申请日2014.08.11
公开(公告)日2014.10.22
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明具体涉及一种实现废水短程硝化的序批式A/O联动系统废水处理装置与方法。所述装置设有调节池、SBR反应池;SBR反应池分为缺氧区与好氧区。利用该废水处理装置处理废水的方法，包括以下具体步骤：(1)废水进入调节池;(2)调节池的废水通过进水泵泵入SBR反应池缺氧区进行反硝化作用;(3)SBR反应池缺氧区的水流溢流至SBR反应池好氧区，联动进水;SBR反应池好氧区采用SBR运行方式，进行短程硝化作用;SBR反应池好氧区的进水阶段同时回流泥水至缺氧区，好氧区进水结束即停止回流，缺氧区出水溢流至好氧区，如此循环，充分利用废水中的碳源在SBR反应池缺氧区进行反硝化作用。
权利要求书
1.一种实现废水短程硝化的序批式A/O联动系统废水处理装置，其特征在 于：设有调节池、SBR反应池，所述的SBR反应池包括SBR反应池缺氧区和 SBR反应池好氧区;
所述的调节池依次通过进水泵和第一液体流量计与SBR反应池缺氧区连 通;
所述的SBR反应池缺氧区通过溢流槽与SBR反应池好氧区连通;
所述的SBR反应池好氧区内底部设有曝气管，所述的曝气管通过气体流量 计与曝气机连接;
所述的SBR反应池好氧区内部设有滗水器;
所述的SBR反应池好氧区底部通过回流管道依次与回流泵和第二液体流量 计和SBR反应池缺氧区底部连通。
2.根据权利要求1所述的实现废水短程硝化的序批式A/O联动系统废水处 理装置，其特征在于：
所述的调节池内部设有第一搅拌器和加热装置。
3.根据权利要求1所述的实现废水短程硝化的序批式A/O联动系统废水处 理装置，其特征在于：
所述的SBR反应池缺氧区内部设有第二搅拌器、第一pH计和ORP计。
4.根据权利要求1所述的实现废水短程硝化的序批式A/O联动系统废水处 理装置，其特征在于：
所述的SBR反应池好氧区内部设有第三搅拌器、第二pH计、DO计、液位 传感器和温度传感器。
5.根据权利要求1所述的实现废水短程硝化的序批式A/O联动系统废水处 理装置，其特征在于：
所述的SBR反应池缺氧区和SBR反应池好氧区的体积比例为1：(3～5)。
6.根据权利要求2～4任一项所述的实现废水短程硝化的序批式A/O联动 系统废水处理装置，其特征在于：
所述的第一pH计、第二pH计、DO计、ORP计、温度传感器、第一液体 流量计、第二液体流量计、液位传感器、气体流量计分别与PLC控制器连接;
所述的PLC控制器与通过电脑接收数字信号并输出控制信号的电脑连接; 所述的PLC控制器分别与进水泵、曝气机、第一搅拌器、第二搅拌器、第三搅 拌器、加热装置、滗水器、回流泵连接。
7.应用权利要求1～6任一项所述的实现废水短程硝化的序批式A/O联动 系统废水处理装置处理废水的方法，其特征在于包括以下具体步骤：
(1)以硝化污泥为接种污泥注入SBR反应池好氧区和缺氧区;开启调节池 的第一搅拌器，将废水装入调节池中;
(2)调节池中的废水通过进水泵泵入SBR反应池缺氧区，同时开启SBR 反应池缺氧区的第二搅拌器，进行反硝化作用;
(3)当SBR反应池缺氧区水流开始溢流至好氧区时，采用SBR运行启动 SBR反应池好氧区，进行短程硝化作用：
①进水-曝气阶段：采取非限制性曝气-间歇进水的方式将SBR反应池缺氧 区水流溢流至好氧区，开启第三搅拌器以及启动SBR反应池好氧区与缺氧区之 间的回流泵;此过程中，通过SBR反应池好氧区的pH计监控缺氧区的进水， 使SBR反应池好氧区的pH维持在6.5～7.9;SBR反应池好氧区内的DO维持在 ﹥1mg/L，回流比为3～5;
