輪休式厭氧氨氧化脫氮裝置及其工藝的製作方法
2023-04-28 22:01:11 2
本發明屬於廢水處理裝置領域，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：
在全國「一控雙達標」行動後，廢水有機汙染得到有效控制，氮磷汙染上升為主要環境問題。根據中國環境狀況公報，2015年我國氨氮排放量達229萬噸。全國地表水氨氮超標現象普遍，所致的水體富營養化十分嚴重，廢水脫氮已成為亟待解決的重大環保課題。
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用於汙水處理廠消化汙泥壓濾液的處理，基質去除速率達9.50kgN/(m3·d)，遠遠高於傳統硝化反硝化工藝(0.23～0.5kgN/(m3·d)；其處理費用為€0.75/kgN，遠遠低於傳統生物脫氮工藝(€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。
但是，厭氧氨氧化菌為自養菌，細胞產率低，倍增時間長，對環境條件敏感，導致厭氧氨氧化反應器啟動緩慢；另外，在大多數工業、農業和生活汙水中，氨氮往往與有機物相伴。存在有機物時，由於異養菌的生長速度遠遠高於厭氧氨氧化菌，它們會干擾厭氧氨氧化反應；同時，實際廢水中還經常含有毒性物質(如硫化物)，它們會影響厭氧氨氧化工藝運行的穩定性。
針對上述問題，本發明構建輪休式厭氧氨氧化脫氮裝置，憑藉裝置構型和操作方式的合理設置，來加快厭氧氨氧化反應器的啟動，穩定厭氧氨氧化工藝的運行，強化厭氧氨氧化反應器的功能。試驗證明，這種輪休式厭氧氨氧化脫氮工藝是行之有效的。
技術實現要素：
本發明的目的是克服現有技術的不足，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、反應模塊、三相分離模塊和循環回流模塊；反應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回流模塊連接至布水模塊的進水口；所述的反應模塊通過設置縱向隔板分割為至少兩個並聯的反應區域；所述的布水模塊中設置有曝氣系統和分別對應於各反應區域的布水系統。
作為優選，兩個並聯的反應區域中間設有百葉式橫向隔板，將每個反應區域分成上層反應室和下層反應室，兩層反應室體積相同；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壁，板片間隙用作上層和下層反應室交流的通道。
作為優選，所述的布水系統中包括若干個布水器，每個反應區域下方均設置一個布水器，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形管和若干根連通半環形管且出水口伸入圓筒內腔的布水管組成，布水管的出水口位於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置，出水方向在水平面上的投影與同心圓相切。
作為優選，所述的曝氣系統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部的分布管和曝氣管組成；曝氣管對稱安裝於分布管兩側且安裝於布水系統下方。
作為優選，所述的三相分離模塊中設置有至少1個三相分離器，三相分離器長軸平行於與縱向隔板，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，沿長方體長邊兩側內部各設一塊垂直隔板，箱壁與隔板之間的區域構成兩個進水槽；兩塊垂直隔板之間區域構成汙泥沉澱室；汙泥沉澱室中間設溢流槽，溢流槽一端底部設出水管；梯臺體底部不密封，且設置有反射板，梯臺體底部與反射板之間夾持形成沉澱汙泥返回縫。
作為優選，所述的循環回流模塊中包括柱狀液體緩衝室、回流管和排水管，柱狀液體緩衝室頂部與圓筒裝置頂部對齊，柱狀液體緩衝室的進水管伸入液面以下，排水管安於液面部位，回流管連通柱狀液體緩衝室底部與布水模塊的進水口。
作為優選，所述的反應模塊中充填有厭氧顆粒汙泥作為載體。
作為優選，所述的反應模塊中並聯的反應區域數量為2個，且左右對稱布置。
本發明的另一目的在於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：在反應模塊中充填厭氧顆粒汙泥作為載體，並接種厭氧氨氧化菌，一方面藉助厭氧顆粒汙泥擁有的胞外聚合物粘附脫氮菌，促進脫氮菌顆粒化，另一方面藉助厭氧顆粒汙泥的適宜密度，攜帶粘附的脫氮菌通過重力沉降而持留於反應裝置內；向脫氮裝置中並聯的反應區域內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區域內高負荷工作的脫氮菌進行原位休養，調整生理狀態，恢復活性；待脫氮菌活性和數量達到設定指標後，恢復向該反應區域通入實際廢水進行脫氮。
本發明與現有技術相比所具有的有益效果是：1)脫氮裝置分模塊組合，利於靈活使用；2)用菌與養菌結合，利於保持生物活性和數量；3)培菌與反應分置，利於各自優化；4)通過輪休，強壯脫氮功能，拓展厭氧氨氧化工藝的應用範圍。
附圖說明
