專利名稱：低cn高氨氮廢水單級自養(yǎng)生物脫氮的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種低CN高氨氮廢水單級自養(yǎng)生物脫氮的裝置，屬于廢水生物 處理技術領域，適用于城市污水廠污泥消化液、養(yǎng)殖廢水、味精廢水、垃圾滲濾液、化工廢水 等低CN高氨氮廢水，以及已經進行脫碳處理后的高氨氮廢水自養(yǎng)生物脫氮處理。
背景技術：
水體富營養(yǎng)化問題日益突出，近年來由其引發(fā)的一系列問題嚴重影響了居民的日 常生活。氮是引起水體富營養(yǎng)化的重要因素，因此控制污水中氮達標排放就顯得尤為重要。 生物脫氮技術是當前應用最廣泛的污水脫氮技術，既通過硝化菌和反硝化菌來實現氮的去 除，而充足的碳源是反硝化菌高效脫氮的關鍵。而當原水CN比低于3. 4時，原水碳源無法 滿足反硝化對有機碳源的需求，需投加外碳源來滿足此要求，以保證生物脫氮效果。而污泥 消化液、化工廢水、養(yǎng)殖廢水、垃圾滲濾液等低CN高氨氮廢水的CN比都要低于此值。因此 現有低CN高氨氮廢水生物脫氮過程中，為了達到氮的排放標準，通常需要投加甲醇或乙醇 等有機碳源，這樣既消耗了有限的有機資源，又增加了污水廠的運行費用。厭氧氨氧化技術的出現使得低CN高氨氮廢水在不加外碳源的條件下實現高效處 理成為可能。厭氧氨氧化以亞硝酸鹽作為電子受體直接對氨氮進行氧化，無需有機碳源，因 此低CN比不會影響TN的去除。此外，厭氧氨氧化在厭氧的條件下進行，無需氧氣的供應，可 降低運行能耗；厭氧氨氧化菌生長慢、產率低，工藝剩余污泥產量少，可降低污泥處理費用； 厭氧氨氧化菌代謝活性高、對基質親和力強，工藝容積轉化率高，可減少基建費用。因此厭 氧氨氧化技術適應低CN高氨氮廢水的水質，可以節(jié)省運行和基建費用。自養(yǎng)生物脫氮技術根據短程硝化和厭氧氨氧化是否在同一反應器內發(fā)生分為 兩種兩級自養(yǎng)脫氮技術，即短程硝化和厭氧氨氧化分別在兩個不同的反應器中進行，如 SHAR0N+ANAMM0X工藝；單級自養(yǎng)脫氮工藝，即短程硝化和厭氧氨氧化分別在同一反應器中 進行，如CANON工藝和OLAND工藝等。單級自養(yǎng)脫氮工藝因其工藝流程簡單，能耗低，剩余 污泥量少等特點，而被認為是可持續(xù)污水自養(yǎng)脫氮技術。但由于短程硝化和厭氧氨氧化在 同一反應器中進行，就使得反應器中存在一定量的氧，溶解氧濃度(DO)高會抑制厭氧氨氧 化菌活性，溶解氧濃度(DO)低，會使得氨氧化菌(AOB)底物(氧)不足，硝化活性降低，因 此單級自養(yǎng)脫氮工藝存在對氧需求的矛盾，限值了其脫氮性能的發(fā)揮。

實用新型內容本實用新型目的是為了解決上述技術問題，提出的一種低CN高氨氮廢水單級自 養(yǎng)生物脫氮的裝置。利用該裝置不需任何預處理，在活性污泥和生物膜聯(lián)合作用的反應器 中，通過將厭氧氨氧化主要菌固定在海綿填料上，氨氧化菌(AOB)主要存在于懸浮絮體活 性污泥(簡稱活性污泥)中，從而將氨氧化菌(AOB)與厭氧氨氧化菌分離開；通過反應器結 構分區(qū)將厭氧氨氧化生物膜限制在反應器格室下部，而混合液中的溶解氧在好氧區(qū)已基本 消耗完，下部厭氧氨氧化區(qū)DO可低于0. 