本發(fā)明涉及廢水處理和新能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種厭氧污水處理裝置及工藝。
背景技術(shù)：
根據(jù)2015年中國國家統(tǒng)計(jì)局年鑒，作為一種高濃度有機(jī)廢水，農(nóng)副食品加工業(yè)廢水以6.0％的工業(yè)排放總量排放了11％的耗氧有機(jī)污染物(codcr)，具有典型性。農(nóng)副食品加工業(yè)廢水污染物濃度高、排放量大且達(dá)標(biāo)排放率低，污染減排和資源化的潛力巨大。據(jù)全國污染源普查，2010年農(nóng)副食品加工業(yè)(包括玉米加工、畜禽養(yǎng)殖等)廢水排放量13.2×108t，在41個(gè)分類行業(yè)中排名第4位，而排放達(dá)標(biāo)率僅僅為第37位。其中最為突出的污染物耗氧有機(jī)污染物(codcr)和氨氮年排放49.6×104t和2.1×104t，排名第2位和第3位。隨著國家污染減排力度的加大和中央一號文件大力推動專業(yè)大戶、家庭農(nóng)場、農(nóng)民合作社等的規(guī)模化發(fā)展，農(nóng)副食品加工業(yè)將長期穩(wěn)定增長。同時(shí)，新出臺的淀粉、制糖和酒精等工業(yè)廢水標(biāo)準(zhǔn)提高了化學(xué)耗氧量耗氧有機(jī)污染物(codcr)、氨氮和總氮排放標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)副食品加工業(yè)廢水處理與資源化的技術(shù)要求正在迅速提高。
耗氧有機(jī)污染物codcr和氨氮是這類廢水達(dá)標(biāo)排放的限制性污染物，現(xiàn)有主流技術(shù)為厭氧、好氧和物化的組合工藝，其工藝核心和關(guān)鍵運(yùn)行單元往往為好氧工藝。典型的工藝流程如：uasb+baf、uasb+a/o、ubf+cass等厭氧-好氧組合生物工藝，或沉淀、氣浮等物化+生物處理。其中曝氣能耗是其主要能耗構(gòu)成，污泥處理是其重要成本構(gòu)成。這些組合水處理工藝的一個(gè)重要問題是其流程甚至比食品加工工藝長，給工廠帶來操作復(fù)雜、反應(yīng)器構(gòu)造不便于維護(hù)、人工要求多、占地大、不易實(shí)現(xiàn)自動化控制等運(yùn)行困難。另一個(gè)重要問題是，傳統(tǒng)以好氧單元為核心的污水處理工藝需要大量曝氣，不僅大量消耗能源，還把可以回收為能源或資源的cod有機(jī)物消耗掉，并轉(zhuǎn)化為污泥，反而成為需要進(jìn)一步處理的二次污染物，既不綠色又增加了大量處理成本。此外，大量曝氣還導(dǎo)致了臭味的逸散，給污水處理廠、農(nóng)副食品加工業(yè)廠區(qū)環(huán)境帶來負(fù)面影響，甚至造成鄰避問題等較大社會影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
(一)要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明目的在于提供一種以厭氧膜生物反應(yīng)、厭氧氨氧化為核心的組合工藝裝置及方法，用以解決現(xiàn)有常規(guī)處理工藝中大量曝氣的問題，解決現(xiàn)有厭氧膜生物反應(yīng)器出水氨氮不達(dá)標(biāo)，厭氧氨氧化進(jìn)水要求高、出水中硝態(tài)氮?dú)埩暨_(dá)標(biāo)難的問題，形成以厭氧技術(shù)為核心的高濃度有機(jī)廢水達(dá)標(biāo)處理工藝。
(二)技術(shù)方案
本發(fā)明的一方面提供一種厭氧污水處理裝置，包括厭氧膜生物反應(yīng)器1，反硝化反應(yīng)器2，厭氧氨氧化反應(yīng)器3；
