申请日20200303
公开(公告)日20200612
IPC分类号C02F3/30; C02F101/16; C02F101/38
摘要
本发明公开了一种有机氮工业废水高效生物处理系统及其工艺，属于污水处理技术领域，所述系统包括依次串联的复合式水解酸化池、上流式厌氧污泥床过滤器、低压电强化生物反应池和二沉池。复合式水解酸化池底部设有多点式布水器、潜水泵和排泥装置，中部设有悬挂式软性填料，顶部设有汇水槽和导流管;上流式厌氧污泥床过滤器底部设有多点式布水系统和排泥装置，顶部设有气体收集装置和溢流堰，池内上部设有带孔隔板和组合式填料。低压电强化生物反应池包括A1段、O1段、A2段、O2段，A2段和O2段设有低压电强化装置。本发明的系统和工艺具有运行稳定、脱氮率高等优点，对解决有机氮工业废水出水水质问题具有现实意义。
权利要求书
1.一种有机氮工业废水高效生物处理系统，其特征在于，包括依次串联的复合式水解酸化池(1)、上流式厌氧污泥床过滤器(2)、低压电强化生物反应池(3)和二沉池(4)，
所述复合式水解酸化池(1)底部设有多点式布水系统一(11)、潜水泵(12)和排泥装置一(13)，中部设有悬挂有软性填料(15)的填料支架(115)，顶部设有带有三角堰(114)的汇水槽(16)，所述汇水槽(16)上设有连接至所述上流式厌氧污泥床过滤器(2)的导流管一(17)，
所述上流式厌氧污泥床过滤器(2)内底部设有多点式布水系统二(21)和排泥装置二(23)，中部通过带孔隔板(22)固定有组合式填料(25)，顶部设有气体收集装置(26)和溢流槽(27)，所述溢流槽(27)内设有溢流堰(214)，溢流槽(27)2-14通过导流管二(215)连接至所述低压电强化生物反应池(3);
所述低压电强化生物反应池(3)为合建式，包括A1段(319)、O1段(320)、A2段(321)、O2段(322)，每段间通过隔墙(31)隔开，隔墙(31)中部开有出水孔(32)以维持过水断面，所述A1段(319)前端上部设有进水口(33)与导流管二(215)相连，A1段(319)底部设有污泥回流管(34);O1段(320)和O2段(322)内均设有多组低压电强化装置(35)，且底部设有曝气装置(36)，O2段(322)的中部还设有连接至A1段(319)的内回流管(37)，以及连接至所述二沉池(4)的出水管(38)。
2.如权利要求1所述的一种有机氮工业废水高效生物处理系统，其特征在于，所述低压电强化装置(35)包括铁丝网阳极板(39)、碳纤维刷阴极棒(310)、箱形支撑框(311)和外部电路(312)，所述箱型支撑框3-11为绝缘材料，箱型支撑框3-11包括框架(313)，所述框架(313)的前后侧面设有多孔板结构的前支撑板(314)、后支撑板(315)，所述前支撑板(314)、后支撑板(315)与箱型支撑框3-11底部形成内部空腔(317)，用于固定所述铁丝网阳极板(39)，在前支撑板(314)、后支撑板(315)的顶部横向连接有两个顶端孔板(316)，所述顶端孔板(316)上设有多个贯通孔(318)，用于垂直插入所述碳纤维刷阴极棒(310)，每组低压电强化装置(35)通过钛丝串联多个碳纤维刷阴极棒(310)，并与铁丝网阳极板(39)、外部电路(312)形成回路。
3.如权利要求2所述的一种有机氮工业废水高效生物处理系统，其特征在于，所述铁丝网阳极板(39)与碳纤维刷阴极棒(310)垂直相对，每组低压电强化装置(35)中铁丝网阳极板(39)板3-9的面积与碳纤维刷阴极棒(310)的截面积比为3:1-5:1;铁丝网阳极板(39)与碳纤维刷阴极棒(310)的距离为120mm-180mm;所述外部电路(312)电流为直流电，电压大小为4V-6V。
4.如权利要求1所述的一种有机氮工业废水高效生物处理系统，其特征在于，所述所述A1段(319)容积占比A1段(319)与O1段(320)总容积的35%-55%;所述A2段(321)容积占比A2段(321)与O2段(322)总容积的55%-65%。
