申请日2015.12.08
公开(公告)日2016.04.27
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明的目的是为了减少废水处理过程的碳排放，提出了一种对废水同步除碳脱氮的多段接触氧化装置及方法，属于生活及产业废水处理领域。该装置由数个单体组成，单体为敞口的腔体，腔体上设有进水口和出水口，腔体内部有填料接种有能够处理废水的微生物;装置中单体的连接组合方式为组合式或集成式。该方法为，废水经过处理有机物的第一反应段，处理氨氮的第二反应段和同时处理有机物和氨氮的第三反应段后，废水中有机物和氨氮得到高效去除，出水COD去除率大于90%，氨氮去除率大于95%，总氮去除率大于90%。该装置简单实用，该方法能够在去除废水中有机物的同时实现氨氮的同步去除，彻底解决传统技术长时间、高能耗、高成本的问题。
摘要附图
权利要求书
1.一种对废水同步除碳脱氮的多段接触氧化装置，其特征在于，由数个单体组成，所述单体为敞口的腔体，腔体上设有进水口和出水口，腔体内部有填料，填料固定在装置侧壁或填料架上，在填料上接种有能够处理废水的微生物;
所述单体通过出水口与相邻单体的进水口相连接。
2.根据权利要求1所述的一种对废水同步除碳脱氮的多段接触氧化装置，其特征在于，所述装置中单体的连接组合方式为组合式，一个独立单体的出水口通过管道和相邻单体的进水口连接在一起;
或者，所述装置中单体的连接组合方式为集成式，数个单体合并在一起成为一个由多个腔室组成的大腔体，单体的出水口和相邻单体进水口为同一个开口。
3.根据权利要求1所述的一种对废水同步除碳脱氮的多段接触氧化装置，其特征在于，所述装置包括曝气系统。
4.根据权利要求1所述的一种对废水同步除碳脱氮的多段接触氧化装置，其特征在于，所述单体包含有两个隔板，呈十字交叉的放置在单体内，将单体腔体分隔为四个空间，隔板的高度与单体腔内高度相同，隔板的外沿卡在单体腔内侧壁上;其中一块隔板的下沿有开口，另一块隔板的上沿有开口。
5.根据权利要求1所述的一种对废水同步除碳脱氮的多段接触氧化装置，其特征在于，所述的单体为长方体或圆柱体;长方体的长、宽、高之比为1:(1/4-1/2):(1/2-8)，长度尺寸为0.1-30m;圆柱体直径尺寸为0.1-50m，高度尺寸为0.1-30m;所述装置中单体的个数为3-16。
6.根据权利要求1所述的一种对废水同步除碳脱氮的多段接触氧化装置，其特征在于，所述填料为固定填料，包括辫帘式、卷式、高性能线式、起绒纺织物等;或者填料为可在容器中自由流动的填料，包括空心球式、空心圆柱式等;填料材料为聚酰胺、聚丙烯和交联聚酯中的一种或多种;所述的能够处理废水的微生物为剩余污泥，厌氧污泥，好氧污泥，硝化活性污泥，氨氧化菌或厌氧氨氧化菌中的一种或多种。
7.一种对废水同步除碳脱氮的多段接触氧化方法，利用了权利要求1所述的装置，其特征在于，具体步骤如下：
首先，对废水中的COD浓度、氨氮浓度、总氮浓度和/或BOD浓度进行判断：
当废水的进水COD浓度≤20000mg/L、氨氮浓度小于300mg/L、总氮小于400mg/L时，只执行步骤a所述的方法;
当废水的进水COD浓度≤10000mg/L，BOD浓度≤500mg/L，氨氮浓度300-2000mg/L，总氮≤3000mg/L，悬浮物浓度小于200mg/L时，只执行步骤b所述的方法;
当废水的进水COD浓度≤20000mg/L，BOD浓度500-10000mg/L，氨氮浓度300-2000mg/L，总氮≤3000mg/L时，执行步骤a～c所述的方法;
步骤a～c如下：
a、处理有机物的第一反应段
将废水由装置的进水口通入该装置中，进入到装置的第一反应段;该反应段的数个装置单体中安装有填料，在填料上接种剩余污泥后，微生物大量生长，在填料上形成生物膜;废水经过生物膜的处理，有机物得到降解，COD、BOD浓度降低;
