一種快速實(shí)現(xiàn)高氨氮廢水曝氣生物濾池短程硝化的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種污水處理技術(shù)，具體是高氨氮廢水實(shí)現(xiàn)短程硝化的裝置和運(yùn)行方法，尤其是在曝氣生物濾池中實(shí)現(xiàn)短程硝化的裝置和運(yùn)行方法，適用于高氨氮廢水的脫氮處理，有利于經(jīng)濟(jì)有效的控制水體氮素污染，提高污水脫氮效率，節(jié)省脫氮成本，屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展，工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水量日趨增加，而水資源卻是有限的，因而環(huán)境問(wèn)題也日益受到人類的關(guān)注，其中水環(huán)境的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象逐漸引起人們的高度重視。傳統(tǒng)硝化反硝化是目前普遍采用的污水脫氮方法。傳統(tǒng)硝化作用分兩步進(jìn)行:首先，在氨氧化細(xì)菌(AOB)的作用下，使氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮；繼之，亞硝酸氮在亞硝酸鹽氧化細(xì)菌(NOB)的作用下，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸氮。反硝化作用是在缺氧及存在有機(jī)碳源的條件下，硝酸氮和亞硝酸氮在反硝化菌的作用下，被還原為氣態(tài)氮(N2)的過(guò)程。
[0003]短程生物脫氮技術(shù)是將生物硝化過(guò)程控制在氨氧化階段，而后直接進(jìn)行反硝化，與傳統(tǒng)硝化反硝化脫氮工藝相比，可以節(jié)省約25% (以氧計(jì))的能耗，并能提高1.5-2倍的反硝化速率。實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化對(duì)于提高脫氮效率、節(jié)省能源和碳源具有重要的意義，但目前仍很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化。
[0004]自上世紀(jì)70年代以來(lái)，生物膜工藝成為廣大研究者和工程師們的研究熱點(diǎn)。生物濾池是生物膜法處理污水的傳統(tǒng)工藝，于19世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)，先于活性污泥法。曝氣生物濾池是普通生物濾池的一種變形形式，從單一的工藝逐漸發(fā)展成系列綜合工藝，具有去除SS、COD、BOD5、硝化、脫氮的作用，其最大特點(diǎn)是集生物氧化和截留懸浮固體于一體，節(jié)省了后續(xù)二次沉淀池，在保證處理效果的前提下使處理工藝簡(jiǎn)化。此外，曝氣生物濾池工藝有機(jī)物容積負(fù)荷高，水力負(fù)荷大，水力停留時(shí)間短，所需基建投資少，能耗及運(yùn)行成本低，同時(shí)該工藝出水水質(zhì)好。因此研究曝氣生物濾池短程硝化的快速實(shí)現(xiàn)方法及穩(wěn)定性問(wèn)題具有重要的理論意義和應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種快速實(shí)現(xiàn)高氨氮廢水曝氣生物濾池短程硝化的裝置及運(yùn)行方法，通過(guò)施加各種有利于實(shí)現(xiàn)曝氣生物濾池短程硝化的調(diào)控方法，給出最優(yōu)的環(huán)境控制參數(shù)，達(dá)到快速實(shí)現(xiàn)曝氣生物濾池短程硝化的效果。