2mg/L,因此降低溶解氧對厭氧氨氧化菌的影響，最終實現高效自養(yǎng)脫氮目的。該實用新型不僅解決了現有工藝的矛盾，而且具有工藝流程簡 單、適應污泥消化和水質水量的波動、操作靈活簡單的特點，可降低工藝運行費用和基建費 用，同時避免二次污染。本實用新型的目的是通過以下技術方案來解決的一種低CN高氨氮廢水單級自 養(yǎng)生物脫氮的裝置，設有原水水箱、進水泵、反應器、二沉池、污泥回流泵。所述原水水箱為 一敞口箱體，設有溢流管和放空管；所述反應器為一敞口池體，分為數個格室，按照水流方 向上下交錯設置過流孔連接各個格室，前端為缺氧區(qū)格室，后端為好氧區(qū)格室，缺氧區(qū)格室 設有攪拌器和攪拌槳，好氧區(qū)格室除設置攪拌器和攪拌槳外，還設有空壓機、氣體流量計、 曝氣升流管、中間穿孔隔板，曝氣升流管內設置曝氣頭，中間穿孔隔板下方填充海綿填料， 填充比為30-50% ；所述二沉池為一中間進水的豎流式二沉池，設有出水管、回流污泥管閥 門和剩余污泥排放管閥門。原水箱通過進水泵與反應器進水閥相連接；反應器通過二沉池連接管與二沉池連 接；二沉池通過污泥回流泵與反應器進水閥相連接。本實用新型的裝置中，低CN高氨氮廢水的處理流程如下原水與回流污泥為進水 的30% -200%，同時進入反應器的進水端。反應器平均分為5個格室，不同格室通過上下 交錯的小孔相連。反應器第1個格室為缺氧區(qū)，通過攪拌器攪拌使泥水混合均勻，保持良好 的傳質。在缺氧區(qū)通過活性污泥實現反硝化，將后續(xù)厭氧氨氧化產生的NO〗-N轉化氮氣。后 面4個格室為好氧區(qū)，在好氧格室內，通過懸浮絮體活性污泥實現短程硝化，將NHI-N轉化 為NOrN，而后通過厭氧氨氧化生物膜將NC^-N和NH -N轉化為氮氣和NOj-N。好氧區(qū)流出 的混合液流入二沉池，進行泥水分離，部分污泥通過污泥回流泵至反應器前端缺氧區(qū)，部分 污泥作為剩余污泥排放。二沉池上清液作為處理出水排出。利用上述裝置實現低CN高氨氮廢水短程硝化，而后通過厭氧氨氧化實現自養(yǎng)生 物脫氮的方法，包括以下步驟1)啟動系統(tǒng)首先將新海綿填料或已經掛好厭氧氨氧化膜的海綿填料加到反應 器好氧區(qū)中間穿孔隔板以下區(qū)域，填充比為30-50% ；活性污泥取自城市污水廠曝氣池具有 硝化作用的活性污泥或短程硝化系統(tǒng)的活性污泥，加入到反應器中，投加后活性污泥濃度 MLSS 為 2000-4000mg/L。2)運行時調節(jié)操作如下(1)根據污泥廢水水質和反應器中混合液的PH值及溫度，通過在 0.21kg NHI-N/ m3· d·1的范圍內，調整進水NH:-N負荷，即調整進水流量和改變污泥回流 比(在30%-200%范圍內調整)，當游離氨(FA)濃度高時，增大污泥回流比，使反應器沿程 的FA濃度為l-40mg/L。(2)維持好氧區(qū)各格室MVN濃度為3-10mg/L。當MVN濃度小于:3mg/L時，首先 通過增加曝氣量來提高亞硝化速率，進而提高ΝΟ〗-Ν濃度；若增加曝氣量不能提高ΝΟ〗-Ν 濃度，則同時提高曝氣升流管體積和曝氣量，進而提高格室內ΝΟ〗-Ν濃度。當格室內ΝΟ〗-Ν 濃度大于10mg/L時，則降低曝氣量或減少曝氣升流管體積。(3)維持出水NOj-N濃度與TN去除濃度的比值q小于0. 15。當q大于0. 