一種硝酸銨廢水生化處理裝置及運行方法
2023-05-26 04:18:41
一種硝酸銨廢水生化處理裝置及運行方法
【專利摘要】一種硝酸銨廢水生化處理裝置及運行方法，屬於硝酸銨廢水的處理、高氨氮工業廢水生化處理【技術領域】。用以儲存硝酸銨廢水原水箱、反硝化生物濾池和厭氧氨氧化升流式汙泥床反應器依序連接；原水水箱的進水口與硝酸銨廢水的排放口連通，進水泵通過進水管連接在硝酸銨廢水原水箱與反硝化生物濾池之間；反硝化生物濾池設有濾頭、承託層、火山巖填料區及碳源投加系統和氣水反衝洗系統；碳源投加系統的碳源水箱連接碳源投加泵，碳源投加泵連接進水管；反衝洗系統設有反衝洗水箱、進水閥、反衝洗進水管、空壓機、進氣閥、反衝洗進氣管、反衝洗出水管和排水閥；本發明適用於硝酸銨廢水的處理，結構完善，佔地面積小，脫氮效果好，運行能耗低。
【專利說明】一種硝酸銨廢水生化處理裝置及運行方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種硝酸銨廢水生化處理裝置及運行方法，屬於硝酸銨廢水的處理、高氨氮工業廢水生化處理【技術領域】。
【背景技術】
[0002]國民經濟和社會發展規劃綱要中，氨氮第一次作為約束性指標納入總量控制的考核當中。並擬定到2015年，實現氨氮總量減排10%的目標。作為新增約束性指標，氨氮減排的制度和措施急需在實踐中探索。目前，氮的去除已經成為當今汙水處理和再生回用的主要問題。高氨氮工業廢水汙染物濃度高，水質複雜，不經妥善處理對環境的危害很大，是目前汙水脫氮處理的重點和難點之一。
[0003]硝酸銨是一種常用的化工原料，是製備硝基複合肥料，冷凍劑等的主要原材料。我國是農業大國，對肥料的需求旺盛，硝酸銨的年產量150萬噸以上。硝酸銨生產工藝決定了稀硝酸帶入的水分在中和、蒸發及結晶過程中以二次蒸汽的形式排出，形成的工藝冷凝液中含有硝酸銨和氨。未經處理的硝酸銨廢水排放對人體和自然環境有極大的危害:硝酸銨對人體的呼吸道和皮膚有刺激性，人直接接觸會危險身體健康；過多的硝酸銨廢水排放到自然水體，容易引發富營養化現象；硝酸銨廢水對大氣也存在一定汙染。
[0004]硝酸銨廢水同時含有銨態氮和硝態氮，氮含量較高，廢水處理的出水總氮難以達到排放標準。對於高濃度的硝酸銨廢水，目前還不存在技術成熟、經濟合理的處理措施。硝酸銨廢水目前大部分未能處理達標排放。現有的主要處理技術包括:吹脫法、化學沉澱法、膜分離法和生化法。吹脫法是在鹼性條件下通入空氣，大量的空氣與廢水接觸將氨吹脫出來，從而去除廢水中的氨氮。該方法的能耗較大，脫氨率在70%左右，而且不能回收硝酸根離子，無法達到國家排放標準。化學沉澱法，是通過在氨氮廢水中投加鎂化合物和磷酸或磷酸氫鹽生成磷酸銨鎂沉澱，從而去除廢水中氨氮的方法。磷酸銨鎂是緩釋氮肥料，可實現回收利用，但是該方法需要投加化學藥劑，運行成本高；而且出水水質指標也難以到達排放標準。膜分離法處理硝酸銨廢水包括反滲透和電滲析等。膜分離法的效果較高，但是運行中的高能耗，以及膜的使用壽命短等因素，限制了其大規模的應用。
[0005]生化法處理高氨氮廢水相比具有經濟高效，運行費用低，二次汙染少等特點。但是傳統的脫氮技術處理硝酸銨廢水仍有較大難度。傳統脫氮處理技術應用硝化菌在好氧的條件下將氨氮氧化成硝酸鹽，然後硝酸鹽在缺氧的環境中被反硝化菌利用有機碳源還原成氮氣。傳統工藝的局限性在異養反硝化過程需要有機物作為電子供體完成硝酸鹽的還原。硝酸銨的廢水碳氮比低，處理過程需要大量投加甲醇等外加碳源以保證脫氮效果。這不僅顯著增加運行費用，同時也會產生更多剩餘汙泥，增加後續汙泥處理工藝的負擔。