②后续曝气阶段：当进水量达到或高于液位设定值，停止进水但继续曝气;
③沉淀阶段：后续曝气阶段结束后停止第三搅拌器，关闭回流泵，进行沉 淀;
④排水阶段：通过液位传感器监控运用滗水器控制排水;
⑤SBR反应池进入下一个循环：重复步骤①、②、③和④，水力停留时间 从2d逐步降为1d。
8.根据权利要求7所述的应用实现废水短程硝化的序批式A/O联动系统废 水处理装置处理废水的方法，其特征在于：
步骤(3)中SBR反应池好氧区的温度为30～40℃;当温度低于30℃，启 动调节池的加热设备，当温度高于40℃时，停止调节池的加热设备。
9.根据权利要求7所述的应用实现废水短程硝化的序批式A/O联动系统废 水处理装置处理废水的方法，其特征在于：
步骤(3)①中所述的非限制性曝气是指整个进水-曝气阶段均进行曝气;
步骤(3)①中所述的间歇进水的方式为SBR反应池好氧区的pH维持在6.5～ 7.9，当SBR反应池好氧区的pH低于6.5～7.9，启动SBR反应池缺氧区的进水; 当SBR反应池好氧区的pH高于6.5～7.9，停止SBR反应池缺氧区的进水。
10.根据权利要求7所述的应用实现废水短程硝化的序批式A/O联动系统 废水处理装置处理废水的方法，其特征在于：
步骤(3)②中所述的后续曝气阶段的运行时间为30min～3h;
步骤(3)③中所述的沉淀阶段的运行时间为30～60min。
说明书
一种实现废水短程硝化的序批式A/O联动系统废水处理装置与方法
技术领域
本发明涉及废水处理装置，具体涉及一种实现废水短程硝化的序批式A/O 联动系统废水处理装置与方法。
背景技术
随着水体富营养化和水短缺问题的加重，目前国内外对污水排放标准严格 控制，尤其是对氮、磷的排放要求越来越高。
现有污水处理中应用最为广泛的生物脱氮方式是硝化/反硝化技术，适用于 处理低浓度的城市生活污水。其中硝化主要由两步完成，首先NH4+-N在氨氮氧 化细菌(AOB)的作用下被转化为NO2--N，这一步被称为亚硝酸硝化;然后NO2- -N在亚硝酸氧化细菌(NOB)作用下被转化为NO3--N，这一步被称为硝酸硝化。 反硝化过程中，需要消耗碳源并产生一定的碱度，将NO3--N转化为NO2--N最终 转化为N2。然而在处理如渗滤液、厌氧消化液等高氨氮废水时，由于原水中碳 氮比较低，反硝化过程中需要外加碳源，且停留时间一般大于10天，吨水电耗 20度以上。因此，该工艺占地规模大、药耗及能耗较高、污水处理成本较高。
高氨氮废水具有污染成分较复杂、污染物浓度较高、排放量大、可生化性 差、处理难度高的特点，受到各国环保领域的高度重视。高氨氮废水的高效生 物脱氮一直是污水处理中的难点和重点。目前，国内外污水处理领域已经出现 越来越多生物脱氮新工艺的报道，比如短程硝化。短程硝化与传统硝化-反硝化 技术相比，具有以下优势：短程硝化过程中节约25%需氧量;后续反硝化过程 中可节约40%碳源;后续厌氧氨氧化过程中不用消耗有机碳源，氨氮去除率较 高。
短程硝化的关键一步在于氨氮在亚硝化细菌(AOB)的作用下转化为亚硝 酸盐，因此如何“抑制-限制-淘洗”NOB同时不影响AOB活性成为实现高浓度 氨氮废水短程硝化工艺效能的关键。影响短程硝化的参数主要有温度、溶解氧、 水利停留时间、pH、游离氨(Free Ammonia，FA)、游离亚硝酸(Free nitrous acid， FNA)等。现有的实现短程硝化的方法具有控制参数较多、操作程序复杂、要 求进水水质稳定、需要添加少量有机碳源或酸碱等缺点。因此，本领域迫切需 要一种操作简单、易于控制的高氨氮废水短程硝化预处理装置。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种实现废水短 程硝化的序批式A/O联动系统(SAON:Sequencing Anoxic-oxic Nitritation)废水 处理装置，该处理废水装置适用于高氨氮废水短程硝化预处理，主要是餐厨垃 圾消化液、垃圾渗滤液、污泥消化上清液、食品工业废水、畜牧废水、化工废 水等。
