公布日：2023.12.19
申请日：2023.10.31
分类号：C02F3/30(2023.01)I;C02F7/00(2006.01)I;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种用于低氨氮废水短程硝化-厌氧氨氧化处理的装置，以及利用该装置进行低氨氮废水短程硝化-厌氧氨氧化处理的方法。该装置包括反应池以及基于反应池设置的间歇曝气系统和硫离子缓释系统，其中，间歇曝气系统能够通过预设的间歇曝气程序来控制溶解氧浓度发生交替变化，从而实现对NOB的抑制；而硫离子缓释系统通过硫离子缓释悬浮球释放硫离子对NOB进行长期抑制，因此，该装置能够通过两种抑制方式的耦合对不同生长特性的NOB进行抑制，避免单一的抑制方式使得某些种类的NOB对环境条件产生适应性而失去抑制效果，从而实现低氨氮废水短程硝化-厌氧氨氧化的快速启动和长期稳定运行。
权利要求书
1.一种用于低氨氮废水短程硝化-厌氧氨氧化处理的装置，其特征在于，所述装置包括反应池，以及基于所述反应池设置的间歇曝气系统和硫离子缓释系统；其中，所述间歇曝气系统能够按照预设曝气程序向所述反应池内通入空气，所述预设曝气程序包括重复执行的“低频曝气-停止曝气-高频曝气-停止曝气”程序；所述硫离子缓释系统能够在所述反应池内往复移动并向所述反应池内持续释放硫离子。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括控制器，所述控制器分别与所述间歇曝气系统和所述硫离子缓释系统相连；所述控制器能够指示所述间歇曝气系统按照所述预设曝气程序向所述反应池内通入空气；和/或，所述控制器能够指示所述硫离子缓释系统按照预设移动程序在所述反应池内往复移动。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述间歇曝气系统在按照所述预设曝气程序向所述反应池内通入空气时，控制低频曝气阶段的持续时间为15～20min，并且，通过调控曝气频率控制低频曝气阶段所述反应器内的溶解氧含量为0.3～0.5mg/L，并在所述反应器内的溶解氧含量高于0.5mg/L时进入停止曝气阶段；和/或，控制停止曝气阶段的持续时间为10～15min；和/或，控制高频曝气阶段的持续时间为5～10min，并且，通过调控曝气频率控制高频曝气阶段所述反应器内的溶解氧含量为0.8～1.2mg/L，并在所述反应器内的溶解氧含量高于1.2mg/L时进入停止曝气阶段。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述间歇曝气系统包括进气泵、进气管、布气装置以及流量计；所述进气泵与所述控制器相连，用于基于所述控制器的指示，按照所述预设曝气程序向所述反应池内通入空气；和/或，所述进气泵、所述进气管以及所述布气装置依次连通，所述流量计设于所述进气管上，所述布气装置设于所述反应池内。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述硫离子缓释系统包括可移动支撑框架、驱动装置以及至少一个硫离子缓释悬浮球；其中，所述驱动装置与所述控制器相连，用于基于所述控制器的指示，驱动所述可移动支撑框架按照所述预设移动程序在所述反应池内往复移动；和/或，至少一个所述硫离子缓释悬浮球呈串状挂设于所述可移动支撑框架上并伸入所述反应池中；可选地，所述硫离子缓释悬浮球在所述反应池中的填充率为40～60％。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述硫离子缓释悬浮球包括多孔空心球以及填充在所述多孔空心球内部的缓释填料；所述缓释填料包括硫化物、海绵铁、发泡剂、粘结剂以及pH缓冲剂。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述多孔空心球的直径为6～8cm，表面孔径为5～8mm。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，以所述缓释填料的总重量为基准，所述硫化物的重量百分含量为45～55％，所述海绵铁的重量百分含量为10～15％，所述发泡剂的重量百分含量为10～15％，所述粘结剂的重量百分含量为12～18％，所述pH缓冲剂的重量百分含量为6～10％。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述硫化物包括九水硫化钠、硫化铵、硫化钾、硫化钙和硫化镁中的至少一种；和/或，所述发泡剂包括碳酸钙、碳酸镁和碳酸氢铵中的至少一种；和/或，所述粘结剂包括海藻酸钠和/或聚乙烯醇；优选地，所述粘结剂为海藻酸钠和聚乙烯醇的组合物；和/或，所述pH缓冲剂包括碳酸钙和/或碳酸镁；优选地，所述pH缓冲剂为碳酸钙和碳酸镁的组合物。