CN215327212U

CN215327212U - 一种离子型稀土矿山氨氮尾水脱氮处理装置

Info

Publication number: CN215327212U
Application number: CN202022829005.9U
Authority: CN
Inventors: 张大超; 石淼; 邓玉坤; 黄磊欢; 苏昊; 赖城; 赵杰俊; 刘正军; 陈香
Original assignee: Ganzhou Ecological Environment Engineering Investment Co ltd; Jiangxi University of Science and Technology
Current assignee: Ganzhou Ecological Environment Engineering Investment Co ltd; Jiangxi University of Science and Technology
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2021-12-28
Anticipated expiration: 2030-11-30

Abstract

一种离子型稀土矿山氨氮尾水脱氮处理装置，包括原水池、预处理组件、硝化反应组件、短程反硝化反应组件、厌氧氨氧化反应组件；其中：预处理组件与原水池出口接通，硝化反应组件与预处理组件通过第一离心泵接通，短程反硝化反应组件与硝化反应组件接通并且短程反硝化反应组件与预处理组件通过第二离心泵接通，厌氧氨氧化反应组件与短程反硝化反应组件接通，厌氧氨氧化反应组件对来自短程反硝化反应组件的废水进行厌氧氨氧化反应和反硝化脱氮反应。该装置通过耦合并设置几组组件的排布顺序以及废水的分配比例，使得厌氧氨氧化脱氮工艺实现难度降低，易于控制与实现，同时能最大限度节约废水脱氮过程中的能耗与有机碳源消耗，显著节省废水脱氮工艺处理成本。

Description

一种离子型稀土矿山氨氮尾水脱氮处理装置

技术领域

本实用新型属于污水处理领域，具体地，涉及一种离子型稀土矿山废水处理装置及方法。

背景技术

离子型稀土矿开采方法为原地浸矿，采用在矿床中注入硫铵作为浸矿剂进行浸取回收稀土。在原地浸矿提取稀土生产中，注入的硫铵浸矿剂除了以稀土母液回收的大部分外，仍有大量残留在矿床土壤中。在大气降雨淋滤作用下，开采后的稀土矿山在很长一段时期内将不断地淋滤NH₄ ⁺、NO₃ ^-，形成稀土矿山氨氮尾水，流域水环境污染问题突出，因此，必须对离子型稀土矿山氨氮尾水进行脱氮处理。

离子型稀土矿山氨氮尾水的水质特征主要体现如下：一是废水pH值较低呈酸性，一般pH在2～5之间；二是极低的碳氮比，有机碳源极缺；三是铵态氮和硝酸盐氮共存，铵态氮浓度一般30～350mg/L，硝酸盐氮浓度一般20～150 mg/L，硝酸盐氮一般为废水中总氮的30％～50％。

目前，离子型稀土山矿氨氮尾水脱氮处理主要有生物法脱氮和化学法脱氮两种方法，其中生物脱氮在实际工程中应用最最多，都采用传统的硝化/反硝化工艺，短程硝化-厌氧氨氧化、短程反硝化/短程硝化/厌氧氨氧化等新型生物处理工艺正在研发和试验中；而化学法脱氮采用折点氯化法化学处理工艺。由于废水中有机碳源极缺，采用传统硝化/反硝化工艺需外加大量有机碳源，导致脱氮工艺处理成本很高。化学法脱氮则需投加大量化学试剂，处理成本也很高，且环境友好性差。所以开发新型生物脱氮工艺则是处理该废水的发展方向。申请号CN202010026741.2提出了短程反硝化/短程硝化/厌氧氨氧化/反硝化的离子型稀土矿山氨氮废水新型生物脱氮装置及工艺，相比传统的硝化/反硝化脱氮工艺具有巨大的成本优势，但也存在下面几个难以克服的问题：一是短程硝化的稳定性难以控制导致亚硝酸盐的稳定积累难以长期稳定保持；二是短程反硝化处理后残留有一部分有机碳源，会对下一个处理环节即短程硝化带来不利影响；三是短程硝化与厌氧氨氧化工艺串联时，短程硝化反应不易控制使之达到厌氧氨氧化反应所需的氨氮浓度与亚硝酸盐浓度的合适比例，使得短程硝化/厌氧氨氧化工艺难以稳定进行，影响厌氧氨氧化脱氮反应的稳定性和效率，工艺的工程实施难度很大。

