本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，尤其涉及一種處理低c/n污水的光照式反應(yīng)裝置及其運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

隨著氮素污染的日益加劇和人們環(huán)保意識的逐漸提高，水體的脫氮技術(shù)特別是污水的脫氮技術(shù)已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。尤其在水環(huán)境現(xiàn)狀不容樂觀的我國，近些年來由于氮磷過量排放導(dǎo)致的水體富營養(yǎng)化造成了惡劣的影響，國家對于污水排放的標(biāo)準(zhǔn)也不斷加強(qiáng)，因此研究污水的深度脫氮除磷技術(shù)非常重要。在傳統(tǒng)的生物脫氮技術(shù)中，硝化/反硝化工藝中需要消耗大量的有機(jī)碳源和溶解氧，運(yùn)行成本較高，尤其是在處理低c/n污水時(shí)效果不好，必須持續(xù)加入外碳源(如醋酸鈉)才能達(dá)到較好的處理效果，但是這樣進(jìn)一步推高了運(yùn)行成本，在實(shí)際應(yīng)用中有很大的局限性。因此，開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)可行的深度生物脫氮工藝并將其推廣應(yīng)用對環(huán)境保護(hù)具有重要的意義。

藻類厭氧氨氧化工藝由于其節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，具有巨大的應(yīng)用前景，但是目前國內(nèi)外對于其研究還較少，且研究中采用的反應(yīng)器均是間歇式反應(yīng)器(sbr)，雖然具有靈活控制的優(yōu)點(diǎn)，但是sbr反應(yīng)器內(nèi)仍然需要攪拌，以保持污泥顆粒處于懸浮狀態(tài)，增加了電耗；而且，目前現(xiàn)有的污水處理系統(tǒng)較多采用連續(xù)流反應(yīng)器(cfr)，所以該方法在實(shí)際中的應(yīng)用也受到限制。因此，我們提出了一種基于藻類厭氧氨氧化工藝，采用生物填料的連續(xù)流光照式反應(yīng)器，在無需攪拌的情況下達(dá)到了對低c/n污水深度脫氮的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決低c/n污水難以深度脫氮的問題，提出了一種處理低c/n污水的光照式反應(yīng)裝置及其運(yùn)行方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

一種處理低c/n污水的光照式反應(yīng)裝置，其包括反應(yīng)器箱體，所述反應(yīng)器箱體的內(nèi)部分隔成上層光照區(qū)和下層功能區(qū)，所述上層光照區(qū)分隔成多個(gè)廊道，每個(gè)廊道的流程末端的出水通過設(shè)置的過流孔洞流入下一個(gè)相鄰廊道，每個(gè)廊道內(nèi)設(shè)置有第一填料，第一填料上掛有藻類-硝化細(xì)菌混合聚生體；所述下層功能區(qū)包括交替排列且相連通的厭氧氨氧化裝置與短程硝化裝置以及設(shè)置在最后的沉淀出水區(qū)，厭氧氨氧化裝置包括至少一個(gè)厭氧氨氧化區(qū)，短程硝化裝置包括至少一個(gè)短程硝化區(qū)，所述上層光照區(qū)的最后一個(gè)廊道的出水流至下層功能區(qū)的一個(gè)厭氧氨氧化區(qū)，每個(gè)厭氧氨氧化區(qū)設(shè)置有第二填料，第二填料上掛有厭氧氨氧化菌，每個(gè)短程硝化區(qū)設(shè)置有第三填料，第三填料上掛有藻類-硝化細(xì)菌混合聚生體。

上述方案中，所述交替排列的厭氧氨氧化裝置與短程硝化裝置的排列形式為第一厭氧氨氧化裝置/第一短程硝化裝置/第二厭氧氨氧化裝置/第二短程硝化裝置/第三厭氧氨氧化裝置，所述第一厭氧氨氧化裝置包括三個(gè)厭氧氨氧化區(qū)，所述第二厭氧氨氧化裝置包括兩個(gè)厭氧氨氧化區(qū)，所述第三厭氧氨氧化裝置包括一個(gè)厭氧氨氧化區(qū)，所述第一短程硝化裝置包括兩個(gè)短程硝化區(qū)，第二短程硝化裝置包括一個(gè)短程硝化區(qū)。