[0006]綜上，為降低高氨氮汙水處理的運行成本，保證出水符合排放標準，需要開發經濟高效的新工藝。目前厭氧氨氧化工藝處理硝酸銨廢水的技術優勢最顯著。厭氧氨氧化技術主要利用厭氧氨氧化菌作為工藝主體，該菌種具有獨特的代謝途徑，厭氧的條件下可利用亞硝酸鹽作為電子供體直接將氨氮氧化成氮氣，並且這一過程不需要有機碳源。厭氧氨氧化技術與傳統硝化-反硝化脫氮工藝相比具有明顯的優勢:厭氧氨氧化菌是化能自養菌，以無機碳作為碳源，這樣在脫氮的過程中不需要投加有機碳源，節省了運行費用；硝化過程只需將50%的氨氮氧化至亞硝酸鹽氮，工藝的需氧量和供氧能耗大幅下降；厭氧氨氧化的脫氮效率和去除負荷較高，但是產生汙泥產量少。因此，厭氧氨氧化技術應用於硝酸銨廢水的脫氮處理，可產生顯著的經濟效益、環境效益和綜合效益。該工藝符合可持續發展規律的工藝，應用市場廣闊。
【發明內容】
[0007]為了克服現有技術的不足，本發明提供一種硝酸銨廢水生化處理裝置及運行方法。
[0008]一種硝酸銨廢水生化處理裝置，包括依序連接的反硝化反應器和厭氧氨氧化反應器。在反硝化反應器中，應用新型填料有效持留反硝化菌；通過選擇適宜的碳源種類和碳源投加比例，同時控制水力停留時間，實現反硝化過程中的亞硝酸鹽積累；反硝化反應器的出水進入到厭氧氨氧化顆粒汙泥反應器，利用厭氧氨氧化菌實現氨氮和亞硝酸鹽的同時去除；通過合理的反應器結構和水力流態為厭氧氨氧化顆粒汙泥適宜生長環境，實現厭氧氨氧化工藝的快速啟動，並提高系統的脫氮效率以及工藝的穩定性。
[0009]本發明的技術方案是:
[0010]一種硝酸銨廢水生化處理裝置，用以儲存硝酸銨廢水原水箱、反硝化生物濾池和厭氧氨氧化升流式汙泥床反應器依序連接；
[0011]原水水箱的進水口與硝酸銨廢水的排放口連通，進水泵通過進水管連接在硝酸銨廢水原水箱與反硝化生物濾池之間；反硝化生物濾池設有濾頭、承託層、火山巖填料區及碳源投加系統和氣水反衝洗系統；碳源投加系統的碳源水箱連接碳源投加泵，碳源投加泵連接進水管；反衝洗系統設有反衝洗水箱、進水閥、反衝洗進水管、空壓機、進氣閥、反衝洗進氣管、反衝洗出水管和排水閥；
[0012]反衝洗水箱連接進水閥，進水閥的另一端連接反衝洗進水管，反衝洗進水管的另一端連接進水管，空壓機連接進氣閥，進氣閥的另一端連接反衝洗進氣管，反衝洗進氣管的另一端連接反硝化生物濾池，
[0013]反硝化生物濾池出水管連接反硝化生物濾池和排水閥，反硝化生物濾池出水管的另一端連接第二排水閥，排水閥的另一端連接反衝洗出水管，第二排水閥的另一端連接進水管，進水管的另一端連接厭氧氨氧化升流式汙泥床反反應器，厭氧氨氧化升流式汙泥床反應器設有布水系統、反應區、沉澱區、三相分離器、排氣管、第二排氣閥、出水管、取樣管；反應區的下方有布水系統，布水系統連接進水管，反應區的上方有沉澱區，沉澱區有三相分離器設置，三相分離器連接第二排氣閥，第二排氣閥連接排氣管，厭氧氨氧化升流式汙泥床反應器的上方連接出水管，厭氧氨氧化升流式汙泥床反應器的罐體上連接取樣管。
