申请日2018.01.31
公开(公告)日2018.06.29
IPC分类号C02F3/28; C02F3/34; C02F101/30; C02F101/16; C02F101/38
摘要
本发明属于废水处理的技术领域，公开了一种低碳/氮比的中低浓度废水低碳处理方法及装置。方法为：(1)在装有填料的前置反硝化反应器中进行反硝化挂膜培养;将氨氮吸附生物反应装置进行亚硝化生物挂膜培养;(2)将中低浓度废水与经过亚硝化的废水混合，反硝化，沉淀，再进入氨氮吸附生物反应装置中进行吸附，当出水中氨氮浓度<1.5mg/L时，直接排放;当出水中氨氮浓度≥1.5mg/L时，停止进水;投加碱度，曝气，生化反应，氨氮转化为亚硝酸盐，获得含有亚硝酸盐的废水，收集;生物反应装置实现生物再生;经过亚硝化的废水为含有亚硝酸盐的废水。本发明实现了中低浓度氨氮废水低碳低能耗的有效处理，达到排放标准。
权利要求书
1.一种低碳/氮比的中低浓度废水低碳处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)向装有填料的前置反硝化反应器中接种反硝化污泥，进行反硝化挂膜培养;向装有吸附氨氮填料的生物反应装置中接种硝化污泥进行亚硝化生物挂膜培养;
(2)将中低浓度废水与经过亚硝化的废水混合，然后通入前置反硝化反应器中进行反硝化，反硝化完成后出水，进入沉淀装置进行沉淀，获得沉淀后的废水;
(3)步骤(2)中沉淀后的废水进入装有吸附氨氮填料的生物反应装置中，吸附氨氮填料对废水中氨氮进行吸附，随着吸附的进行，出水中氨氮浓度会逐渐增加，当出水中氨氮浓度<1.5mg/L时，直接排放;当出水中氨氮浓度≥1.5mg/L时，停止进水;
(4)停止进水后，向装有吸附氨氮填料的生物反应装置中投加碱度，曝气，进行生化反应，氨氮转化为亚硝酸盐，获得含有亚硝酸盐的废水，排入亚硝酸盐再生水收集池;装有吸附氨氮填料的生物反应装置实现生物再生;
(5)装有吸附氨氮填料的生物反应装置经生物再生后，重新进行氨氮吸附，生化反应;
步骤(2)中经过亚硝化的废水为步骤(4)中含有亚硝酸盐的废水。
2.根据权利要求1所述低碳/氮比的中低浓度废水低碳处理方法，其特征在于：当步骤(4)中含有亚硝酸盐的废水的含量为0时，中低浓度废水直接经过前置反硝化反应器，然后经过沉淀装置，再进入生物反应装置进行氨氮吸附，生化反应，直至生物反应装置内废水中含有所需亚硝酸根;
步骤(2)中所述中低浓度废水中氨氮浓度为20～100mg/L;碳/氮比≤3。
3.根据权利要求1所述低碳/氮比的中低浓度废水低碳处理方法，其特征在于：步骤(1)中反硝化挂膜培养的具体步骤为：
向装有填料的前置反硝化反应器中接种反硝化污泥，污泥浓度投加量为1000～10000mg/L，反硝化的温度为18～40℃，加入亚硝酸根30～80mg/L，用COD为90-250mg/L的废水进行亚硝化反硝化培养，直至前置反硝化反应器出水亚硝酸去除率超过90%以上后完成反硝化挂膜培养。
4.根据权利要求1所述低碳/氮比的中低浓度废水低碳处理方法，其特征在于：步骤(1)中亚硝化生物挂膜培养的具体步骤为：