厭氧膜生物反應(yīng)器1，對輸入的有機(jī)廢水進(jìn)行厭氧消化處理，去除有機(jī)廢水中的耗氧有機(jī)污染物；
反硝化反應(yīng)器2，接收厭氧膜生物反應(yīng)器1的出水和厭氧氨氧化反應(yīng)器3循環(huán)口的出水，進(jìn)行反硝化脫總氮、脫氮菌群預(yù)選擇、水量協(xié)同調(diào)節(jié)，進(jìn)一步去除總氮和耗氧有機(jī)污染物；
厭氧氨氧化反應(yīng)器3，接收反硝化反應(yīng)器2反硝化脫氮后的廢水，進(jìn)行厭氧氨氧化脫氮處理，用以去除氨氮和總氮污染物。
其中，該厭氧污水處理裝置還包括循環(huán)泵4，厭氧氨氧化反應(yīng)器3循環(huán)口的出水通過循環(huán)泵4與反硝化反應(yīng)器2連接。
其中，該厭氧污水處理裝置還包括反應(yīng)器控制系統(tǒng)5，通過監(jiān)測反硝化反應(yīng)器2的液位，控制厭氧膜生物反應(yīng)器1的出水量、厭氧氨氧化反應(yīng)器3的進(jìn)水量以及厭氧氨氧化反應(yīng)器3循環(huán)口的出水通過循環(huán)泵4進(jìn)入反硝化反應(yīng)器2的回流量。
其中，所述反應(yīng)器控制系統(tǒng)5通過反硝化反應(yīng)器2內(nèi)的液位監(jiān)控6監(jiān)測反硝化反應(yīng)器2的液位。
其中，所述厭氧膜生物反應(yīng)器1為兩相厭氧管式膜生物反應(yīng)器或內(nèi)循環(huán)厭氧膜生物反應(yīng)器。
其中，所述厭氧氨氧化反應(yīng)器3為一體式厭氧氨氧化脫氮反應(yīng)器。
本發(fā)明的另一方面提供一種厭氧污水處理工藝，采用所述的厭氧污水處理裝置進(jìn)行廢水處理，包括：
厭氧膜生物反應(yīng)器接收有機(jī)廢水，進(jìn)行厭氧消化處理，去除有機(jī)廢水中的耗氧有機(jī)污染物；
反硝化反應(yīng)器接收厭氧膜生物反應(yīng)器的出水和厭氧氨氧化反應(yīng)器循環(huán)口的出水，進(jìn)行反硝化脫氮處理、脫氮菌群預(yù)選擇、水量協(xié)同調(diào)節(jié)，并進(jìn)一步去除總氮和耗氧有機(jī)污染物；
厭氧氨氧化反應(yīng)器接收反硝化反應(yīng)器反硝化脫氮后的廢水，進(jìn)行厭氧氨氧化脫氮處理，用以去除氨氮污染物。
其中，所述厭氧氨氧化反應(yīng)器循環(huán)口的出水，為根據(jù)出水中的總氮量選擇是否回流，循環(huán)口的出水回流比為50～300％。
其中，所述厭氧消化處理具體為：利用厭氧膜生物反應(yīng)器內(nèi)裝有的厭氧消化污泥去除有機(jī)廢水中的耗氧有機(jī)污染物，生成揮發(fā)性有機(jī)酸和難降解的有機(jī)物，同時(shí)產(chǎn)生沼氣和氨態(tài)氮；
所述反硝化脫氮處理具體為：利用反硝化反應(yīng)器內(nèi)的反硝化污泥進(jìn)行反硝化脫總氮、脫氮菌群預(yù)選擇、水量協(xié)同調(diào)節(jié)，進(jìn)一步去除總氮和耗氧有機(jī)污染物；以及
所述厭氧氨氧化脫氮處理具體為：利用厭氧氨氧化反應(yīng)器內(nèi)的厭氧氨氧化污泥進(jìn)行厭氧氨氧化脫氮處理，用以去除氨氮和總氮等污染物，將其轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂拖鯌B(tài)氮。
其中，所述沼氣能源為甲烷和二氧化碳的混合氣。
其中，所述反硝化脫氮處理，為反硝化脫硝態(tài)氮處理。
其中，所述厭氧膜生物反應(yīng)器和所述厭氧氨氧化反應(yīng)器的溫度均保持在33～37℃。
