公布日：2022.02.25
申请日：2022.01.19
分类号：C02F9/14(2006.01)I;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种有机废水处理系统与有机废水处理方法。本发明的系统包括依次相连水解酸化池、厌氧反应器、曝气池、亚硝化池、厌氧氨氧化池、SBR池和电催化氧化池；本发明的处理方法采用“水解酸化+厌氧消化+高负荷曝气+亚硝化+厌氧氨氧化+SBR生化+电催化氧化”组合工艺在去除高有机物的同时，采用亚硝化和厌氧氨氧化的耦合工艺对高浓度的氨氮进行高效去除，还充分利用有机废水中的碳源采用SBR生化工艺对总氮进行深度去除，末端采用电催化氧化工艺进行处理后，出水达标排放，无需采用膜深度处理，不产生高污染的浓缩液，全量化处理高浓度有机废水。
权利要求书
1.一种有机废水处理系统，其特征在于：包括依次相连的水解酸化池（100）、厌氧反应器（101）、曝气池（103）、亚硝化池（104）、厌氧氨氧化池（105）、中间池（106）、SBR池（107）和电催化氧化池（108）；所述水解酸化池（100）的部分出水送入所述厌氧反应器（101），剩余出水送入所述中间池（106）。
2.根据权利要求1所述的有机废水处理系统，其特征在于：所述厌氧反应器（101）和所述曝气池（103）间还设有沉淀池（102）；所述沉淀池（102）的出水送入所述曝气池（103）。
3.根据权利要求1所述的有机废水处理系统，其特征在于：所述SBR池（107）的内壁一侧还设有MBR膜池（112）；所述MBR膜池（112）的出水管路与所述电催化氧化池（108）相连。
4.一种采用如权利要求1至3任一项所述的有机废水处理系统处理有机废水的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、将有机废水预处理后通入所述水解酸化池（100），将所述水解酸化池（100）出水分为两个部分，一部分通入所述厌氧反应器（101）；剩余部分通入所述中间池（106）；S2、将所述厌氧反应器（101）出水依次通入所述曝气池（103）、所述亚硝化池（104）、所述厌氧氨氧化池（105）、所述中间池（106）、所述SBR池（107）和所述电催化氧化池（108）处理。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述水解酸化池（100）送入所述中间池（106）的废水与所述水解酸化池（100）总出水的体积比为1~1.5:100。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述有机废水的COD为50000mg/L~60000mg/L；所述有机废水的氨氮为2000mg/L~2500mg/L；所述有机废水的总氮含量≤3000mg/L。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述曝气池（103）的溶氧为1mg/L~3mg/L。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述亚硝化池（104）在曝气时的溶解氧为1mg/L~1.5mg/L；所述亚硝化池（104）出水的氨氮与亚硝氮的比值为1:1~1.32；所述亚硝化池（104）中废水的pH为6.8~8.0。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述厌氧氨氧化池（105）中废水的pH为7.2~8.2。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述SBR池（107）中进行硝化反应时，池内溶解氧控制在1.5mg/L~2mg/L；所述SBR池（107）中进行反硝化反应时，池内溶解氧0.2mg/L~0.5mg/L；所述SBR池（107）中废水的pH为7.0~8.0。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种有机废水处理系统，该系统的成本低且处理效率高。
本发明还提供了一种有机废水处理方法。
具体如下，本发明第一方面提供了一种有机废水处理系统，包括依次相连的水解酸化池、厌氧反应器、曝气池、亚硝化池、厌氧氨氧化池、中间池、SBR池和电催化氧化池；所述水解酸化池的部分出水送入所述厌氧反应器，剩余出水送入所述中间池。