将氨氮废水通入装有吸附氨氮填料的生物反应装置中，吸附氨氮填料对废水中氨氮进行吸附，随着吸附的进行，出水中氨氮浓度会逐渐增加，当出水中氨氮浓度<1.5mg/L时，直接排放;当出水中氨氮浓度≥1.5mg/L时，停止进水;然后向装有吸附氨氮填料的生物反应装置中接种硝化污泥，硝化污泥的浓度为500～5000mg/L，投加碱度，闷曝，当生物反应装置内废水中亚硝酸根≥500mg/L时，完成亚硝化生物挂膜培养。
5.根据权利要求4所述低碳/氮比的中低浓度废水低碳处理方法，其特征在于：氨氮废水的氨氮浓度为50～100mg/L，所述碱度为碳酸氢钠;闷曝的水温控制在18～38℃，闷曝时的溶解氧控制在0.1～6mg/L。
6.根据权利要求1所述低碳/氮比的中低浓度废水低碳处理方法，其特征在于：
步骤(2)中所述中低浓度废水中COD值为50～250mg/L;
步骤(2)中将中低浓度废水与经过亚硝化的废水混合后，混合废水中亚硝酸根浓度控制在20-100mg/L。
7.根据权利要求1所述低碳/氮比的中低浓度废水低碳处理方法，其特征在于：步骤(2)中所述反硝化的温度为18～38℃，反硝化的停留时间1～6小时;
步骤(4)中所述碱度为碳酸氢钠，投加量为6～24g/L;步骤(4)中所述生化反应的条件为水温在18～38℃，DO在0.1～6.0mg/L，生物反应装置中亚硝酸根浓度达到500～2000mg/L时，停止曝气;
步骤(1)中所述氨氮吸附填料为各种天然沸石、麦饭石中的一种或一种以上;粒径为0.2-3.0mm。
8.一种实现权利要求1～7任一项所述低碳/氮比的中低浓度废水低碳处理方法的装置，其特征在于：包括废水混合装置、前置反硝化反应器、沉淀装置、氨氮吸附生物反应装置、出水收集装置、含亚硝酸盐废水收集池以及曝气装置;废水混合装置、前置反硝化反应器、沉淀装置与氨氮吸附生物反应装置依次通过管道串联连接;所述氨氮吸附生物反应装置分别与出水收集装置和含亚硝酸盐废水收集池连接，所述氨氮吸附生物反应装置的底端与曝气装置连接;所述含亚硝酸盐废水收集池通过管道与废水混合装置连接，含亚硝酸盐废水收集池中含亚硝酸盐废水与中低浓度废水在废水混合装置中混合。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述前置反硝化反应器中设有组合填料层;氨氮吸附生物反应装置中设有氨氮吸附填料;
所述氨氮吸附生物反应装置设有两个氨氮吸附生物反应装置，分别为第一氨氮吸附生物反应装置和第二氨氮吸附生物反应装置;每一氨氮吸附生物反应装置都分别与出水收集装置和含亚硝酸盐废水收集池连接;沉淀装置与每一氨氮吸附生物反应装置都连接;每一氨氮吸附生物反应装置的底端与曝气装置连接;第一氨氮吸附生物反应装置和第二氨氮吸附生物反应装置交替使用;
所述第一氨氮吸附生物反应装置和第二氨氮吸附生物反应装置还分别通过反冲洗泵与出水收集装置的底部连接;
所述装置还包括碱度药剂池，碱度药剂池通过加药泵分别与第一氨氮吸附生物反应装置和第二氨氮吸附生物反应装置连接。
说明书
一种低碳/氮比的中低浓度废水低碳处理方法及装置
技术领域
本发明属于环境工程废水处理领域，具体涉及一种低碳/氮比的中低浓度废水的低碳处理方法及装置。
背景技术
目前绝大部分的废水处理方法都以物化结合生化处理为主。低碳/氮比的中低浓度的废水，用现有的方法处理，往往存在碳源不足，处理出水总氮偏高等问题。另外，为了生物氧化废水中的有机物和氨氮，往往需要消耗大量的溶解氧，从而增加曝气的能耗。