上述方案中，所述下層功能區(qū)中每兩個(gè)相鄰區(qū)之間的底部相連通，所述相連通的兩個(gè)相鄰區(qū)的底部設(shè)置錐形的積泥區(qū)。

上述方案中，每兩個(gè)相鄰區(qū)通過設(shè)置在其中一個(gè)區(qū)上部的過流孔洞與相鄰的另兩個(gè)相鄰區(qū)相連通。

上述方案中，每個(gè)短程硝化區(qū)設(shè)置有照明裝置。

所述的處理低c/n污水的光照式反應(yīng)裝置的運(yùn)行方法，包括以下步驟：

在第一填料和第三填料上進(jìn)行藻類-硝化細(xì)菌混合聚生體的掛膜；

在第二填料上進(jìn)行厭氧氨氧化菌的掛膜；

污水首先進(jìn)入上層光照區(qū)，經(jīng)過第一填料上掛有的藻類‐硝化細(xì)菌混合聚生體處理后流入至下層功能區(qū)；

污水依次經(jīng)過下層功能區(qū)的厭氧氨氧化裝置與短程硝化裝置以及沉淀出水區(qū)后排出。

上述方案中，藻類‐硝化細(xì)菌混合聚生體的掛膜的具體步驟為：

將藻類置于培養(yǎng)基中進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，同時(shí)獲取好氧段末段的活性污泥；將藻類與好氧段末段的活性污泥以質(zhì)量比1:3～4:1的比例混合并將其分別均勻接種于第一填料和第二填料上，接種的密度保持在3.5‐4.5kg/m³；

加入人工模擬的污水同時(shí)開啟光照系統(tǒng)，靜置12h后開啟臨時(shí)設(shè)置的曝氣裝置，靜態(tài)培養(yǎng)46‐48h，然后進(jìn)行換水，靜態(tài)培養(yǎng)7‐9d后，停止曝氣，開啟連續(xù)進(jìn)水，大約數(shù)周后，第一填料和第三填料上形成穩(wěn)定的藻類‐硝化細(xì)菌混合聚生體，掛膜完成；

上述方案中，厭氧氨氧化菌的掛膜的具體步驟為：

在下層功能區(qū)的厭氧氨氧化區(qū)放置經(jīng)過淘洗過濾的厭氧氨氧化活性污泥，用人工配置的營養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)同時(shí)向反應(yīng)器通入氮?dú)庖跃S持系統(tǒng)內(nèi)無氧狀態(tài)；

向厭氧氨氧化區(qū)裝入適當(dāng)高度的第二填料，同時(shí)加裝一臺水泵，不斷將底部的泥水混合液抽回至上部，隨后向厭氧氨氧化區(qū)內(nèi)注入人工配置的營養(yǎng)液，其中，氨氮與亞硝態(tài)氮的比例為5:6，開始運(yùn)行；

監(jiān)測厭氧氨氧化區(qū)出水水質(zhì)，當(dāng)出水亞硝態(tài)氮的濃度低于10mg/l并趨于穩(wěn)定時(shí)，逐步提高進(jìn)水氨氮與亞硝態(tài)氮的濃度，直至到達(dá)待處理廢水的水平；

經(jīng)過30‐40d的培養(yǎng)，厭氧氨氧化區(qū)的第二填料上形成穩(wěn)定的厭氧氨氧化生物膜。

上述方案中，其中，上層光照區(qū)的水力停留時(shí)間控制在2～4h，污泥停留時(shí)間為12～20d，ph在7.5～8之間，溶解氧在0.3～0.6mg/l之間。

上述方案中，下層功能區(qū)的每個(gè)區(qū)的水力停留時(shí)間為0.5～1h，污泥停留時(shí)間為12～20d，ph在7.5～8之間，溶解氧在0.3～0.6mg/l之間。

該方法主要利用藻類-硝化細(xì)菌混合聚生體中的藻類進(jìn)行光合反應(yīng)，固定大氣中的二氧化碳，向水中釋放氧氣，同時(shí)藻類-硝化細(xì)菌混合聚生體中的硝化菌利用藻類光合作用產(chǎn)生的氧氣進(jìn)行短程亞硝化反應(yīng)。隨后厭氧氨氧化區(qū)內(nèi)厭氧氨氧化菌將部分的氨氮和亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓浑S后再依次進(jìn)入后續(xù)的光照區(qū)與厭氧氨氧化區(qū)，重復(fù)上述作用，最終在無曝氣、無攪拌、無外加碳源的情況下實(shí)現(xiàn)低c/n污水深度脫氮的目的。