因此，开发更加能够易于控制便于工程实施的高效低成本的新型脱氮工艺很有必要。

实用新型内容

为克服现有技术中的离子型稀土矿山氨氮尾水新型生物脱氮处理工艺难以控制与实现的缺陷，本实用新型提出一种将离子型稀土矿山氨氮尾水原废水Q 按一定比例分为Q1和Q2两部分，Q1部分进入硝化反应将此部分废水中的氨氮全部硝化为硝酸盐氮，然后与Q2部分废水混合进入短程反硝化，将Q1和Q2所含的硝酸盐氮经短程反硝化反应还原为亚硝酸盐氮，而Q2所含的铵态氮保持，最后通过厌氧氨氧化实现脱氮的工艺与运行方法。

为解决上述技术问题，本实用新型所提供的技术方案如下：

离子型稀土矿山氨氮尾水处理装置，包括：原水池、预处理组件、硝化反应组件、短程反硝化反应组件、厌氧氨氧化反应组件；其中：预处理组件与原水池出口接通，硝化反应组件与预理组件通过第一离心泵接通，短程反硝化反应组件与硝化反应组件接通并且短程反硝化反应组件与预处理组件通过第二离心泵接通，氨氧化反应组件与短程反硝化反应组件接通，厌氧氨氧化反应组件对来自短程反硝化反应组件的废水进行厌氧氨氧化反应和反硝化脱氮反应。

离子型稀土矿山氨氮尾水处理方法，使用上述的离子型稀土矿山氨氮尾水处理装置，其中：步骤包括在离子型稀土矿山氨氮尾水生物处理装置中接种活性污泥，然后通入废水依次进行废水预处理、硝化反应、短程反硝化反应、厌氧氨氧化反应。

相对于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1、离子型稀土矿山氨氮尾水处理装置通过耦合硝化反应组件、短程反硝化组件、厌氧氨氧化组件，并设置几组组件的排布顺序以及废水的分配比例，先将废水(Q)根据氨氮与硝酸盐氮的浓度调节分成适宜比例的Q1和Q2两部分，利用硝化工艺技术将Q1部分废水所含的铵态氮氧化为硝酸盐氮而原所含的硝酸盐氮保持，然后汇合Q2部分的废水进入短程反硝化，利用短程反硝化技术将硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮，再与其中的铵态氮进行厌氧氨氧化反应脱氮；利用了原废水中含有的硝酸盐氮使之转化为厌氧氨氧化反应所需的电子受体亚硝酸盐氮，变不利为有利，工艺避免了难以稳定控制的短程硝化环节，使得厌氧氨氧化脱氮工艺实现难度降低，易于控制与实现，同时能最大限度节约废水脱氮过程中的能耗与有机碳源消耗，显著节省废水脱氮工艺处理成本。

2、离子型稀土矿山氨氮尾水处理装置硝化反应组件包括硝化反应器、曝气器、搅拌器、溶解氧监测装置、鼓风机，硝化活性污泥在硝化反应器中将废水中的铵态氮氧化为硝酸盐氮，为后续的短程反硝化反应提供了必须的硝酸盐基质。另外，通过硝化组件将废水中的铵态氮氧化为硝酸盐氮，相比较于现有工艺中的将铵态氮短程硝化反应为亚硝酸盐氮的短程硝化工艺技术，运行控制难度低，易于实现。

3、离子型稀土矿山废水处理装置短程反硝化反应组件包括短程反硝化反应器、用于调节pH的第二储药箱以及用于碳源投加的第三储药箱，通过第二储药箱与第三储药箱对废水的pH值及碳氮比进行调节，短程反硝化将硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮，不仅为后续的厌氧氨氧化反应提供了必须的亚硝酸盐基质，同时，相比较于现有技术中的将硝酸盐氮完全反硝化为氮气的脱氮技术，所需的 C/N大为降低，从而可以节约外加有机碳源的量，进而节省废水脱氮成本。

