连续流高氨氮有机废水的反硝化联合厌氧氨氧化处理工艺及其技术

作者:6up  来源:6up扑克  时间:2020-05-05 04:22  点击:

  本发明公开了一种连续流高氨氮有机废水的反硝化联合厌氧氨氧化处理工艺及其装置,所述装置是它主要由均质池、缺氧反硝化池、一号沉淀池、微氧半硝化膜泥耦合池、二号沉淀池、反硝化同步厌氧氨氧化膜泥耦合池、多效强化好氧膜泥耦合床、三号沉淀池依次串联构成;一号沉淀池沉淀的污泥由泵回流至缺氧反硝化池进水前端;二号沉淀池沉淀的污泥由泵回流至微氧半硝化膜泥耦合池进水前端;三号沉淀池沉淀的污泥由泵回流至多效强化好氧膜泥耦合床进水前端,部分处理后的废水作为出水。本发明处理过程具有高氨氮抗负荷冲击和高处理负荷能力,兼具运行费用低和污泥产量少等显著特点。

  1.一种连续流高氨氮有机废水的反硝化联合厌氧氨氧化处理装置,其特征在于,它主要由均质池、缺氧反硝化池、一号沉淀池、微氧半硝化膜泥耦合池、二号沉淀池、反硝化同步厌氧氨氧化膜泥耦合池、多效强化好氧膜泥耦合床、三号沉淀池依次串联构成;一号沉淀池沉淀的污泥由泵回流至缺氧反硝化池进水前端;二号沉淀池沉淀的污泥由泵回流至微氧半硝化膜泥耦合池进水前端;三号沉淀池沉淀的污泥由泵回流至多效强化好氧膜泥耦合床进水前端,三号沉淀池产生的剩余污泥排放至均质池;三号沉淀池澄清的硝化液部分处理后的废水由泵回流至均质池,部分处理后的废水作为出水。

  2.如权利要求1所述的一种连续流高氨氮有机废水的反硝化联合厌氧氨氧化处理装置,其特征在于:所述多效强化好氧膜泥耦合床至少由三级串联好氧泥膜耦合池组成。

  3.如权利要求1所述的一种连续流高氨氮有机废水的反硝化联合厌氧氨氧化处理工艺,其工艺及处理步骤如下:

  (1)所述泥膜耦合池为由悬浮状污泥微生物和载体生物膜微生物耦合于一体的反应池;

  (2)均质池:原水与三号沉淀池回流的硝化液混合后,进行充分混合稀释,硝化液回流比的控制,要使均质池处理出水的氨氮废水浓度始终低于700mg/L;水力停留时间为2h~24h;三号沉淀池的剩余污泥回流至均质池,不仅可消除传统剩余污泥量的产生,而且可增加对原水污染物的去除效果;

  (3)缺氧反硝化池和一号沉淀池:混合稀释后的废水经缺氧反硝化池进行反硝化脱氮反应,同时产量大量碱度;水力停留时间为1h~8h;一号沉淀池回流的污泥回流至缺氧反硝化池菌种,其可充分保证驯化的反硝化菌群的量和单一反硝化功能优势高效性。一号回流比为5%~100%;经缺氧反硝化池处理后进入下一处理单元;

  (4)微氧半硝化膜泥耦合池和二号沉淀池:废水经微氧半硝化膜泥耦合池时,水力停留时间为2h~30h,填料填充比为10%~70%,温度为25~35℃,溶解氧为1.0mg/L~3.5mg/L,利用废水中碱度完成对氨氮的亚硝化和硝酸盐积累过程,努力实现出水中所含的氨氮与亚硝酸盐氮的质量比例可达1:1~1:1.4,完成亚硝酸盐的积累,二号沉淀池反应出水进入反硝化同步厌氧氨氧化膜泥耦合池;二号沉淀池污泥回流至微氧半硝化膜泥耦合池前段,二号污泥回流比为5%~100%;