根据本发明的至少一种实施方式，具有如下有益效果：本发明的系统采用“水解酸化池+厌氧反应器+曝气池+亚硝化池+厌氧氨氧化池+SBR池+电催化氧化池”组合工艺实现了有机废水的处理；该系统在去除高有机物的同时采用亚硝化池和厌氧氨氧化池的耦合工艺对高浓度的氨氮进行高效去除，还充分利用了有机废水中的碳源采用SBR生化工艺对总氮进行深度去除，末端采用电催化氧化工艺进行处理后，出水达标排放，无需采用膜深度处理，不产生高污染的浓缩液，全量化处理高浓度有机废水。
根据本发明的一些实施方式，所述水解酸化池的底部设有搅拌装置。
根据本发明的一些实施方式，所述水解酸化池的上部还设置有填料。
根据本发明的一些实施方式，所述填料包括半软性填料、组合填料和立体弹性填料中的至少一种。
设置填料的目的为防止污泥流失。
支管出水为硝化反硝化提供优质碳源。
根据本发明的一些实施方式，所述曝气池中设有鼓风机和微孔曝气器。
根据本发明的一些实施方式，所述厌氧反应器包括USAB厌氧反应器。
根据本发明的一些实施方式，所述USAB厌氧反应器中还设有三相分离系统。
根据本发明的一些实施方式，所述曝气池底部设有微孔曝气器。
根据本发明的一些实施方式，所述微孔曝气器的一端与鼓风机相连。
根据本发明的一些实施方式，所述厌氧反应器和所述曝气池间还设有沉淀池；所述沉淀池的出水送入所述曝气池。
根据本发明的一些实施方式，所述厌氧反应器的出水送入所述沉淀池。
厌氧反应器虽有三相分离系统，但出水有可能还是带有部分厌氧污泥，厌氧出水带泥不利于后续的生化处理，因此设计厌氧出水进入中间沉淀池进行沉淀处理。
经过沉淀处理的出水进入高负荷曝气池，其作用：（1）去除废水中大量的有机物，大幅度降低后续生物处理单元的负荷，特别是降低对后续厌氧氨氧化反应器中厌氧氨氧化菌种的活性造成影响（过高的有机物浓度使得异样菌胁迫厌氧氨氧化菌，并逐步替代其成为反应器内的优势属，从而造成厌氧氨氧化菌的解体）；（2）厌氧出水中含有部分游离硫化氢、游离氨等对后续好氧具有毒性抑制的毒性物质，通过曝气将该类毒性物质吹脱出，避免对后续生化，特别是厌氧氨氧化菌种产生抑制作用。
根据本发明的一些实施方式，所述亚硝化池中设置搅拌装置和曝气装置。
根据本发明的一些实施方式，所述搅拌装置包括机械搅拌装置。
根据本发明的一些实施方式，所述亚硝化池为序批式反应器。
序批式反应器即按时间顺序间歇操作运行的反应器。
亚硝化池同时设有机械搅拌装置与曝气装置，采用序批模式运行。
根据本发明的一些实施方式，所述亚硝化池反应后静置沉淀排水。
根据本发明的一些实施方式，所述亚硝化池排水采用潜水泵。
潜水泵安装位置根据所需出水量，安装在亚硝化池中上部合适位置，保证出水只抽取亚硝化池上层清液。
根据本发明的一些实施方式，所述厌氧氨氧化池，采用序批模式运行。
根据本发明的一些实施方式，所述厌氧氨氧化池设有机械搅拌装置。
根据本发明的一些实施方式，所述厌氧氨氧化池上部设置填料。
根据本发明的一些实施方式，所述填料为悬浮填料。
设置填料的目的为防止菌种流失。
根据本发明的一些实施方式，所述厌氧氨氧化池的底部设有布水器。
亚硝化池出水从厌氧氨氧化池底部进水，底部设有布水器，使厌氧氨氧化池内基质分布均匀，防止局部氨氮、亚硝氮浓度过高，毒性对菌种产生抑制作用。
根据本发明的一些实施方式，所述厌氧氨氧化池相连有中间池。
根据本发明的一些实施方式，所述中间池设有循环泵。
中间池的循环泵在水解酸化池出水进入中间池时开启，且在进水完成后，仍持续工作0.5~1h.。中间池使得厌氧氨氧化池出水与水解酸化池出水均匀混合，因此中间池起到调节水量和水质调节的作用（补充碳源，调配SBR池进水的水质），经过水质调配后，中间池的水质指标为：COD≤2000mg/L、NH3~N≤150mg/L、总氮≤350mg/L，废水污染物浓度相对不高，可生化性强，可利用生化技术进行进一步的深度脱氮。
根据本发明的一些实施方式，所述SBR池的内壁一侧还设有MBR膜池；所述MBR膜池的出水管路与所述电催化氧化池相连。
根据本发明的一些实施方式，所述MBR膜池内设有若干膜柱。
根据本方面的一些实施方式，所述MBR膜池的进水口和所述SBR池的进水口相对设置于所述SBR池的两侧。
将MBR膜池与SBR池的进水口相对设置于SBR池的两侧，确保进水不发生短流。
根据本发明的一些实施方式，所述SBR池底部设有曝气装置。
根据本发明的一些实施方式，所述SBR池的出水通入电催化氧化池。
根据本发明的一些实施方式，所述电催化氧化池包含阳极和阴极。
根据本发明的一些实施方式，所述电催化氧化池的阳极包括DSA（DimensionallyStableAnode，尺寸稳定阳极）。
根据本发明的一些实施方式，所述DSA包括涂层钛阳极。
