申请日2019.01.10
公开(公告)日2019.03.12
IPC分类号C02F9/14; C02F101/20; C02F101/16
摘要
本发明提供了一种高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置及调控方法，涉及污水生物处理的技术领域，该高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置，包括曝气池、混凝池、第一沉淀池、异养反硝化池、第二沉淀池、自养生物脱氮池和PLC控制器;沿原水流通方向所述曝气池、所述混凝池、所述第一沉淀池、所述异养反硝化池、所述第二沉淀池和所述自养生物脱氮池顺次连通，且相邻反应池通过孔隙连通，解决了现有技术中存在的厌氧消化污泥脱水液中有机物对自养脱氮生物含量和活性的影响、污水中的铁元素浓度较高和利用不充分、自养生物脱氮污泥浓度低、自养生物脱氮工艺的运行成本高、自养生物脱氮装置运行不稳定和出水总氮的指标偏高的技术问题。
权利要求书
1.一种高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置，其特征在于，包括：曝气池(1)、混凝池(2)、第一沉淀池(3)、异养反硝化池(4)、第二沉淀池(5)、自养生物脱氮池(6)和PLC控制器(69);
沿原水流通方向所述曝气池(1)、所述混凝池(2)、所述第一沉淀池(3)、所述异养反硝化池(4)、所述第二沉淀池(5)和所述自养生物脱氮池(6)顺次连通，且相邻反应池通过孔隙连通;
输送营养物质的营养物质进料管道(411)与出水回流管道(412)连接之后通过出水回流管(47)与所述异养反硝化池(4)连接;
所述自养生物脱氮池(6)内设有自养生物脱氮池组合式在线检测仪(61)，且所述自养生物脱氮池组合式在线检测仪(61)通过管线与所述PLC控制器(69)连接。
2.根据权利要求1所述的高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置，其特征在于，所述曝气池(1)通过管道分别与进水泵(11)，碱液添加泵(15)连接，所述曝气池(1)通过溢流孔(12)与所述混凝池(2)连接;所述曝气池(1)底部设有曝气装置(13)，所述曝气装置(13)通过管道与曝气池流量计(612)连接，所述曝气池流量计(612)通过管道与曝气池鼓风机(611)连接，所述曝气池鼓风机(611)通过管线与所述PLC控制器(69)连接;
所述曝气装置(13)在所述曝气池(1)中将所述原水中的二价铁离子氧化成三价铁离子以减少所述混凝池(2)中的混凝剂用量。
3.根据权利要求2所述的高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置，其特征在于，所述混凝池(2)通过管道与混凝剂添加泵(22)连接，所述混凝池(2)的搅拌电机(21)通过搅拌桨(24)与搅拌装置(25)连接，斜向设置的导流板(36)和沉淀池底板(35)之间形成缝隙，以使所述混凝池(2)与第一沉淀池(3)连接，所述混凝池(2)还设有混凝池组合式在线检测仪(23)并与所述PLC控制器(69)连接。
4.根据权利要求3所述的高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置，其特征在于，所述第一沉淀池(3)通过溢流孔(31)与所述异养反硝化池(4)连接，所述第一沉淀池(3)底部设有排泥管(32)。
5.根据权利要求4所述的高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置，其特征在于，在所述异养反硝化池(4)通过溢流孔(31)与所述第一沉淀池(3)连接，所述异养反硝化池(4)的内部设有竖向导流板(48)，所述竖向导流板(48)一侧为异养反硝化池升流区(41)，另一侧为异养反硝化池降流区(42);
