公布日：2022.07.29
申請日：2022.05.25
分類號：C02F3/28(2006.01)I;C02F3/30(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種污水深度脫氮裝置及方法，涉及污水生物處理的技術領域。本申請的裝置包括生活污水水箱、缺氧膜生物反應器、側流硝化反應器、中間水箱、厭氧氨氧化反應器、末端出水水箱和過程控制器，缺氧膜生物反應器包括AnMBR本體和浸沒式膜組件，AnMBR本體、側流硝化反應器和厭氧氨氧化反應器內(nèi)均安裝有指標監(jiān)測器，指標監(jiān)測器與過程控制器相連接。本申請的方法包括側流硝化‑水解酸化/短程反硝化啟動階段、厭氧氨氧化啟動階段和串聯(lián)運行階段。將厭氧氨氧化技術與側流硝化‑水解酸化/短程反硝化技術相耦合，運行能耗低，脫氮能力強，改善了傳統(tǒng)生物脫氮工藝在處理低C/N生活污水中存在運行能耗高、脫氮能力不足等問題。
權利要求書
1.一種污水深度脫氮裝置，其特征在于：包括生活污水水箱(1)、缺氧膜生物反應器(2)、側流硝化反應器(3)、中間水箱(4)、厭氧氨氧化反應器(5)、末端出水水箱(6)和過程控制器(7)，所述缺氧膜生物反應器(2)包括AnMBR本體(21)和浸沒式膜組件(22)，所述生活污水水箱(1)和中間水箱(4)上均設有進水件(11)，所述進水件(11)與AnMBR本體(21)相連，所述浸沒式膜組件(22)設于AnMBR本體(21)內(nèi)，所述AnMBR本體(21)和側流硝化反應器(3)之間設有第一出水件(23)，所述第一出水件(23)與浸沒式膜組件(22)相連，所述側流硝化反應器(3)與中間水箱(4)相連，所述厭氧氨氧化反應器(5)上設有第二出水件(51)和第三出水件(52)，所述第二出水件(51)與AnMBR本體(21)相連，所述AnMBR本體(21)和末端出水水箱(6)均與第三出水件(52)相連，所述AnMBR本體(21)、側流硝化反應器(3)和厭氧氨氧化反應器(5)內(nèi)均安裝有指標監(jiān)測器(24)，所述指標監(jiān)測器(24)與過程控制器(7)相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種污水深度脫氮裝置，其特征在于：所述第一出水件(23)包括第一出水管(231)、第一出水泵(232)和膜壓計(233)，所述第一出水管(231)連接在AnMBR本體(21)和側流硝化反應器(3)之間，所述第一出水泵(232)和膜壓計(233)均安裝在第一出水管(231)上，所述膜壓計(233)位于AnMBR本體(21)和第一出水泵(232)之間，所述第一出水管(231)與浸沒式膜組件(22)相連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種污水深度脫氮裝置，其特征在于：所述厭氧氨氧化反應器(5)包括IFAS本體(53)和海綿填料層(54)，所述海綿填料層(54)和指標監(jiān)測器(24)均插設于IFAS本體(53)內(nèi)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種污水深度脫氮裝置，其特征在于：所述側流硝化反應器(3)內(nèi)底壁上設有膜曝氣盤(31)，所述側流硝化反應器(3)外側設有鼓風曝氣機(32)，所述鼓風曝氣機(32)上連接有輸氣管(33)，所述輸氣管(33)貫穿側流硝化反應器(3)，所述輸氣管(33)與膜曝氣盤(31)相連。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種污水深度脫氮裝置，其特征在于：所述側流硝化反應器(3)包括硝化器本體(34)和隔板(35)，所述隔板(35)設于硝化器本體(34)內(nèi)，所述隔板(35)固定連接在硝化器本體(34)的內(nèi)頂壁上，所述隔板(35)與硝化器本體(34)的內(nèi)底壁之間設有連通通道(36)。