其中，所述反應(yīng)器控制系統(tǒng)，通過反硝化反應(yīng)器內(nèi)的液位監(jiān)控監(jiān)測反硝化反應(yīng)器的液位，用以控制厭氧膜生物反應(yīng)器的出水量、厭氧氨氧化反應(yīng)器的進(jìn)水量以及厭氧氨氧化反應(yīng)器循環(huán)口的出水通過循環(huán)泵進(jìn)入反硝化反應(yīng)器的回流量，滿足系統(tǒng)提高總氮去除率的需要，同時(shí)滿足整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)反應(yīng)器的水量平衡需求。
(三)有益效果
本發(fā)明提供的厭氧污水處理裝置及工藝，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)本發(fā)明提供的厭氧污水處理裝置及工藝，解決了常規(guī)厭氧膜生物反應(yīng)器出水氨氮不達(dá)標(biāo)的問題，與厭氧氨氧化工藝耦合，能夠高效低耗地實(shí)現(xiàn)高濃度難有機(jī)廢水的短流程達(dá)標(biāo)處理。
(2)本發(fā)明提供的厭氧污水處理裝置及工藝，拓寬了厭氧氨氧化工藝要求進(jìn)水cod低、氨氮高的適用范圍，通過厭氧膜生物反應(yīng)器回收耗氧有機(jī)污染物(cod)為沼氣能源，反硝化過程進(jìn)一步去除耗氧有機(jī)污染物(cod)，并起到脫氮菌群預(yù)選擇的作用，為厭氧氨氧化創(chuàng)造良好的進(jìn)水條件。
(3)本發(fā)明提供的厭氧污水處理裝置及工藝，解決了常規(guī)厭氧氨氧化出水理論殘留11％的硝態(tài)氮導(dǎo)致出水總氮達(dá)標(biāo)難的問題，通過其出水回流，與厭氧膜生物反應(yīng)器出水混合獲得反硝化所需碳源等工藝條件，通過反硝化實(shí)現(xiàn)總氮達(dá)標(biāo)。
(4)本發(fā)明提供的厭氧污水處理裝置及工藝，流程短、耗氧少，反應(yīng)器構(gòu)造便于維護(hù)，操作邏輯簡潔，運(yùn)行操作與維護(hù)簡單，人工要求少，易于實(shí)現(xiàn)自動化控制。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的一種具體實(shí)施例的厭氧污水處理裝置及工藝示意圖。
附圖中標(biāo)記說明：
1厭氧膜生物反應(yīng)器，2反硝化反應(yīng)器，3厭氧氨氧化反應(yīng)器，4循環(huán)泵，5反應(yīng)器控制系統(tǒng)，6液位監(jiān)控。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖1是本發(fā)明的一種具體實(shí)施例的厭氧污水處理裝置及工藝示意圖，該厭氧污水處理裝置包括厭氧膜生物反應(yīng)器1，反硝化反應(yīng)器2，厭氧氨氧化反應(yīng)器3；厭氧膜生物反應(yīng)器1，對輸人的有機(jī)廢水進(jìn)行厭氧消化處理，去除有機(jī)廢水中的耗氧有機(jī)污染物；反硝化反應(yīng)器2，接收厭氧膜生物反應(yīng)器1的出水和厭氧氨氧化反應(yīng)器3循環(huán)口的出水，進(jìn)行反硝化脫氮處理、脫氮菌群預(yù)選擇、水量協(xié)同調(diào)節(jié)和進(jìn)一步去除耗氧有機(jī)污染物處理；厭氧氨氧化反應(yīng)器3，接收反硝化反應(yīng)器2反硝化脫氮后的廢水，進(jìn)行厭氧氨氧化脫氮處理，用以去除氨態(tài)氮污染物。
該厭氧污水處理裝置還包括循環(huán)泵4，厭氧氨氧化反應(yīng)器3循環(huán)口的出水通過循環(huán)泵4與反硝化反應(yīng)器2連接。