根据本发明的一些实施方式，所述电催化氧化池的阴极包括钛网。
根据本发明的一些实施方式，所述电催化氧化池设有两个出水口。
根据本方面的一些实施方式，所述电催化氧化池的第二出水口与循环泵相连。
循环泵的作用为：在电氧化时将电催化氧化池的废水在池体内不断循环，使其被充分电氧化。
SBR池设有曝气装置，可通过不同曝气量的转换来实现符合水质特点的硝化反硝化反应，由于进水氨氮值较低，本阶段主要发生反硝化反应来深度脱氮。
本发明第二方面提供了一种有机废水处理方法，包括以下步骤：S1、将有机废水预处理通入所述水解酸化池，将所述水解酸化池出水分为两个部分，一部分通入所述厌氧反应器；剩余部分通入所述中间池；S2、将所述厌氧反应器出水依次通入所述曝气池、所述亚硝化池、所述厌氧氨氧化池、所述中间池、所述SBR池和所述电催化氧化池处理。
根据本发明的至少一种实施方式，具备如下有益效果：1、工艺整体性更好，在采用前端厌氧工艺去除有机物的同时，后续采用亚硝化+厌氧氨氧化高效脱氮，并且采用SBR工艺+电催化氧化进行深度处理，实现全量化达标处理高有机高氨氮有机废水。
2、工艺整体连接性更好，比如高负荷曝气的吹脱作用，以及高负荷曝气与亚硝化对COD的去除，都利于后续工艺进行的同时。
3、碳源的合理利用，对于高氨氮废水，依靠有机废水本身水解酸化产生的优质碳源，无需额外增加碳源，仍采用生化工艺即可能完成深度脱氮。
4、采用亚硝化+厌氧氨氧化和后续SBR生化工艺相比较于相关技术中两级AO工艺脱氮，不仅效率更高，确保能够达标处理标准的同时，节省曝气能耗（亚硝化时可节约供氧量25%，SBR池也没设单独的O池，无需持续高曝气），降低停留时间，减少池容，降低剩余污泥的产量，减少以后剩余污泥的处理量（亚硝化过程时在亚硝化过程中可以减少产泥25%~34%，在反硝化过程中可以减少产泥约50%，目前污泥处理仍是行业内的一大难题），减少建设成本与运行成本。
5、采用电催化氧化技术，可以深度去除难降解的有机物，无需使用膜法，不产生高浓度污染物的浓缩液。
根据本发明的一些实施方式，所述有机废水的COD为50000mg/L~60000mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述有机废水的氨氮（NH3~N）为2000mg/L~2500mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述有机废水的总氮含量≤3000mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述预处理为将有机废水通入格栅池与隔油池进行预处理。
有机废水首先进入格栅池与隔油池进行预处理，去除大颗粒悬浮物与表面油脂。
预处理出水进入水解酸化池，水解酸化池设置搅拌装置，保证污泥的悬浮状态，使污染物和微生物充分混合接触。在水解酸化池中，废水中的有机物通过微生物的作用经过水解和酸化两个阶段，将原有废水中的非溶解性有机物转变为溶解性有机物，将难生物降解的有机物转变为易生物降解的有机物，提高废水的可生化性。
水解酸化池出水，大部分进入厌氧反应器。一般来说厌氧消化分为三个阶段：水解发酵、产酸和产甲烷。由于前端有水解酸化池，进行了水解和酸化两个阶段，因此厌氧反应器（UASB厌氧反应器）内主要反应为产甲烷，缩短了厌氧消化的停留时间。甲烷菌通过不同的路径把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇、H2和CO2等基质转化为甲烷，最终UASB厌氧反应器有效去除了餐厨沼液内75%~85%有机物，COD≤15000mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述厌氧反应器的出水COD≤15000mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述曝气池的溶氧为1mg/L~3mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述曝气池出水的COD≤3500mg/L。
根据进水负荷调节曝气量，控制池内溶氧为1mg/L~3mg/L，对于有机物的去除率可达到75%~80%，COD≤3500mg/L。
进水负荷突增会引起池内溶解氧下降，此时需提高曝气量，保持池内溶氧为1mg/L~3mg/L，反之亦然。
高负荷曝气池出水进入亚硝化池，亚硝化池亚硝化反应阶段将部分氨氮转化为亚硝氮，给后续厌氧氨氧化反应提供基质；反硝化阶段通过反硝化反应不仅将COD进一步去除，进一步减少对后续厌氧氨氧化菌的影响，同时对总氮有一定的去除。
