本發(fā)明屬于廢水處理裝置領(lǐng)域，具體涉及一種輪休式厭氧氨氧化脫氮裝置及其工藝。

背景技術(shù)：

在全國“一控雙達標(biāo)”行動后，廢水有機污染得到有效控制，氮磷污染上升為主要環(huán)境問題。根據(jù)中國環(huán)境狀況公報，2015年我國氨氮排放量達229萬噸。全國地表水氨氮超標(biāo)現(xiàn)象普遍，所致的水體富營養(yǎng)化十分嚴(yán)重，廢水脫氮已成為亟待解決的重大環(huán)保課題。

在缺氧條件下，利用厭氧氨氧化菌將亞硝酸鹽和氨轉(zhuǎn)化成氮氣的過程，稱為厭氧氨氧化。厭氧氨氧化工藝已成功應(yīng)用于污水處理廠消化污泥壓濾液的處理，基質(zhì)去除速率達9.50kgN/(m³·d)，遠遠高于傳統(tǒng)硝化反硝化工藝(0.23～0.5kgN/(m³·d)；其處理費用為€0.75/kgN，遠遠低于傳統(tǒng)生物脫氮工藝(€2～5/kgN)。厭氧氨氧化工藝很有希望成為廢水脫氮的升級技術(shù)。

但是，厭氧氨氧化菌為自養(yǎng)菌，細胞產(chǎn)率低，倍增時間長，對環(huán)境條件敏感，導(dǎo)致厭氧氨氧化反應(yīng)器啟動緩慢；另外，在大多數(shù)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活污水中，氨氮往往與有機物相伴。存在有機物時，由于異養(yǎng)菌的生長速度遠遠高于厭氧氨氧化菌，它們會干擾厭氧氨氧化反應(yīng)；同時，實際廢水中還經(jīng)常含有毒性物質(zhì)(如硫化物)，它們會影響厭氧氨氧化工藝運行的穩(wěn)定性。

針對上述問題，本發(fā)明構(gòu)建輪休式厭氧氨氧化脫氮裝置，憑借裝置構(gòu)型和操作方式的合理設(shè)置，來加快厭氧氨氧化反應(yīng)器的啟動，穩(wěn)定厭氧氨氧化工藝的運行，強化厭氧氨氧化反應(yīng)器的功能。試驗證明，這種輪休式厭氧氨氧化脫氮工藝是行之有效的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種輪休式厭氧氨氧化脫氮裝置及其工藝。

輪休式厭氧氨氧化脫氮裝置，脫氮裝置包括布水模塊、反應(yīng)模塊、三相分離模塊和循環(huán)回流模塊；反應(yīng)模塊的底部連通布水模塊，頂部連通三相分離模塊，三相分離模塊中被分離的廢水通過循環(huán)回流模塊連接至布水模塊的進水口；所述的反應(yīng)模塊通過設(shè)置縱向隔板分割為至少兩個并聯(lián)的反應(yīng)區(qū)域；所述的布水模塊中設(shè)置有曝氣系統(tǒng)和分別對應(yīng)于各反應(yīng)區(qū)域的布水系統(tǒng)。

作為優(yōu)選，兩個并聯(lián)的反應(yīng)區(qū)域中間設(shè)有百葉式橫向隔板，將每個反應(yīng)區(qū)域分成上層反應(yīng)室和下層反應(yīng)室，兩層反應(yīng)室體積相同；橫向隔板的板片延伸方向與縱向隔板平行，橫向隔板上的相鄰的板片在水平面的投影部分重疊，板片間隙開口朝向脫氮裝置內(nèi)壁，板片間隙用作上層和下層反應(yīng)室交流的通道。

作為優(yōu)選，所述的布水系統(tǒng)中包括若干個布水器，每個反應(yīng)區(qū)域下方均設(shè)置一個布水器，分別通過電磁閥獨立控制進出水；每個布水器由一根圍繞圓筒的半環(huán)形管和若干根連通半環(huán)形管且出水口伸入圓筒內(nèi)腔的布水管組成，布水管的出水口位于同一水平面的若干同心圓的一個或多個圓周上，且出水口沿同一方向傾斜向上設(shè)置，出水方向在水平面上的投影與同心圓相切。

作為優(yōu)選，所述的曝氣系統(tǒng)中包括若干個曝氣模塊，分別通過電磁閥獨立控制氣體進出；每個曝氣模塊由圓筒外部的輸氣管和圓筒內(nèi)部的分布管和曝氣管組成；曝氣管對稱安裝于分布管兩側(cè)且安裝于布水系統(tǒng)下方。