15時， 通過降低好氧區(qū)溶解氧DO濃度，降低污泥齡SRT，抑制亞硝酸鹽氧化菌(NOB)的生長，使氨 氧化菌(AOB)增長速率與NOB增長速率的差值增大，促進短程硝化的維持。[0015](4)降低好氧區(qū)DO濃度的策略如下在保證氣提升流效果的前提下，降低曝氣量， 進而降低DO ；若以上方法無效時，通過同時減少曝氣升流管體積和降低曝氣量來降低DO。(5)維持出水NH:-N濃度小于15mg/L。當出水NH:-N濃度大于15mg/L時，通過提 高水力停留時間(HRT)，即減少進水量，來減低出水NHI-N濃度。技術原理低CN高氨氮廢水和回流污泥進入反應器缺氧格室，在此區(qū)域氨氧化菌(AOB)利 用原水中有限的碳源，將回流污泥中NO〗-N轉化為氮氣。隨后，泥水混合液進入好氧格室， 通過曝氣升流管給泥水混合液充氧，同時由于氣提作用形成上下環(huán)流。混合液在好氧格室 上部，發(fā)生短程硝化作用，將NH:-N轉化為MVN，同時消耗溶解氧。待其循環(huán)流入下部懸 浮填料區(qū)域時，懸浮填料上的厭氧氨氧化菌將NH -N和ΝΟ〗-Ν轉化為氮氣，實現脫氮。由 于混合液中溶解氧在上部短程硝化區(qū)已基本消耗完畢，所以下部厭氧氨氧化區(qū)域溶解氧DO < 0. ang/L，從而降低了溶解氧對厭氧氨氧化菌的抑制，提高了底部厭氧氨氧化菌活性。游離氨(FA)對氨氧化菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)抑制濃度存在差距，FA為
0.1-1. Omg/L時開始抑制NOB，10_150mg/L時才開始抑制Α0Β，基于此現象，本實用新型通過 控制反應器內FA濃度在一定范圍內，實現FA抑制NOB，而不抑制AOB，從而淘洗掉NOB，實現 短程硝化。同時好氧/缺氧交替的環(huán)境有利于實現短程硝化，這是因為經歷好氧環(huán)境后，NOB 需要一定時間才能恢復活性，而AOB卻可以立即恢復活性。在本實用新型中就通過曝氣升 流管的設置實現了好氧/缺氧的不斷交替，在曝氣升流管內是高溶解氧，好氧區(qū)上部低溶 解氧，而在下部厭氧氨氧化區(qū)則基本處于缺氧環(huán)境，因此此設置也有利于實現短程硝化。本實用新型的低CN高氨氮廢水單級自養(yǎng)生物脫氮的裝置與現有工藝相比有如下 優(yōu)點1、實現了氨氧化菌(AOB)和厭氧氨氧化菌的分離，厭氧氨氧化菌主要在懸浮填料 上生長，而氨氧化菌(AOB)主要在懸浮絮體污泥中生長，因此可以將氨氧化菌(AOB)和厭氧 氨氧化菌控制在不同的污泥齡，從而利于工藝的調控，有利于短程的穩(wěn)定實現。2、好氧區(qū)的構造有利于厭氧氨氧化效率的提高，因為曝氣升流管內充氧量基本可 以在好氧區(qū)上部消耗完畢，底部厭氧氨氧化區(qū)域DO < 0. ang/L，從而減少了溶解氧對下部 厭氧氨氧化菌的抑制。3、通過污泥回流比的調整，可以將厭氧氨氧化產生的NO〗-N在缺氧區(qū)被反硝化去 除，因此，與普通單級自養(yǎng)脫氮相比，可實現更高的TN去除率。4、與傳統(tǒng)全程硝化反硝化生物脫氮工藝相比，自養(yǎng)生物脫氮可節(jié)省58%的耗氧 量；可減少污泥產量，進而降低污泥處理費用。

圖1為本裝置的結構示意圖圖中，1、原水箱；2、進水泵；3、反應器；4、二沉池；5、污泥回流泵；1. 1、溢流管；