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種污水深度脫氮裝置，其特征在于：所述污水深度脫氮裝置還包括中間出水水箱(8)和配水進水水箱(9)，所述第二出水件(51)與中間出水水箱(8)相連，所述配水進水水箱(9)上設有配水進水件(91)，所述配水進水件(91)與第二出水件(51)相連。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種污水深度脫氮裝置，其特征在于：所述第二出水件(51)包括主出水管(511)、副出水管(512)、主出水閥(513)和副出水閥(514)，所述主出水管(511)連接在缺氧膜生物反應器(2)和厭氧氨氧化反應器(5)之間，所述主出水閥(513)安裝在主出水管(511)上，所述副出水管(512)連接在主出水管(511)和中間出水水箱(8)之間，所述配水進水件(91)與主出水管(511)相連，所述主出水閥(513)位于副出水管(512)和配水進水件(91)之間，所述副出水閥(514)安裝在副出水管(512)上。
8.一種應用污水深度脫氮裝置的污水深度脫氮方法，其特征在于，包括如下步驟，S1：將生活污水水箱(1)中的原水輸送至缺氧膜生物反應器(2)內(nèi)，進行水解酸化反應，第一出水件(23)將出水輸入側流硝化反應器(3)內(nèi)，進行完全硝化反應，得到硝化液，硝化液溢流至中間水箱(4)；S2：將中間水箱(4)內(nèi)的硝化液輸送至缺氧膜生物反應器(2)內(nèi)，進行短程反硝化反應，缺氧膜生物反應器(2)的出水溢流至厭氧氨氧化反應器(5)內(nèi)，進行厭氧氨氧化脫氮反應；第三出水件(52)將一部分厭氧氨氧化反應器(5)的出水回流至缺氧膜生物反應器(2)內(nèi)，將另一部分厭氧氨氧化反應器(5)的出水輸送至末端出水水箱(6)；S3：重復S1和S2中的步驟，即完成污水深度脫氮。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種應用污水深度脫氮裝置的污水深度脫氮方法，其特征在于，在S1階段之前，預先進行側流硝化-水解酸化/短程反硝化啟動階段和厭氧氨氧化啟動階段；側流硝化-水解酸化/短程反硝化啟動階段：在AnMBR本體(21)內(nèi)接種缺氧池污泥，側流硝化反應器(3)內(nèi)接種好氧池污泥，將生活污水水箱(1)中的原水輸送至缺氧膜生物反應器(2)內(nèi)，進行水解酸化反應，第一出水件(23)將出水輸入側流硝化反應器(3)內(nèi)，進行完全硝化反應，得到硝化液，硝化液溢流至中間水箱(4)，將中間水箱(4)內(nèi)的硝化液輸送至缺氧膜生物反應器(2)內(nèi)，進行短程反硝化反應，缺氧膜生物反應器(2)的出水溢流至中間出水水箱(8)，當缺氧膜生物反應器(2)的出水中NO2--N:NH4+-N的比值穩(wěn)定在1.30-1.34后，啟動結束；厭氧氨氧化啟動階段：在厭氧氨氧化反應器(5)內(nèi)接種成熟的厭氧氨氧化顆粒污泥，將配水進水水箱(9)內(nèi)的配置水輸入?yún)捬醢毖趸磻?5)內(nèi)，進行厭氧氨氧化脫氮反應，厭氧氨氧化反應器(5)的出水溢流至末端出水水箱(6)，當厭氧氨氧化反應器(5)的氮容積去除負荷大于0.5kg-N/(m3•d)、TN去除率大于80%、海綿填料層(54)上成功掛膜且生物膜呈微紅色時，啟動成功。
10.根據(jù)權利要求9所述的一種應用污水深度脫氮裝置的污水深度脫氮方法，其特征在于：在所述側流硝化-水解酸化/短程反硝化啟動階段，進行水解酸化反應時，AnMBR本體(21)中水力停留時間為4-6h，進行完全硝化反應時，側流硝化反應器(3)中水力停留時間為8-12h，進行短程反硝化反應時，水力停留時間為2-3h；在厭氧氨氧化啟動階段，將厭氧氨氧化反應器(5)中水力停留時間從12h階梯式縮短至4h；在S1階段，控制缺氧膜生物反應器(2)內(nèi)DO小于0.5mg/L、pH在8.0-9.0之間，控制側流硝化反應器(3)中DO在3-5mg/L范圍內(nèi)；在S2階段，控制厭氧氨氧化反應器(5)內(nèi)DO小于0.2mg/L、pH在8.0-8.5之間、溫度在30-35℃。
