申请日2017.08.30
公开(公告)日2017.12.15
IPC分类号C02F9/14; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种实现污水处理过程中能量回收并提高脱氮效果的装置，包括一级过滤分离装置、中间水箱、AMBBR反应器、二级过滤分离装置、SBBR反应器、PLC可编程控制器，一级过滤分离装置的出水口连接至中间水箱，再将中间水箱内的污水引至AMBBR反应器，污水经AMBBR反应器处理后再引至二级过滤分离装置，过滤分离后的低浓度污水引至SBBR反应器，过滤分离后的高浓度污水返回至AMBBR反应器，进入SBBR反应器的污水进过处理后排出，本发明通过AMBBR将污水中的有机物转化成甲烷，同时利用SBBR实现氨氮的高效去除。本发明提出的方法和一体化装置可回收能量，脱氮效果好，运行费用低，具有良好应用前景。
权利要求书
1.一种实现污水处理过程中能量回收并提高脱氮效果的装置，其特征在于，包括一级过滤分离装置(1)、中间水箱(2)、AMBBR反应器(3)、二级过滤分离装置(4)、SBBR反应器(5)、PLC可编程控制器(6)，所述一级过滤分离装置(1)通过水管A连接至原水箱，一级过滤分离装置(1)的出水口(16)通过水管B连接至所述中间水箱(2)，再由水管C将中间水箱(2)内的污水引至所述AMBBR反应器(3)，污水经AMBBR反应器(3)处理后再由水管D引至所述二级过滤分离装置(4)，二级过滤分离装置(4)内设有过滤分离介质(41)，过滤分离后的低浓度污水进入右侧水箱(43)内并通过水管F引至所述SBBR反应器(5)，经二级过滤分离装置(4)过滤分离后的高浓度污水停留在左侧水箱(42)内并通过水管D返回至AMBBR反应器(3)进行循环再处理，进入SBBR反应器(5)的污水进过处理后由排水管G排出，在AMBBR反应器(3)的上端设有甲烷收集装置(36)和蛇形干燥管(35)，在AMBBR反应器(3)的下半部分的外周设有保温装置(31)，所述保温装置(31)内设有导热管，所述导热管下面连接有一个加热装置(32)，所述甲烷收集装置(36)内的甲烷气体通过气体输送管道送至所述加热装置(32)，在AMBBR反应器(3)内还设有搅拌器二(33)，底部还设有排泥口一(34)，AMBBR反应器(3)内填充有悬浮填料，AMBBR反应器(3)和SBBR反应器(5)内还分别设有甲烷气体在线监测仪(8)和水质在线监测仪(9)，所述甲烷气体在线监测仪(8)和水质在线监测仪(9)均连接至所述PLC可编程控制器(6)，在SBBR反应器(5)内设有填料(51)，SBBR反应器(5)底部设有曝气头(52)，所述曝气头(52)连接至曝气泵(54)，所述曝气泵(54)上设有曝气控制装置(55)，所述曝气控制装置(55)连接至所述PLC可编程控制器(6)。
2.根据权利要求1所述的一种实现污水处理过程中能量回收并提高脱氮效果的装置，其特征在于，在所述水管A上设有水泵一(71)，水泵一(71)上连接有定时器(19)，在水管C上设有水泵二(72)，在水管E上设有水泵三(73)，在水管F上设有水泵四(74)，所述定时器(19)、水泵二(72)、水泵三(73)、水泵四(74)均连接至所述PLC可编程控制器(6)。
3.根据权利要求1所述的一种实现污水处理过程中能量回收并提高脱氮效果的装置，其特征在于，在所述AMBBR反应器(3)内设有温度传感器一(37)，在所述保温装置(31)内设有温度传感器二(38)。
4.根据权利要求1所述的一种实现污水处理过程中能量回收并提高脱氮效果的装置，其特征在于，所述AMBBR反应器(3)内填充的悬浮填料是由高分子聚合物制成的有机高分子生物填料，所述高分子聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯中的任意几种。
5.根据权利要求1所述的一种实现污水处理过程中能量回收并提高脱氮效果的装置，其特征在于，所述AMBBR反应器(3)内填充的悬浮填料是由聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯中的任意几种材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种实现污水处理过程中能量回收并提高脱氮效果的装置，其特征在于，在所述中间水箱(2)内设有温度、压力控制器。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种实现污水处理过程中能量回收并提高脱氮效果的装置进行污水处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：待处理污水首先通过水管A进入一级过滤分离装置(1)进行初步过滤分离，去除固体颗粒物及悬浮物，过滤分离后的污水再由水管B引入中间水箱(2)，调节其pH值为7.4～7.8，然后再由水管C和水泵二(72)泵入至AMBBR反应器(3);