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述驱动装置驱动所述可移动支撑框架按照所述预设移动程序在所述反应池内往复移动，包括：在所述间歇曝气系统进行所述低频曝气的情况下，所述驱动装置驱动所述可移动支撑框架以5～10m/min的移动速度在所述反应池内往复移动；在所述间歇曝气系统停止曝气的情况下，所述驱动装置驱动所述可移动支撑框架以10～20m/min的移动速度在所述反应池内往复移动；在所述间歇曝气系统进行所述高频曝气的情况下，所述驱动装置驱动所述可移动支撑框架以5～10m/min的移动速度在所述反应池内往复移动。
11.一种利用权利要求1至10中任一项所述的装置进行低氨氮废水短程硝化-厌氧氨氧化处理的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)处理前准备：将低氨氮废水接入所述反应池中，并接种二沉池剩余污泥；(2)短程硝化启动：利用所述间歇曝气系统按照所述预设曝气程序向所述反应池中通入空气，同时使所述硫离子缓释系统在所述反应池中往复移动并持续释放硫离子，直至所述反应池出水中的亚硝酸根离子积累率不低于90％，确定短程硝化启动成功；(3)短程硝化-厌氧氨氧化启动：在短程硝化运行稳定之后，从所述反应池中排出部分短程硝化污泥，并投加厌氧氨氧化污泥；在所述反应池内的TN去除率达到80％以上的情况下，确定短程硝化-厌氧氨氧化启动成功；(4)低氨氮废水处理：在短程硝化-厌氧氨氧化运行稳定之后，向所述反应池中接种硫-铁自养反硝化污泥；在所述反应池内的TN去除率达到85％以上且所述反应池出水中的硫离子检出率为0的情况下，开始进行低氨氮废水处理。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述处理前准备步骤中，接种所述二沉池剩余污泥后，所述反应池中的活性污泥的浓度为4～5mg/L。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述短程硝化-厌氧氨氧化启动步骤中，排出所述部分短程硝化污泥，使得反应池中活性污泥浓度为2～3mg/L；并投加所述厌氧氨氧化污泥，以使所述短程硝化污泥与所述厌氧氨氧化污泥的浓度比为1:(1～1.25)。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述低氨氮废水处理步骤中，向所述反应池中接种所述硫-铁自养反硝化污泥，以使所述硫-铁自养反硝化污泥的重量为所述反应池中污泥总重量的8～12％。
15.权利要求1至10中任一项所述的装置在低氨氮废水短程硝化-厌氧氨氧化处理中的用途。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于低氨氮废水短程硝化-厌氧氨氧化处理的装置，以及利用该装置进行低氨氮废水短程硝化-厌氧氨氧化处理的方法，以解决相关技术中通过连续低氧曝气和间歇曝气策略对NOB进行抑制时存在的抑制效果较差且短程硝化启动所需时间较长的问题。
第一方面，本发明提供了一种用于低氨氮废水短程硝化-厌氧氨氧化处理的装置，所述装置包括反应池，以及基于所述反应池设置的间歇曝气系统和硫离子缓释系统；其中，
所述间歇曝气系统能够按照预设曝气程序向所述反应池内通入空气，所述预设曝气程序包括重复执行的“低频曝气-停止曝气-高频曝气-停止曝气”程序；
所述硫离子缓释系统能够在所述反应池内往复移动并向所述反应池内持续释放硫离子。
本发明提供的上述装置包括反应池以及基于反应池设置的间歇曝气系统和硫离子缓释系统，其中，间歇曝气系统能够通过预设的间歇曝气程序来控制溶解氧浓度发生交替变化，从而实现对NOB的抑制；而硫离子缓释系统通过硫离子缓释悬浮球释放硫离子对NOB进行长期抑制，因此，该装置能够通过两种抑制方式的耦合对不同生长特性的NOB进行抑制，避免单一的抑制方式使得某些种类的NOB对环境条件产生适应性而失去抑制效果，从而实现低氨氮废水短程硝化-厌氧氨氧化的快速启动和长期稳定运行。
在一种可选的实施方式中，所述装置还包括控制器，所述控制器分别与所述间歇曝气系统和所述硫离子缓释系统相连；
所述控制器能够指示所述间歇曝气系统按照所述预设曝气程序向所述反应池内通入空气；
和/或，所述控制器能够指示所述硫离子缓释系统按照预设移动程序在所述反应池内往复移动。
在一种可选的实施方式中，所述间歇曝气系统在按照所述预设曝气程序向所述反应池内通入空气时，控制低频曝气阶段的持续时间为15～20min，并且，通过调控曝气频率控制低频曝气阶段所述反应器内的溶解氧含量为0.3～0.5mg/L，并在所述反应器内的溶解氧含量高于0.5mg/L时进入停止曝气阶段；