4、离子型稀土矿山氨氮尾水处理装置由于所述的短程反硝化反应器出水含有一定浓度的未被反硝化消耗完的有机碳源，厌氧氨氧化反应器则将被驯化为厌氧氨氧化与反硝化协同的脱氮反应器。厌氧氨氧化是一种自养型脱氮技术，不需要外加有机碳源，从而可以显著降低废水生物脱氮的成本。厌氧氨氧化反应会产生占参与反应的氨氮含量约26％的硝酸盐氮产生，限制了废水总氮的去除率。但由于短程反硝化反应器出水含有一定浓度的未被反硝化消耗完的有机碳源，这部分有机碳源可供反硝化菌进行反硝化脱氮利用，这样，不仅提高了总氮的去除率，还极大降低了出水的COD浓度，短程反硝化投加的有机碳源不仅不影响后续的工艺环节，而且得到了最大程度的利用。

5、离子型稀土矿山氨氮尾水处理工艺为达到最易控制和最低成本获得适宜进行厌氧氨氧化反应的铵态氮：亚硝酸盐氮比例范围(1：1.2～1.4)，充分考虑原废水同时含有铵态氮和硝酸盐氮，将废水Q分成Q1和Q2两部分，然后只对Q1部分所含的铵态氮进行硝化反应生产硝酸盐氮，则可最大限度减少硝化所需的供氧能耗，然后Q2与硝化反应后的Q1进入短程反硝化为厌氧氨氧化提供亚硝酸盐基质，这个过程在原废水中含硝酸盐氮的基础上，把它利用起来通过短程反硝化生成亚硝酸盐氮，一方面减少了为生产硝酸盐氮而需氧化氨氮的量，只需氧化Q1这部分的氨氮，从而减少硝化的供氧能耗和硝化反应池容积，另一方面不需要采用难以稳定控制的短程硝化反应工艺环节，这样，厌氧氨氧化所需的电子受体亚硝酸盐的获得就变得容易实现，使工艺运行难度显著降低，易于控制与实现。

附图说明

图1为离子型稀土矿废水处理装置的结构示意图；

图中：1、原水池；2、预处理组件；21、预处理调节池；22、第一储药箱； 3、硝化反应组件；31、硝化反应器；32、鼓风曝气装置；33、第一中间水池； 4、短程反硝化反应组件；41、短程反硝化反应器；42、第二中间水池；43、第二储药箱；44、第三储药箱；5、厌氧氨氧化反应器；6、pH监测仪；7、第一离心泵；8、第二离心泵；9、溶解氧监测仪；10、搅拌装置。

具体实施方式

如图1所示，离子型稀土矿山氨氮尾水处理装置，包括：原水池1、预处理组件2、硝化反应组件3、短程反硝化反应组件4、厌氧氨氧化反应组件5；预处理组件2与原水池1出口接通，预处理组件2对原废水进行pH调节；硝化反应组件3与预处理组件2通过第一离心泵7接通，对预处理后的一部分废水Q1 进行硝化反应以将其中的铵态氮生成为硝酸盐氮；短程反硝化反应组件4与硝化反应组件3接通并且短程反硝化反应组件4与预处理组件2通过第二离心泵8 接通，短程反硝化反应组件4对来自硝化反应组件3的废水Q1和预处理组件2 的一部分废水Q2混合进行短程反硝化反应，以将硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮；厌氧氨氧化反应组件5与短程反硝化反应组件4接通，厌氧氨氧化反应组件5 对来自短程反硝化反应组件4的废水进行厌氧氨氧化反应和反硝化脱氮反应。

预处理组件2包括预处理调节池21和第一储药箱22，第一储药箱22内存储调节pH的药液，第一储药箱22与预处理调节池21接通，第一储药箱22向预处理调节池21输送药液以调节预处理调节池21内废水的pH值从而适于后续硝化反应。

硝化反应组件3包括硝化反应器31、鼓风曝气装置32和第一中间水池33；硝化反应器31通过第一离心泵7与预处理组件2接通，硝化反应器31内接种含硝化菌的活性污泥，硝化反应器31对废水进行硝化反应，将铵态氮生成硝酸盐氮；鼓风曝气装置32与硝化反应器31接通，鼓风曝气装置32对废水的溶解氧进行调节,从而使硝化反应正常运行；第一中间水池33与硝化反应器31接通，硝化反应器31可以选为序批式反应器或连续流反应器。