本发明的另一目的在于提供应用上述废水处理装置处理废水的方法。
本发明的再一目的在于提供上述废水处理装置的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种实现废水短程硝化的序批式A/O联动系统废水处理装置，设有调节池、 SBR反应池，所述的SBR反应池包括SBR反应池缺氧区和SBR反应池好氧区;
所述的调节池依次通过进水泵和第一液体流量计与SBR反应池缺氧区连 通;
所述的SBR反应池缺氧区通过溢流槽与SBR反应池好氧区连通;
所述的SBR反应池好氧区内底部设有曝气管，所述的曝气管通过气体流量 计与曝气机连接;
所述的SBR反应池好氧区内部设有滗水器;
所述的SBR反应池好氧区底部通过回流管道依次与回流泵和第二液体流量 计和SBR反应池缺氧区底部连通;
所述的调节池内部设有第一搅拌器和加热装置;
所述的SBR反应池缺氧区内部设有第二搅拌器、第一pH计和ORP计;
所述的SBR反应池好氧区内部设有第三搅拌器、第二pH计、DO计、液位 传感器和温度传感器;
所述的SBR反应池缺氧区和SBR反应池好氧区的体积比例为1：(3～5);
所述的第一pH计、第二pH计、DO计、ORP计、温度传感器、第一液体 流量计、第二液体流量计、液位传感器、气体流量计分别与PLC控制器连接;
所述的PLC控制器与通过电脑接收数字信号并输出控制信号的电脑连接; 所述的PLC控制器分别与进水泵、曝气机、第一搅拌器、第二搅拌器、第三搅 拌器、加热装置、滗水器、回流泵连接。
所述的实现废水短程硝化的序批式A/O联动系统废水处理装置适用于高氨 氮废水短程硝化预处理，主要是餐厨垃圾消化液、垃圾渗滤液、污泥消化上清 液、食品工业废水、畜牧废水、化工废水等。
应用上述实现废水短程硝化的序批式A/O联动系统废水处理装置处理废水 的方法，包括以下具体步骤：
(1)以硝化污泥为接种污泥注入SBR反应池好氧区和缺氧区;开启调节池 的第一搅拌器，将废水装入调节池中;
(2)调节池中的废水通过进水泵泵入SBR反应池缺氧区，同时开启SBR 反应池缺氧区的第二搅拌器，进行反硝化作用;
(3)当SBR反应池缺氧区水流开始溢流至好氧区时，采用SBR运行启动 SBR反应池好氧区，进行短程硝化作用：
①进水-曝气(反应)阶段：采取非限制性曝气-间歇进水的方式将SBR反 应池缺氧区水流溢流至好氧区，开启第三搅拌器以及启动SBR反应池好氧区与 缺氧区之间的回流泵;此过程中，通过SBR反应池好氧区的pH计监控缺氧区 的进水，使SBR反应池好氧区的pH维持在6.5～7.9;SBR反应池好氧区内的 DO维持在﹥1mg/L;回流比为3，根据实际情况可以微调;
②后续曝气阶段：当进水量达到或高于液位设定值，停止进水但继续曝气;
③沉淀阶段：后续曝气阶段结束后停止第三搅拌器，关闭回流泵，进行沉 淀;
④排水阶段：通过液位传感器监控运用滗水器控制排水;
⑤SBR反应池进入下一个循环：重复步骤①、②、③和④，水力停留时间 从2d逐步降为1d;
所述的废水为高氨氮废水，所述的高氨氮废水中NH4+-N浓度大于500 mg/L，BOD5/TN小于3～5;
所述的高氨氮废水优选为餐厨垃圾消化液、垃圾渗滤液、污泥消化上清液、 食品工业废水、畜牧废水、化工废水;