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種快速實(shí)現(xiàn)高氨氮廢水曝氣生物濾池短程硝化的裝置，其特征在于，設(shè)有圓柱型反應(yīng)器和圓錐型反應(yīng)器相結(jié)合的反應(yīng)裝置、進(jìn)水系統(tǒng)、出水系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)，圓柱型反應(yīng)器和圓錐型反應(yīng)器相結(jié)合的反應(yīng)裝置(24)的下端為圓錐型進(jìn)水區(qū)，圓錐型進(jìn)水區(qū)的上面依次為圓柱型的承托層、濾料層和清水區(qū)，圓柱型清水區(qū)的上面設(shè)有出水槽(17)即圓柱型反應(yīng)器的頂部設(shè)有出水槽(17)，出水槽(17)上設(shè)有排氣口(6)，圓柱型濾料層的底部和頂部分別裝有壓力表1(4)和壓力表2 (5)，在圓柱型濾料層部分設(shè)有多個(gè)取樣口(16)，圓錐型進(jìn)水區(qū)內(nèi)裝有一曝氣圓盤(15)，圓柱型清水區(qū)部分裝有一曝氣頭
(21);進(jìn)水系統(tǒng)依次通過(guò)進(jìn)水箱(1)、進(jìn)水管(2)、蠕動(dòng)栗(3)、閥門與圓錐型進(jìn)水區(qū)連通；圓柱型反應(yīng)器的頂部依次通過(guò)出水槽(17)、出水管(7)與出水箱/反沖洗進(jìn)水箱(8)連通；出水箱/反沖洗進(jìn)水箱(8)通過(guò)反沖洗水栗(9)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)(10)、閥門與圓錐型進(jìn)水區(qū)連通；出水槽(17)通過(guò)反沖洗出水管(11)與反沖洗出水箱(12)連通；空氣壓縮機(jī)(13)通過(guò)進(jìn)氣管I (18)、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)I (14)、閥門與曝氣圓盤(15)連通，同時(shí)空氣壓縮機(jī)(13)通過(guò)進(jìn)氣管2(19)、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)2(20)、閥門與和曝氣頭(21)連通；溫控裝置(23)通過(guò)圓柱型反應(yīng)器外面的加熱帶(22)調(diào)節(jié)反應(yīng)裝置(24)溫度。
[0008]清水區(qū)通過(guò)閥門、回流管(25)、回流栗(26)與圓柱型濾料層連通。
[0009]在進(jìn)水管路上還設(shè)有轉(zhuǎn)子流量計(jì)。
[0010]反應(yīng)器濾料層的濾料為火山巖，其粒徑為4-6_，并且該裝置在啟動(dòng)階段及反沖洗階段采用底部曝氣的方式調(diào)節(jié)曝氣量，正常運(yùn)行階段采用底部與上部曝氣結(jié)合的方式調(diào)節(jié)曝氣量，進(jìn)而控制反應(yīng)器中溶解氧濃度。
[0011]上述的高氨氮廢水曝氣生物濾池短程硝化裝置的運(yùn)行方法，其特征是設(shè)有以下步驟:
[0012]I)啟動(dòng)階段:打開進(jìn)水閥門，將取自二沉池的活性污泥與待處理高氨氮廢水(優(yōu)選按體積2:1的比例)通過(guò)蠕動(dòng)栗從圓錐型反應(yīng)器部分栗入到反應(yīng)器中，使其完全浸沒(méi)濾料層；打開溫控裝置，溫度控制在30-35 °C ;打開空氣壓縮機(jī)，使氣體流經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)I后通過(guò)曝氣圓盤進(jìn)入到反應(yīng)器中(優(yōu)選反應(yīng)裝置容積每18-19L對(duì)應(yīng)氣體流量控制在25L/h左右)，進(jìn)入悶曝階段，此階段連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中D0、pH和0RP，當(dāng)pH出現(xiàn)“氨谷”，或者ORP突然上升時(shí)，關(guān)閉曝氣，一個(gè)悶曝周期結(jié)束，換污水進(jìn)入下一悶曝周期；如此往復(fù)7天，之后采用連續(xù)流的方式進(jìn)水；第8-11天，以1/3的設(shè)計(jì)流速進(jìn)水；第12-15天，以2/3的設(shè)計(jì)流速進(jìn)水；第16-19天，以設(shè)計(jì)流速進(jìn)水；這三種連續(xù)流進(jìn)水的情況下，仍采用下部曝氣圓盤的曝氣方式，曝氣量均為1Q m3/h，Q為進(jìn)水流量，此后進(jìn)入到正常運(yùn)行階段；