[0014]一種硝酸銨廢水生化處理運行方法，硝酸銨廢水首先進入反硝化生物濾池，通過碳源投加泵投加適量的碳源，生物膜中的反硝化細菌利用投加碳源將汙水中的硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，反硝化生物濾池出水進入厭氧氨氧化升流式汙泥床反應器；當反硝化反應器的濾料截汙量達到設定程度時，停止進水，對濾層進行氣水反衝洗，反衝洗水通過反衝洗出水管排出。
[0015]厭氧氨氧化升流式汙泥床反應器以顆粒汙泥為主體，通過厭氧氨氧化菌的作用將進水中的氨氮和亞硝酸鹽同時去除，達到總氮去除的目的。
[0016]一種硝酸銨廢水生化處理運行方法，包括以下步驟:
[0017]步驟I)、反硝化反應器的接種和啟動:將硝酸銨廢水通入進水水箱，並從汙水處理廠回流汙泥管道中取活性汙泥混合液注入到進水水箱，使得進水中的SS在10-20mg/L ；開啟進水泵，使進水水箱中的廢水進入到反硝化反應器；同時開啟碳源投加泵，向反硝化反應器中投加碳源；監測出水中的亞硝酸鹽濃度和總氮濃度，調節碳源的投加量和反應器的進水量，當整個裝置的反硝化去除負荷IkgN/(m3.d)時，硝酸鹽去除率90%以上同時反硝化的產物80%以上為亞硝酸鹽時，既可確認反硝化反應器啟動成功，進行下一步驟；
[0018]步驟2)、啟動厭氧氨氧化過程:短程反硝化順利啟動後，其出水含有適宜比例的氨氮和亞硝酸鹽；將該部分出水進入到後續的厭氧氨氧化反應器；厭氧氨氧化反應器投加厭氧氨氧化顆粒汙泥作為種泥，初始濃度為5g/L左右；定期監測沉澱池出水中的氨氮濃度和亞硝酸鹽濃度；在連續運行過程中通過增加調節儲水池，避免進水水質和水量大範圍的波動，以防止系統處理效果的下降和汙泥的流失；在上述條件下運行，當反應器的氨氮去除負荷達到1.0kg/(m3.d)，同時總氮去除率超過85%時，確定厭氧氨氧化過程啟動結束，進入下一步；
[0019]步驟3)、短程反硝化-厭氧氨氧化平穩運行期:厭氧氨氧化過程成功啟動後，系統調試結束，進入到正常運行期；正常運行過程中，當反硝化濾池的濾速低於系統設定的最低濾速時，開始進入反衝洗流程。反衝洗利用系統出水，反衝水回流到進水水箱進行再次處理，反衝洗過程結束後系統進入到下一個周期的平穩運行期。
[0020]本發明的運行工藝原理:將進水、碳源混合均勻後進入到反硝化反應器，反硝化反應器中的濾池表面附著生長反硝化菌。通過控制進水中的碳源的比例和水流停留時間，使得進水中的硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，而不進一步還原為氮氣；進水中的氨氮在反硝化反應器中濃度保持基本不變。通過反硝化反應器的廢水含有比例相當的的氨氮和亞硝酸鹽。其出水水質適宜進入到後續的厭氧氨氧化顆粒汙泥反應器進行進一步的處理。厭氧氨氧化反應器中的顆粒汙泥聚集生長充足的厭氧氨氧化菌，厭氧氨氧化菌利用進水中的氨氮和亞硝酸鹽為底物，直接轉換為氮氣，從而達到總氮去除的目的。厭氧氨氧化反應器頂部設有三相分離器，固液氣分離後，氣體可直接排放，顆粒汙泥重新沉澱回系統，而出水經過溢流堰後排放。
[0021]與傳統的高氨氮汙水處理工藝和常規的厭氧氨氧化脫氮處理工藝等現有技術相t匕，本發明具有如下優點:
[0022]I)本發明處理硝酸銨廢水的運行能耗降低。傳統的硝化反硝化工藝處理硝酸銨廢水，為達到氨氮去除的目的需要進行大量曝氣，將氨氮氧化成硝酸鹽或亞硝酸鹽。本發明由於採用了新型的厭氧氨氧化技術，整體工藝都不需要進行曝氣。通過反硝化生成的亞硝酸鹽在本發明裝置中作為氧化劑，代替氧氣直接氧化氨氮為氮氣。由於不需要進行曝氣，本設備不僅節省了曝氣設備，最重要的是節省運行能耗，降低運行費用。
[0023]2)本發明處理硝酸銨廢水節省外碳源。硝酸銨廢水中的總氮去除一直是處理的難點。由於進水中的有機物非常有限，利用傳統硝化反硝化工藝處理硝酸銨廢水時，反硝化受碳源限制效率較低。利用本發明處理硝酸銨廢水只需要將廢水中含有的硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，後續該部分亞硝酸鹽可直接和氨氮反應生成氮氣，碳源投加量只有需要傳統投加量的25%。因此該方面處理硝酸銨廢水可以節省碳源投加量，進一步降低了廢水處理的運行費用
[0024]3)本發明的處理負荷高，佔地面積小。傳統生化處理受氧氣傳質效率的限制，氨氮的去除負荷不高，從而導致處理工藝的流程長，佔地面積大。本發明中不需要進行曝氣，主要的兩種反應，反硝化反應和厭氧氨氧化反應由於採用了生物膜和顆粒物汙泥的形式，最高去除負荷均可以達到5-10kgN/(m3.d)。該發明的處理負荷高，可以顯著降低佔地面積，減少基建投資費用。
[0025]本發明適用於硝酸銨廢水的處理，結構完善，佔地面積小，脫氮效果好，運行能耗低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發明以及容易得知其中許多伴隨的優點，但此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定，如圖其中:
[0027]圖1為本發明的結構示意圖。
[0028]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
【具體實施方式】
[0029]顯然，本領域技術人員基於本發明的宗旨所做的許多修改和變化屬於本發明的保護範圍。
[0030]實施例1:如圖1所示，一種硝酸銨廢水生化處理裝置及運行方法，具體是應用短程反硝化和厭氧氨氧化反應的聯合作用實現硝酸銨廢水經濟高效的處理。本發明中的反應系統首先利用適量的外碳源將廢水中的硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，而後將廢水中的亞硝酸鹽和剩餘的氨氮進一步轉化為氮氣，達到經濟高效的脫氮目的。
[0031 ] 硝酸銨廢水處理裝置，用以儲存硝酸銨廢水原水箱1、反硝化生物濾池2和厭氧氨氧化升流式汙泥床反應器3依序連接；
[0032]原水水箱的進水口與硝酸銨廢水的排放口連通，進水泵2.2通過進水管2.1連接在硝酸銨廢水原水箱I與反硝化生物濾池2之間；反硝化生物濾池2設有濾頭2.3、承託層2.4、火山巖填料區2.5及碳源投加系統和氣水反衝洗系統；碳源投加系統的碳源水箱2.8連接碳源投加泵2.9，碳源投加泵2.9連接進水管2.1 ;反衝洗系統設有反衝洗水箱2.10、進水閥2.11、反衝洗進水管2.12、空壓機2.13、進氣閥2.14、反衝洗進氣管2.15、反衝洗出水管2.16和排水閥2.17 ；
[0033]反衝洗水箱2.10連接進水閥2.11，進水閥2.11的另一端連接反衝洗進水管2.12，反衝洗進水管2.12的另一端連接進水管2.1，空壓機2.13連接進氣閥2.14，進氣閥