發(fā)明內(nèi)容
針對傳統(tǒng)生物脫氮工藝在處理低C/N生活污水中存在運行能耗高、脫氮能力不足等問題，本申請?zhí)峁┮环N污水深度脫氮裝置及方法。
第一方面，本申請?zhí)峁┑囊环N污水深度脫氮裝置采用如下的技術方案：一種污水深度脫氮裝置，包括生活污水水箱、缺氧膜生物反應器、側流硝化反應器、中間水箱、厭氧氨氧化反應器、末端出水水箱和過程控制器，所述缺氧膜生物反應器包括AnMBR本體和浸沒式膜組件，所述生活污水水箱和中間水箱上均設有進水件，所述進水件與AnMBR本體相連，所述浸沒式膜組件設于AnMBR本體內(nèi)，所述AnMBR本體和側流硝化反應器之間設有第一出水件，所述第一出水件與浸沒式膜組件相連，所述側流硝化反應器與中間水箱相連，所述厭氧氨氧化反應器上設有第二出水件和第三出水件，所述第二出水件與AnMBR本體相連，所述AnMBR本體和末端出水水箱均與第三出水件相連，所述AnMBR本體、側流硝化反應器和厭氧氨氧化反應器內(nèi)均安裝有指標監(jiān)測器，所述指標監(jiān)測器與過程控制器相連接。
本申請在AnMBR本體內(nèi)設置浸沒式膜組件，將缺氧生物處理與膜過濾技術有機結合，使得AnMBR本體內(nèi)的污泥在膜截留的作用下，可實現(xiàn)對水力停留時間和污泥齡的分離，從而維持反應器內(nèi)較長的污泥齡及較高的污泥濃度，降低出水有機物濃度。通過膜對污泥截留延長泥齡，發(fā)生水解酸化過程，提高系統(tǒng)中可供其利用的有機物含量，穩(wěn)定積累亞硝酸鹽，同時減少出水有機物濃度對后續(xù)單元的影響。
本申請還將側流硝化反應器通過第一出水件、中間水箱和進水件與缺氧膜生物反應器相連接，從而實現(xiàn)側流硝化-水解酸化/短程反硝化相耦合，水解酸化能夠將大分子有機物轉化為小分子有機酸，以小分子有機酸為底物有利于短程反硝化反應的NO2--N進行穩(wěn)定地高效累積。同時，水解酸化過程降解有機氮提高出水中NH4+-N濃度，進而提高后續(xù)厭氧氨氧化進水氮負荷，可以減少短程反硝化過程中進水有機負荷波動和污泥流失導致的系統(tǒng)不穩(wěn)定，提升反應器運行效果。側流硝化為短程反硝化提供了充足的硝酸鹽底物，實現(xiàn)了無外加藥劑的自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)。厭氧氨氧化反應器與缺氧膜生物反應器相連接，能夠將厭氧氨氧化技術與側流硝化-水解酸化/短程反硝化技術相耦合，厭氧氨氧化反應器中的厭氧氨氧化菌在厭氧或缺氧條件下，將污水中NH4+-N和NO2--N轉化為N2。
因此，本申請的污水深度脫氮裝置能夠改善污水脫氮反應器中HRT與SRT的矛盾，利用膜截留慢速降解大分子有機物和顆粒態(tài)有機物，使得出水有機物濃度達標，同時增加進水中可供短程反硝化利用有機物含量，充分利用原水中有機物，節(jié)省碳源，減少有機物對后續(xù)工藝中自養(yǎng)菌的抑制。本申請的污水深度脫氮裝置的運行能耗低，脫氮能力強，改善了傳統(tǒng)生物脫氮工藝在處理低C/N生活污水中存在運行能耗高、脫氮能力不足等問題。
在一個具體的可實施方案中，所述第一出水件包括第一出水管、第一出水泵和膜壓計，所述第一出水管連接在AnMBR本體和側流硝化反應器之間，所述第一出水泵和膜壓計均安裝在第一出水管上，所述膜壓計位于AnMBR本體和第一出水泵之間，所述第一出水管與浸沒式膜組件相連接。