短程反硝化反应组件4包括短程反硝化反应器41、第二中间水池42、第二储药箱43以及第三储药箱44；短程反硝化反应器41既与硝化反应组件中间水池33接通，又通过第二离心泵8与预处理调节池21接通；短程反硝化反应器 41内接种含反硝化菌的活性污泥，短程反硝化反应器41对废水进行短程反硝化，将硝酸盐氮还原生成亚硝酸盐氮；第二储药箱43与短程反硝化反应器41接通，第二储药箱43内存储调节pH的药液，第二储药箱43向短程反硝化反应器41 输送药液以调节所述短程反硝化反应器41内废水的pH值；第三储药箱44内存储有机碳源,第三储药箱44与短程反硝化反应器41接通，第三储药箱44为短程反硝化反应器41提供有机碳源，从而供反硝化菌进行生长利用；第二中间水池42与短程反硝化反应器41接通。

通过第二储药箱43以及第三储药箱44对废水的pH值以及碳氮比进行调节，使得短程反硝化反应器稳定进行短程反硝化反应，将硝酸盐氮生成亚硝酸盐氮，短程反硝化反应器41可以为序批式反应器或连续流反应器。

厌氧氨氧化反应器5与第二中间水池42接通，厌氧氨氧化反应器5内培养有厌氧氨氧化污泥，厌氧氨氧化反应器5对废水进行厌氧氨氧化反应，厌氧氨氧化反应器5可以为序批式反应器(SBR)、也可以是上流式厌氧污泥床(UASB) 反应器、膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器和移动床生物膜反应器(MBBR)等形式的反应器。

硝化反应器31、短程反硝化反应器41和厌氧氨氧化反应器5并不受是否为序批式或连续流式反应器的限制，只要能实现相应的生物反应处理功能即可，但当三个反应器中既有序批式反应器，又有连续流式反应器时，需要在各反应器中间增设中间水池，使序批式反应器与连续流式反应器能够有效衔接。

为达到废水在反应器内能够均匀混合的效果，可在预处理调节池21、硝化反应器31和短程反硝化反应器41内分别设置搅拌装置10。

为实现预处理组件2和短程反硝化反应组件4内的pH的自动调节，在预处理调节池21和短程反硝化反应器41内均设置有pH监测仪6，并与相应的加药装置联动，从而实现对pH的自动调节。

上述离子型稀土矿山氨氮尾水处理装置的工作原理如下：首先，在硝化反应器、短程反硝化反应器和厌氧氨氧化反应器内接种相应的活性污泥，然后将废水从原水池1输送至预处理调节池21，再利用第一储药箱22往预处理调节池 21内添加药液对废水的pH值进行调节，使得废水的pH被调节至后续生物反应适合的范围内后，再将预处理调节后废水Q分成Q1和Q2两部分(通过调节第一离心泵和第二离心泵的流量)，然后将Q1部分输送至部硝化反应器31内进行硝化反应，经过硝化反应处理后的废水被排入至第一中间水池。第一中间水池内的废水与预处理调节后的Q2部分废水一起通入短程反硝化反应器41内，通过第三储药箱44往短程反硝化反应器41内投加有机碳源供反硝化菌利用，同时通过第二储药箱43对短程反硝化反应器41内添加碱液以控制废水的pH值，使得反硝化菌在合适的pH和C/N条件下进行短程反硝化反应。经短程反硝化反应处理后的废水先被通入至第二中间水池中，然后将第二中间水池中的水输送至厌氧氨氧化反应器5内，在厌氧氨氧化反应器5内进行厌氧氨氧化反应和反硝化反应。