1.2、放空管；3. 1、反應器進水閥；3. 2、空壓機；3. 3、氣體流量計；3. 4、空氣管路；3. 5、氣體 閥門；3. 6、曝氣管氣體閥門；3. 7、攪拌器；3. 8、攪拌槳；3. 9、曝氣升流管；3. 10、曝氣頭； 3. 11、海綿填料；3. 12、中間穿孔隔板；3. 13、反應器出水管閥門；3. 14、二沉池連接管；4. 1、出水管；4. 2、污泥回流閥門；4. 3、剩余污泥排放閥。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明如圖其所示，一種低CN高氨 氮廢水單級自養(yǎng)生物脫氮的裝置，其特征在于設有原水水箱1、進水泵2、反應器3、二沉池 4、污泥回流泵5。所述原水水箱1為一敞口箱體，設有溢流管1. 1和放空管1. 2 ；所述反應 器3為一敞口池體，其內腔分為數個格室，按照水流方向上下交錯設置過流孔連接各個格 室，前端為缺氧區(qū)格室，后端為好氧區(qū)格室，缺氧區(qū)格室設有攪拌器3. 7和攪拌槳3. 8，好氧 區(qū)格室除設置攪拌器3. 7和攪拌槳3. 8外，還設有空壓機3. 2、氣體流量計3. 3、曝氣升流管
3.9、中間穿孔隔板3. 12，曝氣升流管3. 9內設置曝氣頭3. 10，中間穿孔隔板3. 12下方填充 海綿填料3. 11，填充比為30-50% ；所述二沉池為一中間進水的豎流式沉淀池，設有出水管
4.1、回流污泥管閥門4. 2和剩余污泥排放管閥門4. 3。原水箱1通過進水泵2與反應器進水閥3. 1相連接；反應器3通過二沉池連接管 3. 14與二沉池4連接；二沉池4通過污泥回流泵5與反應器進水閥3. 1相連接。采用典型低CN高氨氮廢水-污泥消化液進行試驗，污泥消化液取自北京高碑店污 水廠消化污泥脫水機房，其具體水質指標如下C0D為80-245mg/L ；NH:-N為125_300mg/L， NOj-N彡 1.5mg/L，NOj-N在檢測限以下，POi-P為 7. 8-34. 7mg/L，堿度為 870_1600mg/L，pH 為6. 9-8. 5。試驗系統(tǒng)如圖1所示，主要有進水箱、反應器和二沉池組成。反應器有效容積 為36L，反應器尺寸為LXBXH = 60X12X50cm,平均分為5個格室，格室間隔板由上下交 錯的小孔連接。具體操作方法如下首先將新海綿填料加到反應器好氧區(qū)中間穿孔隔板以下區(qū)域，填充比為30-50% ； 活性污泥可取自城市污水廠曝氣池具有硝化作用的活性污泥，加入到反應器中，投加后活 性污泥濃度MLSS為2000-4000mg/L。將新鮮的污泥消化液加入到原水箱，啟動進水泵，進水 量控制在36L/d ；同時開啟攪拌器，曝氣系統(tǒng)；待二沉池開始充滿泥水混合液時，開啟污泥 回流泵，污泥回流比為50%即18L/d ；運行期間定期檢測反應器各格室與進出水水質及溫度、pH等指標。維持出水 NH -N濃度小于15mg/L。當出水NH -N濃度大于15mg/L時，通過提高水力停留時間HRT， 即減少進水量，來減低出水NH -N濃度。當缺氧區(qū)格室FA濃度大于20mg/L時，增大污泥回流比。當NC^-N濃度小于:3mg/L 時，首先通過增加曝氣量來提高亞硝化速率，進而提高ΝΟ〗-Ν濃度；若增加曝氣量不能提高 ΝΟ，Ν濃度，則同時提高曝氣升流管體積和曝氣量，進而提高格室內ΝΟ〗-Ν濃度。