。