S2：AMBBR反应器(3)内填充悬浮填料，悬浮填料的填充比为30%～38%，使反应器内生物量维持在0.2～0.35g VSS/g COD，进行生物处理，水力停留时间为15～20h，搅拌器二(33)的搅拌速率为600～800r/min;并使产出的甲烷气体经过蛇形干燥管(35)干燥后进入甲烷收集装置(36)储存，部分甲烷由气体输送管道输送至加热装置(32)内，由甲烷燃烧产生热量使保温装置(31)内的导热管升温，从而维持AMBBR反应器(3)的温度，气体输送管道上设有流量控制器(39)，同时通过温度传感器一(37)和温度传感器二(38)实时监测温度变化，并将温度数据传输至PLC可编程控制器(6)，再由PLC可编程控制器(6)控制流量控制器(39)，以调节甲烷气体的流量，从而控制加热装置(32)的产热量，进而控制AMBBR反应器(3)的温度在保持在32±1℃;
S3：AMBBR反应器(3)的出水通过水管D进入二级过滤分离装置(4)，由过滤分离介质(41)对污水进行再次过滤分离，通过过滤分离介质(41)的低浓度污水进入右侧水箱(43)，未通过过滤分离介质(41)的高浓度污水停留在左侧水箱(42)内，左侧水箱(42)内的污水经由水泵三(73)和水管E返回至AMBBR反应器(3)进行再循环处理，右侧水箱(43)内的污水通过水管F和水泵四(74)泵入至SBBR反应器(5);
S4：SBBR反应器(5)内填充填料(51)，填充比为26%～30%，使用曝气头(52)和曝气泵(54)进行曝气，由PLC可编程控制器(6)控制曝气控制装置(55)的工作，使曝气泵(54)进行间歇曝气，缺氧-好氧交替运行，曝气期间的空气流量为1.0～1.2L/min，温度控制在27±1℃，水力停留时间为4～5h，在缺氧阶段进行分段进水，最终处理完成的水由水管G排出。
说明书
一种实现污水处理过程中能量回收并提高脱氮效果的装置
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体是涉及一种实现污水处理过程中能量回收并提高脱氮效果的装置。
背景技术
传统的污水集中处理模式侧重强调处理而忽视资源回收，不仅能耗大，运行费用高，而且造成了资源的巨大浪费。近年来污水中氮、磷以及处理过程产生的甲烷等能源物质的回收利用，成为研究热点。
移动床生物膜反应器(moving bed biofilm reactor,MBBR)是一种介于活性污泥法和固定生物膜法之间的新型反应器，具有应用灵活、无需反冲洗和污泥回流、处理能力强、运行稳定、操作简单等特点。厌氧移动床生物膜反应器(anaerobic moving bedbiofilm reactor,AMBBR)无需氧气作为电子受体，节约曝气量，进而降低能量消耗;产生的剩余污泥量少，降低后续处理工艺所消耗的能量;产生的甲烷可通过适当的方法进行回收，进而加以利用。
“十三五”期间，氮的排放管控日趋严格，污水处理工艺朝着低能耗深度脱氮方向发展。序批式活性污泥反应器(sequencing batch reactor,SBR)以其简单的结构和灵活的运行方式在污水脱氮领域受到广泛的重视和研究。中国专利“一种城镇污水高标准除磷脱氮方法”(申请号201610175142.0)公开了利用SBR高标准脱氮的方法，但该SBR运行工况为进水-厌氧-好氧-缺氧-后好氧-沉淀-排水，操作较为复杂，实际过程中运行不便。序批式生物膜反应器(sequencing batch biofilm reactor,SBBR)是在SBR的基础上增加填料开发出来的一种新型生物膜反应器，综合了活性污泥法和固定生物膜法两种方法的优势，可以显著地提高污水的脱氮效果，且操作简单，运行成本较低。
发明内容
本发明的目的在于应对目前污水处理能量消耗大、运行费用高、高标准氨氮排放等技术难题，提供一种实现污水处理过程中能量回收并提高脱氮效果的方法及装置。
本发明的技术方案是：一种实现污水处理过程中能量回收并提高脱氮效果的装置，包括一级过滤分离装置、中间水箱、AMBBR反应器、二级过滤分离装置、SBBR反应器、PLC可编程控制器，所述一级过滤分离装置通过水管A连接至原水箱，一级过滤分离装置的出水口通过水管B连接至所述中间水箱，再由水管C将中间水箱内的污水引至所述AMBBR反应器，污水经AMBBR反应器处理后再由水管D引至所述二级过滤分离装置，二级过滤分离装置内设有过滤分离介质，过滤分离后的低浓度污水进入右侧水箱内并通过水管F引至所述SBBR反应器，经二级过滤分离装置过滤分离后的高浓度污水停留在左侧水箱内并通过水管D返回至AMBBR反应器进行循环再处理，进入SBBR反应器的污水进过处理后由排水管G排出，在AMBBR反应器的上端设有甲烷收集装置和蛇形干燥管，在AMBBR反应器的下半部分的外周设有保温装置，所述保温装置内设有导热管，所述导热管下面连接有一个加热装置，所述甲烷收集装置内的甲烷气体通过气体输送管道送至所述加热装置，在AMBBR反应器内还设有搅拌器二，底部还设有排泥口一，AMBBR反应器内填充有悬浮填料，AMBBR反应器和SBBR反应器内还分别设有甲烷气体在线监测仪和水质在线监测仪，所述甲烷气体在线监测仪和水质在线监测仪均连接至所述PLC可编程控制器，在SBBR反应器内设有填料，SBBR反应器底部设有曝气头，所述曝气头连接至曝气泵，所述曝气泵上设有曝气控制装置，所述曝气控制装置连接至所述PLC可编程控制器。