2.14的另一端連接反衝洗進氣管2.15，反衝洗進氣管2.15的另一端連接反硝化生物濾池2，
[0034]反硝化生物濾池出水管2.6連接反硝化生物濾池2和排水閥2.17，反硝化生物濾池出水管2.6的另一端連接第二排水閥2.7，排水閥2.17的另一端連接反衝洗出水管
2.16，第二排水閥2.7的另一端連接進水管3.1，進水管3.1的另一端連接厭氧氨氧化升流式汙泥床反反應器3，
[0035]厭氧氨氧化升流式汙泥床反應器3設有布水系統3.2、反應區3.3、沉澱區3.4、三相分離器3.5、排氣管3.6、第二排氣閥3.7、出水管3.8、取樣管3.9 ;反應區3.3的下方有布水系統3.2，布水系統3.2連接進水管3.1，反應區3.3的上方有沉澱區3.4，沉澱區3.4有三相分離器3.5設置，三相分離器3.5連接第二排氣閥3.7，第二排氣閥3.7連接排氣管
3.6，厭氧氨氧化升流式汙泥床反應器3的上方連接出水管3.8，厭氧氨氧化升流式汙泥床反應器3的罐體上連接取樣管3.9。
[0036]實施例2:如圖1所示，複合生物膜自養脫氮的裝置的運行方法，包括以下步驟:
[0037]步驟1)、反硝化反應器的接種和啟動:將硝酸銨廢水通入進水水箱，並從汙水處理廠回流汙泥管道中取活性汙泥混合液注入到進水水箱，使得進水中的SS在10-20mg/L。開啟進水泵，使進水水箱中的廢水進入到反硝化反應器；同時開啟碳源投加泵，向反硝化反應器中投加碳源。監測出水中的亞硝酸鹽濃度和總氮濃度，調節碳源的投加量和反應器的進水量，當整個裝置的反硝化去除負荷lkg/(m3*d)時，硝酸鹽去除率90%以上同時反硝化的產物80%以上為亞硝酸鹽時，既可確認反硝化反應器啟動成功，進行下一步驟；
[0038]步驟2)、啟動厭氧氨氧化過程:短程反硝化順利啟動後，其出水含有適宜比例的氨氮和亞硝酸鹽。將該部分出水進入到後續的厭氧氨氧化反應器。厭氧氨氧化反應器投加厭氧氨氧化顆粒汙泥作為種泥，初始濃度為5g/L左右。定期監測沉澱池出水中的氨氮濃度和亞硝酸鹽濃度；在連續運行過程中通過增加調節儲水池，避免進水水質和水量大範圍的波動，以防止系統處理效果的下降和汙泥的流失；在上述條件下運行，當反應器的氨氮去除負荷達到1.0kg/(m3.d)，同時總氮去除率超過85%時，確定厭氧氨氧化過程啟動結束，進入下一步；
[0039]步驟3)、短程反硝化-厭氧氨氧化平穩運行期:厭氧氨氧化過程成功啟動後，系統調試結束，進入到正常運行期。正常運行過程中，當反硝化濾池的濾速低於系統設定的最低濾速時，開始進入反衝洗流程。反衝洗利用系統出水，反衝水回流到進水水箱進行再次處理，反衝洗過程結束後系統進入到下一個周期的平穩運行期。
[0040]如上所述，對本發明的實施例進行了詳細地說明，但是只要實質上沒有脫離本發明的發明點及效果可以有很多的變形，這對本領域的技術人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種硝酸銨廢水處理裝置，其特徵在於用以儲存硝酸銨廢水原水箱、反硝化生物濾池和厭氧氨氧化升流式汙泥床反應器依序連接； 原水水箱的進水口與硝酸銨廢水的排放口連通，進水泵通過進水管連接在硝酸銨廢水原水箱與反硝化生物濾池之間；反硝化生物濾池設有濾頭、承託層、火山巖填料區及碳源投加系統和氣水反衝洗系統；碳源投加系統的碳源水箱連接碳源投加泵，碳源投加泵連接進水管；反衝洗系統設有反衝洗水箱、進水閥、反衝洗進水管、空壓機、進氣閥、反衝洗進氣管、反衝洗出水管和排水閥； 