为脱除废水中的氨氮，常采用厌氧与好氧交替的处理工艺，如AO法，A2O法，SBR法等，其核心工艺为完全硝化反硝化的脱氮技术。对于完全硝化反硝化工艺，该工艺包括两个转化过程，即氨氮转化为亚硝酸根，然后，再通过亚硝酸根转化为硝酸根，在这二个转化过程中，都需要通过曝气提供溶解氧而消耗能量，耗能较大。另外，完全硝化反硝化工艺，理论上需要消耗2.8倍碳/氮比的碳源，在实际生产工艺中，真实的碳氮比往往高达6倍以上，因此，完全硝化反硝化工艺，需碳量大，该工艺并不能在低能耗低碳源的前提下实现低碳/氮比的中低浓度废水有效处理。
本发明采用亚硝化反硝化工艺作为低碳/氮比的中低浓度废水的脱氮方式，省略了亚硝酸根转化为硝酸根的好氧转化，可节约35%以上的曝气能耗，而且亚硝化反硝化工艺，理论上需要消耗1.7倍碳/氮的碳源，在实际生产工艺中，真实的碳氮比往往只要2-3倍。故相对于目前常用的完全硝化反硝化脱氮，本发明可最大程度利用废水含有的有机物作为反硝化碳源，必然可以节省大量的碳源，从而取得低碳脱氮的处理效果。
本发明，在以实现氨氮废水亚硝化反硝化的基础上，针对低碳/氮比的中低浓度的废水，提出一套完整的处理方法，以实现低碳低能耗的去除中低浓度废水中的有机物和总氮。
发明内容
为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种低碳/氮比的中低浓度废水低碳处理方法及装置。本发明通过亚硝酸根的反硝化来同步脱除有机物与总氮，经过静置沉淀后，再利用沸石或饭麦石等吸附进一步过滤脱除水中的悬浮物及吸附水中的氨氮，并通过微生物的作用实现氨氮废水高效亚硝化，亚硝化后的废水为反硝化提供亚硝酸根，从而使低碳/氮比的中低浓度废水得到有效地处理，保证废水的COD、BOD、氮氮、TN、SS等指标的达标排放。目前采用亚硝化反硝化处理的废水一般为低碳氮比的高浓度氨氮废水，若是采用常规的工艺步骤，中低浓度废水很难得到有效处理。但是通过本发明的工艺步骤以及处理方式，实现了中低浓度氨氮废水低碳低能耗的去除中低浓度废水中的有机物和总氮。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种低碳/氮比的中低浓度废水低碳处理方法，包括以下步骤：
(1)向装有填料的前置反硝化反应器中接种反硝化污泥，进行反硝化挂膜培养;向装有吸附氨氮填料的生物反应装置中接种硝化污泥进行亚硝化生物挂膜培养;
(2)将中低浓度废水与经过亚硝化的废水混合，然后通入前置反硝化反应器中进行反硝化，反硝化完成后出水，进入沉淀装置进行沉淀，获得沉淀后的废水;
(3)步骤(2)中沉淀后的废水进入装有吸附氨氮填料的生物反应装置中，吸附氨氮填料对废水中氨氮进行吸附，随着吸附的进行，出水中氨氮浓度会逐渐增加，当出水中氨氮浓度<1.5mg/L时，直接排放;当出水中氨氮浓度≥1.5mg/L时，停止进水;
(4)停止进水后，向装有吸附氨氮填料的生物反应装置中投加碱度，曝气，进行生化反应，氨氮转化为亚硝酸盐，获得含有亚硝酸盐的废水，排入亚硝酸盐再生水收集池;装有吸附氨氮填料的生物反应装置实现生物再生;
(5)装有吸附氨氮填料的生物反应装置经生物再生后，重新进行氨氮吸附，生化反应。
步骤(2)中经过亚硝化的废水为步骤(4)中含有亚硝酸盐的废水。
当步骤(4)中含有亚硝酸盐的废水的含量为0时，中低浓度废水直接经过前置反硝化反应器，然后经过沉淀装置，再进入生物反应装置进行氨氮吸附，生化反应，直至生物反应装置内废水中含有所需亚硝酸根。