本發(fā)明與現(xiàn)有工藝相比，有以下優(yōu)勢：

1)本發(fā)明將藻類與氨氧化細(xì)菌組合成藻類-硝化細(xì)菌混合聚生體并進(jìn)行掛膜處理后，反應(yīng)器內(nèi)藻類就很難再過量繁殖。藻類對底物氮表現(xiàn)出了很高的親和性，提高了脫氮的效率。此外，藻類在光合作用的時(shí)候可以固定大氣中的碳元素并通過其自身代謝產(chǎn)物和生物降解產(chǎn)物等形式，為后續(xù)反應(yīng)提供所需的碳源，可以在不外加碳源和機(jī)械曝氣的情況下實(shí)現(xiàn)低c/n污水的深度脫氮，且具有脫氮率高，污泥產(chǎn)率低，無曝氣、能耗低等特點(diǎn)，有很好的應(yīng)用前景，適合推廣使用。

2)本發(fā)明的能耗非常低，一方面基于生物膜系統(tǒng)的反應(yīng)器無需曝氣、攪拌與污泥回流，只需要光照就可以完成污水的深度脫氮。另一方面在白天時(shí)上部淺層光照區(qū)可以充分利用自然光進(jìn)行光合作用。這樣也消除了曝氣和攪拌帶來的噪音。

3)通過多級的短程亞硝化‐厭氧氨氧化工藝可以在不外加碳源的情況下達(dá)到較高的tn的去除率。

4)本方法污泥產(chǎn)率很低，僅為傳統(tǒng)生物脫氮工藝的15％左右，可減少污泥處理費(fèi)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明反應(yīng)裝置的上層光照區(qū)的平面圖。

圖2是本發(fā)明反應(yīng)裝置的下層功能區(qū)的平面圖。

圖3是本發(fā)明反應(yīng)裝置的a-a剖面圖。

圖4是本發(fā)明反應(yīng)裝置的b-b剖面圖。

圖5是本發(fā)明反應(yīng)裝置的c-c剖面圖。

圖中：1-隔墻；2-過流孔洞；3-出水區(qū)；4-第一填料；5-第二填料；6-第三填料；7-照明燈；8-穿孔排泥管；9-斜管；10-浸沒型出水口；11-過流孔洞；12-隔墻開孔；13-箱體；14-上層光照區(qū)；15-下層功能區(qū)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

如圖1至圖5所示，其為本實(shí)施例提供的一種處理低c/n污水的光照式反應(yīng)裝置，其包括反應(yīng)器箱體13。在本實(shí)施例中，箱體13為長方體，可以理解的是，箱體的形狀并不局限于長方體，還可以為其他形狀，主要根據(jù)實(shí)際需求確定。反應(yīng)器箱體13的內(nèi)部分隔成上層光照區(qū)14和下層功能區(qū)15。上層光照區(qū)14被隔墻1分隔成多個(gè)廊道。在本實(shí)施例中，廊道的數(shù)目為四條。每個(gè)廊道的流程末端的出水通過設(shè)置的過流孔洞2流入下一個(gè)相鄰廊道。最后一個(gè)廊道末端設(shè)有出水區(qū)3。出水區(qū)3采用淹沒出流，從過流洞口11流入出水區(qū)的水從出水區(qū)中央的浸沒型出水口10流入下部對應(yīng)的厭氧氨氧化區(qū)。

上層光照區(qū)14的每個(gè)廊道內(nèi)設(shè)置有第一填料4。在本實(shí)施例中，第一填料4的形狀為球形。每個(gè)第一填料4上掛有藻類-硝化細(xì)菌混合聚生體。上層光照區(qū)14的設(shè)計(jì)水深為0.5m。在每個(gè)廊道內(nèi)側(cè)均留有卡扣，并通過尼龍繩將球形第一填料4固定。光照式反應(yīng)裝置內(nèi)裝有溶解氧監(jiān)控儀(圖未示)，上部安裝一臺照明燈(圖未示)，當(dāng)光線強(qiáng)度不夠的時(shí)候，產(chǎn)生的氧氣不足，開啟照明燈以增強(qiáng)光合作用。