根据本发明的一些实施方式，所述亚硝化池的操作步骤为：当所述曝气池出水进入所述亚硝化池时，所述亚硝化池先停曝气，开启搅拌，缺氧运行7h~11h后进行反硝化；后开曝气10h~14h，进行亚硝化阶段。
根据本发明的一些实施方式，所述曝气阶段采用微孔曝气。
根据本发明的一些实施方式，所述曝气阶段监测所述亚硝化池内DO（溶解氧）；控制DO在1mg/L~1.5mg/L之间。
控制DO值的目的为将硝化反应控制在亚硝化阶段，可节约供氧量25%，减少了曝气能耗。
根据本发明的一些实施方式，所述亚硝化池（104）在曝气时的溶解氧为1mg/L~1.5mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述亚硝化池出水的氨氮与亚硝氮的比值为1:1~1.32。
根据本发明的一些实施方式，所述亚硝化池中废水的pH为6.8~7.8。
根据本发明的一些实施方式，所述亚硝化池的pH调节剂包括碳酸盐。
根据本发明的一些实施方式，所述碳酸盐包括碳酸钠或碳酸钾中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述亚硝化池出水的COD≤1700mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述亚硝化池出水的总氮≤1500mg/L。
通过曝气时长来控制出水氨氮与亚硝氮的比值，理论上要求出水氨氮与亚硝氮的比值为1:1.32，实际操作时控制在1:1~1.32即可。监测出水氨氮与亚硝氮值，根据指标调整曝气时长，若氨氮值过高，增加曝气时长，减少反硝化时长，反之亦然，但要确保亚硝氮的比例不要长时间超过1.32，否则亚硝氮会在后续的厌氧氨氧化池中累积。亚硝氮具有毒性，当厌氧氨氧化池体内累积含量高于200mg/L时会对厌氧氨氧化菌产生较强的抑制作用，严重时可使厌氧氨氧化菌失活。
监测pH，让pH保持在6.8~7.8，适时投加碳酸钠补充碱度。
亚硝化出水COD去除率为50%~55%，COD≤1700mg/L，总氮去除率50%~60%，总氮≤1500mg/L，进入厌氧氨氧化池。
根据本发明的一些实施方式，所述厌氧氨氧化池中废水的pH为7.2~8.2。
根据本发明的一些实施方式，所述厌氧氨氧化池的pH剂包括稀酸或碳酸盐。
根据本发明的一些实施方式，所述稀酸包括稀盐酸。
根据本发明的一些实施方式，所述碳酸盐包括碳酸钠或碳酸钾中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述厌氧氨氧化池出水的NH3~N≤120mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述厌氧氨氧化池出水的总氮≤300mg/L。
在线监测厌氧氨氧化池的pH，控制在7.2~8.2之间，适时投加稀盐酸或者碳酸钠调节酸碱。
厌氧氨氧化池高效脱氮，脱氮效率可达80%~85%，NH3~N≤120mg/L、总氮≤300mg/L，无需额外投加碳源。
监测出水氨氮与亚硝氮值，反映厌氧氨氧化菌种活性。由于厌氧氨氧化出水，还残留氨氮、总氮、有机物，需进一步深度处理。
根据本发明的一些实施方式，所述厌氧氨氧化池的出水进入中间池。
根据本发明的一些实施方式，所述水解酸化池的部分出水进入中间池。
根据本发明的一些实施方式，所述水解酸化池送入所述中间池的废水与所述水解酸化池总出水的体积比为1~1.5:100。
根据本发明的一些实施方式，所述水解酸化池的部分出水为水解酸化池总出水的1%~1.5%。
即当日处理量100m3则水解酸化池为出水100m3，其中只有1m3~1.5m3流入中间池进行水质调配。
根据本发明的一些实施方式，所述中间池的出水COD≤2000mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述中间池的出水NH3~N≤150mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述中间池的出水总氮≤350mg/L。
厌氧氨氧化出水进入中间池，同时按厌氧氨氧化池出水量的1%~1.5%，抽取水解酸化出水进入中间池，中间池配有循环泵，使得厌氧氨氧化出水与水解酸化出水均匀混合，因此中间池起到调节水量和水质调节的作用，经过水质调配后，中间池的水质指标为：COD≤2000mg/L、NH3~N≤150mg/L、总氮≤350mg/L，废水污染物浓度相对不高，可生化性强，可利用生化技术进行进一步的深度脱氮。
