專利名稱：一種改良型一體化污水處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污水處理裝置，具體地涉及一種改良型一體化(PN-Anamm0x-DN) 污水處理裝置。
背景技術(shù)：
環(huán)境污染、氣候變化形勢(shì)嚴(yán)峻，氨氮污染逐漸引起了各方面的高度關(guān)注。環(huán)保部 “十二五”規(guī)劃中明確提出了控制氨氮排放的規(guī)劃，其排放總量要比2010年減少10%。水體中的氮素污染日益嚴(yán)重，目前污水中的氨氮廣泛采用傳統(tǒng)的硝化-反硝化工藝，該工藝處理高氨氮、低C/N的廢水(如垃圾滲濾液，硝化污泥脫水液)時(shí)，能耗大(硝化曝氣)且異養(yǎng)反硝化時(shí)需要外加有機(jī)碳源和投加堿來(lái)中和硝化過(guò)程產(chǎn)生的酸，使投資和運(yùn)行費(fèi)用大大增加。此傳統(tǒng)工藝的脫氮效率受進(jìn)水水質(zhì)的影響大，低碳源污水在不投加外加碳源的情況下，其脫氮效率低。有資料表明([周琪，陳秀榮，楊殿海等，生物-生態(tài)優(yōu)化組合處理城市污水的試驗(yàn)研究[J]，中國(guó)首屆城市水環(huán)境質(zhì)量改善高技術(shù)論壇，2004，11 :153-163],[姜應(yīng)和，張發(fā)根，葉舟等，武漢市城市污水水質(zhì)特征及其處理對(duì)策[J]，武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002， 24(5) :29-31，35])，我國(guó)多數(shù)城市污水的有機(jī)碳源與營(yíng)養(yǎng)鹽的比值低，依靠傳統(tǒng)的脫氮工藝，其出水水質(zhì)不能滿足污水處理廠的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，尋找建立一種新型的、節(jié)能環(huán)保的污水脫氮系統(tǒng)對(duì)我國(guó)高效處理氨氮廢水具有重大意義。厭氧氨氧化工藝是一種新型的、節(jié)能環(huán)保的生物脫氮技術(shù)，無(wú)需外加有機(jī)碳源便可實(shí)現(xiàn)高效脫氮。近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)部分亞硝酸化-厭氧氨氧化聯(lián)合工藝做了很多相關(guān)的研究([左劍惡，蒙愛(ài)紅，一種新型生物脫氮工藝-SHAR0N-ANAMM0X組合工藝[J]，給水排水，2001,27(10) :22-27]、[汪慧貞，吳俊奇，高志明，半硝化-厭氧氨氧化脫氮新工藝[J]， 環(huán)境工程，2001，19(5) :7-9]、[van Dongen, U.，Jetten, M.，Van Loosdrecht, Μ. (2001) The SHAR0N-ANAMM0X process for treatment of ammonium rich wastewater. Wat. Sci. Technol.,44,153-160]、[van Hulle, S. W. H. , Van Den Broeck, S. , Maertens,J., Villez, K. , Donckels, B. M. R. , Schelstraete, G. , Volcke, E. I. P. , Vanrolleghem, P. A. (2005) Construction,start-up and operation of a continuously aerated laboratory-scale SHARON reactor in view of coupling with an Anammox reactor, Wat. SA.,31, 327-334])，但通過(guò)此項(xiàng)工藝處理后的污水中仍含有一些硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，導(dǎo)致該工藝的無(wú)機(jī)氮去除率停留在75士 10%，因此為實(shí)現(xiàn)更高的氮去除率，對(duì)出水中硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮的反硝化處理是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改良型PN-Anammox-DN污水處理組合系統(tǒng)，將厭氧氨氧化與反硝化工藝合并在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，不僅可使無(wú)機(jī)氮的去除率提高至99%以上， 還可節(jié)省有機(jī)碳源的投加量，減少設(shè)備的占地面積。