CN220665047U - 含氨废水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为有关一种含氨废水处理装置，主要结构包括储存含氨废水的氨废水容置槽、至少一供侦测含氨废水的氨氮含量的氨氮侦测元件、至少一与氨废水容置槽连接设置的曝气装置、信息连结曝气装置的氧传系数计算装置，曝气装置上设有曝气时间控制件及气体流量控制件。借此，通过调整曝气装置的输出时间、单位时间输出量，及计算曝气装置的氧传系数与曝气流量的关系，以精准控制进入氨废水处理槽的氧气总质量，进而控制氨氮质量与氧气质量的比例，使氨氮在氧化成硝酸根前，仅氧化成亚硝酸根，并与剩下的氨氮反应至氮气，达到高效率、高准确度、无毒的氨废水处理结果。
Description
技术领域
本实用新型为提供一种可精准控制氨氧化反应进入厌氧氨氧化反应的含氨废水处理装置。
背景技术
氨氮是指以氨(NH3)或铵(NH4 +)离子形式存在的化合氨，此等氨氮是各类型氮中危害影响最大的一种形态，是水体受到污染的指标，其对水生态环境的危害表现在多个方面。废水的氨氮大多来自有机质或含氮化学药品，一般利用微生物的代谢作用将氨氮还原成氮气，此机制的反应主要为硝化反应及脱硝反应，但此机制是一种需要提供有机物碳源的高耗能过程，而渐渐被具有反应路径较短、曝气动力较低、加药量较少、污泥产量较低等优势的厌氧氨氧化反应所取代。
然而，上述厌氧氨氧化反应的操作控制策略，主要在于借由控制系统中pH值、温度、曝气量及污泥停留时间等条件抑制硝酸菌的活性，避免亚硝酸氮氧化为硝酸盐氮，惟上述控制策略于使用时，存在下列问题与缺点尚待改进：
第一，常见的溶氧浓度控制方式，因为涉及时时变化的总水量与氨氮浓度、及受环境影响的温度变化，其实际对氧气含量的掌控度具有较高的误差值，而溶氧的浓度太低无法促成反应，溶氧的浓度太高又使得亚硝酸盐过度氧化至硝酸盐，并且会抑制厌氧氨氧化菌。
第二，由于部分氨氮转化为亚硝酸盐氮会消耗水中碱度，使pH值降低，需添加硷剂调整，否则氨氧化速率和总氮去除速率则不断下降，然而，此控制方式无法限制硝酸菌生长。
因此，要如何解决上述常见的问题与缺点，即为本实用新型的申请人与从事此行业的相关厂商所想要研究改善的方向。
实用新型内容
本实用新型的申请人鉴于上述缺点，搜集相关资料，经由多方评估及考量，并以从事于此行业累积的多年经验，经由不断尝试及修改，设计出一种可精准控制氨氧化反应进入厌氧氨氧化反应的含氨废水处理装置。
本实用新型的主要目的在于：免于控制水中溶氧浓度，而利用曝气装置的氧传系数与曝气流量的关系，精准控制氨氮质量与氧气质量的比例，使氨氮在氧化成硝酸根前，仅氧化成亚硝酸根，并与剩下的氨氮反应至氮气，达到高效率、高准确度、无毒的氨废水处理结果。
为达成上述目的，本实用新型的主要结构包括：氨废水容置槽、至少一氨氮侦测元件、至少一曝气装置、氧传系数计算装置，氨废水容置槽供储存含氨废水，氨氮侦测元件供侦测含氨废水的氨氮含量，曝气装置与氨废水容置槽连接设置以供输入含氧气体至氨废水容置槽，曝气装置上设有控制输出时间的曝气时间控制件、及控制单位时间输出量的气体流量控制件，氧传系数计算装置信息连结曝气装置，以计算曝气装置的氧传系数与曝气流量的关系，进而操作曝气装置，使含氨废水中参与氨氧化反应的氨氮质量与氧气质量之比维持在1:1.5至1:2。
使用者在利用本实用新型的含氨废水处理方法时，先在氨废水容置槽中设置氨氮侦测元件，以侦测含氨废水的氨氮含量，并利用曝气装置输入含氧气体至氨废水容置槽中，同时根据曝气时间控制件与气体流量控制件所设定的输出时间与单位时间输出量，计算出曝气装置的曝气量并予以记录，即可利用氧传系数计算装置计算出曝气装置的氧传系数与曝气流量的关系，以精准的操控曝气装置，使含氨废水中参与氨氧化反应的氨氮质量与氧气质量之比维持在1:1.5至1:2，进而使氨氮(NH4 +)在氧化成硝酸根(NO3 -)前，先氧化成亚硝酸根(NO2 -)，剩余质量的氨氮直接进入厌氧氨氧化反应。故可借由掌握氧传系数与曝气流量的关系，准确且自由的控制氨氮质量与氧气质量的比例，提升整体反应效率。