  (5)反硝化同步厌氧氨氧化膜泥耦合池:水力停留时间为4h~30h,填料填充比为20%~70%;在同步反硝化耦合厌氧氨氧化菌的作用条件下,利用剩余有机碳源、硝酸盐,首选完成亚硝酸盐积累及反硝化过程,产生的亚硝化盐同步可耦合厌氧氨氧化反应;在厌氧氨氧化菌及共生菌等微生物的作用下,利用废水中的亚硝态氮和氨氮完成自养厌氧氨氧化脱氮过程;反应出水进入多效强化好氧膜泥耦合床;

  (6)多效强化好氧膜泥耦合床:水力停留时间HRT为4h~48h,填料填充比为20%~70%,溶解氧为1.5mg/L~4.0mg/L,针对进水水质浓度递减及各池内微生物群体功能特性不同的特点,设置多效强化好氧膜泥耦合床,高负荷好氧膜泥耦合池、中负荷好氧膜泥耦合池、低负荷好氧膜泥耦合池分别去除不同浓度的氨氮和总氮,提高系统抗负荷冲击能力及系统的硝化效率和同步硝化反硝化效率,反应出水进入三号沉淀池;

  (7)三号沉淀池:三号沉淀池沉淀的污泥由泵回流至多效强化好氧膜泥耦合床进水前端,三号污泥回流比为20%~100%;自编程序控制系统根据沉淀的不同污泥量调控污泥回流比为20%~100%;部分澄清出水作为出水,部分澄清出水回流至均质池作为稀释的水源,硝化液回流比控制在50%~1000%。

  本发明属于水处理技术领域,具体涉及一种连续流高氨氮有机废水的反硝化联合厌氧氨氧化处理工艺及其装置,本发明可适用焦化废水、垃圾渗滤液、污泥消化液、味精废水等不同种类的高氨氮有机废水。

  目前传统且较主流的废水生物脱氮工艺为硝化—反硝化工艺。存在的问题如下:对于高氨氮废水而言,为了实现NH4+-N向NOX-N的转化,硝化过程需要需要增大供氧量来维持氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌的活性,这无疑会增加处理系统的基建投资和供氧动力费用;对于高氨氮有机废水而言,高氨氮废水普遍存在原水pH值较高现象,并不直接适合生物处理,需要投加酸对原废水进行中和调节,同时会降低废水中的平衡碱度。而在实际工程中,每氧化1mg NH4+-N为NOX-N需消耗7.1mg碱度,后续硝化过程需要大量的碱度,一般所需碱度不足时,通常需要额外投加大量的碱度来补充硝化过程中的无机碳源,这是一笔很大的处理成本。

  高氨氮废水中存在大量的游离氨,研究表明:当进水氨氮浓度高于500mg/L时会对硝化细菌活性产生了毒性作用,从而导致整个处理系统的处理能力大幅下降,甚至会导致整个生化处理系统完全崩溃;传统废水处理工艺中存在问题如下:高氨氮(如垃圾渗滤液氨氮浓度1000~8000mg/L)的限制,导致无法提高整个生化系统的处理量。一般实际工程过程中,大多采用自来水对原废水进行稀释,自来水稀释法不仅增加处理规模、投资、运行费用,而且不利于生化装置的有效运行。原水稀释后降低了营养基质的浓度,不利于MLSS的提高,不利于难降解物质和COD的去除。

  在处理C/N比较低的高氨氮废水时,有机碳源的严重缺乏是其脱氮效率无法提高的屏障,需要提供充足的外碳源来维持反硝化菌的异养反硝化,从而实现NOX-N向N2的转化。在传统生物脱氮过程存在的问题如下:需要耗费大量的能源和碳源。