通過采用上述技術方案，第一出水泵和第一出水管配合，可以將浸沒式膜組件的出水輸送至側流硝化反應器內(nèi)，從而將水解酸化工藝與側流硝化相耦合，使得生活污水在進行水解酸化反應后，可以進入側流硝化反應器內(nèi)進行側流硝化，有助于為AnMBR本體內(nèi)的短程反硝化提供了充足的硝酸鹽底。膜壓計能夠監(jiān)測第一出水管內(nèi)的水壓，有助于減少第一出水管爆裂。
在一個具體的可實施方案中，所述厭氧氨氧化反應器包括IFAS本體和海綿填料層，所述海綿填料層和指標監(jiān)測器均插設于IFAS本體內(nèi)。
通過采用上述技術方案，海綿填料層為厭氧氨氧化菌提供更有效的富集場所，IFAS本體內(nèi)的微生物可以附著在海綿填料層上進行生長，指標監(jiān)測器可以監(jiān)測IFAS本體內(nèi)，因此，海綿填料層有助于提高厭氧氨氧化反應器的厭氧氨氧化反應效果，從而有助于提高污水深度脫氮裝置的脫氮能力強。而且，海綿填料層與IFAS本體內(nèi)活性污泥形成的混合體系，能夠有效提高厭氧氨氧化反應器的抗沖擊負荷能力，運行穩(wěn)定性更強。
在一個具體的可實施方案中，所述側流硝化反應器內(nèi)底壁上設有膜曝氣盤，所述側流硝化反應器外側設有鼓風曝氣機，所述鼓風曝氣機上連接有輸氣管，所述輸氣管貫穿側流硝化反應器，所述輸氣管與膜曝氣盤相連。
通過采用上述技術方案，鼓風曝氣機、輸氣管和膜曝氣盤配合，可以向側流硝化反應器內(nèi)曝氣，并控制曝氣量，能夠調節(jié)側流硝化反應器的好氧效果，有助于將側流硝化反應器內(nèi)的微生物將NH4+-N轉化為NO3--N，提高側流硝化反應器的完全硝化反應效果。
在一個具體的可實施方案中，所述側流硝化反應器包括硝化器本體和隔板，所述隔板設于硝化器本體內(nèi)，所述隔板固定連接在硝化器本體的內(nèi)頂壁上，所述隔板與硝化器本體的內(nèi)底壁之間設有連通通道。
通過采用上述技術方案，隔板能夠將硝化器本體的內(nèi)部空間分為兩部分，這兩部分空間通過位于硝化器本體底部的連通通道相連通，隔板一側的污水均需要先通過連通通道流入隔板另一側的空間，才能溢流至中間水箱。因此，隔板和連通通道配合，可以提高污水與硝化器本體的微生物的接觸程度，有助于將污水中NH4+-N更充分的轉化為NO3--N。
在一個具體的可實施方案中，所述污水深度脫氮裝置還包括中間出水水箱和配水進水水箱，所述第二出水件與中間出水水箱相連，所述配水進水水箱上設有配水進水件，所述配水進水件與第二出水件相連。
通過采用上述技術方案，在啟動污水深度脫氮裝置時，可以操作第二出水件，先將缺氧膜生物反應器與厭氧氨氧化反應器斷開，并將缺氧膜生物反應器與中間出水水箱連通，操作配水進水件，將配水進水水箱與厭氧氨氧化反應器連通。從而，將側流硝化-水解酸化/短程反硝化工藝和厭氧氨氧化工藝分別同時啟動，當側流硝化-水解酸化/短程反硝化工藝和厭氧氨氧化工藝均達到規(guī)定的運行指標并穩(wěn)定運行時，再操作第二出水件，將缺氧膜生物反應器、側流硝化反應器和厭氧氨氧化反應器串聯(lián)運行。這樣進行啟動，有助于提高各單元的運行效果，使得各個單元更穩(wěn)定。
在一個具體的可實施方案中，所述第二出水件包括主出水管、副出水管、主出水閥和副出水閥，所述主出水管連接在缺氧膜生物反應器和厭氧氨氧化反應器之間，所述主出水閥安裝在主出水管上，所述副出水管連接在主出水管和中間出水水箱之間，所述配水進水件與主出水管相連，所述主出水閥位于副出水管和配水進水件之間，所述副出水閥安裝在副出水管上。
通過采用上述技術方案，當主出水閥關閉、副出水閥開啟時，可以將缺氧膜生物反應器與厭氧氨氧化反應器斷開，并將缺氧膜生物反應器與中間出水水箱連通，使得缺氧膜生物反應器的出水進入中間出水水箱內(nèi)，有助于啟動側流硝化-水解酸化/短程反硝化工藝。當主出水閥開啟、副出水閥關閉時，可以將缺氧膜生物反應器與厭氧氨氧化反應器連通，使得缺氧膜生物反應器的出水進入?yún)捬醢毖趸磻鲀?nèi)，有助于將缺氧膜生物反應器、側流硝化反應器和厭氧氨氧化反應器串聯(lián)運行。