进一步地，在上述方案中，在所述水管A上设有水泵一，水泵一上连接有定时器，在水管C上设有水泵二，在水管E上设有水泵三，在水管F上设有水泵四，所述定时器、水泵二、水泵三、水泵四均连接至所述PLC可编程控制器。
进一步地，在上述方案中，在所述AMBBR反应器内设有温度传感器一，在所述保温装置内设有温度传感器二。
进一步地，在上述方案中，所述AMBBR反应器内填充的悬浮填料是由高分子聚合物制成的有机高分子生物填料，所述高分子聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯中的任意几种。
进一步地，在上述方案中，在所述中间水箱内设有温度、压力控制器。
进一步地，在上述方案中，所述一级过滤分离装置包括外壳体、内部过滤介质、搅拌器一、进水口、出水口，所述内部过滤介质为圆桶状，设在所述外壳体的内部中间位置，内部过滤介质的上端口与外壳体上端面相接，内部过滤介质的下端口呈倒锥体形，在所述倒锥体的上端口处设有开关阀门，在倒锥体的底部设有排污口，所述进水口位于内部过滤介质的上端口处，所述搅拌器一位于内部过滤介质内，搅拌器一下部设有搅拌头，所述出水口位于外壳体底部。
在水管A上设有水泵一，所述水泵一通过定时器连接至所述PLC可编程控制器。通过PLC可编程控制器控制所述定时器的工作，由定时器控制一级过滤分离装置的进水，一级过滤分离装置为分段式过滤分离处理，先关闭开关阀门，向内部过滤介质内注水，经过内部过滤介质过滤后的污水流进外壳体内，并从出水口排出流入中间水箱，当内部过滤介质内积满污物后，停止进水，打开开关阀门将污物从排污口排出，然后再关闭开关阀门，向内部过滤介质内注水，如此反复。
本发明还提供了一种实现污水处理过程中能量回收并提高脱氮效果的装置进行污水处理的方法，包括以下步骤：
S1：待处理污水首先通过水管A进入一级过滤分离装置进行初步过滤分离，去除固体颗粒物及悬浮物，过滤分离后的污水再由水管B引入中间水箱，调节其pH值为7.4～7.8，然后再由水管C和水泵二泵入至AMBBR反应器;
S2：AMBBR反应器内填充悬浮填料，悬浮填料的填充比为30%～38%，使反应器内生物量维持在0.2～0.35g VSS/g COD，进行生物处理，水力停留时间为15～20h，搅拌器二的搅拌速率为600～800r/min;并使产出的甲烷气体经过蛇形干燥管干燥后进入甲烷收集装置储存，部分甲烷由气体输送管道输送至加热装置内，由甲烷燃烧产生热量使保温装置内的导热管升温，从而维持AMBBR反应器的温度，气体输送管道上设有流量控制器，同时通过温度传感器一和温度传感器二实时监测温度变化，并将温度数据传输至PLC可编程控制器，再由PLC可编程控制器控制流量控制器，以调节甲烷气体的流量，从而控制加热装置的产热量，进而控制AMBBR反应器的温度在保持在32±1℃;
S3：AMBBR反应器的出水通过水管D进入二级过滤分离装置，由过滤分离介质对污水进行再次过滤分离，通过过滤分离介质的低浓度污水进入右侧水箱，未通过过滤分离介质的高浓度污水停留在左侧水箱内，左侧水箱内的污水经由水泵三和水管E返回至AMBBR反应器进行再循环处理，右侧水箱内的污水通过水管F和水泵四泵入至SBBR反应器;
S4：SBBR反应器内填充填料，填充比为26%～30%，使用曝气头和曝气泵进行曝气，由PLC可编程控制器控制曝气控制装置的工作，使曝气泵进行间歇曝气，缺氧-好氧交替运行，曝气期间的空气流量为1.0～1.2L/min，温度控制在27±1℃，水力停留时间为4～5h，在缺氧阶段进行分段进水，最终处理完成的水由水管G排出。
本发明的有益效果是：
本发明创新地采用厌氧移动床生物膜反应器AMBBR与序批式生物膜反应器SBBR结合工艺，通过AMBBR将污水中的有机物转化成甲烷，同时利用SBBR实现氨氮的高效去除。AMBBR反应器无需氧气作为电子受体，降低能量消耗，同时产生的甲烷可通过适当的方法进行回收，能量产生率高;SBBR反应器综合了活性污泥法和固定生物膜法两种方法的优势，可以显著地提高污水的脱氮效果，脱氮效率可达90%，且操作简单，运行成本较低;与传统活性污泥法相比，本发明剩余污泥产量可以减少75%左右，本发明提出的装置和方法具有良好的应用前景。