b、处理氨氮的第二反应段
经过第一反应段处理的废水，其水质成分能够满足氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的生长条件，将其通入装置的第二反应段;该反应段的数个装置单体中安装有填料，在填料上接种氨氧化菌和厌氧氨氧化菌后，填料上生长出这两种细菌的复合生物膜;废水经过生物膜的处理，发生明显的氨氮氧化反应以及厌氧氨氧化反应，使废水中的氨氮最终以氮气形式排放;
c、同时处理有机物和氨氮的第三反应段
经过第二反应段处理的废水，仍然存在着一定量的氨氮和有机物，将其通入装置的第三反应段;该反应段的数个装置单体中放置有填料，在填料上混合接种剩余污泥与氨氧化菌和厌氧氨氧化菌后，填料上生长出消耗COD和氨氮的复合生物膜，能够针对含较低浓度有机物和低浓度氨氮、亚硝氮、硝氮的废水进行处理;
最后，将处理好的废水由装置最后一个单体的出水口排出。
8.根据权利要求7所述的一种对废水同步除碳脱氮的多段接触氧化方法，其特征在于，所述方法中装置的启动时间为15～30天，启动阶段的工艺参数为：温度15-35℃，pH7.2-7.4，DO为0.1-3mg/L，水力停留时间为10-144h;所述方法中装置的运行参数为：温度为15-40℃，pH为6.0-9.0，DO为1-7mg/L，水力停留时间为10-144h。
9.根据权利要求7所述的一种对废水同步除碳脱氮的多段接触氧化方法，其特征在于，所述步骤(1)中，单个单体中剩余污泥的接种量为单体体积的1/10～1/5; 所述步骤(2)中，所述接种的氨氧化菌和厌氧氨氧化菌为硝化活性污泥，单个单体中硝化活性污泥的接种量为单体体积的1/10～1/5;所述步骤(3)中，所述接种的氨氧化菌和厌氧氨氧化菌为硝化活性污泥，单个单体中剩余污泥与硝化活性污泥的总接种量为单体体积的1/10～1/5，并且剩余污泥与硝化活性污泥的体积比为1:3～3:1。
10.根据权利要求7所述的一种对废水同步除碳脱氮的多段接触氧化方法，其特征在于，所述废水经步骤a处理后，由步骤a进入步骤b的条件为：BOD浓度≤500mg/L，氨氮浓度300-2000mg/L，悬浮物浓度小于200mg/L。
说明书
一种对废水同步除碳脱氮的多段接触氧化反应装置及方法
技术领域
本发明属于生活及产业废水处理领域，特别涉及一种对含有高浓度有机物和氨氮的难降解废水同步除碳脱氮的多段接触氧化装置及方法。
背景技术
随着国家对环境质量的要求提高，对污染物排放的标准也随之提高。同时，我国近期在国际上也承诺了碳排放的降低标准，因此许多行业也将节能减排作为重要指标进行考察，并采取措施减少碳排放。环保行业虽然是节能减排的贡献行业，但其本身也有能源需求，特别是在处理污染物的同时，能量消耗带来了碳排放。以氨氮处理为例，传统的氨氮去除工艺是采用缺氧/好氧工艺，在氨氮去除的同时需要消耗很大的能量和碳资源。因此，寻找到高效低耗，低成本的新的污水处理技术对环保行业的节能减排将具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是为了减少废水处理过程的碳排放，提出了一种对废水同步除碳脱氮的多段接触氧化装置及方法。该装置简单实用，该方法能够在去除废水中有机物的同时实现氨氮的同步去除，彻底解决传统技术中存在的长时间、高能耗、高成本的问题。
一种对废水同步除碳脱氮的多段接触氧化装置，由数个单体组成;
所述单体为敞口的腔体，腔体上设有进水口和出水口，腔体内部有填料，填料固定在装置侧壁或填料架上，在填料上接种有能够处理废水的微生物;
所述装置中单体的连接组合方式可以为组合式，一个独立单体的出水口通过管道和相邻单体的进水口连接在一起;