5.如权利要求1所述的一种有机氮工业废水高效生物处理系统，其特征在于，所述软性填料(15)为长方形布状软性聚丙烯纤维材料，总宽为15mm-30mm，毛圈区宽为10mm-25mm，比表面积为120m3/g-180m3/g。
6.如权利要求1所述的一种有机氮工业废水高效生物处理系统，其特征在于，所述带孔隔板(22)的孔洞总面积为孔板面积的45%-60%;所述组合式填料(25)由塑料弹性圆环内圈与醛化纤维束外圈组成，比表面积为260m2/m3-320m2/m3，圆环外径为10mm-15mm，片距为45mm-65mm，束间距离为35mm-50mm。
7.一种基于权利要求1-6所述处理系统的有机氮工业废水高效生物处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将有机氮工业废水经格栅处理，所述有机氮工业废水的水质特征包括总氮浓度为250mg/L-2000mg/L，COD浓度为2000mg/L-20000mg/L，pH为5.0-9.0;由多点式布水系统一(11)控制进入复合式水解酸化池(1)，控制池中pH为5.0-9.0，水力停留时间为8h-12h，污泥浓度为3.5g/L-8.0g/L，污泥停留时间为15d-20d;通过池中的潜水泵(12)使污泥与废水充分接触，污泥区中的水解菌和产酸菌提高废水的可生化性，再经软性填料(15)上的生物膜进一步降解废水，并截留微生物和悬浮颗粒，上清液至汇水槽(16)收集后经导流管一(17)流出;
步骤二：由所述导流管一(17)流出的废水经多点式布水系统二(21)控制进入上流式厌氧污泥床过滤器(2)，控制pH为6.5-8.0，水力停留时间为6h-10h，控制池中污泥浓度为12g/L-30g/L，污泥停留时间为15d-20d;填料区的组合式填料(25)可截留由废水冲出的微生物和悬浮颗粒;出水的沼气经过气体收集装置(26)收集;处理后的废水由溢流槽(27)收集后经导流管二(215)流出;
步骤三：由导流管二(215)流出的废水经进水口(33)进入低压电强化生物反应池(3)的A1段(319)，同时O2段(322)泥水混合液经内回流管(37)回流至A1段(319)，内回流比为200%-400%;控制(3)低压电强化生物反应池污泥浓度为3.5g/L-4.5g/L，污泥停留时间为15d-20d;控制A1段(319)与A2段(321)水力停留时间为8h-12h，溶解氧浓度为0.2mg/L-0.5mg/L;控制O1段(320)与O2段(322)水力停留时间为6h-10h，溶解氧浓度为2.5mg/L-4.0mg/L;水流在A1段(319)和A2段(321)，在缺氧条件下，反硝化菌进行反硝化反应;在A2段(321)和O2段(322)的低压电强化装置(35)中，铁丝网阳极板(39)产生的亚铁离子与碳纤维刷阴极棒(310)产生的氢气作为反硝化反应中的电子供体从而提高反硝化效率，O1段(320)和O2段(322)的污泥区中在好氧条件下发生硝化反应;处理后的废水由O2段(322)后端池壁上部出水管(38)进入二沉池(4)实现泥水分离，得到最终出水;二沉池(4)中污泥回流至低压电强化生物反应池(3)的A1段(319)，污泥回流比为50%-100%，另一部分通过排泥管排出。
说明书
一种有机氮工业废水高效生物处理系统及其工艺
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种有机氮工业废水高效生物处理系统及其工艺。
背景技术
有机氮工业废水源于制革、染料、橡胶、石油等行业，组成成分复杂、污染物种类繁多、难降解、有毒、有机污染物浓度高、氮碳比高、可生化性差、色度深、水质差异大且排放量大，是一种较难处理的工业废水。有机氮工业废水中的氮主要以有机氮的形式存在，有机氮工业废水中的高比重有机氮污染物的降解及后续无机氮的去除是有机氮工业废水处理的重难点。我国对处理后废水排放的要求日益严格，因此，急需提高有机氮工业废水处理工艺的处理效率、增加处理工艺的稳定性和保证处理工艺的经济性。