若是氨氮吸附后，出水中氨氮浓度<1.5mg/L但出水中COD超标，将出水进行收集，然后将收集后的出水与含有亚硝酸盐的废水混合，进行反硝化等处理。
步骤(1)中反硝化挂膜培养的具体步骤为：
向装有填料的前置反硝化反应器中接种反硝化污泥，污泥浓度投加量为1000～10000mg/L，反硝化的温度为18～40℃，加入亚硝酸根30～80mg/L，用COD为90-250mg/L的废水进行亚硝化反硝化培养，直至前置反硝化反应器出水亚硝酸去除率超过90%以上后完成反硝化挂膜培养;所述填料为组合填料，具体为以塑料环为骨架，比表面积大的纤维为挂膜介质的填料;填料可以增加中低浓度废水处理的反硝化生物量。
步骤(1)中亚硝化生物挂膜培养的具体步骤为：
将氨氮废水通入装有吸附氨氮填料的生物反应装置中，吸附氨氮填料对废水中氨氮进行吸附，随着吸附的进行，出水中氨氮浓度会逐渐增加，当出水中氨氮浓度<1.5mg/L时，直接排放;当出水中氨氮浓度≥1.5mg/L时，停止进水;然后向装有吸附氨氮填料的生物反应装置中接种硝化污泥，硝化污泥的浓度为500～5000mg/L，投加碱度，闷曝，当生物反应装置内废水中亚硝酸根≥500mg/L时，完成亚硝化生物挂膜培养。氨氮废水的浓度为50～100mg/L(氨氮浓度)，所述碱度为碳酸氢钠;闷曝的水温控制在18-38℃，闷曝时的溶解氧控制在0.1-6mg/L。
步骤(1)中所述氨氮吸附填料为各种天然沸石、麦饭石中的一种或一种以上;粒径为0.2-3.0mm。
步骤(2)中所述中低浓度废水中氨氮浓度为20-100mg/L;碳/氮比≤3，优选为2-3。
所述中低浓度废水中COD值为50-250mg/L。
步骤(2)中将中低浓度废水与经过亚硝化的废水混合后，混合废水中亚硝酸根浓度控制在20-100mg/L;
步骤(2)中所述反硝化的温度为18-38℃，反硝化的停留时间1-6小时。
在反硝化过程中，亚硝酸根经过反硝化可去除90%以上，同时，消耗了进水中的有机物。因亚硝酸根的反硝化所需碳源少，故相比于完全硝化反硝化，在反硝化过程中可以少补充，甚至不补充碳源，达到既去除了废水中的总氮，又脱除进水中有机物的目的。
从前置反硝化出水，通过沉淀处理，沉淀时间不小于1h，沉淀脱除悬浮物与反硝化池的污泥，沉淀后的清水，进入下一步的氨氮吸附滤池。通过氨氮吸附滤池的过滤作用，进一步滤除水中的悬浮物，保证SS达标。
氨氮吸附滤池采用二座以上，保证随时可以有滤池处于吸附工作状态，保证处理出水。
步骤(4)中所述碱度为碳酸氢钠，投加量为6～24g/L;步骤(4)中所述生化反应的条件为水温在18～38℃，DO在0.1～6.0mg/L，生物反应装置中亚硝酸根浓度达到500～2000mg/L时，停止曝气。
本发明先将中低浓度废水通入前置反硝化反应器中(驯化后反应器中有亚硝酸根)，再通入沉淀装置中，随后通入生物反应装置进行吸附，吸附饱和后，停止进水进行生化反应，产生含亚硝酸根的废水;然后将中低浓度废水与含亚硝酸根的废水进行混合，将混合后的废水通入前置反硝化反应器中，进入下一轮的去除COD、BOD、氨氮、TN的循环操作。
本发明采用亚硝化反硝化脱碳脱氮，吸附脱除氨氮的低碳废水处理方法。适用于低碳/氮比的生活污水或工业废水的处理。