當格室內 NOrN濃度大于10mg/L時，則降低曝氣量或減少曝氣升流管體積。維持出水NOj-N濃度與TN去除濃度的比值q小于0. 15。當q大于0. 15時，通過 降低好氧區(qū)溶解氧DO濃度，降低污泥齡SRT，抑制亞硝酸鹽氧化菌(NOB)的生長，使氨氧化 菌(AOB)增長速率與NOB增長速率的差值增大，促進短程硝化的維持。降低好氧區(qū)DO濃度的策略如下在保證氣提升流效果的前提下，降低曝氣量，進 而降低DO ；若以上方法無效時，通過同時減少曝氣升流管體積和降低曝氣量來降低DO。連續(xù)試驗結果表明運行穩(wěn)定后，反應器出水NHl-N濃度為6_15mg/L，NHl-N去除負荷為0. 23-0. 28kgN/m3 · cf1，TN去除負荷約為0. 19-0. 22kgN/m3 · cf1 ；出水COD濃度為 50-7;3mg/L，基本為難生物利用的有機物。
權利要求1. 一種低CN高氨氮廢水單級自養(yǎng)生物脫氮的裝置，其特征在于設有原水水箱(1)、 進水泵O)、反應器(3)、二沉池、污泥回流泵(5)；所述原水水箱(1)為一敞口箱體，設 有溢流管(1. 1)和放空管(1.2)；所述反應器(3)為一敞口池體，分為數個格室，按照水流 方向上下交錯設置過流孔連接各個格室，前端為缺氧區(qū)格室，后端為好氧區(qū)格室，缺氧區(qū)格 室設有攪拌器(3. 7)和攪拌槳(3. 8)，好氧區(qū)格室除設置攪拌器(3. 7)和攪拌槳(3. 8)夕卜， 還設有空壓機(3. 2)、氣體流量計(3. 3)、曝氣升流管(3.9)、中間穿孔隔板(3. 12)，曝氣升 流管(3. 9)內設置曝氣頭(3. 10)，中間穿孔隔板(3. 12)下方填充海綿填料(3. 11)，填充比 為30-50%;所述二沉池為一中間進水的豎流式沉淀池，設有出水管(4. 1)、回流污泥管閥門 (4.2)和剩余污泥排放管閥門(4.3)；原水箱(1)通過進水泵( 與反應器進水閥(3. 1)相連接；反應器( 通過二沉池連 接管(3. 14)與二沉池(4)連接；二沉池(4)通過污泥回流泵( 與反應器進水閥(3. 1)相 連接。
專利摘要本實用新型公開了一種低CN高氨氮廢水單級自養(yǎng)生物脫氮的裝置。所述裝置包括原水水箱、進水泵、反應器、二沉池、污泥回流泵。所述反應器水流方向上下交錯設置過流孔連接各個格室，前端為缺氧區(qū)格室，后端為好氧區(qū)格室，缺氧區(qū)格室設有攪拌器和攪拌槳，好氧區(qū)格室除設置攪拌器和攪拌槳外，還設有曝氣升流管、中間穿孔隔板，曝氣升流管內設置曝氣頭，中間穿孔隔板下方填充海綿填料，填充比為30-50％。所述方法是通過低溶解氧(DO為0.5-1mg/L)和游離氨(FA)抑制，在好氧區(qū)上部實現短程硝化，將氨氮轉化為亞硝酸鹽氮；好氧區(qū)下部厭氧氨氧化生物膜發(fā)生作用，將亞硝酸鹽氮和氨氮轉化為氮氣，實現自養(yǎng)生物脫氮。此方法耗氧量低，污泥產量少，無需外加碳源。
文檔編號C02F3/30GK201923882SQ201120006479
公開日2011年8月10日 申請日期2011年1月11日 優(yōu)先權日2011年1月11日
發(fā)明者張樹軍, 彭永臻, 王俊敏, 王淑瑩, 馬斌 申請人:彭永臻