作為優(yōu)選，所述的三相分離模塊中設(shè)置有至少1個三相分離器，三相分離器長軸平行于與縱向隔板，且以縱向隔板為中心對稱安置；三相分離器呈箱形，由上部的長方體和下部的梯臺體連接而成，沿長方體長邊兩側(cè)內(nèi)部各設(shè)一塊垂直隔板，箱壁與隔板之間的區(qū)域構(gòu)成兩個進水槽；兩塊垂直隔板之間區(qū)域構(gòu)成污泥沉淀室；污泥沉淀室中間設(shè)溢流槽，溢流槽一端底部設(shè)出水管；梯臺體底部不密封，且設(shè)置有反射板，梯臺體底部與反射板之間夾持形成沉淀污泥返回縫。

作為優(yōu)選，所述的循環(huán)回流模塊中包括柱狀液體緩沖室、回流管和排水管，柱狀液體緩沖室頂部與圓筒裝置頂部對齊，柱狀液體緩沖室的進水管伸入液面以下，排水管安于液面部位，回流管連通柱狀液體緩沖室底部與布水模塊的進水口。

作為優(yōu)選，所述的反應(yīng)模塊中充填有厭氧顆粒污泥作為載體。

作為優(yōu)選，所述的反應(yīng)模塊中并聯(lián)的反應(yīng)區(qū)域數(shù)量為2個，且左右對稱布置。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種使用上述任一裝置的輪休式厭氧氨氧化脫氮工藝，具體工藝方法為：在反應(yīng)模塊中充填厭氧顆粒污泥作為載體，并接種厭氧氨氧化菌，一方面借助厭氧顆粒污泥擁有的胞外聚合物粘附脫氮菌，促進脫氮菌顆?；?，另一方面借助厭氧顆粒污泥的適宜密度，攜帶粘附的脫氮菌通過重力沉降而持留于反應(yīng)裝置內(nèi)；向脫氮裝置中并聯(lián)的反應(yīng)區(qū)域內(nèi)交替輪流通入實際待處理廢水和模擬廢水，通入模擬廢水的反應(yīng)區(qū)域內(nèi)高負荷工作的脫氮菌進行原位休養(yǎng)，調(diào)整生理狀態(tài)，恢復(fù)活性；待脫氮菌活性和數(shù)量達到設(shè)定指標(biāo)后，恢復(fù)向該反應(yīng)區(qū)域通入實際廢水進行脫氮。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的有益效果是：1)脫氮裝置分模塊組合，利于靈活使用；2)用菌與養(yǎng)菌結(jié)合，利于保持生物活性和數(shù)量；3)培菌與反應(yīng)分置，利于各自優(yōu)化；4)通過輪休，強壯脫氮功能，拓展厭氧氨氧化工藝的應(yīng)用范圍。

附圖說明

圖1是輪休式厭氧氨氧化脫氮裝置的總體結(jié)構(gòu)示意；

圖2是本發(fā)明的橫向隔板設(shè)置截面示意圖；

圖3是本發(fā)明的橫向隔板設(shè)置俯視圖(該圖中為了直觀顯示板片之間的設(shè)置，對其橫向距離進行了擴大，但實際設(shè)置時，相鄰的板片在水平面的投影部分重疊。因此此處應(yīng)以文字表述為準(zhǔn)，附圖僅用于方便理解)；

圖4是輪休式厭氧氨氧化脫氮裝置的布水模塊結(jié)構(gòu)示意；

圖5是布水系統(tǒng)中的布水器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是曝氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明的三相分離器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明的三相分離模塊俯視圖；

圖9是本發(fā)明的循環(huán)回流模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：輪休式厭氧氨氧化脫氮裝置包括：

總體結(jié)構(gòu)：布水模塊I，反應(yīng)模塊II，三相分離模塊III和循環(huán)回流模塊IV。

布水模塊I：進水口I1，布水系統(tǒng)I2，曝氣系統(tǒng)I3，布水器I4，半環(huán)形管I5，圓筒壁I6，布水管I7，出水口I8；曝氣模塊I9，輸氣管I10，分布管I11和曝氣管I12。