該厭氧污水處理裝置還包括反應(yīng)器控制系統(tǒng)5，通過反硝化反應(yīng)器內(nèi)的液位監(jiān)控6監(jiān)測反硝化反應(yīng)器2的液位，用以控制厭氧膜生物反應(yīng)器1的出水量、厭氧氨氧化反應(yīng)器3的進(jìn)水量以及厭氧氨氧化反應(yīng)器3循環(huán)口的出水通過循環(huán)泵4進(jìn)入反硝化反應(yīng)器2的回流量。
其中，厭氧膜生物反應(yīng)器1，為兩相厭氧管式膜生物反應(yīng)器或內(nèi)循環(huán)厭氧膜生物反應(yīng)器。
其中，厭氧氨氧化反應(yīng)器3，為一體式厭氧氨氧化脫氮反應(yīng)器。
一種厭氧污水處理工藝，包括：
厭氧膜生物反應(yīng)器接收有機(jī)廢水，進(jìn)行厭氧消化處理，去除有機(jī)廢水中的耗氧有機(jī)污染物；
反硝化反應(yīng)器接收厭氧膜生物反應(yīng)器的出水和厭氧氨氧化反應(yīng)器循環(huán)口的出水，進(jìn)行反硝化脫氮處理、脫氮菌群預(yù)選擇、水量協(xié)同調(diào)節(jié)，并進(jìn)一步去除總氮和耗氧有機(jī)污染物；
厭氧氨氧化反應(yīng)器接收反硝化反應(yīng)器反硝化脫氮后的廢水，進(jìn)行厭氧氨氧化脫氮處理，用以去除氨氮污染物。
其中，所述厭氧氨氧化反應(yīng)器循環(huán)口的出水，為根據(jù)出水中的總氮量選擇是否回流，循環(huán)口的出水回流比為50～300％。
其中，所述厭氧消化處理具體為：利用厭氧膜生物反應(yīng)器內(nèi)裝有的厭氧消化污泥去除有機(jī)廢水中的耗氧有機(jī)污染物，生成揮發(fā)性有機(jī)酸和難降解的有機(jī)物，同時(shí)產(chǎn)生沼氣和氨態(tài)氮；
所述反硝化脫氮處理具體為：利用反硝化反應(yīng)器內(nèi)的反硝化污泥進(jìn)行反硝化脫總氮、脫氮菌群預(yù)選擇、水量協(xié)同調(diào)節(jié)，進(jìn)一步去除總氮和耗氧有機(jī)污染物；以及
所述厭氧氨氧化脫氮處理具體為：利用厭氧氨氧化反應(yīng)器內(nèi)的厭氧氨氧化污泥進(jìn)行厭氧氨氧化脫氮處理，用以去除氨氮和總氮等污染物，將其轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂拖鯌B(tài)氮。
其中，所述沼氣能源為甲烷和二氧化碳的混合氣。
其中，所述反硝化脫氮處理，為反硝化脫硝態(tài)氮處理。
其中，所述厭氧膜生物反應(yīng)器和所述厭氧氨氧化反應(yīng)器的溫度均保持在33～37℃。
其中，所述反應(yīng)器控制系統(tǒng)，通過反硝化反應(yīng)器內(nèi)的液位監(jiān)控監(jiān)測反硝化反應(yīng)器的液位，用以控制厭氧膜生物反應(yīng)器的出水量、厭氧氨氧化反應(yīng)器的進(jìn)水量以及厭氧氨氧化反應(yīng)器循環(huán)口的出水通過循環(huán)泵進(jìn)入反硝化反應(yīng)器的回流量，滿足系統(tǒng)提高總氮去除率的需要，同時(shí)滿足整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)反應(yīng)器的水量平衡需求。
實(shí)施例1：
以耗氧有機(jī)污染物(codcr)和氨氮排放總量常年占我國工業(yè)污染物排放總量第二的行業(yè)廢水，農(nóng)副食品加工廢水為例，其典型的土豆淀粉廢水codcr濃度為26300±7800mg/l和總氮濃度為1300±200mg/l。具體處理過程如下：