实现本发明方法的装置，包括废水混合装置、前置反硝化反应器、沉淀装置、氨氮吸附生物反应装置、出水收集装置、含亚硝酸盐废水收集池以及曝气装置;废水混合装置、前置反硝化反应器、沉淀装置与氨氮吸附生物反应装置依次通过管道串联连接，中低浓度废水在上述各装置中流通;所述氨氮吸附生物反应装置分别与出水收集装置和含亚硝酸盐废水收集池连接，所述生物反应装置的底部安装有曝气装置;所述含亚硝酸盐废水收集池通过管道与废水混合装置连接，含亚硝酸盐废水收集池中含亚硝酸盐废水与中低浓度废水在废水混合装置中混合。
所述前置反硝化反应器中设有组合填料层;氨氮吸附生物反应装置中设有氨氮吸附填料。氨氮吸附填料为沸石或饭麦石等
所述氨氮吸附生物反应装置设有两个氨氮吸附生物反应装置，分别为第一氨氮吸附生物反应装置和第二氨氮吸附生物反应装置;每一氨氮吸附生物反应装置都分别与出水收集装置和含亚硝酸盐废水收集池连接;沉淀装置与每一氨氮吸附生物反应装置都连接;每一氨氮吸附生物反应装置的底端安装有曝气装置。第一氨氮吸附生物反应装置和第二氨氮吸附生物反应装置交替使用。所述第一氨氮吸附生物反应装置和第二氨氮吸附生物反应装置还分别通过反冲洗泵与出水收集装置的底部连接。
所述装置还包括碱度药剂池，碱度药剂池通过加药泵分别与第一氨氮吸附生物反应装置和第二氨氮吸附生物反应装置连接。
前置反硝化反应器的下端设有进水口，位于组合填料层的下方，前置反硝化反应器的上端设有出水口，位于组合填料层的上方。沉淀装置的底部设有排泥口，沉淀装置的两侧壁上设有进水口和出水口。每一氨氮吸附生物反应装置的上端设有进水口和加药口(进水口和加药口位于氨氮吸附填料的上方)，进水口与沉淀装置的出水口连接，加药口与碱度药剂池通过加药泵连接;每一氨氮吸附生物反应装置的下端设有两个出水口和反冲洗的进水口，一出水口与出水收集装置连接，一出水口与含亚硝酸盐废水收集池连接，反冲洗的进水口通过反冲洗泵与出水收集装置连接。
含亚硝酸盐废水收集池的下端设有出水口，出水口通过再生水输送泵与废水混合装置连接。
本发明的原理为：
低碳/氮比中低浓度的废水与含有亚硝酸根的废水混合，在前置反硝化反应器中，亚硝酸根通过反硝化反应而脱除，同时又能脱除废水中的可生物降解的有机物，达到脱总氮与有机物的双重效果。
经前置反硝化处理后，再通过沉淀，沉淀出水中仍存在没有参加反硝化反应的氨氮及少量没有被沉淀的悬浮物。通过具有氨氮吸附能力的过滤床层(氨氮吸附生物反应装置)吸附过滤，脱除了废水中的氨氮，进一步保证出水的SS，使处理后的废水，达到国家规定的排放标准。
本发明具有以下优点与技术效果：
(1)本发明通过前置反硝化，且是亚硝酸根的反硝化，可利用进水中的少量有机碳源，既脱除了亚硝酸根及亚硝酸根带来的TN，在低碳/氮比的进水条件下，可以少加，甚至不加碳源，实现亚硝氮及亚硝氮带来TN的脱除。此步工序，不需要曝气，具有节能环保，低碳的功效。
(2)本发明采用未端带有氨氮吸附功能的过滤床层(装有吸附氨氮填料的生物反应装置即氨氮吸附生物反应装置)过滤，使处理出水的氨氮更低，更有保障，同时又能进一步脱除水用的悬浮物SS。
(3)氨氮吸附过滤床层(装有吸附氨氮填料的生物反应装置)的生物再生，虽然需要曝气，以实现吸附的氨氮亚硝化，但由于只要求达到氨氮的亚硝化，且氨氮在吸附介质上已经浓缩，从而此亚硝化过程具有很好的节能环保，低碳的功效。