根据本发明的一些实施方式，所述中间池出水通入SBR池。
根据本发明的一些实施方式，所述SBR池中进行硝化反硝化反应。
根据本发明的一些实施方式，所述SBR池中进行硝化反应时，池内溶解氧控制1.5mg/L~2mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述SBR池中进行反硝化反应时，池内溶解氧控制在0.2mg/L~0.5mg/L。
通过曝气量的调节来侧重进行硝化反应或者反硝化反应，中间池出水进入SBR，先进行硝化阶段即控制池内溶解氧为1.5mg/L~2mg/L，运行一段时间后（2小时~4小时），调小曝气量，控制溶解氧为0.2mg/L~0.5mg/L进行反硝化，硝化与反硝化预设时间相同，根据出水指标调整不同曝气量的曝气时长（监测出水氨氮与总氮指标，若出水氨氮高，则提高硝化曝气的时长，降低反硝化曝气时长，若出水总氮高，则反之）。
根据本发明的一些实施方式，所述SBR池中废水的pH为7.0~8.0。
由于碳源充足，反硝化反应基本可以补充碱度，一般无需额外补充碱度。
根据本发明的一些实施方式，所述SBR池设有内置MBR膜池，与进水口处于池体的两端。
SBR池运行时，在一个停留周期内省掉静置沉淀与滗水过程，（SBR运行过程一般分为进水、反应、沉淀、滗水和待机）在完成反硝化后加大曝气（调节至硝化所需气量），并开始用自吸泵从膜池抽水，完成泥水分离。抽完水后再进水，开始新一轮硝化反硝化过程。抽水时，因为有曝气冲刷，MBR膜池不会堵膜。
根据本发明的一些实施方式，所述SBR池的出水COD≤1000mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述SBR池的出水NH3~N≤15mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述SBR池的出水总氮≤70mg/L。
SBR池对于COD去除率为50%~65%、氨氮去除率为90%、总氮去除率为80%。
MBR膜池出水残留有难降解的有机物，此类有机物很难再用生化的办法处理，故采用电催化氧化技术对其进行有效降解。
根据本发明的一些实施方式，所述电催化氧化池的电流为3.0A~3.3A。
根据本发明的一些实施方式，所述电催化氧化池的电流为3.3A。
根据本发明的一些实施方式，所述电催化氧化池的催化氧化时间为2.5h~3h。
SBR池中MBR膜池出水进入电催化氧化池，深度去除难降解的有机物，效率可达50%~60%。
根据本发明的一些实施方式，所述电催化氧化池的出水COD≤500mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述电催化氧化池的出水BOD5≤100mg/L。
根据本发明的一些实施方式，经过本发明有机废水处理方法处理后的出水COD≤500mg/L。
根据本发明的一些实施方式，经过本发明有机废水处理方法处理后的出水BOD5≤100mg/L。
根据本发明的一些实施方式，经过本发明有机废水处理方法处理后的出水NH3~N≤15mg/L。
根据本发明的一些实施方式，经过本发明有机废水处理方法处理后的出水总氮≤70mg/L。
经上述方法处理后，出水水质为COD≤500mg/L、BOD5≤100mg/L，NH3~N≤15mg/L、总氮≤70mg/L，符合《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T31962~2015）的B级标准，其中COD≤500mg/L、BOD5≤350mg/L，NH3~N≤45mg/L和总氮≤70mg/L。
根据本发明至少一种实施方式，至少具备如下有益效果：1、整体工艺在有效去除有机物的同时，也进行高效脱氮，脱氮效率不仅可以稳定达到97%以上，而且整个工艺链中采用的脱氮生化技术，均不需要额外投加碳源，针对有机废水的水质特点，合理运用碳源；2、采用亚硝化+厌氧氨氧化和后续SBR生化工艺相比较于传统两级AO工艺脱氮，不仅效率更高，确保能够达标处理标准的同时，节省曝气能耗（亚硝化时可节约供氧量25%，SBR池也没设单独的O池，无需持续高曝气），降低停留时间，减少池容，降低剩余污泥的产量，减少以后剩余污泥的处理量（亚硝化过程时在亚硝化过程中可以减少产泥25%~34%，在反硝化过程中可以减少产泥约50%，目前污泥处理仍是行业内的一大难题），减少建设成本与运行成本。
3、采用电催化氧化技术，可以深度去除难降解的有机物，无需使用膜法，不产生高浓度污染物的浓缩液。
（发明人：孙浩;魏勇红;黄放;黄耀峰）