下層功能區(qū)15包括交替排列且相連通的厭氧氨氧化裝置與短程硝化裝置以及設(shè)置在最后的沉淀出水區(qū)。厭氧氨氧化裝置包括至少一個(gè)厭氧氨氧化區(qū)，短程硝化裝置包括至少一個(gè)短程硝化區(qū)，每個(gè)厭氧氨氧化區(qū)設(shè)置有第二填料5。在本實(shí)施例中，第二填料5的形狀為盾形。第二填料5上掛有厭氧氨氧化菌，每個(gè)短程硝化區(qū)設(shè)置有第三填料6，第三填料6上掛有藻類-硝化細(xì)菌混合聚生體。

交替排列的厭氧氨氧化裝置與短程硝化裝置的排列形式為第一厭氧氨氧化裝置/第一短程硝化裝置/第二厭氧氨氧化裝置/第二短程硝化裝置/第三厭氧氨氧化裝置。其中，第一厭氧氨氧化裝置包括三個(gè)厭氧氨氧化區(qū)，第二厭氧氨氧化裝置包括兩個(gè)厭氧氨氧化區(qū)，第三厭氧氨氧化裝置包括一個(gè)厭氧氨氧化區(qū)，第一短程硝化裝置包括兩個(gè)短程硝化區(qū)，第二短程硝化裝置包括一個(gè)短程硝化區(qū)。因此，在本實(shí)施例中，下層功能區(qū)15包括10個(gè)區(qū)(包括沉淀出水區(qū))，被分成10個(gè)格室，形成多級的短程亞硝化-厭氧氨氧化工藝。

下層功能區(qū)中每兩個(gè)相鄰區(qū)之間的底部相連通，相連通的兩個(gè)相鄰區(qū)的底部設(shè)置錐形的積泥區(qū)，積泥區(qū)底部設(shè)置一條穿孔排泥管8。每兩個(gè)相鄰區(qū)通過設(shè)置在其中一個(gè)區(qū)上部的隔墻開孔12與相鄰的另兩個(gè)相鄰區(qū)相連通。沉淀出水區(qū)為斜管沉淀池。短程亞硝化區(qū)短設(shè)置有照明燈7，為藻類提供光能進(jìn)行光合作用。

采用本實(shí)施例的方案，污水首先進(jìn)入上層光照區(qū)14，固著在第一填料4上的藻類-硝化細(xì)菌混合聚生體中的藻類利用光照進(jìn)行光合反應(yīng)，固定大氣中的二氧化碳，向水中釋放氧氣，然后藻類-硝化細(xì)菌混合聚生體中的硝化菌利用藻類光合作用產(chǎn)生的氧氣將部分氨氮氧化為亞硝氮，即發(fā)生了短程亞硝化反應(yīng)。水流到達(dá)上層末端后，通過淹沒出流進(jìn)入下層的厭氧氨氧化區(qū)，固著在第二填料5上的厭氧氨氧化菌將部分的氨氮和亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)庖绯?。水流隨后再依次進(jìn)入后續(xù)的短程亞硝化區(qū)與厭氧氨氧化區(qū)，經(jīng)過多級反應(yīng)，最終到達(dá)沉淀出水區(qū)，通過斜管9沉淀后出水，實(shí)現(xiàn)將氮從污水中脫除的目的。

采用本實(shí)施例的裝置進(jìn)行低c/n污水的處理方法，包括如下步驟：

1)藻類‐硝化細(xì)菌混合聚生體的掛膜：首先取得四尾柵藻、微囊藻等藻類，將其置于bg‐11培養(yǎng)基中進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，還需取得活性污泥系統(tǒng)中好氧段末段的活性污泥以及厭氧氨氧化污泥。將藻類與好氧段末段的活性污泥以質(zhì)量比2:1的比例混合并將其分別均勻接種于球形第一填料和第三填料6上，接種的密度保持在4.2kg/m³左右，加入人工模擬的污水同時(shí)開啟光照系統(tǒng)。靜置2h后開啟臨時(shí)設(shè)置的曝氣裝置，靜態(tài)培養(yǎng)48h左右，然后進(jìn)行換水，靜態(tài)培養(yǎng)7d后，停止曝氣，開啟連續(xù)進(jìn)水，在培養(yǎng)了30天左右時(shí)，填料上形成穩(wěn)定的藻類‐硝化細(xì)菌混合聚生體，掛膜完成。