斜向设置的导流板(56)和沉淀池底板(55)之间形成缝隙，以使所述异养反硝化池(4)与第二沉淀池(5)连接;
在异养反硝化池(4)的底部设有搅拌装置(46)并通过搅拌桨(49)与搅拌电机(43)连接，加热装置(45)设在异养反硝化池升流区(41)液面以下并与所述PLC控制器(69)连接;所述异养反硝化池(4)还设有异养反硝化池组合式在线检测仪(44)并与所述PLC控制器(69)连接。
6.根据权利要求5所述的高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置，其特征在于，所述第二沉淀池(5)通过上部的溢流孔(51)与所述自养生物脱氮池(6)连接，所述第二沉淀池(5)底部设有排泥管(52)。
7.根据权利要求6所述的高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置，其特征在于，所述自养生物脱氮池(6)通过溢流孔(51)与所述第二沉淀池(5)连接，所述自养生物脱氮池(6)的内部设有竖向导流板(68)，竖向导流板(68)将自养生物脱氮池(6)分为自养生物脱氮池升流区(63)和自养生物脱氮池降流区(62);自养生物脱氮池降流区(62)中填充有固定生物载体(64);自养生物脱氮池(6)的底部设有曝气装置(67)，曝气装置(67)通过管道与自养生物脱氮池流量计(613)连接，之后再与自养生物脱氮池鼓风机(610)连接，自养生物脱氮池鼓风机(610)通过管线与所述PLC控制器(69)连接;自养生物脱氮池(6)还设有自养生物脱氮池组合式在线检测仪(61)通过管线与所述PLC控制器(69)连接;同时自养生物脱氮池(6)还设有平板膜过滤装置(65)，所述平板膜过滤装置(65)与平板膜过滤装置出水管(615)连接;出水回流管道(412)在所述自养生物脱氮池(6)外面与平板膜过滤装置出水管(615)连接后再与出水回流泵(614)连接。
8.根据权利要求7所述的高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置，其特征在于，所述固定生物载体(64)尺寸为直径×高×壁厚=D×H×W=1-10cm×1-10cm×2-5mm，所述固定生物载体(64)投加率的体积比为40-60%。
9.根据权利要求8所述的高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置，其特征在于，在所述第一沉淀池(3)和所述第二沉淀池(5)的底部均设置有截流装置(53);在所述截流装置(53)的底部设置有导流板(56);
在所述第一沉淀池(3)内的所述截流装置(33)一端与所述导流板(34)连接，另外一端与所述混凝池(2)的侧壁连接;
在所述第二沉淀池(5)内的所述截流装置(53)一端与所述导流板(54)连接，另外一端与所述异养反硝化池(4)的侧壁连接。
10.一种调控方法，包括：权利要求1-9任一项所述的高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置;
通过异养反硝化池组合式在线检测仪(44)检测异养反硝化池(4)中的温度、硝酸盐氮浓度、pH和氨氮浓度等参数;通过自养生物脱氮池组合式在线检测仪(61)检测自养生物脱氮池(6)中的温度、溶解氧浓度、硝酸盐氮浓度、pH和氨氮浓度参数，PLC控制器(69)中的数据分析模块对来自自养生物脱氮池组合式在线检测仪(61)和异养反硝化池组合式在线检测仪(44)的数据进行分析，得到自养生物脱氮池(6)中的硝酸盐氮浓度与进水氨氮浓度的比值、自养生物脱氮池(6)出水中的氨氮浓度、亚硝酸盐氮浓度和硝酸盐氮浓度，异养反硝化池(4)和自养生物脱氮池(6)中的温度，这些参数通过与PLC控制器(69)中的数据分析模块中的预设参数进行比对，当这些参数的变化超过预设参数时，PLC控制器(69)中的预警模块发出警告，并对自养生物脱氮池(6)进行调整。