所述装置中单体的连接组合方式还可以为集成式，数个单体合并在一起成为一个由多个腔室组成的大腔体，一个单体的出水口和相邻单体进水口为同一个开口;
所述单体还可以包含两个隔板，呈十字交叉的放置在单体内，将单体腔体分隔为四个空间，隔板的高度与单体腔内高度相同，隔板的外沿卡在单体腔内侧壁上;其中一块隔板的下沿有开口，另一块隔板的上沿有开口;
所述装置还可以包括曝气设备;更好的，还可以包括DO检测设备，曝气设备，pH检测设备，pH调控设备，水体控温设备，废水输送设备和调速设备中的一种或多种;
所述的单体较好的为长方体或圆柱体;长方体的长、宽、高之比为1:(1/4-1/2):(1/2-8)，长度尺寸为0.1-30m;圆柱体直径尺寸为0.1-50m，高度尺寸为0.1-30m;
所述装置中单体的个数为3-16;
所述填料为固定填料，包括辫帘式、卷式、高性能线式、起绒纺织物等，或填料为可在容器中自由流动的填料，包括空心球式、空心圆柱式等;填料材料为对微生物无毒害、微生物易附着的材料，包括聚酰胺、聚丙烯、交联聚酯等;
能够处理废水的微生物为普通剩余污泥，厌氧污泥，好氧污泥，硝化活性污泥，氨氧化菌或厌氧氨氧化菌中的一种或多种;
当所述装置不包括隔板时，单体的进水口和出水口位于相反端，即进水口位于上端时出水口位于下端，进水口位于下端时出水口位于上端;这样设置进出水口，使得废水由单体的进水口进入后能够流经整个单体的腔体;
当所述装置包括隔板时，单体的进水口和出水口均位于单体的上部;由于隔板将腔体分隔为四部分，水只能从隔板的开口流过，废水由单体的进水口进入腔体的第一部分的上部，由隔板下沿的开口从底部流入腔体的第二部分，再由隔板上沿从顶部流入腔体的第三部分，接着由隔板下沿的开口从底部流入腔体的第四部分，然后由顶部的出水口流入相邻的装置单体，每个单体内水流顺序相同。
一种对废水同步除碳脱氮的多段接触氧化方法，利用了上述的装置，具体步骤如下：
(1)处理有机物的第一反应段
将含有高浓度有机物和高浓度氨氮的混合废水由装置的第一个单体进水口通入该装置中，进入到装置的第一反应段;该反应段的数个装置单体中安装有填料，在填料上接种普通剩余污泥后，微生物大量生长，在填料上形成生物膜;而且，由于时间空间和废水成分的不同，第一反应段前部和后部填料上生物膜的微生物结构、总量显著不同，对废水的处理作用和处理效果也有不同;废水在第一反应段经过微生物膜的处理，有机物得到降解，COD、BOD浓度降低;
其中，单个单体中普通剩余污泥的接种量为单体体积的1/10～1/5;
(2)处理氨氮的第二反应段
经过第一反应段处理的废水，由于废水中有机物减少，微生物对废水中氨氮成分的硝化反应逐渐明显，部分氨氮被氧化成亚硝氮，并伴随着少量的硝态氮产生，其水质成分能够满足氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的生长条件;将废水通入装置的第二反应段，该反应段的数个装置单体中安装有填料，在填料上接种氨氧化菌和厌氧氨氧化菌后，填料上生长出这两种细菌的复合生物膜;氨氧化菌为自养好氧型细菌，通过代谢将氨或铵盐氧化成亚硝酸盐;厌氧氨氧化菌可以在缺氧环境中，将氨或铵盐用亚硝酸根(NO2-)氧化为氮气;由于废水中易降解COD成分的浓度大幅降低，对氨氧化菌和厌氧氨氧化菌生长的抑制作用减弱，从而发生明显的氨氮氧化反应，即氨氮被氧化成亚硝氮，以及厌氧氨氧化反应，使废水中的氨氮最终以氮气形式排放;
其中，所述接种的氨氧化菌和厌氧氨氧化菌为硝化活性污泥，单个单体中硝化活性污泥的接种量为单体体积的1/10～1/5;
(3)同时处理有机物和氨氮的第三反应段