反衝洗水箱連接進水閥，進水閥的另一端連接反衝洗進水管，反衝洗進水管的另一端連接進水管，空壓機連接進氣閥，進氣閥的另一端連接反衝洗進氣管，反衝洗進氣管的另一端連接反硝化生物濾池， 反硝化生物濾池出水管連接反硝化生物濾池和排水閥,反硝化生物濾池出水管的另一端連接第二排水閥，排水閥的另一端連接反衝洗出水管，第二排水閥的另一端連接進水管，進水管的另一端連接厭氧氨氧化升流式汙泥床反反應器，厭氧氨氧化升流式汙泥床反應器設有布水系統、反應區、沉澱區、三相分離器、排氣管、第二排氣閥、出水管、取樣管；反應區的下方有布水系統，布水系統連接進水管，反應區的上方有沉澱區，沉澱區有三相分離器設置，三相分離器連接第二排氣閥，第二排氣閥連接排氣管，厭氧氨氧化升流式汙泥床反應器的上方連接出水管，厭氧氨氧化升流式汙泥床反應器的罐體上連接取樣管。
2.一種硝酸銨廢水處理的方法，其特徵在於硝酸銨廢水首先進入反硝化生物濾池，通過碳源投加泵投加適量的碳源，生物膜中的反硝化細菌利用投加碳源將汙水中的硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，反硝化生物濾池出水進入厭氧氨氧化升流式汙泥床反應器；當反硝化反應器的濾料截汙量達到設定程度時，停止進水，對濾層進行氣水反衝洗，反衝洗水通過反衝洗出水管排出。
3.根據權利要求2所述的一種硝酸銨廢水處理的方法，其特徵是包括以下步驟: 步驟I)、反硝化反應器的接種和啟動:將硝酸銨廢水通入進水水箱，並從汙水處理廠回流汙泥管道中取活性汙泥混合液注入到進水水箱，使得進水中的SS在10-20mg/L ;開啟進水泵，使進水水箱中的廢水進入到反硝化反應器；同時開啟碳源投加泵，向反硝化反應器中投加碳源；監測出水中的亞硝酸鹽濃度和總氮濃度，調節碳源的投加量和反應器的進水量，當整個裝置的反硝化去除負荷lkg/m3 -d時，硝酸鹽去除率90%以上同時反硝化的產物80%以上為亞硝酸鹽時，既可確認反硝化反應器啟動成功，進行下一步驟； 步驟2)、啟動厭氧氨氧化過程:短程反硝化順利啟動後,其出水含有適宜比例的氨氮和亞硝酸鹽；將該部分出水進入到後續的厭氧氨氧化反應器；厭氧氨氧化反應器投加厭氧氨氧化顆粒汙泥作為種泥，初始濃度為5g/L左右；定期監測沉澱池出水中的氨氮濃度和亞硝酸鹽濃度；在連續運行過程中通過增加調節儲水池，避免進水水質和水量大範圍的波動，以防止系統處理效果的下降和汙泥的流失；在上述條件下運行，當反應器的氨氮去除負荷達到1.0kg/(m3.d) ，同時總氮去除率超過85%時，確定厭氧氨氧化過程啟動結束，進入下一步; 步驟3)、短程反硝化-厭氧氨氧化平穩運行期:厭氧氨氧化過程成功啟動後，系統調試結束，進入到正常運行期；正常運行過程中，當反硝化濾池的濾速低於系統設定的最低濾速時，開始進入反衝洗流程；反衝洗利用系統出水，反衝水回流到進水水箱進行再次處理，反衝洗過程結束後系 統進入到下一個周期的平穩運行期。
【文檔編號】C02F3/28GK104176824SQ201410453811
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】田盛 申請人:北京思坦環保科技有限公司