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的改良型一體化污水處理裝置，主要由泳動(dòng)床反應(yīng)器和上流式反應(yīng)器組成；其中泳動(dòng)床反應(yīng)器上部的出水口連接一沉淀池，該沉淀池的底部通過(guò)循環(huán)泵與泳動(dòng)床反應(yīng)器內(nèi)相連接，將沉淀池內(nèi)的污泥返回至泳動(dòng)床反應(yīng)器內(nèi)；泳動(dòng)床反應(yīng)器連接有曝氣泵，對(duì)泳動(dòng)床反應(yīng)器內(nèi)的原水進(jìn)行亞硝化處理；泳動(dòng)床反應(yīng)器內(nèi)填充有biofringe填料，使泥附著在該biofringe填料上；上流式反應(yīng)器呈圓柱形，為雙層結(jié)構(gòu)，外層為保溫層，內(nèi)層為反應(yīng)層；反應(yīng)層頂部為封閉狀態(tài)并設(shè)有出氣口，其底部設(shè)有一布水器，布水器的上方安設(shè)有一圓形擋板，該圓形擋板將反應(yīng)層分為上層反應(yīng)室和下層反應(yīng)室；布水器和圓形擋板之間安有三相分離器，對(duì)水、氣和顆粒污泥進(jìn)行分離；上層反應(yīng)室填充有biofringe填料，使反硝化菌附著在該biofringe填料上；下層反應(yīng)室垂直排列有聚乙烯海綿填料(PE sponge)，使厭氧氨氧化污泥附著在聚乙烯海綿填料上；上流式反應(yīng)器的底部為進(jìn)水口，與沉淀池上部的出水口上連接。所述的改良型一體化污水處理裝置，其中，泳動(dòng)床反應(yīng)器連接一進(jìn)水泵用于進(jìn)水。所述的改良型一體化污水處理裝置，其中，泳動(dòng)床反應(yīng)器的曝氣泵連接一空氣流量計(jì)，并由該空氣流量計(jì)控制曝氣量。所述的改良型一體化污水處理裝置，其中，上流式反應(yīng)器的保溫層安裝有循環(huán)水浴進(jìn)水口和循環(huán)水浴出水口。所述的改良型一體化污水處理裝置，其中，垂直排列的聚乙烯海綿填料為8片，以增大污泥與填料的接觸面積。所述的改良型一體化污水處理裝置，其中，所使用的聚乙烯海綿填料材質(zhì)為的孔徑為 1000-1100 μ m,厚度為 8-12nm。所述的改良型一體化污水處理裝置，其中，上流式反應(yīng)器的外側(cè)不同高度地開(kāi)設(shè)有多個(gè)采樣口，各采樣口均安裝有控制閥門(mén)。上流式反應(yīng)器最上方開(kāi)設(shè)有出水口。所述的改良型一體化污水處理裝置，其中，上流式反應(yīng)器的外側(cè)中間開(kāi)設(shè)有物料添加口。所述的改良型一體化污水處理裝置，其中，上流式反應(yīng)器的進(jìn)水口與沉淀池的出水口之間通過(guò)進(jìn)水泵相連接。本發(fā)明的改良型一體化污水處理裝置所具有的效果是1)部分亞硝化過(guò)程采用無(wú)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)pH值且嚴(yán)格限制溶解氧(DO)的操作策略 (即通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)水PH和Alk/NH4+來(lái)取代傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控；嚴(yán)格控制曝氣量使反應(yīng)器內(nèi)的DO 濃度始終維持在0mg/L左右)，節(jié)省了投資以及能耗，實(shí)現(xiàn)了高效、穩(wěn)定的運(yùn)行效果；2)本發(fā)明的上流式反應(yīng)器中利用一三相分離器和一圓形擋板將反應(yīng)器分為上下兩層反應(yīng)室，下層厭氧氨氧化過(guò)程的出水以及氣體通過(guò)三相分離器，從圓形擋板四周進(jìn)入上層反應(yīng)室，實(shí)現(xiàn)了同一反應(yīng)器內(nèi)下層反應(yīng)室進(jìn)行厭氧氨氧化(Anammox)反應(yīng)，上層反應(yīng)室進(jìn)行反硝化(DN)工藝。3)由于厭氧氨氧化菌生長(zhǎng)速度較慢(倍增時(shí)間為11天)，需較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行培養(yǎng)， 制約了該工藝的廣泛應(yīng)用，因而，本發(fā)明采用具有高效吸附能力的聚乙烯海綿(PE sponge) 作為填料完成厭氧氨氧化過(guò)程，使厭氧氨氧化污泥有效地附著于其上，使污泥在反應(yīng)器中有效進(jìn)行繁殖。