根據(jù)厭氧膜生物反應(yīng)器1的有機(jī)負(fù)荷(2.5-33kgcodcr/kgm3*d)和停留時(shí)間(0.5～7d)，和厭氧氨氧化反應(yīng)器3的脫氮負(fù)荷(0.01-0.3kgtn/kgm3*d)分別向厭氧膜生物反應(yīng)器1和厭氧氨氧化反應(yīng)器3接種厭氧消化污泥和厭氧氨氧化污泥，然后逐步增加污水投配量。
接種后，從進(jìn)水口泵入的土豆淀粉廢水，首先經(jīng)過厭氧膜生物反應(yīng)器1，厭氧膜生物反應(yīng)器1接收codcr濃度為26300±7800mg/l和總氮濃度為1300±200mg/l的土豆淀粉廢水，厭氧膜生物反應(yīng)器內(nèi)裝有厭氧消化污泥，土豆淀粉廢水經(jīng)過厭氧膜生物反應(yīng)器1處理后，其codcr和總氮濃度為310±29mg/l和1300±200mg/l，主要形態(tài)為沼氣，揮發(fā)性有機(jī)酸、氨氮以及一些難降解有機(jī)污染物。
厭氧膜生物反應(yīng)器1的出水與厭氧氨氧化反應(yīng)器3循環(huán)口的回流廢水混合后，經(jīng)過反硝化反應(yīng)器2利用反硝化反應(yīng)器內(nèi)的反硝化污泥進(jìn)行的處理，厭氧膜生物反應(yīng)器1出水中的codcr特別是其中的易降解有機(jī)物，如揮發(fā)性有機(jī)酸等和回流廢水中的硝態(tài)氮no3--n通過反硝化作用，轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈔2從而被去除，當(dāng)循環(huán)泵4的回流比為200％時(shí)，反硝化反應(yīng)器2出水的codcr、氨氮和硝態(tài)氮濃度分布為40±9mg/l、430±40mg/l和19±3mg/l。耗氧有機(jī)污染物進(jìn)一步消除。其中，反應(yīng)器控制系統(tǒng)5，通過反硝化反應(yīng)器內(nèi)的液位監(jiān)控6監(jiān)測反硝化反應(yīng)器2的液位，用以控制厭氧膜生物反應(yīng)器1的出水量、厭氧氨氧化反應(yīng)器3的進(jìn)水量以及厭氧氨氧化反應(yīng)器3循環(huán)口的出水通過循環(huán)泵4進(jìn)入反硝化反應(yīng)器2的回流量，滿足整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)反應(yīng)器的水量需求，完成水量協(xié)同調(diào)節(jié)。
反硝化反應(yīng)器2的出水再進(jìn)入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器3，厭氧氨氧化反應(yīng)器3利用其內(nèi)裝有的厭氧氨氧化污泥進(jìn)行厭氧氨氧化脫氮處理，反硝化反應(yīng)器2的出水經(jīng)過厭氧氨氧化處理后轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈔2和氨態(tài)氮被去除，其出水的codcr和總氮分別為32±11mg/l和46±17mg/l。
其中，反硝化反應(yīng)器2主要包括以下功能：a.由于厭氧氨氧化理論上有11％的氨氮nh4+-n轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮no3--n，導(dǎo)致厭氧氨氧化能達(dá)到的出水總氮無法進(jìn)一步降低。因此，通過把厭氧氨氧化反應(yīng)器3的出水，回流到反硝化反應(yīng)器2進(jìn)行反硝化，能夠去除硝態(tài)氮，從而突破厭氧氨氧化的限制進(jìn)一步降低系統(tǒng)出水總氮。b.