借由上述技术，可针对常用氨氧化反应合并厌氧氨氧化反应的操作控制策略所存在的溶氧浓度控制方式对氧气含量的掌控度误差值较高、及添加硷剂调整水中酸硷值的控制方法较不稳定等问题点加以突破，达到上述优点的实用进步性。
附图说明
图1为本实用新型较佳实施例的结构示意图。
图2为本实用新型较佳实施例的反应式流程图。
图3为本实用新型再一较佳实施例的结构示意图。
图4为本实用新型又一较佳实施例的结构示意图。
附图标记：
氨废水容置槽...1
氨氮侦测元件...1 1
溶氧量侦测器...12
曝气装置...2
曝气时间控制件...21
气体流量控制件...22
气体流量计...221
循环泵浦...23
加压泵浦...24
喷枪...25
鼓风机...26
散气管...27
散气盘...28
氧传系数计算装置...3
尾气收集装置...4
浮顶气罩...4 1
集气管...42
流量计...43
具体实施方式
为达成上述目的及效果，本实用新型所采用的技术手段及构造，结合附图就本实用新型较佳实施例详细说明其特征与功能如下，以便完全了解。
请参照图1及图2所示，为本实用新型较佳实施例的结构示意图及反应式流程图，由图中可清楚看出本实用新型包括：
氨废水容置槽1，储存含氨废水；
氨氮侦测元件1 1，侦测所述含氨废水的氨氮含量；
至少一曝气装置2，与所述氨废水容置槽1连接设置，输入含氧气体至所述氨废水容置槽1，所述曝气装置2上设有控制输出时间的曝气时间控制件2 1、及控制单位时间输出量的气体流量控制件22；及
氧传系数计算装置3，信息连结所述曝气装置2，以计算所述曝气装置2的氧传系数与曝气流量的关系，进而操作所述曝气装置2，使所述含氨废水中参与氨氧化反应的氨氮质量与氧气质量之比维持在1:1.5至1:2。
所述曝气装置2可为循环泵浦2 3、加压泵浦24与喷枪25的组合、或鼓风机、散气管与散气盘的组合，所述氧传系数计算装置3的计算方法则可分为清水吸附测量法、清水脱附测量法、及混合液尾气测量法，但是此具体操作时的细节差异，并不予以设限，本实施例以循环泵浦23、加压泵浦24与喷枪25组合的曝气装置2、及使用清水脱附测量法的氧传系数计算装置3作为举例。
借由上述的说明，已对本技术的结构有所了解，依据这个结构的对应配合，更可精准控制氨氧化反应进入厌氧氨氧化反应的优势，由图中可清楚看出，本实用新型的处理方法因不受限于浓度问题，故可适用于低浓度(养殖池)或高浓度(废水厂)等废水容置槽，使用时须要在氨废水容置槽1中设置氨氮侦测元件1 1，所述氨氮侦测元件1 1在曝气装置2的除氨动作前，利用氨废水容置槽1中定量的含氨废水，计算出氨氮含量，例如100m3的含氨废水中测得100mgN/L的NH4 +，意即氨氮质量为10kg。
为了计算出曝气装置2的氧传系数与曝气流量的关系，首先要先确认曝气装置2的氧传系数，进而得知氧传系数与曝气流量的关系，而氧传系数又称为体积溶氧系数(KLa)是液膜传质系数KL与气液比表面积a的乘积，但泡沫气液比表面积a难以测量，故本实用新型利用单位体积溶氧量从0到饱和或从过饱和到饱和所需的时间，结合曝气装置2在该时间内输出的曝气量，即可变相取得曝气装置2的氧传系数与曝气流量的关系。
本实施例以清水脱附测量法作为举例，清水脱附测量法可较准确的取得曝气装置2的氧传系数与曝气流量的关系，但须先注入大量清水，因此须先在氨废水容置槽1中加入清水，并增加清水的溶氧量至一高点(过饱和)，实际操作时，可以过氧化氢(H2O2)加入清水中，快速增加清水的溶氧量，经由溶氧量侦测器12的测量达到过饱和时，再利用曝气装置2的循环泵浦23与喷枪25将水打入清水中，同时用加压泵浦24打入含氧气体(如空气)，以在喷枪25内将含氧气体混合清水后输入氨废水容置槽1，且利用曝气时间控制件21及气体流量控制件22，设定曝气装置2的输出时间与单位时间输出量，其中，气体流量控制件22以设于加压泵浦24连结喷枪25的管路上的流量电磁阀作为举例。然后，同样利用溶氧量侦测器12监控该清水的溶氧量直到饱和，即可利用氧传系数计算装置3计算出曝气装置2的氧传系数与曝气流量的关系，本实施中氧传系数计算装置3以计算机作为举例。