圖1是本發(fā)明的改良型一體化污水處理裝置示意圖附圖中主要標(biāo)記符號(hào)進(jìn)水泵1 ；PN反應(yīng)器2 ；曝氣泵3 ；流量計(jì)4 ；PN反應(yīng)器中的biofringe填料5 ；沉淀池6 ；循環(huán)泵7 ；改良型Anammox-DN反應(yīng)器8 ；布水器9 ；三相分離器10 ；圓形擋板11 ；聚乙烯海綿填料12 ；改良型Anammox-DN反應(yīng)器中的biofringe填料13 ；循環(huán)水浴進(jìn)水口 14 ； 循環(huán)水浴出水口 15 ；采樣口 16 ；采樣口 17 ；物料添加口 18 ；出水口 19 ；出氣口 20。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的污水處理裝置主要包括兩部分，第一部分為用于部分亞硝化(PN) 的泳動(dòng)床反應(yīng)器，第二部分為用于厭氧氨氧化(Anammox)及反硝化(DN)的上流式反應(yīng)器。第一部分的泳動(dòng)床反應(yīng)器包括；泳動(dòng)床反應(yīng)器內(nèi)部放有一新型污泥附著填料biofringe ；泳動(dòng)床反應(yīng)器外部連有一曝氣泵及空氣流量計(jì)對(duì)泳動(dòng)床反應(yīng)器內(nèi)的原水進(jìn)行曝氣；泳動(dòng)床反應(yīng)器內(nèi)還可以安裝加熱棒，使泳動(dòng)床反應(yīng)器內(nèi)原水處理的溫度控制在25°C 左右；原水與泳動(dòng)床反應(yīng)器用一進(jìn)水泵相連，一沉淀池，用于接收泳動(dòng)床反應(yīng)器的上清液，并將沉淀池中剩余污泥通過(guò)一循環(huán)泵回流至泳動(dòng)床反應(yīng)器中。原水中投加NaHCO3調(diào)節(jié)堿度，使原水中堿度/NH4+達(dá)到一合適比例(5. 0以上)，以此方法來(lái)取代傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控PH的操作方法，從而節(jié)省能耗，降低操作風(fēng)險(xiǎn)；第二部分的上流式反應(yīng)器可以是圓柱形，采用雙層有機(jī)玻璃制成，外層為保溫層， 內(nèi)層為反應(yīng)層，頂部封閉并設(shè)有一出氣口 20。保溫層安裝有循環(huán)水浴進(jìn)水口 14和循環(huán)水浴出水口 15，通過(guò)保溫層使上流式反應(yīng)器的溫度控制在^±2°C。上流式反應(yīng)器內(nèi)底部設(shè)有一布水器，上流式反應(yīng)器內(nèi)中部放有一三相分離器；三相分離器的上方設(shè)有一圓形擋板，將反應(yīng)層分為上層反應(yīng)室和下層反應(yīng)室。上層反應(yīng)室中設(shè)有biofringe材料作為填料進(jìn)行DN反應(yīng)，利用biofringe填料強(qiáng)大的吸附能力，使反硝化菌附著于填料上。下層反應(yīng)室中設(shè)有聚乙烯海綿填料(PE sponge)，用于吸附厭氧氨氧化顆粒污泥，進(jìn)行Anammox反應(yīng)。上層反應(yīng)室進(jìn)行DN反應(yīng)。圓形擋板的直徑略小于上流式反應(yīng)器的內(nèi)徑，目的是使水流和氣流能從擋板四周流入上層反應(yīng)室，避免由于氣流水流過(guò)大而影響反硝化菌的附著效果。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于各種高氨氮濃度、低碳氮比的污水中，具有投資小、運(yùn)行費(fèi)用低、處理效率高、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明處理過(guò)程作進(jìn)一步描述。本發(fā)明中所使用的原水為高氨氮濃度且低碳氮比的污水，由于本發(fā)明無(wú)需實(shí)時(shí)的 PH監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為滿足部分亞硝化過(guò)程中所需的堿度(Alk)要求，應(yīng)調(diào)節(jié)原水中的Alk/NH4+ 以及PH值。調(diào)節(jié)好的原水在進(jìn)水泵1的作用下進(jìn)入PN反應(yīng)器2。通過(guò)流量計(jì)4對(duì)曝氣機(jī) 3的曝氣量進(jìn)行調(diào)控，避免因曝氣量過(guò)大而導(dǎo)致的過(guò)度部分亞硝化，和因曝氣量過(guò)小所導(dǎo)致的不充分亞硝酸化。利用日本NET公司提供的biofringe填料5的較強(qiáng)的吸附能力，污泥可地附著于其上，不僅可避免污泥的流失，還能防止由于較高負(fù)荷和較大曝氣量而導(dǎo)致的污泥沉降性能的惡化。隨出水流入沉淀池6中的剩余污泥通過(guò)循環(huán)泵7回流至反應(yīng)器內(nèi)， 沉淀池6中的上清液通過(guò)出水管進(jìn)入Anammox-DN反應(yīng)器8內(nèi)。水流先經(jīng)過(guò)布水器9，大量 Anammox污泥附著在聚乙烯海綿填料12之上，均勻的水流與海綿填料12上的Anammox污泥得以充分接觸，并發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)，85%以上的氨氮被去除，產(chǎn)生的少量硝氮通過(guò)三相分離器10進(jìn)入上層反應(yīng)器。