圖1是輪休式厭氧氨氧化脫氮裝置的總體結構示意；
圖2是本發明的橫向隔板設置截面示意圖；
圖3是本發明的橫向隔板設置俯視圖(該圖中為了直觀顯示板片之間的設置，對其橫向距離進行了擴大，但實際設置時，相鄰的板片在水平面的投影部分重疊。因此此處應以文字表述為準，附圖僅用於方便理解)；
圖4是輪休式厭氧氨氧化脫氮裝置的布水模塊結構示意；
圖5是布水系統中的布水器結構示意圖；
圖6是曝氣系統的結構示意圖；
圖7是本發明的三相分離器結構示意圖；
圖8是本發明的三相分離模塊俯視圖；
圖9是本發明的循環回流模塊結構示意圖；
圖中：輪休式厭氧氨氧化脫氮裝置包括：
總體結構：布水模塊I，反應模塊II，三相分離模塊III和循環回流模塊IV。
布水模塊I：進水口I1，布水系統I2，曝氣系統I3，布水器I4，半環形管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。
反應模塊II：縱向隔板II1，第一反應區域II2，第二反應區域II3，百葉式橫向隔板II4，上層反應室II5和下層反應室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，汙泥沉澱室III7，溢流槽III8，泥水混合液分布室III9，沉澱汙泥返回縫III10，反射板III11。
循環回流模塊IV：柱狀液體緩衝室IV1，進水管IV2，回流管IV3和排水管IV4。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步闡述和說明。本發明中各個實施例中的技術特徵在沒有相互衝突的前提下，均可進行相應組合。
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，圓筒內部自下而上分為布水模塊I、反應模塊II、三相分離模塊III和循環回流模塊IV幾個部分。反應模塊II作為廢水處理的反應場所，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。反應模塊II通過設置縱向隔板II1分割為至少兩個並聯的反應區域：第一反應區域II2和第二反應區域II3。兩個反應區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中設置有曝氣系統I3和分別對應於各反應區域的布水系統I2，布水系統I2可以獨立地向不同反應區域中輸入不同廢水。在使用時，反應模塊II中可以預先充填厭氧顆粒汙泥作為載體，可持留高濃度脫氮菌；兩個反應模塊輪流工作，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，經上升液流和曝氣流的推動下進入第一反應區域II2和第二反應區域II3，在厭氧氨氧化脫氮菌的作用下轉化成氮氣；產生的氮氣和剩餘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，處理後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；反應區域下層反應室中充滿厭氧顆粒汙泥，藉助厭氧顆粒汙泥擁有的胞外聚合物粘附功能菌，促進功能菌顆粒化，並藉助厭氧顆粒汙泥的適宜密度，攜帶粘附的功能菌通過重力沉降而持留於反應裝置內。
在脫氮裝置內設置2個並聯的反應區域是本發明的一個重要改進。申請人在研究中發現，厭氧氨氧化脫氮裝置在長期運行過程中，會產生異養菌大量增殖以及菌種出現毒性累積效應的現象，會大大抑制脫氮效率。而本發明的布水模塊I可以輪流向不同反應區域中輸入實際廢水和模擬廢水，讓部分反應區域的脫氮菌運試模擬廢水，進行原位休養，調整生理狀態，恢復活性，其餘反應區域內通入實際廢水進行高效脫氮。待運行模擬廢水的反應區域中脫氮菌活性和數量達到設定指標後，恢復進行實際廢水脫氮，再對其他反應區域改為運試模擬廢水。該工藝有利於用菌與養菌結合，利於保持生物活性和數量，抑制異養菌的生長並消除菌種的毒性累積效應，強化厭氧氨氧化反應器的脫氮功能。
當然，上述方案僅僅是一種具體實現方式，還可以進行多種改進。
在一實施例中，如圖2所示，可以在兩個並聯的反應區域中間設有百葉式橫向隔板II4，將每個反應區域分成上層反應室II5和下層反應室II6，兩層反應室體積相同。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壁，板片間隙II10用作上層和下層反應室II6交流的通道。
通過設置百葉式橫向隔板II4，使反應區域形成了類似於多釜串聯的上層反應室II5和下層反應室II6。由於隔板的存在，上層反應室II5和下層反應室II6之間的汙泥密度、菌種含量、菌種種類、廢水性質均存在一定的區別。而且由於橫向隔板為百葉式結構，因此具有斜板沉澱器的功能，使上下方的汙水在板片處產生了更加強烈的泥水交流，強化了廢水的處理效果，其對於低C/N比廢水(C/N比大約在2左右)中TN的去除率可穩定達到85％以上。