利用曝气时间控制件21设定曝气装置2的输出时间，本实施例的曝气时间控制件21以设于气体流量控制件22一侧的计时器作为举例，并借由(输出时间X单位时间输出量＝曝气量)的公式，即可精确控制曝气装置2输入的含氧气体中实际氧气质量的数值，配合已知氨废水容置槽1中含氨废水的氨氮质量，即可利用操作所述曝气装置2，使含氨废水中参与氨氧化反应的氨氮质量与氧气质量的比例维持在1:1.5至1:2，进而使氨氮(NH4 +)在氧化成硝酸根(NO3 -)前，先氧化成亚硝酸根(NO2 -)，以供直接进入厌氧氨氧化反应。若所述氨氮质量与氧气质量先以莫耳质量-千莫耳(kmol)作为举例，并将计算出来的曝气流量与氧传系数的关系假定为10m3/min，则可控制曝气时间控制件21开启45～60秒，以输出7.5～10kmol的氧气，使参与氨氧化反应氨氮质量与氧气质量之比维持在1:1.5至1:2，本实施例则以开启45秒(产生7.5kmol的氧气)、控制比例为1:1.5作为举例。此时，10kmol的氨氮(NH4 +)当中会有5kmol的氨氮与7.5kmol的氧气进行氨氧化反应：5NH4 ++7.5O2→5NO2 -+5H2O+10H+，此反应产出的5kmol亚硝酸根(NO2 -)会再与剩余的5kmol氨氮(NH4 +)进入厌氧氨氧化反应：5NH4 ++5NO2 -→5N2+10H2O，而将所有氨氮分解为氮气及水，且过程中无硝酸根(NO3 -)的生成，也无多余的亚硝酸根(NO2 -)残留，具有高效率、高准确度、无毒的氨废水处理结果。
然而，氨氧化反应与上述厌氧氨氧化反应的进行，需要配合微生物的催化，因此，上述反应式及莫耳质量的数据理想化的参考数值且省略了碳氢氧化合物的记载方式，换言之，若将微生物的影响纳入反应式中，则应以实际质量做计算，例如1kmol的氧气(O2)应换算为31.998kg，且曝气流量与氧传系数的关系实际应为1m3/min与4.1/hr，为了准确控制曝气流量，曝气时间控制件21的控制除了单次开启时间范围变为30～120秒外，还需配合150～600秒的关闭周期，因此会将实际需求的输出氧气量设定为19kg/d，使氨氮质量与氧气质量之比控制在1:1.9。此时，10kg的氨氮(NH4 +-N)当中会有5.7kg的氨氮与19kg的氧气进行氨氧化反应：NH4 ++1.44O2+0.0496CO2→0.01C5H7NO2+0.99NO2 -+0.97H2O+1.99H+，此反应产出的5.7kg亚硝酸根(NO2 --N)会再与剩余的4.3kg氨氮(NH4 +)进入厌氧氨氧化反应：NH4 ++1.32NO2 -+0.066HCO3 -+0.13H+→1.02N2+0.26NO3 –+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O，而将所有氨氮分解为氮气及少量硝酸根，其中的CO2、C5H7NO2、HCO3 -与CH2O0.5N0.15存在、及莫耳数上的细微变化，即为微生物参与反应的影响，当然所述少量硝酸根原则上不会促成硝化反应，或因硝化反应产生的硝酸根对于微生物的影响微乎其微，且上述反应式本身皆为常知技术，本案关键在于氨氮质量与氧气质量之比控制，为了方便理解做此简化。
当然，若使用者没有要一次分解所有氨氮，也可自由调整输入的氧气质量，如只输入10kg的氧气，则10kg的氨氮(NH4 +)当中会有3kg的氨氮与10kg的氧气进行氨氧化反应，而反应产出的3kg亚硝酸根(NO2 -)会再与剩余氨氮中的2.3kg氨氮(NH4 +)进入厌氧氨氧化反应，最终仍剩余4.7kg的氨氮(NH4 +)，因此使用者可根据需求控制曝气装置2，以调整具体输入的氧气质量，而达到自由且精准的控制厌氧氨氧化反应的进行。再者，氨氮质量与氧气质量的比例较佳为1:1.6至1:1.9，可确保促成氨氧化反应，也可确保氧气量过多而导致氨氮或亚硝酸根氧化成硝酸根。