[0013]上述所述的設(shè)計(jì)流速進(jìn)水優(yōu)選使得NH/-N負(fù)荷為0.6-0.8kg/ (m3.d)。
[0014]2)正常運(yùn)行階段:打開進(jìn)水閥門，然后打開進(jìn)水蠕動(dòng)栗，將待處理的高氨氮廢水由圓錐型底部連續(xù)進(jìn)入到曝氣濾料層中，通過(guò)濾料層，在氨氧化細(xì)菌的作用下，氨態(tài)氮氧化為亞硝態(tài)氮，從出水槽(7)流經(jīng)出水管排至出水箱/反沖洗進(jìn)水箱(8)中；此運(yùn)行階段，打開空氣壓縮機(jī)，使氣體通過(guò)進(jìn)氣管I和進(jìn)氣管2，流經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)I和玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)2之后，通過(guò)曝氣圓盤和曝氣頭進(jìn)行曝氣，通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)維持反應(yīng)器中溶解氧濃度為l_2mg/L ;回流污水通過(guò)回流管經(jīng)回流栗后從圓錐型底部再次進(jìn)入反應(yīng)器中；
[0015]3)反沖洗運(yùn)行階段:當(dāng)反應(yīng)器濾料層的壓力差即反應(yīng)器濾料層底部和頂部的壓力差大于Im時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閥門及蠕動(dòng)栗，進(jìn)行反沖洗，氣沖通過(guò)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行，水沖通過(guò)反沖洗水栗進(jìn)行，氣水混沖通過(guò)空氣壓縮機(jī)和反沖洗水栗同時(shí)進(jìn)行，氣沖均通過(guò)底部曝氣圓盤曝氣；反沖洗模式依次進(jìn)行氣沖、氣水混沖、水沖。
[0016]優(yōu)選反沖洗模式為:氣沖5分鐘，強(qiáng)度為1L/ (m2.s);氣水混沖5分鐘，氣水強(qiáng)度均為1L/(m2.s);水沖10分鐘，強(qiáng)度為1L/ (m2.s)。
[0017]4)反沖洗結(jié)束后返回至步驟2)，即正常運(yùn)行階段，繼續(xù)處理。
[0018]短程生物脫氮工藝的實(shí)現(xiàn)條件在本質(zhì)上是硝化菌群(主要包括氨氧化細(xì)菌和亞硝酸氧化細(xì)菌兩大類細(xì)菌)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，即盡可能淘汰系統(tǒng)中的亞硝酸氧化細(xì)菌，保留氨氧化細(xì)菌。
[0019]本發(fā)明所提供的快速實(shí)現(xiàn)高氨氮廢水曝氣生物濾池短程硝化的裝置和運(yùn)行方法是將提高氨氧化菌生長(zhǎng)速率，降低亞硝酸鹽氧化菌生長(zhǎng)速率，即最有利于富集氨氧化菌、淘汰亞硝酸氧化菌的因素綜合在一起，具體包括:
[0020]I)高氨氮廢水中的高游離氨濃度，有利于氨氧化細(xì)菌的富集。當(dāng)游離氨濃度大于0.6mg/l時(shí)，幾乎可以全部抑制亞硝酸鹽氧化細(xì)菌的活性；當(dāng)游離氨濃度大于40mg/l時(shí)，才會(huì)嚴(yán)重抑制氨氧化細(xì)菌的活性。因此，高氨氮廢水中的高游離氨會(huì)抑制亞硝酸鹽氧化細(xì)菌的活性，從而有利于氨氧化細(xì)菌的富集。