和/或，控制停止曝气阶段的持续时间为10～15min；
和/或，控制高频曝气阶段的持续时间为5～10min，并且，通过调控曝气频率控制高频曝气阶段所述反应器内的溶解氧含量为0.8～1.2mg/L，并在所述反应器内的溶解氧含量高于1.2mg/L时进入停止曝气阶段。
在一种可选的实施方式中，所述间歇曝气系统包括进气泵、进气管、布气装置以及流量计；
所述进气泵与所述控制器相连，用于基于所述控制器的指示，按照所述预设曝气程序向所述反应池内通入空气；
和/或，所述进气泵、所述进气管以及所述布气装置依次连通，所述流量计设于所述进气管上，所述布气装置设于所述反应池内。
在一种可选的实施方式中，所述硫离子缓释系统包括可移动支撑框架、驱动装置以及至少一个硫离子缓释悬浮球；其中，
所述驱动装置与所述控制器相连，用于基于所述控制器的指示，驱动所述可移动支撑框架按照所述预设移动程序在所述反应池内往复移动；
和/或，至少一个所述硫离子缓释悬浮球呈串状挂设于所述可移动支撑框架上并伸入所述反应池中；
可选地，所述硫离子缓释悬浮球在所述反应池中的填充率为40～60％。
在一种可选的实施方式中，所述硫离子缓释悬浮球包括多孔空心球以及填充在所述多孔空心球内部的缓释填料；所述缓释填料包括硫化物、海绵铁、发泡剂、粘结剂以及pH缓冲剂。
在一种可选的实施方式中，所述多孔空心球的直径为6～8cm，表面孔径为5～8mm。
在一种可选的实施方式中，以所述缓释填料的总重量为基准，所述硫化物的重量百分含量为45～55％，所述海绵铁的重量百分含量为10～15％，所述发泡剂的重量百分含量为10～15％，所述粘结剂的重量百分含量为12～18％，所述pH缓冲剂的重量百分含量为6～10％。
在一种可选的实施方式中，所述硫化物包括九水硫化钠、硫化铵、硫化钾、硫化钙和硫化镁中的至少一种；
和/或，所述发泡剂包括碳酸钙、碳酸镁和碳酸氢铵中的至少一种；
和/或，所述粘结剂包括海藻酸钠和/或聚乙烯醇；优选地，所述粘结剂为海藻酸钠和聚乙烯醇的组合物；
和/或，所述pH缓冲剂包括碳酸钙和/或碳酸镁；优选地，所述pH缓冲剂为碳酸钙和碳酸镁的组合物。
在一种可选的实施方式中，所述驱动装置驱动所述可移动支撑框架按照所述预设移动程序在所述反应池内往复移动，包括：
在所述间歇曝气系统进行所述低频曝气的情况下，所述驱动装置驱动所述可移动支撑框架以5～10m/min的移动速度在所述反应池内往复移动；
在所述间歇曝气系统停止曝气的情况下，所述驱动装置驱动所述可移动支撑框架以10～20m/min的移动速度在所述反应池内往复移动；
在所述间歇曝气系统进行所述高频曝气的情况下，所述驱动装置驱动所述可移动支撑框架以5～10m/min的移动速度在所述反应池内往复移动。
第二方面，本发明提供了一种利用上述的装置进行低氨氮废水短程硝化-厌氧氨氧化处理的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)处理前准备：
将低氨氮废水接入所述反应池中，并接种二沉池剩余污泥；
(2)短程硝化启动：
利用所述间歇曝气系统按照所述预设曝气程序向所述反应池中通入空气，同时使所述硫离子缓释系统在所述反应池中往复移动并持续释放硫离子，直至所述反应池出水中的亚硝酸根离子积累率不低于90％，确定短程硝化启动成功；
(3)短程硝化-厌氧氨氧化启动：
在短程硝化运行稳定之后，从所述反应池中排出部分短程硝化污泥，并投加厌氧氨氧化污泥；在所述反应池内的TN去除率达到80％以上的情况下，确定短程硝化-厌氧氨氧化启动成功；
(4)低氨氮废水处理：
在短程硝化-厌氧氨氧化运行稳定之后，向所述反应池中接种硫-铁自养反硝化污泥；在所述反应池内的TN去除率达到85％以上且所述反应池出水中的硫离子检出率为0的情况下，开始进行低氨氮废水处理。
在一种可选的实施方式中，在所述处理前准备步骤中，接种所述二沉池剩余污泥后，所述反应池中的活性污泥的浓度为4～5mg/L。
在一种可选的实施方式中，在所述短程硝化-厌氧氨氧化启动步骤中，排出所述部分短程硝化污泥，使得反应池中活性污泥浓度为2～3mg/L；并投加所述厌氧氨氧化污泥，以使所述短程硝化污泥与所述厌氧氨氧化污泥的浓度比为1:(1～1.25)。
在一种可选的实施方式中，在所述低氨氮废水处理步骤中，向所述反应池中接种所述硫-铁自养反硝化污泥，以使所述硫-铁自养反硝化污泥的重量为所述反应池中污泥总重量的8～12％。
第三方面，本发明提供了上述的装置在低氨氮废水短程硝化-厌氧氨氧化处理中的用途。
（发明人：景方圆;陈亚松;李翀;王殿常;曹光荣;万新宇;柳蒙蒙;吕婉琳）