反應(yīng)模塊II：縱向隔板II1，第一反應(yīng)區(qū)域II2，第二反應(yīng)區(qū)域II3，百葉式橫向隔板II4，上層反應(yīng)室II5和下層反應(yīng)室II6，第一橫向隔板模塊II7，第二橫向隔板模塊II8，板片II9，板片間隙II10。

三相分離模塊III：三相分離器III1，出水管III2，長方體III3，梯臺體III4，垂直隔板III5，進水槽III6，污泥沉淀室III7，溢流槽III8，泥水混合液分布室III9，沉淀污泥返回縫III10，反射板III11。

循環(huán)回流模塊IV：柱狀液體緩沖室IV1，進水管IV2，回流管IV3和排水管IV4。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步闡述和說明。本發(fā)明中各個實施例中的技術(shù)特征在沒有相互沖突的前提下，均可進行相應(yīng)組合。

如圖1所示，一種輪休式厭氧氨氧化脫氮裝置，該脫氮裝置的主體呈圓筒狀，圓筒內(nèi)部自下而上分為布水模塊I、反應(yīng)模塊II、三相分離模塊III和循環(huán)回流模塊IV幾個部分。反應(yīng)模塊II作為廢水處理的反應(yīng)場所，其底部連通布水模塊I，頂部連通三相分離模塊III。三相分離模塊III的廢水出口通過循環(huán)回流模塊IV連接至布水模塊I的進水口I1，將三相分離模塊III中被分離的廢水部分回流至脫氮裝置內(nèi)。反應(yīng)模塊II通過設(shè)置縱向隔板II1分割為至少兩個并聯(lián)的反應(yīng)區(qū)域：第一反應(yīng)區(qū)域II2和第二反應(yīng)區(qū)域II3。兩個反應(yīng)區(qū)域底部均連通布水模塊I，頂部均連通三相分離模塊III。布水模塊I中設(shè)置有曝氣系統(tǒng)I3和分別對應(yīng)于各反應(yīng)區(qū)域的布水系統(tǒng)I2，布水系統(tǒng)I2可以獨立地向不同反應(yīng)區(qū)域中輸入不同廢水。在使用時，反應(yīng)模塊II中可以預(yù)先充填厭氧顆粒污泥作為載體，可持留高濃度脫氮菌；兩個反應(yīng)模塊輪流工作，可保持脫氮菌活性。

該裝置的運行方法如下：首先將廢水由布水模塊I進入脫氮裝置，經(jīng)上升液流和曝氣流的推動下進入第一反應(yīng)區(qū)域II2和第二反應(yīng)區(qū)域II3，在厭氧氨氧化脫氮菌的作用下轉(zhuǎn)化成氮氣；產(chǎn)生的氮氣和剩余空氣在三相分離模塊III的作用下排入大氣，隨液流和氣流上升的脫氮菌在三相分離模塊III的作用下被截留在脫氮裝置內(nèi)，處理后的廢水進入三相分離模塊III上部的溢流槽一部分直接排至廢水排放口，另一部分回流；反應(yīng)區(qū)域下層反應(yīng)室中充滿厭氧顆粒污泥，借助厭氧顆粒污泥擁有的胞外聚合物粘附功能菌，促進功能菌顆?；⒔柚鷧捬躅w粒污泥的適宜密度，攜帶粘附的功能菌通過重力沉降而持留于反應(yīng)裝置內(nèi)。

在脫氮裝置內(nèi)設(shè)置2個并聯(lián)的反應(yīng)區(qū)域是本發(fā)明的一個重要改進。申請人在研究中發(fā)現(xiàn)，厭氧氨氧化脫氮裝置在長期運行過程中，會產(chǎn)生異養(yǎng)菌大量增殖以及菌種出現(xiàn)毒性累積效應(yīng)的現(xiàn)象，會大大抑制脫氮效率。而本發(fā)明的布水模塊I可以輪流向不同反應(yīng)區(qū)域中輸入實際廢水和模擬廢水，讓部分反應(yīng)區(qū)域的脫氮菌運試模擬廢水，進行原位休養(yǎng)，調(diào)整生理狀態(tài)，恢復(fù)活性，其余反應(yīng)區(qū)域內(nèi)通入實際廢水進行高效脫氮。待運行模擬廢水的反應(yīng)區(qū)域中脫氮菌活性和數(shù)量達到設(shè)定指標(biāo)后，恢復(fù)進行實際廢水脫氮，再對其他反應(yīng)區(qū)域改為運試模擬廢水。該工藝有利于用菌與養(yǎng)菌結(jié)合，利于保持生物活性和數(shù)量，抑制異養(yǎng)菌的生長并消除菌種的毒性累積效應(yīng)，強化厭氧氨氧化反應(yīng)器的脫氮功能。