离子型稀土矿山氨氮尾水处理装置通过耦合硝化反应组件3、短程反硝化反应组件4和厌氧氨氧化反应组件5，并设置几组组件的排布顺序，以及根据原废水中铵态氮和硝酸盐氮浓度，并综合考虑厌氧氨氧化反应要求的铵态氮与亚硝酸盐氮的比例、硝化反应器的硝酸盐积累率、短程反硝化反应器的亚硝酸盐积累率，将预处理后的废水Q调节分成适宜比例的Q1和Q2两部分，利用硝化工艺将Q1废水所含的铵态氮氧化为硝酸盐氮，Q1的硝酸盐氮保持，然后与Q2部分的废水进入短程反硝化，Q2的铵态氮保持，利用短程反硝化技术将硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮，再与其中的铵态氮进行厌氧氨氧化反应脱氮，充分利用了废水中原含有的硝酸盐氮，变不利为有利，使得氨氮、硝酸盐氮和总氮的去除效率高，不仅节约了处理废水过程中的能耗与药耗，显著节省了废水脱氮处理的成本，还因为不设短程硝化工艺环节而可以使该工艺运行难度降低，易于控制与实现。

离子型稀土矿山氨氮尾水处理方法，使用上述离子型稀土矿山氨氮尾水处理装置，步骤包括在离子型稀土矿山氨氮尾水生物处理装置中接种活性污泥，然后通入废水依次进行废水预处理、硝化反应、短程反硝化反应、厌氧氨氧化反应。

具体的，废水预处理包括以下步骤：将废水通入至预处理调节池，往预处理调节池内加碱液以控制预处理调节反应池的废水pH为8.0～9.0，然后根据原废水中铵态氮和硝酸盐氮浓度，并综合考虑厌氧氨氧化反应要求的铵态氮与亚硝酸盐氮的比例、硝化反应器的硝酸盐积累率、短程反硝化反应器的亚硝酸盐积累率，将其流量调节适宜比例的两部分Q1和Q2，Q1输送到硝化反应池，反应后输送到第一中间水池，然后与Q2一起输送到短程反硝化反应池进行反应，然后送人第二中间水池，最终送入厌氧氨氧化反应器。

硝化反应包括以下步骤：将废水Q1通入至硝化反应器中，通过鼓风曝气装置控制硝化反应器内废水的DO为2～5mg/L，从而使得在此环境下，硝化细菌可以将Q1的全部铵态氮氧化生成硝酸盐氮，然后将硝化反应后的废水通入至第一中间水池。

短程反硝化反应包括以下步骤：将Q2和硝化反应后的Q1废水通入短程反硝化反应器中，通过往短程反硝化反应器中投加有机碳源，将C/N控制为1.8～ 2.5，同时通过往短程反硝化反应器中投加碱液以将短程反硝化反应器内的废水 pH控制在8.5～9.0，使得在此环境下反硝化细菌可以将大部分硝酸盐氮还原生成亚硝酸盐氮，然后将经过短程反硝化反应的废水通入至第二中间水池。

厌氧氨氧化反应包括以下步骤：将第二中间水池内的废水通入厌氧氨氧化反应器中，废水中的铵态氮、亚硝酸盐氮在厌氧氨氧化菌的作用下反应生成氮气，达到自养脱氮的目的，同时，废水所含的硝酸盐氮和有机碳源在反硝化菌的作用下都将同时大部分去除。

通过依次对废水进行废水预处理、硝化反应、短程反硝化反应、厌氧氨氧化反应，充分利用了废水中含有的硝酸盐氮，变不利为有利，使得氨氮、硝酸盐氮和总氮的去除效率高，不仅节约了处理废水脱氮过程中的能耗与有机碳源消耗，显著节省废水脱氮处理成本，还可以使该工艺运行难度降低，易于控制与实现。

其中，待处理废水利用硫酸铵、硝酸和自来水配制得到，待处理废水的NH₄ ⁺-N 浓度为100mg/L，NO₃ ^--N浓度为60mg/L，pH值为4.0。硝化反应器、短程反硝化反应器、厌氧氨氧化反应器分别接种由取自城市污水处理厂的混合污泥并经实验室一段时间培养形成的硝化污泥、短程反硝化污泥、厌氧氨氧化污泥，接种活性污泥的浓度为2000～3000mg/L。

在处理过程中，首先利用蠕动泵将废水送入预处理调节池内，将pH进行至 8.5，然后将50％的待处理废水输送至硝化反应器。硝化反应器为SBR反应器，水力停留时间为2-6h。