如圖4所示，布水模塊中，布水系統I2設置於曝氣系統I3上方。在一實施例中，布水系統I2中包括若干個布水器I4，每個反應區域下方均至少設置一個布水器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區域輸入不同的廢水(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形管I5和若干根連通半環形管I5並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伸入圓筒內腔，出水口I8位於同一水平面的若干同心圓中的一個或多個圓周上(可以位於同一個圓周上，也可以如圖所示位於不同的圓周上)，且出水口I8沿同一方向傾斜向上設置(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。
該形式設置的布水器I4，使出水水流在布水系統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I3中曝氣模塊的數量可以使情況而定，可以統一設成一個對不同反應區域進行曝氣，也可以分別設置多個，因此不同反應區域中的曝氣可以統一控制也可以獨立控制。在一實施例中，曝氣系統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和圓筒內部的分布管I11和曝氣管I12組成；曝氣管I12對稱安裝於分布管I11兩側且安裝於布水系統I2下方。
在一實施例中，三相分離模塊III中設置有1個或多個三相分離器III1，儘量與反應區域數量相同，且一一對應設置於反應區域正上方。如圖7和8所示，三相分離器III1長軸平行於與縱向隔板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長邊兩側內部各設一塊垂直隔板III5，箱壁與隔板之間的區域構成兩個進水槽III6；兩塊垂直隔板III5之間區域構成汙泥沉澱室III7；汙泥沉澱室III7中間設溢流槽III8，溢流槽III8一端底部設出水管III2；梯臺體III4用作泥水混合液分布室III9，其底部不密封，且設置有反射板III11，用於阻擋反應區的混合液直接通過汙泥返回縫進入汙泥沉澱室III7。梯臺體III4底部與反射板III11之間夾持形成沉澱汙泥返回縫III10。
目前三相分離器III1主要應用於厭氧廢水處理裝置中，而本發明對三相分離器III1設計了獨特的結構，並將其應用於好氧廢水脫氮裝置中，實現了固液氣三相分離的作用。同時，其水力流動形態能夠使絮狀汙泥隨著廢水通過溢流槽III8排出，而顆粒汙泥則能夠通過沉澱汙泥返回縫III10回流至反應區域中。
柱狀液體緩衝室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，循環回流模塊IV中包括柱狀液體緩衝室IV1、回流管IV3和排水管IV4，柱狀液體緩衝室IV1高度為脫氮裝置(主體圓筒)高度的1/2～2/3，柱狀液體緩衝室IV1內徑為脫氮裝置(主體圓筒)內徑的1/12～1/8。柱狀液體緩衝室IV1頂部與圓筒裝置頂部對齊，柱狀液體緩衝室IV1的進水管IV2一端連接出水管III2，另一端伸入柱狀液體緩衝室IV1的液面以下，排水管IV4安裝於柱狀液體緩衝室IV1上的液面部位，回流管IV3連通柱狀液體緩衝室IV1底部與布水模塊I的進水口I1。
需要指出的是，本發明附圖中為表述方便，將反應模塊II中並聯的反應區域數量設置為2個，且左右對稱布置。但其具體數量也可以進行調整，不作為限定。但設置2個反應區域是一種較為優選的方式，有利於裝置的運行控制和組裝，其餘曝氣、布水、三相分離模塊均可一一對應設置。
一種使用上述任一裝置的輪休式厭氧氨氧化脫氮工藝，在反應模塊II中充填厭氧顆粒汙泥作為載體，並接種厭氧氨氧化菌，一方面藉助厭氧顆粒汙泥擁有的胞外聚合物粘附脫氮菌，促進脫氮菌顆粒化，另一方面藉助厭氧顆粒汙泥的適宜密度，攜帶粘附的脫氮菌通過重力沉降而持留於反應裝置內；向脫氮裝置中並聯的反應區域內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區域內高負荷工作的脫氮菌進行原位休養，調整生理狀態，恢復活性；待脫氮菌活性和數量達到設定指標後，恢復向該反應區域通入實際廢水進行脫氮。
本發明的輪休式厭氧氨氧化脫氮工藝適用於高氨氮廢水特別是含有有機物或毒性物質的高氮廢水處理。脫氮裝置分模塊組合，利於靈活使用；用菌與養菌結合，利於保持生物活性和數量；培菌與反應分置，利於各自優化；通過輪休，強壯脫氮功能，可拓展厭氧氨氧化工藝的應用範圍。通過試驗表明，本發明中的輪休式厭氧氨氧化脫氮裝置，在採用輪休工藝運行時，其對於低C/N比廢水(C/N比大約在2左右)中TN的去除率可穩定達到85％以上，氨氮去除率達到95％以上，而不採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明的一種較佳的方案，然其並非用以限制本發明。有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型。因此凡採取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護範圍內。