[0021]2)系統(tǒng)運(yùn)行溫度控制在30_35°C，利于富集氨氧化細(xì)菌。在30°C以上的溫度條件下，氨氧化細(xì)菌的生長(zhǎng)速率大于亞硝酸鹽氧化細(xì)菌的生長(zhǎng)速率，系統(tǒng)長(zhǎng)期在此溫度下運(yùn)行，有利于富集氨氧化細(xì)菌。
[0022]3)系統(tǒng)控制在偏低的溶解氧濃度下，有利于富集氨氧化細(xì)菌。根據(jù)兩類微生物的生理特性，在好氧階段，由于氨氧化細(xì)菌對(duì)氧的親和能力比亞硝酸氧化細(xì)菌強(qiáng)，氨氧化細(xì)菌和亞硝酸氧化細(xì)菌的氧飽和常數(shù)分別為0.2-0.4mg/L和1.2-1.5mg/L。因此較低的溶解氧濃度下，氨氧化細(xì)菌的生長(zhǎng)速率大于亞硝酸氧化細(xì)菌的生長(zhǎng)速率。長(zhǎng)期在此條件下運(yùn)行，有利于富集氨氧化細(xì)菌。
[0023]4)對(duì)曝氣生物濾池進(jìn)行適時(shí)適度反沖洗，有利于富集氨氧化細(xì)菌。氨氧化細(xì)菌的世代時(shí)間(即細(xì)菌增長(zhǎng)一倍的時(shí)間)比亞硝酸氧化細(xì)菌的世代時(shí)間短。因此適時(shí)適度的反沖洗可以使亞硝酸氧化細(xì)菌還未充分繁殖就被排出系統(tǒng)，從而保證氨氧化細(xì)菌在整個(gè)硝化菌群中的比例不斷提高，進(jìn)而淘汰亞硝酸氧化細(xì)菌。
[0024]5)系統(tǒng)進(jìn)水pH值控制在7.5-8.5范圍內(nèi)，有利于富集氨氧化細(xì)菌。氨氧化細(xì)菌和亞硝酸氧化細(xì)菌的最適PH范圍有所差異，分別為7.0-8.5和6.5-7.5。因此長(zhǎng)期在這種條件下運(yùn)行，有利于氨氧化細(xì)菌的富集。
[0025]6)啟動(dòng)階段進(jìn)行間歇曝氣，有利于提高氨氧化細(xì)菌的競(jìng)爭(zhēng)力。根據(jù)兩類微生物的生理特性，每一個(gè)缺氧階段之后的好氧階段氨氧化細(xì)菌總是比亞硝酸氧化菌提前恢復(fù)活性，這樣氨氧化細(xì)菌的生長(zhǎng)速率在好氧階段就高于亞硝酸氧化菌的生長(zhǎng)速率，減少了亞硝酸氧化細(xì)菌的生長(zhǎng)機(jī)會(huì)。
[0026]本發(fā)明的高氨氮廢水曝氣生物濾池短程硝化的裝置與運(yùn)行方法同現(xiàn)有處理高氨氮廢水的處理技術(shù)相比，具有下列優(yōu)點(diǎn):
[0027]I)節(jié)能降耗效果好。污水處理廠的大部分費(fèi)用用于電耗及藥耗，然而短程硝化只需將氨氮氧化成亞硝酸氮，節(jié)省了 25%的曝氣能耗，即降低了電耗，使污水處理廠的能耗降低。
[0028]2)亞硝酸鹽積累率高。由于該裝置和方法充分利用高氨氮廢水中的游離氨，并通過(guò)調(diào)節(jié)曝氣量控制溶解氧的方法，充分促進(jìn)亞硝酸鹽的積累。
[0029]3)可靠性高。曝氣生物濾池抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，無(wú)污泥膨脹問(wèn)題，一段時(shí)間不運(yùn)轉(zhuǎn)，微生物不會(huì)流失，幾天內(nèi)即可恢復(fù)到正常處理水平。
[0030]4)基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用低。曝氣生物濾池的基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用大大低于傳統(tǒng)常規(guī)二級(jí)處理技術(shù)的費(fèi)用。
[0031]5)簡(jiǎn)化流程。曝氣生物濾池集過(guò)濾、生物吸附和生物氧化于一體，可同時(shí)起到普通曝氣池、二沉池和砂濾池的作用，將物理截留和生物處理在同一反應(yīng)器中完成。
[0032]6)較小的池容和占地。曝氣生物濾池的占地面積僅是常規(guī)二級(jí)生物處理的1/10-1/5左右，這一點(diǎn)對(duì)于沿海城市，或土地較