步骤(3)中SBR反应池好氧区的温度为30～40℃，当温度低于30℃，启 动调节池的加热设备，当温度高于40℃时，停止调节池的加热设备;
步骤(3)中SBR反应池好氧区的温度优选为35℃;当温度低于35℃，启 动调节池的加热设备，当温度高于35℃时，停止调节池的加热设备;
步骤(3)①中所述的非限制性曝气是指整个进水-曝气(反应)阶段均进行 曝气;
步骤(3)①中所述的间歇进水的方式为SBR反应池好氧区的pH维持在6.5～ 7.9，当SBR反应池好氧池的pH低于6.5～7.9，启动SBR反应池缺氧池的进水; 当SBR反应池好氧池的pH高于6.5～7.9，停止SBR反应池缺氧区的进水;
步骤(3)①中所述的间歇进水的方式优选为SBR反应池好氧池的pH维持 在6.8～7.5;当SBR反应池好氧池的pH低于6.8～7.5，启动SBR反应池缺氧池 的进水;当SBR反应池好氧池的pH高于6.8～7.5，停止SBR反应池缺氧池的 进水;
步骤(3)②中所述的后续曝气阶段的运行时间为30min～3h，具体反映时 间视具体而定;此阶段随着亚硝化反应结束，碱度消耗，pH降至最低并稳定;
步骤(3)③中所述的沉淀阶段的运行时间为30～60min;
本发明的原理：
一般而言，废水中的FA和FNA与水中的温度和pH有关，尤其是，FA的 浓度与pH的大小成正相关，而FNA的浓度与之成反相关。即pH小于7的情 况下，废水生物处理系统中更容易形成FNA。FA和FNA既是硝化作用中的利 用基质，同时也是“抑制生物剂”。具体来说，NOB比AOB更容易受到这两种 物质的影响。当FNA浓度大于0.02mg/L，或FA浓度大于6mg/L时，NOB的 合成过程完全停止。FNA对AOB的50%抑制浓度为0.42～1.72mg/L。
本发明提供了一种实现废水短程硝化的序批式A/O联动系统废水处理装置 处理废水的方法：高氨氮废水进入调节池;调节池的废水通过进水泵泵入SBR 反应池缺氧区进行反硝化作用;SBR反应池缺氧池的水流溢流至SBR反应池好 氧区，联动进水;SBR反应池好氧区采用SBR运行方式，进行短程硝化作用; SBR反应池好氧区的进水阶段同时回流泥水至缺氧区(回流比为3，根据实际情 况可以微调)，好氧区后续曝气结束即停止回流，缺氧区出水溢流至好氧区， 如此循环，充分利用废水中的碳源在SBR反应池缺氧区进行反硝化作用。
为了实现稳定的亚硝化作用，必须抑制SBR反应池好氧区的NOB的生长。 在SBR反应池好氧区的一个运行周期中，FNA和FA的浓度分别为0.2～2.8mg/L 和0.02～1.7mg/L。其中，最高FA浓度1.7mg/L没有完全抑制NOB;最低FNA 浓度0.2mg/L远远大于NOB的完全抑制浓度。因此，FNA是本系统中成功实 现亚硝化作用的关键。每SBR运行周期开始和结束时，FNA浓度均大于2mg/L， 很明显地抑制了AOB的生长。这与DO浓度变化趋势一致，表明AOB受到完 全抑制，硝化作用暂时停止，DO几乎没有消耗，因此DO在每SBR运行周期 开始和结束时陡然增加(图4、图5)。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)在整个反应器的启动、运行中不对污泥浓度MLSS做限制;
(2)序批式A/O联动系统能有效进行亚硝化反应，工艺操作流程简单，抗 氨氮负荷冲击能力强;
(3)利用SBR运行过程中进水阶段的pH间接控制，通过FNA直接控制 实现并维持稳定的亚硝化作用;
(4)采用PLC控制系统，运行简便，控制精确;
(5)充分利用了原水中的有机碳，减少了有机物对后续亚硝化作用的影响， 并快速启动并稳定高氨氮废水的短程硝化作用，亚硝化率高达95%以上。