2)厭氧氨氧化菌的掛膜：首先在厭氧氨氧化區(qū)放置一定量進(jìn)過淘洗過濾的厭氧氨氧化活性污泥，用人工配置的營養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)。然后向厭氧氨氧化區(qū)裝入適當(dāng)高度的盾形第二填料5，同時(shí)加裝一臺水泵，不斷將底部的泥水混合液抽回至上部，隨后向厭氧氨氧化區(qū)內(nèi)注入人工配置的營養(yǎng)液(氨氮與亞硝態(tài)氮的比例為5:6)，開始運(yùn)行。監(jiān)測厭氧氨氧化區(qū)出水水質(zhì)，當(dāng)出水亞硝態(tài)氮的濃度低于2mg/l并趨于穩(wěn)定時(shí)，逐步提高進(jìn)水氨氮與亞硝態(tài)氮的濃度，直至到達(dá)待處理廢水的水平。經(jīng)過34天的培養(yǎng)，厭氧氨氧化區(qū)盾形第二填料5上形成穩(wěn)定的厭氧氨氧化生物膜。

3)以模擬廢水作為實(shí)驗(yàn)污水，cod為150mg/l，氨氮為50mg/l，進(jìn)入上層光照區(qū)14。上層的水力停留時(shí)間控制在3.5h，srt為12～20d，ph在7.6～7.9之間，溶解氧在0.3～0.5mg/l之間。下層功能區(qū)15的每個(gè)格室的水力停留時(shí)間約為1h，短程亞硝化區(qū)開啟邊壁的照明燈，其srt同樣為12～20dph在7.6～7.9之間，溶解氧在0.3～0.5mg/l之間。處理后的廢水氨氮平均濃度降至2.7mg/l，tn平均濃度降至4.9mg/l，cod平均濃度為34mg/l，氨氮去除率達(dá)到94.6％，tn去除率達(dá)到90.2％。

實(shí)施例2

采用實(shí)施例1的裝置和方法，用于普通二級生物反應(yīng)池出水的深度脫氮處理，因此，試驗(yàn)污水模擬武漢市某污水處理廠二沉池出水水質(zhì)配制，進(jìn)水中的主要水質(zhì)指標(biāo)：氨氮(nh4⁺‐n)為9mg/l，化學(xué)需氧量(codcr)為50mg/l。上層光照區(qū)14的水力停留時(shí)間控制在4h，srt為12～20d，ph在7.4～7.6之間，溶解氧在0.4～0.6mg/l之間。下部多功能組合區(qū)15的每個(gè)格室的水力停留時(shí)間約為2h，其中短程亞硝化區(qū)開啟邊壁的照明燈7，其srt同樣為12～20dph在7.6～7.9之間，溶解氧在0.3～0.5mg/l之間。處理后的廢水的氨氮降至0.73mg/l，tn平均濃度降至1.24mg/l，cod平均濃度為18.9mg/l，氨氮去除率達(dá)到91.9％，tn去除率達(dá)到86.22％。達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級a標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)施例3

采用實(shí)施例1的裝置和方法，用于景觀用水的深度脫氮處理，試驗(yàn)用水來自于武漢市南湖的景觀水。該水主要水質(zhì)指標(biāo)：氨氮(nh4⁺‐n)為3.3mg/l，tn為3.8mg/l，化學(xué)需氧量(codcr)為28.8mg/l。上層光照區(qū)14的水力停留時(shí)間控制在4h，污泥齡為18d，測得ph在7.6左右，溶解氧的值0.52mg/l左右。下部多功能組合區(qū)15的每個(gè)格室的水力停留時(shí)間約為1.5h，其中短程亞硝化區(qū)開啟邊壁的照明燈，其污泥齡同樣為18d。測得其ph在7.7左右，溶解氧在0.3mg/l。處理后的廢水的氨氮降至0.35mg/l，tn平均濃度降至0.47mg/l，cod平均濃度為18.9mg/l，氨氮去除率達(dá)到89.39％，tn去除率達(dá)到87.63％。符合《景觀娛樂用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。

以上所述之具體實(shí)施方式為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，并非以此限定本發(fā)明的具體實(shí)施范圍，本發(fā)明的范圍包括并不限于本具體實(shí)施方式，凡依照本發(fā)明之形狀、結(jié)構(gòu)所作的等效變化均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。