目前有机氮工业废水处理以“厌氧法+好氧法生物工艺”为主体工艺，被广泛应用于有机氮工业废水处理的工程实践中。其处理原理为，厌氧法预先去除有机氮工业废水中的颗粒态物质、降解部分难降解有机氮污染物、分解部分难溶性有机氮、提高有机氮废水的可生化性，之后经过好氧法降解绝大部分有机物、去除总氮，完成有机氮工业废水的处理过程。该工艺流程简单、操作方便，但由于有机氮工业废水水质和水量变化大，导致该工艺难以达到稳定运行效果、废水处理效率低。国内外学者对有机氮工业废水处理工艺的优化展开了大量研究，多种新工艺、新工艺组合得到了应用。
中国专利申请号201510640083.5，公开了一种有机氮废水的生物脱氮工艺，将有机氮废水预处理后依次经过有异养菌的厌氧流化床、双层微生物膜的反应罐，该方法虽然可以提高废水可生化性、实现有机氮去除，但是，该方法使用的双层微生物膜反应罐中的生物膜微生物系统易崩溃、稳定性差，导致实际处理效果不佳、实际运行成本过高、总氮去除率低。因此，有机氮工业废水中有机氮及后续无机氮高效稳定的去除是限制污水厂出水达标排放及回用的重要因素。
发明内容
本发明的目的是要解决在现有有机氮工业废水处理工艺中，存在的工艺运行效果不稳定、有机氮降解效果差、无机氮去除效率低、经济性不佳的问题，进而提供一种有机氮工业废水高效生物处理系统及其工艺。
本发明的技术方案为：一种有机氮工业废水高效生物处理系统，包括依次串联的复合式水解酸化池、上流式厌氧污泥床过滤器、低压电强化生物反应池和二沉池，
复合式水解酸化池底部设有多点式布水系统一、潜水泵和排泥装置一，中部设有悬挂有软性填料的填料支架，顶部设有带有三角堰的汇水槽，堰上水头为30mm-50mm，水位在三角堰齿1/3-1/2处，出水堰口负荷为0.87L/(s·m)-1.70L/(s·m);汇水槽上设有连接至上流式厌氧污泥床过滤器的导流管一，
上流式厌氧污泥床过滤器内底部设有多点式布水系统二和排泥装置二，中部通过带孔隔板固定有组合式填料，顶部设有气体收集装置和溢流槽，溢流槽内设有溢流堰，溢流槽2-14通过导流管二连接至低压电强化生物反应池;
低压电强化生物反应池为合建式，包括A1段、O1段、A2段、O2段，每段间通过隔墙隔开，隔墙中部开有出水孔以维持过水断面，A1段前端上部设有进水口与导流管二相连，A1段底部设有污泥回流管;O1段和O2段内均设有多组低压电强化装置，且底部设有曝气装置，O2段的中部还设有连接至A1段的内回流管，以及连接至二沉池的出水管。二沉池为斜管沉淀池，顶部设有进水管，内部设有斜管装置，底部设有排泥管。
进一步地，低压电强化装置包括铁丝网阳极板、碳纤维刷阴极棒、箱形支撑框和外部电路，箱型支撑框3-11为绝缘材料，箱型支撑框3-11包括框架，框架的前后侧面设有多孔板结构的前支撑板、后支撑板，多孔板结构的孔径为3mm-6mm，前支撑板、后支撑板隔绝阴极与阳极，通过开孔维持铁丝网阳极板区与碳纤维刷阴极棒区的水质均一。前支撑板、后支撑板与箱型支撑框3-11底部形成内部空腔，用于固定铁丝网阳极板，在前支撑板、后支撑板的顶部横向连接有两个顶端孔板，顶端孔板上设有多个贯通孔，用于垂直插入碳纤维刷阴极棒，每组低压电强化装置通过钛丝串联多个碳纤维刷阴极棒，并与铁丝网阳极板、外部电路形成回路。
更进一步地，铁丝网阳极板与碳纤维刷阴极棒垂直相对，每组低压电强化装置中铁丝网阳极板板3-9的面积与碳纤维刷阴极棒的截面积比为3:1-5:1;铁丝网阳极板与碳纤维刷阴极棒的距离为120mm-180mm;外部电路电流为直流电，电压大小为4V-6V。
进一步地，A1段容积占比A1段与O1段总容积的35%-55%;A2段容积占比A2段与O2段总容积的55%-65%。
进一步地，软性填料为长方形布状软性聚丙烯纤维材料，总宽为15mm-30mm，毛圈区宽为10mm-25mm，比表面积为120m3/g-180m3/g。