说明书
高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置及调控方法
技术领域
本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其是涉及一种高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置及调控方法。
背景技术
随着日益发展的工农业、迅速集中的城市人口和不断提高的居民生活水平，从而产生了大量的污水，为了处理污水从而建造了大量的污水厂去处理这些污水，但是在处理这些污水的同时会产生大量的污泥。城镇污水处理厂污泥厌氧消化是污泥处理处置的重要环节，高含固污泥(消化池进泥含固率在10%左右)厌氧消化技术是目前正在推广的技术之一，为了污泥运输方便，国家规定城镇污水处理厂污泥出厂时含水率至少要小于80%，为此污泥在出厂前通常都需要脱水，从而产生大量厌氧消化污泥脱水液，但是高含固污泥在进行厌氧消化时，其总氮不仅不会得到去除，同时还会因为有机氮的释放，增加厌氧消化污泥脱水液中的氨氮，由于氨氮浓度的增加，从而导致碳氮比较小(通常小于2)，低碳氮比的厌氧消化污泥脱水液如果回流到污水处理厂污水处理线前端进行处理，将会增加15%～25%的进水氨氮负荷，影响污水厂的出水水质，同时需要添加碳源，从而增加处理成本。厌氧消化污泥脱水液如果直接排入到水体环境，会导致水体氮素污染。
此外，为了提高污泥的脱水性能，很多污水厂需要在活性污泥中添加混凝剂来提高污泥的脱水性能，污水厂常用氯化铁作为混凝剂进行对污泥进行脱水。受氯化铁生产工艺的影响，有时候氯化铁混凝剂中会含有较高含量的亚铁离子，当添加较多的该混凝剂时，会导致厌氧消化污泥脱水液中的二价铁的浓度比较高。此外，高浓度的三价铁元素会消耗厌氧消化污泥脱水液中的碱度和磷元素，从而导致厌氧消化污泥脱水液中的碱度和磷元素缺乏，从而增加厌氧消化污泥脱水液处理的困难。最后，在厌氧消化污泥脱水液进入自养生物脱氮单元之前，如果厌氧消化污泥脱水液中的二价铁离子未被有效去除，则二价铁可能会由于自养生物脱氮单元中的曝气生成三价铁，进而在自养生物脱氮单元中生成三价铁沉淀，最终导致自养生物脱氮单元中污泥活性降低甚至失活，从而导致整个系统的失败;同时铁元素是重要的混凝剂，在污水处理中，充分利用污水中的铁元素对节省资源具有重要意义。
目前对于厌氧消化污泥脱水液多采用传统硝化-反硝化工艺进行脱氮处理，这种工艺存在能耗高的问题，尤其是对于低碳氮比的厌氧消化污泥脱水液还需要添加额外碳源，从而增加了污水处理厂处理费用。以短程硝化-厌氧氨氧化为核心的自养生物脱氮工艺与传统的硝化反硝化工艺相比，自养生物脱氮工艺无需外加碳源，耗氧量低，可显著降低运行费用;污泥产量少，避免二次污染，与好氧硝化/缺氧反硝化工艺相比具有节省碳源100%、降低曝气能耗60%和污泥产量低的优点。同时通过利用污水中铁元素的混凝作用，可同时去除铁元素和污水中悬浮物，从而减少混凝剂的投入，减少成本。
在现有的自养生物脱氮工艺中，现有的自养生物脱氮装置对自养生物脱氮污泥的富集效率不高，导致自养生物脱氮装置中的污泥浓度低，从而导致整个自养生物脱氮装置的处理效率低下，出水很难达到国家的水质控制标准;自养生物脱氮装置中要生成硝酸盐氮，根据自养生物脱氮的反应式，自养生物脱氮装置对废水中总氮的最高理论去除率只能达到88.7%，从而导致自养生物脱氮装置存在出水总氮浓度难于达标排放的问题;此外自养生物脱氮装置缺乏有效预警系统，导致自养生物脱氮装置在即将失稳时无法及时预警，严重影响自养生物脱氮装置稳定有效运行。