  与传统异养反硝化菌相比,自养厌氧氨氧化菌具有无需外加碳源、污泥产率低、微生物活性高、基质亲和力高等特点,因此基于厌氧氨氧化原理的新型自养脱氮工艺具有工艺流程短、占地面积小、基建投资少,节约氧消耗量,减少碳排放,剩余污泥少,无需外加碳源等诸多优点,目前但厌氧氨氧化工艺存在连续性运行工艺较少且稳定运行困难。随着环境污染日益严重,厌氧氨氧化菌脱氮后氨氮残余量较多面临着出水硝氮和氨氮浓度较高而无法满足日益严格的废水排放标准的难题。导致出水氨氮和总氮超标原因包括如下几点:首先,实际原废水中必然含有有机物,研究结果表明,有机物的存在对于亚硝化菌和厌氧氨氧化菌具有强烈的抑制作用,过高的有机物会导致厌氧氨氧化工艺的崩溃;其次,由于厌氧氨氧化菌消耗的氨氮与亚硝态氮比例为1:1.3,现实的亚硝化过程中很难将两者比例调整到合适的比例,在工程运行过程中,厌氧氨氧化池出水无疑会出现剩余较高的亚硝态氮或氨氮浓度,导致出水的氮素会远远超标;再次,根据Broda的研究成果,厌氧氨氧化菌理论上消耗的氨氮与亚硝态氮比例为1:1,实际中厌氧氨氧化菌消耗的氨氮与亚硝态氮比例为1:1.3,多出的0.3份额被亚硝化菌转化为硝态氮,故传统的厌氧氨氧化也不能使最终出水达标排放;最后,受水质和外界其它条件的影响,厌氧氨氧化脱氮效率的限制会造成出水的氨氮和亚硝态氮残余量。

  通过以上分析可以看出,目前在高浓度氨氮有机废水的处理方面还没有一种既高效、可靠又节能、经济的稳定的工艺及其装置。各种处理工艺及其装置都存在着缺点和不足之处,因此开发一种工艺路线合理、经济高效的脱氮工艺及其装置十分必要。

  本发明涉及一种连续流高氨氮有机废水的反硝化联合厌氧氨氧化处理工艺及其装置,提出了一种全新的高氨氮有机废水处理技术。处理过程无需添加任何酸碱调节剂、有机碳源和无机碳源,碱度投加量较少,解决了连续流厌氧氨氧化问题,不仅具有高氨氮抗负荷冲击和高处理负荷能力,而且对温度波动、毒性物质的适应性强,受到抑制后容易恢复,兼具运行费用低和污泥产量少等显著特点。

  为实现上述目的,本发明提供一种连续流高氨氮有机废水的反硝化联合厌氧氨氧化处理装置,其特征在于,它主要由均质池、缺氧反硝化池、一号沉淀池、微氧半硝化膜泥耦合池、二号沉淀池、反硝化同步厌氧氨氧化膜泥耦合池、多效强化好氧膜泥耦合床、三号沉淀池依次串联构成;一号沉淀池沉淀的污泥由泵回流至缺氧反硝化池进水前端;二号沉淀池沉淀的污泥由泵回流至微氧半硝化膜泥耦合池进水前端;三号沉淀池沉淀的污泥由泵回流至多效强化好氧膜泥耦合床进水前端,三号沉淀池产生的剩余污泥排放至均质池;三号沉淀池澄清的硝化液部分处理后的废水由泵回流至均质池,部分处理后的废水作为出水。

  一种连续流高氨氮有机废水处理工艺的反硝化联合厌氧氨氧化处理工艺,所述工艺及处理步骤如下:

  (1)所述泥膜耦合池为由悬浮状污泥微生物和载体生物膜微生物耦合于一体的反应池;

  (2)均质池:原水与三号沉淀池回流的硝化液混合后,进行充分混合稀释,硝化液回流比的控制,要使均质池处理出水的氨氮废水浓度始终低于700mg/L;水力停留时间为2h~24h;三号沉淀池的剩余污泥回流至均质池,不仅可消除传统剩余污泥量的产生,而且可增加对原水污染物的去除效果;

  (3)缺氧反硝化池和一号沉淀池:混合稀释后的废水经缺氧反硝化池进行反硝化脱氮反应,同时产量大量碱度;水力停留时间为1h~8h;一号沉淀池回流的污泥回流至缺氧反硝化池菌种,其可充分保证驯化的反硝化菌群的量和单一反硝化功能优势高效性。一号回流比为5%~100%;经缺氧反硝化池池处理后进入下一处理单元;