进一步地，多点式布水系统一包括设置在复合式水解酸化池底部带有多个布水孔口一的布水管一，进水点与池底距离为150mm-250mm，管路中流速为1m/s-3m/s，布水管一与外部的提升水泵一通过相连，排泥装置一包括位于布水管一下方的排泥管一，排泥管干管管径为150mm-250mm排泥管一与外部排泥泵一相连，排泥管一与排泥泵一之间，以及布水管一与提升水泵一之间的输水管上分别设有由控制单元一通过信号控制的电磁阀门一。
进一步地，多点式布水系统二包括设置在上流式厌氧污泥床过滤器底部带有多个布水孔口二的布水管二，布水管二与外部的提升水泵二通过相连，排泥装置二包括位于布水管二下方的排泥管二，排泥管二与外部排泥泵二相连，排泥管二与排泥泵二之间，以及布水管二与提升水泵二之间的输水管上分别设有由控制单元二通过信号控制的电磁阀门二。
进一步地，带孔隔板的孔洞总面积为孔板面积的45%-60%;组合式填料由塑料弹性圆环内圈与醛化纤维束外圈组成，比表面积为260m2/m3-320 m2/m3，圆环外径为10mm-15mm，片距为45mm-65mm，束间距离为35mm-50mm。
本发明还公开了一种基于上述处理系统进行有机氮工业废水高效生物处理的工艺，包括以下步骤：
步骤一：将有机氮工业废水经格栅处理，有机氮工业废水的水质特征包括总氮浓度为250mg/L-2000mg/L，COD浓度为2000mg/L-20000mg/L，pH为5.0-9.0;由多点式布水系统一控制进入复合式水解酸化池，控制池中pH为5.0-9.0，水力停留时间为8h-12h，污泥浓度为3.5g/L-8.0g/L，污泥停留时间为15d-20d;通过池中的潜水泵使污泥与废水充分接触，污泥区中的水解菌和产酸菌提高废水的可生化性，再经软性填料上的生物膜进一步降解废水，并截留微生物和悬浮颗粒，上清液至汇水槽收集后经导流管一流出;
步骤二：由导流管一流出的废水经多点式布水系统二控制进入上流式厌氧污泥床过滤器，控制pH为6.5-8.0，水力停留时间为6h-10h，控制池中污泥浓度为12g/L-30g/L，污泥停留时间为15d-20d;填料区的组合式填料可截留由废水冲出的微生物和悬浮颗粒;出水的沼气经过气体收集装置收集;处理后的废水由溢流槽收集后经导流管二流出;
步骤三：由导流管二流出的废水经进水口进入低压电强化生物反应池的A1段，同时O2段泥水混合液经内回流管回流至A1段，内回流比为200%-400%;控制低压电强化生物反应池污泥浓度为3.5g/L-4.5g/L，污泥停留时间为15d-20d;控制A1段与A2段水力停留时间为8h-12h，溶解氧浓度为0.2mg/L-0.5mg/L;控制O1段与O2段水力停留时间为6h-10h，溶解氧浓度为2.5mg/L-4.0mg/L;水流在A1段和A2段，在缺氧条件下，反硝化菌进行反硝化反应;在A2段和O2段的低压电强化装置中，铁丝网阳极板产生的亚铁离子与碳纤维刷阴极棒产生的氢气作为反硝化反应中的电子供体从而提高反硝化效率，O1段和O2段的污泥区中在好氧条件下发生硝化反应;处理后的废水由O2段后端池壁上部出水管进入二沉池实现泥水分离，得到最终出水;二沉池中污泥回流至低压电强化生物反应池的A1段，污泥回流比为50%-100%，另一部分通过排泥管排出。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供了一种运行稳定、脱氮率高的有机氮工业废水高效生物处理工艺;解决了现有处理工艺中系统易崩溃、稳定性差、总氮去除率低、实际运行成本过高的问题;
(2)本发明采用复合式水解酸化池，复合式水解酸化池内部设有悬挂式软性聚丙烯纤维填料，水解菌与产酸菌可吸附在软性聚丙烯纤维填料表面，形成具有水解酸化作用的生物膜;可有效增加水解酸化的稳定性、抗冲击负荷能力、提高水解酸化的效率，池中泥水混合物可在填料区快速分离，软性聚丙烯纤维填料截留废水中的悬浮颗粒与微生物，实现有机氮工业废水可生化性的提高;
(3)本发明利用电强化生物反应池，将低压电强化和A/O/A/O工艺相结合，低压电强化区产生的亚铁离子与氢气可为微生物反硝化过程提供电子，提高微生物脱氮能力，好氧段低压电强化区可强化微生物进一步去除废水中剩余的有机氮及氨氮，降低出水总氮。（发明人胡海冬;廖可薇;任洪强;朱燕）