第二方面，本申請?zhí)峁┑囊环N應用上述污水深度脫氮裝置的污水深度脫氮方法采用如下的技術方案：一種應用污水深度脫氮裝置的污水深度脫氮方法，包括如下步驟，S1：將生活污水水箱中的原水輸送至缺氧膜生物反應器內(nèi)，進行水解酸化反應，第一出水件將出水輸入側流硝化反應器內(nèi)，進行完全硝化反應，得到硝化液，硝化液溢流至中間水箱；S2：將中間水箱內(nèi)的硝化液輸送至缺氧膜生物反應器內(nèi)，進行短程反硝化反應，缺氧膜生物反應器的出水溢流至厭氧氨氧化反應器內(nèi)，進行厭氧氨氧化脫氮反應；第三出水件將一部分厭氧氨氧化反應器的出水回流至缺氧膜生物反應器內(nèi)，將另一部分厭氧氨氧化反應器的出水輸送至末端出水水箱S3：重復S1和S2中的步驟，即完成污水深度脫氮。
通過采用上述技術方案，將厭氧氨氧化技術與側流硝化-水解酸化/短程反硝化技術相耦合，S1階段，可以待處理水中可供短程反硝化利用有機物含量，使得S2階段可以穩(wěn)定高效的累計NO2--N，并將NH4+-N和NO2--N轉化為N2，從而達到節(jié)省碳源、降低運行能耗和提高脫氮能力的效果，有助于改善傳統(tǒng)生物脫氮工藝在處理低C/N生活污水中存在運行能耗高、脫氮能力不足等問題。
在一個具體的可實施方案中，在S1階段之前，預先進行側流硝化-水解酸化/短程反硝化啟動階段和厭氧氨氧化啟動階段；側流硝化-水解酸化/短程反硝化啟動階段：將生活污水水箱中的原水輸送至缺氧膜生物反應器內(nèi)，進行水解酸化反應，第一出水件將出水輸入側流硝化反應器內(nèi)，進行完全硝化反應，得到硝化液，硝化液溢流至中間水箱，將中間水箱內(nèi)的硝化液輸送至缺氧膜生物反應器內(nèi)，進行短程反硝化反應，缺氧膜生物反應器的出水溢流至中間出水水箱，當缺氧膜生物反應器的出水中NO2--N:NH4+-N的比值穩(wěn)定在1.30-1.34后，啟動結束；厭氧氨氧化啟動階段：在厭氧氨氧化反應器內(nèi)接種成熟的厭氧氨氧化顆粒污泥，將配水進水水箱內(nèi)的配置水輸入?yún)捬醢毖趸磻鲀?nèi)，進行厭氧氨氧化脫氮反應，厭氧氨氧化反應器的出水溢流至末端出水水箱，當厭氧氨氧化反應器的氮容積去除負荷大于0.5kg-N/(m3•d)、TN去除率大于80%、海綿填料層上成功掛膜且生物膜呈微紅色時，啟動成功。
通過采用上述技術方案，可以將側流硝化-水解酸化/短程反硝化工藝和厭氧氨氧化工藝分別同時啟動，將工藝指標控制在上述范圍內(nèi)，有助于提高整個工藝的脫氮能力和運行穩(wěn)定性，提高效率。
在一個具體的可實施方案中，在所述側流硝化-水解酸化/短程反硝化啟動階段，進行水解酸化反應時，AnMBR本體中水力停留時間為4-6h，進行完全硝化反應時，側流硝化反應器中水力停留時間為8-12h，進行短程反硝化反應時，水力停留時間為2-3h；在厭氧氨氧化啟動階段，將厭氧氨氧化反應器中水力停留時間從12h階梯式縮短至4h；在S1階段，控制缺氧膜生物反應器內(nèi)DO小于0.5mg/L、pH在8.0-9.0之間，控制側流硝化反應器中DO在3-5mg/L范圍內(nèi)；在S2階段，控制厭氧氨氧化反應器內(nèi)DO小于0.2mg/L、pH在8.0-8.5之間、溫度在30-35℃。
通過采用上述技術方案，將工藝指標控制在上述范圍內(nèi)，有助于整個工藝穩(wěn)定的運行，提高脫氮能力和運行效率。
綜上所述，本申請包括以下至少一種有益技術效果：
1.本申請的污水深度脫氮裝置的運行能耗低，脫氮能力強，改善了傳統(tǒng)生物脫氮工藝在處理低C/N生活污水中存在運行能耗高、脫氮能力不足等問題；
2.本申請通過設置硝化器本體和隔板，可以提高污水與硝化器本體的微生物的接觸程度，有助于將污水中NH4+-N更充分的轉化為NO3--N；
3.本申請通過設置AnMBR本體和浸沒式膜組件，能夠減少污泥流失，無需設置污泥回流裝置。
（發(fā)明人：陶昱明;耿雷;豐文俊;柴春燕;莊彥華;楊小麗;唐燕華;夏陽光）