经过第二反应段处理的废水，仍然可能存在着一定量的氨氮和有机物，将废水通入装置的第三反应段;该反应段的数个装置单体中放置有填料，在填料上混合接种普通剩余污泥与氨氧化菌和厌氧氨氧化菌后，填料上生长出消耗COD和氨氮的复合生物膜;由于进水成分和接种细菌种类的不同，此时生物膜上的微生物结构和数量具有特异性，能够针对含较低浓度有机物和低浓度氨氮、亚硝氮、硝氮的废水进行处理;经过本阶段的微生物处理，可以实最大限度去除有机物和含氮化合物，处理好的废水由装置最后一个单体的出水口排出;
其中，所述接种的氨氧化菌和厌氧氨氧化菌为硝化活性污泥，单个单体中普通剩余污泥与硝化活性污泥的总接种量为单体体积的1/10～1/5，并且普通剩余污泥与硝化活性污泥的体积比为1:3～3:1;
经过上述三个过程的处理，废水中高浓度有机物和高浓度氨氮得到高效去除。
上述方法中，待处理废水成分不同，处理的方法有所不同：
1)当废水的进水COD浓度≤20000mg/L，氨氮浓度小于300mg/L，总氮小于400mg/L时，只执行步骤(1)所述的方法;
2)当废水的进水COD浓度≤10000mg/L，BOD浓度≤500mg/L，氨氮浓度300-2000mg/L，总氮≤3000mg/L，悬浮物浓度小于200mg/L时，只执行步骤(2)所述的方法;
3)当废水的进水COD浓度≤20000mg/L，BOD浓度500-10000mg/L，氨氮浓度300-2000mg/L，总氮≤3000mg/L时，执行步骤(1)～(3)所述的方法;
所述废水包括垃圾渗滤液，焦化废水，煤化工废水，污泥消化液，食品工业废水，畜产废水，化工废水，制药废水等工业和生活废水;
上述方法中，装置的启动时间为15～30天，启动阶段的工艺参数为：温度15-35℃，pH7.2-7.4，DO为0.1-3mg/L，水力停留时间(HRT)为10-144h;
上述方法中，废水经步骤(1)处理后，由步骤(1)进入步骤(2)的条件为：废水BOD浓度≤500mg/L，氨氮浓度300-2000mg/L，悬浮物浓度小于200mg/L;
装置的运行参数为：温度为15-40℃，pH为6.0-9.0，DO为1-7mg/L，水力停留时间(HRT)为10-144h。
经过该方法处理，出水COD去除率大于90%，氨氮去除率大于95%，总氮去除率大于90%。
本发明的原理如下：
在多段接触氧化装置中，设置有微生物生长的载体填料，填料上生长的生物膜由于具有一定厚度，膜内外侧的菌群结构有所不同，而且由于废水在填料生物膜间的穿行，有机物和氨氮逐渐被降解，浓度随之降低，生物膜自然形成了降解有机物的各个层次。因此，对于含有复杂污染物的废水，具有不同结构和菌群分布的生物膜对其具有较强的适应能力。另一方面，由于本发明采用了多段方式，每段对有机物的降解产生了不同的效果，造成不同段的生物膜结构也有较大变化，具有特异性。一般来说，后段生物膜上的微生物较之前段的微生物在种群上有所升级，出现生物膜大量原生及后生物种。因此，在装置的生物系统中，各段自然形成了生物链，每段的微生物在降解污染物的同时，也捕食了上一段相对低级的微生物，使本装置的产泥量较普通的剩余污泥法或其他的接触氧化法大幅降低。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、与传统COD降解工艺相比，本发明工艺降解COD效率更高，产泥量是普通剩余污泥法的1/5，同时拥有较高的氨氮去除能力。
2、与传统A/O工艺脱氮除碳相比，本发明工艺无需大量的处理水及污泥回流，无需投加碳源等营养物质，无需过量曝气，可以节省70%的能源资源。
3、与传统反应装置相比，本发明装置的水流方式充分利用了装置的空间，增加了废水与微生物的接触时间，生物量更加丰富，结构相对简单，降解效果更高。
4、本发明工艺及装置，具有同步除碳脱氮的能力，产生污泥量较少，耗能较低，是一种针对高浓度有机物和氨氮难降解废水的低耗高效工艺及装置。