综上所述，目前对于高铁高固厌氧消化污泥脱水液采用自养生物脱氮技术处理时需要解决的主要问题包括：如何资源化去除厌氧消化污泥脱水液中的铁元素、如何解决自养生物脱氮装置中的自养生物脱氮污泥浓度低、如何保证自养生物脱氮装置稳定运行、如何避免自养生物脱氮装置出水中硝酸盐含量超标、如何减少自养生物脱氮工艺的运行成本。如何克服现有这些技术的缺陷，已成为了本技术领域需要研究和解决的课题。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置及调控方法，以缓解了现有技术中存在的厌氧消化污泥脱水液中有机物对自养脱氮生物含量和活性的影响、污水中的铁元素浓度较高和利用不充分、自养生物脱氮污泥浓度低、自养生物脱氮工艺的运行成本高、自养生物脱氮装置运行不稳定和出水总氮的指标偏高的技术问题。
第一方面，本发明提供的一种高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置，包括：曝气池、混凝池、第一沉淀池、异养反硝化池、第二沉淀池、自养生物脱氮池和PLC控制器;
沿原水流通方向所述曝气池、所述混凝池、所述第一沉淀池、所述异养反硝化池、所述第二沉淀池和所述自养生物脱氮池顺次连通，且相邻反应池通过孔隙连通;
输送营养物质的营养物质进料管道与出水回流管道连接之后通过出水回流管与所述异养反硝化池连接;
所述自养生物脱氮池内设有自养生物脱氮池组合式在线检测仪，且所述自养生物脱氮池组合式在线检测仪通过管线与所述PLC控制器连接。
进一步地，所述曝气池通过管道分别与进水泵，碱液添加泵连接，所述曝气池通过溢流孔与所述混凝池连接;所述曝气池底部设有曝气装置，所述曝气装置通过管道与曝气池流量计连接，所述曝气池流量计通过管道与曝气池鼓风机连接，所述曝气池鼓风机通过管线与所述PLC控制器连接;
所述曝气装置在所述曝气池中将所述原水中的二价铁离子氧化成三价铁离子以减少所述混凝池中的混凝剂用量。
进一步地，所述混凝池通过管道与混凝剂添加泵连接，所述混凝池的搅拌电机通过搅拌桨与搅拌装置连接，斜向设置的导流板和沉淀池底板之间形成缝隙，以使所述混凝池与第一沉淀池连接，所述混凝池还设有混凝池组合式在线检测仪并与所述PLC控制器连接。
进一步地，所述第一沉淀池通过溢流孔与所述异养反硝化池连接，所述第一沉淀池底部设有排泥管。
进一步地，在所述异养反硝化池通过溢流孔与所述第一沉淀池连接，所述异养反硝化池的内部设有竖向导流板，所述竖向导流板一侧为异养反硝化池升流区，另一侧为异养反硝化池降流区;
斜向设置的导流板和沉淀池底板之间形成缝隙，以使所述异养反硝化池与第二沉淀池连接;
在异养反硝化池的底部设有搅拌装置并通过搅拌桨与搅拌电机连接，加热装置设在异养反硝化池升流区液面以下并与所述PLC控制器连接;所述异养反硝化池还设有异养反硝化池组合式在线检测仪并与所述PLC控制器连接。
进一步地，所述第二沉淀池通过上部的溢流孔与所述自养生物脱氮池连接，所述第二沉淀池底部设有排泥管。
进一步地，所述自养生物脱氮池通过溢流孔与所述第二沉淀池连接，所述自养生物脱氮池的内部设有竖向导流板，竖向导流板将自养生物脱氮池分为自养生物脱氮池升流区和自养生物脱氮池降流区;自养生物脱氮池降流区中填充有固定生物载体;自养生物脱氮池的底部设有曝气装置，曝气装置通过管道与自养生物脱氮池流量计连接，之后再与自养生物脱氮池鼓风机连接，自养生物脱氮池鼓风机通过管线与所述PLC控制器连接;自养生物脱氮池还设有自养生物脱氮池组合式在线检测仪通过管线与所述PLC控制器连接;同时自养生物脱氮池还设有平板膜过滤装置，所述平板膜过滤装置与平板膜过滤装置出水管连接;出水回流管道在所述自养生物脱氮池外面与平板膜过滤装置出水管连接后再与出水回流泵连接。
进一步地，所述固定生物载体尺寸为直径×高×壁厚=D×H×W=1-10cm×1-10cm×2-5mm，所述固定生物载体投加率的体积比为40-60%。
