公布日：2022.07.29
申請日：2022.05.25
分類(lèi)號：C02F3/28(2006.01)I;C02F3/30(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開(kāi)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(shù)領(lǐng)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(guò)程控制器，缺氧膜生物反應器包括AnMBR本體和浸沒(méi)式膜組件，AnMBR本體、側流硝化反應器和厭氧氨氧化反應器內均安裝有指標監測器，指標監測器與過(guò)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(dòng)階段、厭氧氨氧化啟動(dòng)階段和串聯(lián)運行階段。將厭氧氨氧化技術(shù)與側流硝化‑水解酸化/短程反硝化技術(shù)相耦合，運行能耗低，脫氮能力強，改善了傳統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(wèn)題。
權利要求書(shū)
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(guò)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(méi)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(jìn)水件(11)，所述進(jìn)水件(11)與AnMBR本體(21)相連，所述浸沒(méi)式膜組件(22)設于A(yíng)nMBR本體(21)內，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(méi)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)內均安裝有指標監測器(24)，所述指標監測器(24)與過(guò)程控制器(7)相連接。
2.根據權利要求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A(yíng)nMBR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A(yíng)nMBR本體(21)和第一出水泵(232)之間，所述第一出水管(231)與浸沒(méi)式膜組件(22)相連接。
3.根據權利要求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)和指標監測器(24)均插設于IFAS本體(53)內。
4.根據權利要求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)內底壁上設有膜曝氣盤(pán)(31)，所述側流硝化反應器(3)外側設有鼓風(fēng)曝氣機(32)，所述鼓風(fēng)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(pán)(31)相連。
5.根據權利要求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，所述隔板(35)固定連接在硝化器本體(34)的內頂壁上，所述隔板(35)與硝化器本體(34)的內底壁之間設有連通通道(36)。
6.根據權利要求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(jìn)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(jìn)水水箱(9)上設有配水進(jìn)水件(91)，所述配水進(jìn)水件(91)與第二出水件(51)相連。
7.根據權利要求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(jìn)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(jìn)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，進(jìn)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，進(jìn)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)內的硝化液輸送至缺氧膜生物反應器(2)內，進(jìn)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，進(jìn)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，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(jìn)行側流硝化-水解酸化/短程反硝化啟動(dòng)階段和厭氧氨氧化啟動(dòng)階段；側流硝化-水解酸化/短程反硝化啟動(dòng)階段：在A(yíng)nMBR本體(21)內接種缺氧池污泥，側流硝化反應器(3)內接種好氧池污泥，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，進(jìn)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，進(jìn)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)內的硝化液輸送至缺氧膜生物反應器(2)內，進(jìn)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的比值穩定在1.30-1.34后，啟動(dòng)結束；厭氧氨氧化啟動(dòng)階段：在厭氧氨氧化反應器(5)內接種成熟的厭氧氨氧化顆粒污泥，將配水進(jìn)水水箱(9)內的配置水輸入厭氧氨氧化反應器(5)內，進(jìn)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(shí)，啟動(dòng)成功。
10.根據權利要求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(dòng)階段，進(jìn)行水解酸化反應時(shí)，AnMBR本體(21)中水力停留時(shí)間為4-6h，進(jìn)行完全硝化反應時(shí)，側流硝化反應器(3)中水力停留時(shí)間為8-12h，進(jìn)行短程反硝化反應時(shí)，水力停留時(shí)間為2-3h；在厭氧氨氧化啟動(dòng)階段，將厭氧氨氧化反應器(5)中水力停留時(shí)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；在S2階段，控制厭氧氨氧化反應器(5)內DO小于0.2mg/L、pH在8.0-8.5之間、溫度在30-35℃。
發(fā)明內容
針對傳統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(wèn)題，本申請提供一種污水深度脫氮裝置及方法。
第一方面，本申請提供的一種污水深度脫氮裝置采用如下的技術(shù)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(guò)程控制器，所述缺氧膜生物反應器包括AnMBR本體和浸沒(méi)式膜組件，所述生活污水水箱和中間水箱上均設有進(jìn)水件，所述進(jìn)水件與AnMBR本體相連，所述浸沒(méi)式膜組件設于A(yíng)nMBR本體內，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(méi)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均安裝有指標監測器，所述指標監測器與過(guò)程控制器相連接。
本申請在A(yíng)nMBR本體內設置浸沒(méi)式膜組件，將缺氧生物處理與膜過(guò)濾技術(shù)有機結合，使得AnMBR本體內的污泥在膜截留的作用下，可實(shí)現對水力停留時(shí)間和污泥齡的分離，從而維持反應器內較長(cháng)的污泥齡及較高的污泥濃度，降低出水有機物濃度。通過(guò)膜對污泥截留延長(cháng)泥齡，發(fā)生水解酸化過(guò)程，提高系統中可供其利用的有機物含量，穩定積累亞硝酸鹽，同時(shí)減少出水有機物濃度對后續單元的影響。
本申請還將側流硝化反應器通過(guò)第一出水件、中間水箱和進(jìn)水件與缺氧膜生物反應器相連接，從而實(shí)現側流硝化-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(jìn)行穩定地高效累積。同時(shí)，水解酸化過(guò)程降解有機氮提高出水中NH4+-N濃度，進(jìn)而提高后續厭氧氨氧化進(jìn)水氮負荷，可以減少短程反硝化過(guò)程中進(jìn)水有機負荷波動(dòng)和污泥流失導致的系統不穩定，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(shí)現了無(wú)外加藥劑的自養脫氮系統。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(shù)與側流硝化-水解酸化/短程反硝化技術(shù)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(shí)增加進(jìn)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，節省碳源，減少有機物對后續工藝中自養菌的抑制。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(wèn)題。