接着将硝化反应器的出水通入第一中间水池，然后将预处理调节池反应后的废水的50％送人第一中间水池，混合后送入短程反硝化反应器。将短程反硝化反应器内废水的C/N比控制在1.8～2.3的范围，pH控制在8.5～9.0的范围。短程反硝化反应器为SBR反应器，水力停留时间为2-6h。短程反硝化反应后的水送入第二中间水池。

然后将第二中间水池的废水通过蠕动泵送入厌氧氨氧化反应器，厌氧氨氧化反应器为EGSB反应器。厌氧氨氧化反应器水力停留时间2～6小时。

处理结果：启动60天后可获得稳定的处理效果，硝化反应器出水NO₃ ^--N浓度150～160mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为0～10mg/L；部分反硝化反应器出水NO₃ ^--N浓度 5～10mg/L，NO₂ ^--N浓度为69～75mg/L，铵态氮51～55mg/L；厌氧氨氧化反应器出水NO₃ ^--N浓度3～8mg/L，NO₂ ^--N浓度为0.5mg/L～2mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为 0.5mg/L～6mg/L。

Claims

1.一种离子型稀土矿山氨氮尾水脱氮处理装置，包括：原水池、预处理组件、硝化反应组件、短程反硝化反应组件、厌氧氨氧化反应组件；其特征在于：预处理组件与原水池出口接通，硝化反应组件与预处理组件通过第一离心泵接通，短程反硝化反应组件与硝化反应组件接通并且短程反硝化反应组件与预处理组件通过第二离心泵接通，厌氧氨氧化反应组件与短程反硝化反应组件接通。

2.根据权利要求1所述的离子型稀土矿山氨氮尾水脱氮处理装置，其特征在于：预处理组件包括预处理调节池和第一储药箱，第一储药箱与预处理调节池接通。

3.根据权利要求1或2所述的离子型稀土矿山氨氮尾水脱氮处理装置，其特征在于：硝化反应组件包括硝化反应器、鼓风曝气装置和第一中间水池；硝化反应器通过第一离心泵与预处理组件接通，硝化反应器内接种含硝化菌的活性污泥，鼓风曝气装置与硝化反应器接通，鼓风曝气装置对废水的溶解氧进行调节,第一中间水池与硝化反应器接通。

4.根据权利要求3所述的离子型稀土矿山氨氮尾水脱氮处理装置，其特征在于：短程反硝化反应组件包括短程反硝化反应器、第二中间水池、第二储药箱以及第三储药箱；短程反硝化反应器既与硝化反应组件中间水池接通，又通过第二离心泵与预处理调节池接通；短程反硝化反应器内接种含反硝化菌的活性污泥，第二储药箱与短程反硝化反应器接通，第二储药箱内存储调节pH的药液，第二储药箱向短程反硝化反应器输送药液以调节所述短程反硝化反应器内废水的pH值；第三储药箱内存储有机碳源,第三储药箱与短程反硝化反应器接通，第三储药箱为短程反硝化反应器提供有机碳源，第二中间水池与短程反硝化反应器接通。

5.根据权利要求4所述的离子型稀土矿山氨氮尾水脱氮处理装置，其特征在于：厌氧氨氧化反应器与第二中间水池接通，厌氧氨氧化反应器内培养有厌氧氨氧化污泥，厌氧氨氧化反应器对废水进行厌氧氨氧化反应。

6.根据权利要求5所述的离子型稀土矿山氨氮尾水脱氮处理装置，其特征在于：预处理调节池、硝化反应器和短程反硝化反应器内分别设置搅拌装置。

7.根据权利要求6所述的离子型稀土矿山氨氮尾水脱氮处理装置，其特征在于：预处理调节池和短程反硝化反应器内均设置有pH监测仪。

8.根据权利要求7所述的离子型稀土矿山氨氮尾水脱氮处理装置，其特征在于：pH监测仪与相应的加药装置联动。

9.根据权利要求8所述的离子型稀土矿山氨氮尾水脱氮处理装置，其特征在于：硝化反应器为序批式反应器或连续流反应器。

10.根据权利要求9所述的离子型稀土矿山氨氮尾水脱氮处理装置，其特征在于：厌氧氨氧化反应器为序批式反应器、上流式厌氧污泥床反应器、膨胀颗粒污泥床反应器或者移动床生物膜反应器。