當(dāng)然，上述方案僅僅是一種具體實現(xiàn)方式，還可以進行多種改進。

在一實施例中，如圖2所示，可以在兩個并聯(lián)的反應(yīng)區(qū)域中間設(shè)有百葉式橫向隔板II4，將每個反應(yīng)區(qū)域分成上層反應(yīng)室II5和下層反應(yīng)室II6，兩層反應(yīng)室體積相同。橫向隔板以縱向隔板II1為界分為第一橫向隔板模塊II7和第二橫向隔板模塊II8。如圖3所示，橫向隔板的板片II9延伸方向與縱向隔板II1平行，橫向隔板上的相鄰的板片II9在水平面的投影部分重疊，板片間隙II10開口朝向脫氮裝置內(nèi)壁，板片間隙II10用作上層和下層反應(yīng)室II6交流的通道。

通過設(shè)置百葉式橫向隔板II4，使反應(yīng)區(qū)域形成了類似于多釜串聯(lián)的上層反應(yīng)室II5和下層反應(yīng)室II6。由于隔板的存在，上層反應(yīng)室II5和下層反應(yīng)室II6之間的污泥密度、菌種含量、菌種種類、廢水性質(zhì)均存在一定的區(qū)別。而且由于橫向隔板為百葉式結(jié)構(gòu)，因此具有斜板沉淀器的功能，使上下方的污水在板片處產(chǎn)生了更加強烈的泥水交流，強化了廢水的處理效果，其對于低C/N比廢水(C/N比大約在2左右)中TN的去除率可穩(wěn)定達到85％以上。

如圖4所示，布水模塊中，布水系統(tǒng)I2設(shè)置于曝氣系統(tǒng)I3上方。在一實施例中，布水系統(tǒng)I2中包括若干個布水器I4，每個反應(yīng)區(qū)域下方均至少設(shè)置一個布水器I4，分別通過電磁閥獨立控制進出水。由此，可以獨立地對不同的反應(yīng)區(qū)域輸入不同的廢水(實際廢水和模擬廢水)。如圖5所示，每個布水器I4由一根圍繞圓筒的半環(huán)形管I5和若干根連通半環(huán)形管I5并穿過脫氮裝置外殼圓筒壁I6的布水管I7組成，布水管I7的出水口I8伸入圓筒內(nèi)腔，出水口I8位于同一水平面的若干同心圓中的一個或多個圓周上(可以位于同一個圓周上，也可以如圖所示位于不同的圓周上)，且出水口I8沿同一方向傾斜向上設(shè)置(如與水平面呈45°夾角)，出水方向在水平面上的投影與同心圓相切。

該形式設(shè)置的布水器I4，使出水水流在布水系統(tǒng)I2所在位置形成了螺旋向上的水流，可以有效防止淤泥堆積，提高淤泥顆粒在廢水中的密度和脫氮效率。

曝氣系統(tǒng)I3中曝氣模塊的數(shù)量可以使情況而定，可以統(tǒng)一設(shè)成一個對不同反應(yīng)區(qū)域進行曝氣，也可以分別設(shè)置多個，因此不同反應(yīng)區(qū)域中的曝氣可以統(tǒng)一控制也可以獨立控制。在一實施例中，曝氣系統(tǒng)I3中包括若干個曝氣模塊I9，分別通過電磁閥獨立控制氣體進出。如圖6所示，每個曝氣模塊I9由圓筒外部的輸氣管I10和圓筒內(nèi)部的分布管I11和曝氣管I12組成；曝氣管I12對稱安裝于分布管I11兩側(cè)且安裝于布水系統(tǒng)I2下方。

在一實施例中，三相分離模塊III中設(shè)置有1個或多個三相分離器III1，盡量與反應(yīng)區(qū)域數(shù)量相同，且一一對應(yīng)設(shè)置于反應(yīng)區(qū)域正上方。如圖7和8所示，三相分離器III1長軸平行于與縱向隔板II1，且以縱向隔板II1為中心對稱安置；三相分離器III1呈箱形，由上部的長方體III3和下部的梯臺體III4連接而成，沿長方體III3長邊兩側(cè)內(nèi)部各設(shè)一塊垂直隔板III5，箱壁與隔板之間的區(qū)域構(gòu)成兩個進水槽III6；兩塊垂直隔板III5之間區(qū)域構(gòu)成污泥沉淀室III7；污泥沉淀室III7中間設(shè)溢流槽III8，溢流槽III8一端底部設(shè)出水管III2；梯臺體III4用作泥水混合液分布室III9，其底部不密封，且設(shè)置有反射板III11，用于阻擋反應(yīng)區(qū)的混合液直接通過污泥返回縫進入污泥沉淀室III7。梯臺體III4底部與反射板III11之間夾持形成沉淀污泥返回縫III10。