厭氧膜生物反應(yīng)器的出水中，仍然不可避免的殘留一部分有機(jī)污染物，這些有機(jī)污染物進(jìn)入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器，會導(dǎo)致厭氧氨氧化菌在厭氧氨氧化反應(yīng)器中被競爭性抑制。厭氧氨氧化反應(yīng)器3的出水回流進(jìn)行反硝化處理需要碳源，厭氧膜生物反應(yīng)器1的出水殘留的有機(jī)污染物恰好可以作為反硝化過程所需的碳源，從而通過反硝化過程同時(shí)進(jìn)一步去除厭氧膜生物反應(yīng)器出水中的有機(jī)污染物，能夠有效緩解前述競爭性抑制，并進(jìn)一步降低系統(tǒng)出水有機(jī)污染物cod。c.反硝化反應(yīng)器2的存在，也有助于厭氧膜生物反應(yīng)器1出水中的菌群，從厭氧膜生物反應(yīng)器1中產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷等主導(dǎo)的產(chǎn)甲烷菌菌過渡逐步過渡為脫氮相關(guān)的化能自養(yǎng)菌。因此，反硝化反應(yīng)器2中的主要功能菌群為反硝化菌。d.由于厭氧膜生物反應(yīng)器通常為連續(xù)或半連續(xù)出水，而厭氧氨氧化反應(yīng)器多為間歇進(jìn)水，反硝化反應(yīng)器2的設(shè)置能夠平衡二者水量的波動，保持系統(tǒng)整體水量均衡穩(wěn)定運(yùn)行。通過反硝化反應(yīng)器的設(shè)置，能夠?qū)捬跄ど锓磻?yīng)器和厭氧氨氧化工藝有機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)高效cod和tn厭氧去除。反硝化反應(yīng)器2既通過反硝化進(jìn)一步去除總氮，又能夠進(jìn)一步降低cod更適應(yīng)厭氧氨氧化工藝需要，更能夠啟動脫氮菌群預(yù)選擇作用，還能夠協(xié)同不同運(yùn)行模式下的水量波動，從而有效實(shí)現(xiàn)了以厭氧為主的穩(wěn)定去除cod和tn。
需要說明的是本發(fā)明可根據(jù)進(jìn)水codcr和氨氮、總氮的要求，確定反應(yīng)器總體積。按codcr負(fù)荷和脫氮負(fù)荷，分別配置厭氧膜生物反應(yīng)器1和厭氧氨氧化反應(yīng)器3容積；根據(jù)反硝化負(fù)荷，配置反硝化反應(yīng)器2容積。接種的污泥在不同的負(fù)荷和停留時(shí)間下，在厭氧膜生物反應(yīng)器1、反硝化反應(yīng)器2和厭氧氨氧化反應(yīng)器3中產(chǎn)甲烷功能菌群、反硝化功能菌群和厭氧氨氧化功能菌群分別富集。既提高了各類菌群各自的活性，又避免了cod過高導(dǎo)致厭氧氨氧化功能菌失去競爭優(yōu)勢。采用水量聯(lián)合協(xié)同模式調(diào)控反硝化反應(yīng)器進(jìn)水、回流和出水，使得系統(tǒng)出水tn通過反硝化反應(yīng)器2的反硝化進(jìn)一步降低，低于厭氧氨氧化的tn去除率理論下限。反硝化反應(yīng)器2進(jìn)一步降低厭氧膜生物反應(yīng)器1出水cod，使厭氧氨氧化反應(yīng)器3的進(jìn)水更適合厭氧氨氧化。經(jīng)過本發(fā)明的技術(shù)處理后，不僅高濃度有機(jī)廢水的化學(xué)耗氧量(codcr)和總氮(tn)等污染物通過以厭氧為主的處理達(dá)到了接管排放標(biāo)準(zhǔn)，簡化了工藝流程和管理，大幅節(jié)約了曝氣能耗，有效減少了曝氣和嗅味排放，而且沼氣可做燃料，達(dá)到資源化的目的。
以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。