由于厭氧氨氧化反應(yīng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的氮?dú)猓㈦S之會(huì)帶起部分較輕的Anammox泥，因此三相分離器10有效地將產(chǎn)生的氮?dú)狻⒈粠鸬腁nammox泥以及經(jīng)過(guò)厭氧氨氧化處理過(guò)的污水加以分離。此水流通過(guò)圓形擋板11的四周進(jìn)入上層反應(yīng)室， 通過(guò)附有大量反硝化菌的biofringe填料13，出水相對(duì)于進(jìn)水的總氮去除率可高達(dá)95%以上。對(duì)于碳氮比極低的水質(zhì)，為達(dá)到更高的脫氮率，需通過(guò)開(kāi)設(shè)在上流式反應(yīng)器上層反應(yīng)室外側(cè)的物料添加口 18加入少量的有機(jī)碳源(只需處理Anammox過(guò)程產(chǎn)生的少量硝氮)，以支持上層反應(yīng)室中的反硝化過(guò)程。本發(fā)明的上流式反應(yīng)器的外側(cè)不同高度地開(kāi)設(shè)有多個(gè)采樣口 16、17，各采樣口均安裝有控制閥門(mén)。上流式反應(yīng)器的最上方設(shè)有出水口 19。本發(fā)明中對(duì)污水中無(wú)機(jī)氮的去除率可高達(dá)99%以上，具體的設(shè)計(jì)參數(shù)如下PN反應(yīng)器2經(jīng)過(guò)啟動(dòng)進(jìn)入穩(wěn)定階段后，進(jìn)水總氮濃度1500mg/L，PN反應(yīng)器2的有效容積為5L， 水力停留時(shí)間(HRT)為4h，通過(guò)添加NaHCO3調(diào)節(jié)進(jìn)水中Alk/NH4+至5. O以上，調(diào)節(jié)pH為 9. O士0. 3，通過(guò)空氣流量計(jì)調(diào)節(jié)曝氣量至4. 4士0. 4L/min，使反應(yīng)器內(nèi)溶解氧溶度始終約為 Omg/L，此項(xiàng)控制策略不僅能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的部分亞硝化過(guò)程，使出水指標(biāo)完全滿足下一步厭氧氨氧化工藝的進(jìn)水要求，還能節(jié)省大量因曝氣所消耗的能源。經(jīng)PN處理過(guò)的出水中，會(huì)有 5% -15%的氮損失，出水中含有約750士50mg/L的亞硝氮和600士50mg/L的氨氮，出水pH 約為7. 3-7. 6，此出水指標(biāo)十分滿足接下來(lái)的厭氧氨氧化工藝過(guò)程(Eq. 1及Eq. 2)NH4++HC03>0. 75 — 0. 5NH/+0. 5N02>C02+1. 5H20 Eq. 1ΝΗ4++1· 31NCV+0. 066HC03>0. 13H+ —N2+0. 26N03>0. 066CH200 5N015+2H20 Eq. 2PN反應(yīng)器2的出水進(jìn)入Anammox-DN反應(yīng)器8。Anammox-DN反應(yīng)器8的有效容積為10L，高/直徑為8，水力停留時(shí)間為他，經(jīng)過(guò)下層反應(yīng)室后的出水約有75士5%的總氮去除率，其中亞硝氮與硝氮占250士30mg/L。對(duì)于碳氮比極低的廢水，可通過(guò)物料添加口 18添加外加有機(jī)碳源，以完成上層反應(yīng)室內(nèi)的異樣反硝化過(guò)程。由于下層反應(yīng)室的Anammox過(guò)程產(chǎn)生大量氮?dú)?，因此產(chǎn)生的氮?dú)膺M(jìn)入上層反應(yīng)室，可使外加的有機(jī)碳源在上層反應(yīng)器內(nèi)迅速擴(kuò)撒，提高了反應(yīng)速率。此部分的特點(diǎn)是將厭氧氨氧化工藝與反硝化工藝濃縮在一個(gè)反應(yīng)器中完成，節(jié)省了空間，提高了脫氮效率。通過(guò)整個(gè)系統(tǒng)的污水，其無(wú)機(jī)氮的去除率可高達(dá)99%。本發(fā)明提供的污水處理裝置，比傳統(tǒng)硝化-反硝化工藝可節(jié)省50%以上的曝氣量，節(jié)省了實(shí)時(shí)PH監(jiān)測(cè)控制所需的能耗；外加碳源的投加量也遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)工藝的投加量， 且脫氮效果好，占地面積小，操作簡(jiǎn)便，適用水質(zhì)廣泛。
權(quán)利要求