在一個(gè)具體的可實(shí)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A(yíng)nMBR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A(yíng)nMBR本體和第一出水泵之間，所述第一出水管與浸沒(méi)式膜組件相連接。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，第一出水泵和第一出水管配合，可以將浸沒(méi)式膜組件的出水輸送至側流硝化反應器內，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(jìn)行水解酸化反應后，可以進(jìn)入側流硝化反應器內進(jìn)行側流硝化，有助于為AnMBR本體內的短程反硝化提供了充足的硝酸鹽底。膜壓計能夠監測第一出水管內的水壓，有助于減少第一出水管爆裂。
在一個(gè)具體的可實(shí)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測器均插設于IFAS本體內。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，海綿填料層為厭氧氨氧化菌提供更有效的富集場(chǎng)所，IFAS本體內的微生物可以附著(zhù)在海綿填料層上進(jìn)行生長(cháng)，指標監測器可以監測IFAS本體內，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，運行穩定性更強。
在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，所述側流硝化反應器內底壁上設有膜曝氣盤(pán)，所述側流硝化反應器外側設有鼓風(fēng)曝氣機，所述鼓風(fēng)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(pán)相連。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，鼓風(fēng)曝氣機、輸氣管和膜曝氣盤(pán)配合，可以向側流硝化反應器內曝氣，并控制曝氣量，能夠調節側流硝化反應器的好氧效果，有助于將側流硝化反應器內的微生物將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(gè)具體的可實(shí)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，所述隔板固定連接在硝化器本體的內頂壁上，所述隔板與硝化器本體的內底壁之間設有連通通道。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，隔板能夠將硝化器本體的內部空間分為兩部分，這兩部分空間通過(guò)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(guò)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(gè)具體的可實(shí)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(jìn)水水箱，所述第二出水件與中間出水水箱相連，所述配水進(jìn)水水箱上設有配水進(jìn)水件，所述配水進(jìn)水件與第二出水件相連。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，在啟動(dòng)污水深度脫氮裝置時(shí)，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(kāi)，并將缺氧膜生物反應器與中間出水水箱連通，操作配水進(jìn)水件，將配水進(jìn)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(shí)啟動(dòng)，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定的運行指標并穩定運行時(shí)，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(jìn)行啟動(dòng)，有助于提高各單元的運行效果，使得各個(gè)單元更穩定。
在一個(gè)具體的可實(shí)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(jìn)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(jìn)水件之間，所述副出水閥安裝在副出水管上。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，當主出水閥關(guān)閉、副出水閥開(kāi)啟時(shí)，可以將缺氧膜生物反應器與厭氧氨氧化反應器斷開(kāi)，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(jìn)入中間出水水箱內，有助于啟動(dòng)側流硝化-水解酸化/短程反硝化工藝。當主出水閥開(kāi)啟、副出水閥關(guān)閉時(shí)，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(jìn)入厭氧氨氧化反應器內，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，本申請提供的一種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(shù)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，進(jìn)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，進(jìn)行完全硝化反應，得到硝化液，硝化液溢流至中間水箱；S2：將中間水箱內的硝化液輸送至缺氧膜生物反應器內，進(jìn)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，進(jìn)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，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(guò)采用上述技術(shù)方案，將厭氧氨氧化技術(shù)與側流硝化-水解酸化/短程反硝化技術(shù)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階段可以穩定高效的累計NO2--N，并將NH4+-N和NO2--N轉化為N2，從而達到節省碳源、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(wèn)題。
在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，在S1階段之前，預先進(jìn)行側流硝化-水解酸化/短程反硝化啟動(dòng)階段和厭氧氨氧化啟動(dòng)階段；側流硝化-水解酸化/短程反硝化啟動(dòng)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，進(jìn)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，進(jìn)行完全硝化反應，得到硝化液，硝化液溢流至中間水箱，將中間水箱內的硝化液輸送至缺氧膜生物反應器內，進(jìn)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的比值穩定在1.30-1.34后，啟動(dòng)結束；厭氧氨氧化啟動(dòng)階段：在厭氧氨氧化反應器內接種成熟的厭氧氨氧化顆粒污泥，將配水進(jìn)水水箱內的配置水輸入厭氧氨氧化反應器內，進(jìn)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(shí)，啟動(dòng)成功。
通過(guò)采用上述技術(shù)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(shí)啟動(dòng)，將工藝指標控制在上述范圍內，有助于提高整個(gè)工藝的脫氮能力和運行穩定性，提高效率。
在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，在所述側流硝化-水解酸化/短程反硝化啟動(dòng)階段，進(jìn)行水解酸化反應時(shí)，AnMBR本體中水力停留時(shí)間為4-6h，進(jìn)行完全硝化反應時(shí)，側流硝化反應器中水力停留時(shí)間為8-12h，進(jìn)行短程反硝化反應時(shí)，水力停留時(shí)間為2-3h；在厭氧氨氧化啟動(dòng)階段，將厭氧氨氧化反應器中水力停留時(shí)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；在S2階段，控制厭氧氨氧化反應器內DO小于0.2mg/L、pH在8.0-8.5之間、溫度在30-35℃。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，將工藝指標控制在上述范圍內，有助于整個(gè)工藝穩定的運行，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(shù)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(wèn)題；
2.本申請通過(guò)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(guò)設置AnMBR本體和浸沒(méi)式膜組件，能夠減少污泥流失，無(wú)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(yáng)光）