再请同时配合参照图3所示，为本实用新型再一较佳实施例的结构示意图，由图中可清楚看出，本实施例与上述实施例的主要差异为，将所述曝气装置2改为鼓风机26、散气管27与散气盘28的组合，所述氧传系数计算装置3的计算方法则改为清水吸附测量法作为举例，在所述曝气装置2一侧设有至少一气体流量计221，可以辅助记录所述曝气装置2的曝气量。就曝气装置2而言，其设置方式利用鼓风机2 6将含氧气体沿着散气管27传输到设于氨废水容置槽1底部的散气盘2 8，经由散气盘28均匀的将含氧气体打入清水中。另外，本实施例以清水吸附测量法作为举例，同样先需注入大量清水，但改为将清水的溶氧量降至低点，实际操作时，可加入已溶解的NaSO3来消耗氧气，同时避免药品呈团状干扰溶氧量侦测器1 2的测量，虽根据环境温度或药品保存问题可能会影响药品用量，但只要确保NaSO3完全溶解，稍微过量并不影响溶氧量侦测器1 2的测量结果，若无法降低低点，可添加CoCl2增加消耗溶氧的速度。清水吸附测量法可免于输入大量氧气，成本相对较低，利用散气盘28打入空气，则可较快速的将氧气融入水中，对于取得曝气装置2的氧传系数与曝气流量的关系而言更有效率。另外，本实施例中辅以气体流量计2 2 1直接侦测气体流量控制件22的输入端进气量，而免于利用输出时间及单位时间输出量推算。其余动作则与上述实施例相同，不予以赘述。
请同时配合参照图4所示，为本实用新型又一较佳实施例的结构示意图，由图中可清楚看出，本实施例与上述实施例为大同小异，仅所述氧传系数计算装置3的计算方法则改为混合液尾气测量法作为举例。
混合液尾气测量法施作场地不允许以清水注入氨废水容置槽1的情况使用，例如氨废水容置槽1中已经有含氨废水的情况，而尾气收集装置4包括有浮顶气罩4 1与集气管42，浮顶气罩4 1以悬吊的方式大面积覆盖于含氨废水的水面上，浮顶气罩4 1侧面部分下浸于水面下，水面上的侧面部分与顶面形成气密空间，顶面连结所述集气管4 2，集气管42上也设有流量计4 3。当曝气装置2输入气体至含氨废水时，除了利用气体流量计22 1记录曝气量外，也用集气管42上的流量计4 3记录浮顶气罩4 1内收集的尾气流量，再利用计算曝气量与尾气流量的差值，即可取得曝气装置2的氧传系数与曝气流量的关系。其余动作则与上述实施例相同，不予以赘述。
但是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，非因此即局限本实用新型的专利范围，因此，凡是举例运用本实用新型说明书及附图内容所做的简易修饰及等效结构变化，均应同理包含于本实用新型的专利范围内，在此声明。
Claims (7)
1.一种含氨废水处理装置，其特征在于，主要包括：
氨废水容置槽，储存含氨废水；
至少一氨氮侦测元件，供侦测该含氨废水的氨氮含量；
至少一曝气装置，与所述氨废水容置槽连接设置，以供输入含氧气体至所述氨废水容置槽，所述曝气装置上设有控制输出时间的曝气时间控制件、及控制单位时间输出量的气体流量控制件；及
氧传系数计算装置，信息连结所述曝气装置，以计算所述曝气装置的氧传系数与曝气流量的关系，进而操作所述曝气装置，使所述含氨废水中参与氨氧化反应的氨氮质量与氧气质量之比维持在1:1.5至1:2。
2.如权利要求1所述的含氨废水处理装置，其特征在于，所述氨氮质量与所述氧气质量的比例为1:1.6至1:1.9。
3.如权利要求1所述的含氨废水处理装置，其特征在于，所述氨废水容置槽中设有溶氧量侦测器。
4.如权利要求1所述的含氨废水处理装置，其特征在于，所述氨废水容置槽表面设有尾气收集装置，记录所述曝气装置曝气过程中，浮出水面的尾气流量。
5.如权利要求1所述的含氨废水处理装置，其特征在于，所述曝气装置一侧设有至少一气体流量计，辅助记录所述曝气装置的曝气量。
6.如权利要求1所述的含氨废水处理装置，其特征在于，所述曝气装置可为循环泵浦、加压泵浦与喷枪的组合、或为鼓风机、散气管与散气盘的组合其中之一。
7.如权利要求1所述的含氨废水处理装置，其特征在于，所述氧传系数计算装置的计算方法为清水吸附测量法、清水脱附测量法、或混合液尾气测量法其中之一。
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