  (4)微氧半硝化膜泥耦合池和二号沉淀池:废水经微氧半硝化膜泥耦合池时,水力停留时间为2h~30h,填料填充比为10%~70%,温度为25~35℃,溶解氧为1.0mg/L~3.5mg/L,利用废水中碱度完成对氨氮的亚硝化积累过程,努力实现出水中所含的氨氮与亚硝酸盐氮的质量比例可达1:1~1:1.4,完成亚硝酸盐的积累,二号沉淀池反应出水进入反硝化同步厌氧氨氧化膜泥耦合池;二号沉淀池污泥回流至微氧半硝化膜泥耦合池前段,二号污泥回流比为5%~100%;

  (5)反硝化同步厌氧氨氧化膜泥耦合池:水力停留时间为4h~30h,填料填充比为20%~70%;在在厌氧氨氧化菌及共生菌等微生物的作用下,利用废水中的亚硝态氮和氨氮完成自养厌氧氨氧化脱氮过程;反应出水进入多效强化好氧膜泥耦合床;

  (6)多效强化好氧膜泥耦合床:水力停留时间HRT为4h~48h,填料填充比为20%~70%,溶解氧为1.5mg/L~4.0mg/L,针对进水水质浓度递减及各池内微生物群体功能特性不同的特点,设置多效强化好氧膜泥耦合床,高负荷好氧膜泥耦合池、中负荷好氧膜泥耦合池、低负荷好氧膜泥耦合池分别去除不同浓度的氨氮和总氮,提高系统抗负荷冲击能力及系统的硝化效率和同步硝化反硝化效率,反应出水进入三号沉淀池;

  (7)三号沉淀池:三号沉淀池沉淀的污泥由泵回流至多效强化好氧膜泥耦合床进水前端,三号污泥回流比为20%~100%;自编程序控制系统根据沉淀的不同污泥量调控污泥回流比为20%~100%;部分澄清出水作为出水,部分澄清出水回流至均质池作为稀释的水源,硝化液回流比控制在50%~1000%。

  本发明所提出的一种连续流高氨氮有机废水的反硝化联合厌氧氨氧化处理工艺及其装置与传统废水处理工艺相比较,其有益效果为采用膜泥耦合池替代传统的活性污泥池,保证了系统的高效低耗处理能力;针对进水氨氮浓度的波动对后续生化处理量和稳定性影响,采用工艺最终出水替代自来水作为原水的稀释水源,在降低废水pH值的同时保留了原水中的碱度量,省去了酸投加装置,降低了吨水处理费用,减轻了氨氮等有毒物质对后续生化系统冲击作用,大大提高了系统的处理能力;针对传统工艺会产生大量的剩余污泥,采用剩余污泥回流至均质池的方法,不仅可以消除传统剩余污泥量的产生,而且可提前增加系统对污染物的去除效果;针对原水中有机物会对后续亚硝化和厌氧氨氧化脱氮效率的潜在的抑制性影响,亚硝化、厌氧氨氧化反应过程需要更多无机碳源(碱度),采用缺氧膜泥耦合池作为微氧半硝化膜泥耦合池的前段处理池,不仅合理的利用了工艺产生碱度,大大减少了系统的碱度投加量,而且减轻了有机物对后续亚硝化和厌氧氨氧化脱氮效率的潜在的抑制性影响,保证了亚硝化-厌氧氨氧化的高效脱氮;针对厌氧氨氧化反应出水氮素不达标和系统的抗氨氮冲击能力低等现状,采用高负荷好氧膜泥耦合池/中负荷好氧膜泥耦合池/低负荷好氧膜泥耦合池的三效生物强化处理膜泥耦合池替代传统一级活性污泥池,利用不同池内不同种类和浓度的微生物,提高系统的抗冲击力,增加系统的处理效率,同时利用硝化菌和同步硝化反硝化菌保证系统的出水达标排放。

  本发明可适用焦化废水、垃圾渗滤液、污泥消化液、味精废水等不同种类的高氨氮有机废水,处理过程无需添加任何酸碱调节剂、有机碳源和无机碳源,碱度投加量较少,不仅具有高氨氮抗负荷冲击和高处理负荷能力,而且对温度波动、毒性物质的适应性强,受到抑制后容易恢复,兼具运行费用低和污泥产量少等显著特点。

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