进一步地，在所述第一沉淀池和所述第二沉淀池的底部均设置有截流装置;在所述截流装置的底部设置有导流板;
在所述第一沉淀池内的所述截流装置一端与所述导流板连接，另外一端与所述混凝池的侧壁连接;
在所述第二沉淀池内的所述截流装置一端与所述导流板连接，另外一端与所述异养反硝化池的侧壁连接。
第二方面，本发明提供的一种调控方法，包括：第一方面任一项所述的高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置;
通过异养反硝化池组合式在线检测仪检测异养反硝化池中的温度、硝酸盐氮浓度、pH和氨氮浓度等参数;通过自养生物脱氮池组合式在线检测仪检测自养生物脱氮池中的温度、溶解氧浓度、硝酸盐氮浓度、pH和氨氮浓度参数，PLC控制器中的数据分析模块对来自自养生物脱氮池组合式在线检测仪和异养反硝化池组合式在线检测仪的数据进行分析，得到自养生物脱氮池中的硝酸盐氮浓度与进水氨氮浓度的比值、自养生物脱氮池出水中的氨氮浓度、亚硝酸盐氮浓度和硝酸盐氮浓度，异养反硝化池和自养生物脱氮池中的温度，这些参数通过与PLC控制器中的数据分析模块中的预设参数进行比对，当这些参数的变化超过预设参数时，PLC控制器中的预警模块发出警告，并对自养生物脱氮池进行调整。
本发明提供的高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置及调控方法，至少具有以下优点：
本发明提供的高铁高固污泥消化脱水液自养生物脱氮组合装置，在曝气池中，通过曝气作用去除95%以上的二价铁。在混凝池和第一沉淀池中，主要是去除铁元素和悬浮物。混凝池和第一沉淀池中可以去除95%-99%的铁离子和去除95%以上的悬浮物，同时去除30%-40%的有机物，出水悬浮物浓度≤50mg/L。利用曝气除二价铁产生的三价铁作为混凝剂进行混凝处理，可节省40%-60%混凝剂的费用。在异养反硝化池中的作用是去除硝酸盐氮和有机物。在异养反硝化池中，在异养反硝化细菌的作用下，利用进水中的有机物和回流出水中的硝酸盐氮进行反硝化，把硝酸盐氮变成氮气，同时去除进水中的有机物，从而减少了自养生物脱氮工艺中的有机物。通过异养反硝化池去除异养反硝化池进水中85%以上的有机物，同时去除90%以上自养生物脱氮池产生的硝酸盐氮。通过沉淀池的沉淀作用和沉淀污泥的回流，异养反硝化池中的污泥浓度保持在7000-10000mg/L。在自养生物脱氮池中，通过在自养生物脱氮池中添加悬浮生物载体，采用固定生物载体，利用固定生物载体可以为微生物提供一个空间差，从而给不同功能的自养脱氮微生物分别提供各自适合的生态位：短程硝化菌在载体的外部的好氧区生长，厌氧氨氧化菌在载体里面的缺氧区内生长。在外部的短程硝化菌利用水体中的溶解氧把进水中的约50%的氨氮氧化成亚硝酸盐氮，之后在载体内部的厌氧氨氧化菌利用短程硝化菌产生的亚硝酸盐氮和剩下的氨氮进行作用生成氮气，从而把污水中的氨氮去除。同时在固定生物载体和平板膜过滤装置的作用下，可以在3-5个月内对自养生物脱氮污泥进行富集，并且在自养生物脱氮池中的自养生物脱氮污泥浓度保持在15000-20000mg/L;自养生物脱氮池的总氮处理负荷达到2.7-7.2kg/(m3·d)，进水中的氨氮的去除率达到98%以上。在所述自养生物脱氮池中，通过控制自养生物脱氮池中的溶解氧在0.3-1mg/L、温度在30-35℃、出水回流比1-10、出水氨氮小于10mg/L、自养生物脱氮池中的硝酸盐氮浓度和进水氨氮浓度的比值低于0.12、出水亚硝酸盐氮和氨氮小于10mg/L，当以上参数超过变化范围时，PLC控制器发出警告，从而对自养生物脱氮池进行预警，进而对这些参数进行调控，控制这些参数在控制范围内，从而保证自养生物脱氮池的稳定运行，保证处理后出水水质达到国家相关排放标准。