1.一種改良型一體化污水處理裝置，主要由泳動(dòng)床反應(yīng)器和上流式反應(yīng)器組成；其中泳動(dòng)床反應(yīng)器上部的出水口連接一沉淀池，該沉淀池的底部通過(guò)循環(huán)泵與泳動(dòng)床反應(yīng)器內(nèi)相連接，將沉淀池內(nèi)的污泥返回至泳動(dòng)床反應(yīng)器內(nèi)；泳動(dòng)床反應(yīng)器連接有曝氣泵，對(duì)泳動(dòng)床反應(yīng)器內(nèi)的原水進(jìn)行亞硝化處理； 泳動(dòng)床反應(yīng)器內(nèi)填充有biofringe填料，使泥附著在該biofringe填料上； 上流式反應(yīng)器呈圓柱形，為雙層結(jié)構(gòu)，外層為保溫層，內(nèi)層為反應(yīng)層； 反應(yīng)層頂部為封閉狀態(tài)并設(shè)有出氣口，其底部設(shè)有一布水器，布水器的上方安設(shè)有一圓形擋板，該圓形擋板將反應(yīng)層分為上層反應(yīng)室和下層反應(yīng)室；布水器和圓形擋板之間安有三相分離器，對(duì)水、氣和顆粒污泥進(jìn)行分離；上層反應(yīng)室填充有biofringe填料，使反硝化菌附著在該biofringe填料上； 下層反應(yīng)室垂直排列有聚乙烯海綿填料，使厭氧氨氧化污泥附著在聚乙烯海綿填料上；上流式反應(yīng)器的底部為進(jìn)水口，與沉淀池上部的出水口相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良型一體化污水處理裝置，其中，泳動(dòng)床反應(yīng)器連接一進(jìn)水泵用于進(jìn)水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良型一體化污水處理裝置，其中，泳動(dòng)床反應(yīng)器的曝氣泵連接一空氣流量計(jì)，并由該空氣流量計(jì)控制曝氣量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良型一體化污水處理裝置，其中，上流式反應(yīng)器的保溫層安裝有循環(huán)水浴進(jìn)水口和循環(huán)水浴出水口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良型一體化污水處理裝置，其中，下層反應(yīng)室垂直排列的聚乙烯海綿填料為8片，以增大污泥與填料的接觸面積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的改良型一體化污水處理裝置，其中，所使用的聚乙烯海綿填料材質(zhì)為的孔徑為1000-1100 μ m，厚度為8-12nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良型一體化污水處理裝置，其中，上流式反應(yīng)器的外側(cè)不同高度地開(kāi)設(shè)有多個(gè)采樣口，各采樣口均安裝有控制閥門(mén)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良型一體化污水處理裝置，其中，上流式反應(yīng)器最上方開(kāi)設(shè)有出水口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良型一體化污水處理裝置，其中，上流式反應(yīng)器中的上層反應(yīng)室外側(cè)開(kāi)設(shè)有物料添加口。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良型一體化污水處理裝置，其中，上流式反應(yīng)器的進(jìn)水口與沉淀池的出水口之間通過(guò)進(jìn)水泵相連接。
全文摘要
一種改良型一體化污水處理裝置泳動(dòng)床反應(yīng)器上部的出水口連接一沉淀池，該沉淀池的底部通過(guò)循環(huán)泵與泳動(dòng)床反應(yīng)器內(nèi)相連接；泳動(dòng)床反應(yīng)器連接有曝氣泵；泳動(dòng)床反應(yīng)器內(nèi)填充有biofringe填料；上流式反應(yīng)器為圓柱形雙層結(jié)構(gòu)；反應(yīng)層頂部為封閉狀態(tài)并設(shè)有出氣口，其底部設(shè)有一布水器，布水器的上方安設(shè)有一圓形擋板，該圓形擋板將反應(yīng)層分為上層反應(yīng)室和下層反應(yīng)室；布水器和圓形擋板之間安有三相分離器；上層反應(yīng)室填充有biofringe填料，下層反應(yīng)室垂直排列有聚乙烯海綿填料，上流式反應(yīng)器的底部為進(jìn)水口，與沉淀池上部的出水口相連接。本發(fā)明將厭氧氨氧化與反硝化工藝濃縮在一個(gè)反應(yīng)器中完成，節(jié)省了空間，提高了脫氮效率。
文檔編號(hào)C02F3/34GK102557258SQ201210029089
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者席北斗, 張莉, 張靖天, 蘇婧, 霍守亮 申請(qǐng)人:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院