目前三相分離器III1主要應(yīng)用于厭氧廢水處理裝置中，而本發(fā)明對三相分離器III1設(shè)計了獨特的結(jié)構(gòu)，并將其應(yīng)用于好氧廢水脫氮裝置中，實現(xiàn)了固液氣三相分離的作用。同時，其水力流動形態(tài)能夠使絮狀污泥隨著廢水通過溢流槽III8排出，而顆粒污泥則能夠通過沉淀污泥返回縫III10回流至反應(yīng)區(qū)域中。

柱狀液體緩沖室IV1，進水管IV2，回流管IV3和排水管IV4

在一實施例中，如圖9所示，循環(huán)回流模塊IV中包括柱狀液體緩沖室IV1、回流管IV3和排水管IV4，柱狀液體緩沖室IV1高度為脫氮裝置(主體圓筒)高度的1/2～2/3，柱狀液體緩沖室IV1內(nèi)徑為脫氮裝置(主體圓筒)內(nèi)徑的1/12～1/8。柱狀液體緩沖室IV1頂部與圓筒裝置頂部對齊，柱狀液體緩沖室IV1的進水管IV2一端連接出水管III2，另一端伸入柱狀液體緩沖室IV1的液面以下，排水管IV4安裝于柱狀液體緩沖室IV1上的液面部位，回流管IV3連通柱狀液體緩沖室IV1底部與布水模塊I的進水口I1。

需要指出的是，本發(fā)明附圖中為表述方便，將反應(yīng)模塊II中并聯(lián)的反應(yīng)區(qū)域數(shù)量設(shè)置為2個，且左右對稱布置。但其具體數(shù)量也可以進行調(diào)整，不作為限定。但設(shè)置2個反應(yīng)區(qū)域是一種較為優(yōu)選的方式，有利于裝置的運行控制和組裝，其余曝氣、布水、三相分離模塊均可一一對應(yīng)設(shè)置。

一種使用上述任一裝置的輪休式厭氧氨氧化脫氮工藝，在反應(yīng)模塊II中充填厭氧顆粒污泥作為載體，并接種厭氧氨氧化菌，一方面借助厭氧顆粒污泥擁有的胞外聚合物粘附脫氮菌，促進脫氮菌顆?；硪环矫娼柚鷧捬躅w粒污泥的適宜密度，攜帶粘附的脫氮菌通過重力沉降而持留于反應(yīng)裝置內(nèi)；向脫氮裝置中并聯(lián)的反應(yīng)區(qū)域內(nèi)交替輪流通入實際待處理廢水和模擬廢水，通入模擬廢水的反應(yīng)區(qū)域內(nèi)高負荷工作的脫氮菌進行原位休養(yǎng)，調(diào)整生理狀態(tài)，恢復(fù)活性；待脫氮菌活性和數(shù)量達到設(shè)定指標(biāo)后，恢復(fù)向該反應(yīng)區(qū)域通入實際廢水進行脫氮。

本發(fā)明的輪休式厭氧氨氧化脫氮工藝適用于高氨氮廢水特別是含有有機物或毒性物質(zhì)的高氮廢水處理。脫氮裝置分模塊組合，利于靈活使用；用菌與養(yǎng)菌結(jié)合，利于保持生物活性和數(shù)量；培菌與反應(yīng)分置，利于各自優(yōu)化；通過輪休，強壯脫氮功能，可拓展厭氧氨氧化工藝的應(yīng)用范圍。通過試驗表明，本發(fā)明中的輪休式厭氧氨氧化脫氮裝置，在采用輪休工藝運行時，其對于低C/N比廢水(C/N比大約在2左右)中TN的去除率可穩(wěn)定達到85％以上，氨氮去除率達到95％以上，而不采用輪休工藝的脫氮裝置對TN的去除率約為40～50％。

以上所述的實施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，然其并非用以限制本發(fā)明。有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型。因此凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。