公布日：2023.12.01
申请日：2023.10.31
分类号：C02F3/30(2023.01)I;C02F3/34(2023.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本发明涉及一种含硫废水的处理装置及含硫废水的处理方法，包括：初级消解池、次级消解池、深度消解池和上升流沉淀池；其中：待处理废水在次级消解池中能够将硫化物含量与硝态氮含量的比值调节至最适宜进行同步硝化-短程硫自养反硝化-厌氧氨氧化反应或同步硝化-硫自养反硝化反应的状态，并在初级消解池中完成上述生化反应，深度消解池能够继续除去残余污染物并吸附上述生化反应过程中所产生的硫单质颗粒。本发明提供的处理装置及处理方法可同时实现硫化物、氨氮、亚硝态氮和硝态氮的充分脱除，且高度集成，占地面积较小，运行能耗较低。
权利要求书
1.一种含硫废水的处理装置，其特征在于，所述处理装置包括：初级消解池（1）、次级消解池（2）、深度消解池（3）和上升流沉淀池（4），其中：所述深度消解池（3）和所述上升流沉淀池（4）位于所述初级消解池（1）内部，且所述上升流沉淀池（4）位于所述深度消解池（3）上方，并与所述深度消解池（3）通过三相分离器（5）连通，所述初级消解池（1）与所述深度消解池（3）连通，所述上升流沉淀池（4）设置溢流口通向所述初级消解池（1）外部；所述上升流沉淀池（4）的顶面密封且顶面直径大于底面直径，所述深度消解池（3）的内部填充好氧颗粒污泥，所述深度消解池（3）的底部连通排泥管（301），所述排泥管（301）上设置排泥阀（3011）和潜污泵（3012）；所述次级消解池（2）设置于所述初级消解池（1）上游，并与所述初级消解池（1）通过三级进水通道（205）连通；所述初级消解池（1）内部设置初级MABR（101），所述初级MABR（101）设置于所述初级消解池（1）内壁与所述深度消解池（3）外壁和所述上升流沉淀池（4）外壁形成的空腔内，所述次级消解池（2）内部设置次级MABR（201）；所述处理装置还包括有机碳源加药箱（6），所述有机碳源加药箱（6）通过有机碳源加药管（601）与所述次级消解池（2）连通，所述有机碳源加药管（601）上设置有机碳源加药阀（6011）和有机碳源加药泵（6012）；所述深度消解池（3）和所述上升流沉淀池（4）的外壁设置蓄能管（7），所述蓄能管（7）的进水口设置于所述上升流沉淀池（4）外侧壁与所述初级消解池（1）内侧壁形成的空腔内，且所述进水口的水平高度高于所述上升流沉淀池（4）的溢流口的水平高度，所述蓄能管（7）的出水口连通所述深度消解池（3）的底部。
2.根据权利要求1所述的含硫废水的处理装置，其特征在于，所述初级MABR（101）包括顶板和底板，所述初级MABR（101）的底板固定于所述初级消解池（1）的底部，所述初级MABR（101）的顶板固定于所述初级消解池（1）的顶部和/或所述深度消解池（3）的外侧壁，所述初级MABR（101）的内层接种硝化细菌，所述初级MABR（101）的外层接种硫自养反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌；所述次级MABR（201）包括顶板和底板，所述次级MABR（201）的底板固定于所述次级消解池（2）的底部，所述次级MABR（201）的顶板固定于所述次级消解池（2）的顶部，所述次级MABR（201）的内层接种硝化细菌，所述次级MABR（201）的外层接种硫酸盐还原菌和反硝化细菌。
3.根据权利要求2所述的含硫废水的处理装置，其特征在于，所述处理装置还包括初级MABR曝气装置（102）、初级内腔曝气装置（302）、次级MABR曝气装置（202）和次级内腔曝气装置（203）；所述初级MABR曝气装置（102）连接所述初级MABR（101）的底板，所述初级内腔曝气装置（302）的布气管道设置于所述深度消解池（3）的底部；所述次级MABR曝气装置（202）连接所述次级MABR（201）的底板，所述次级内腔曝气装置（203）的布气管道设置于所述次级消解池（2）的底部。
4.根据权利要求1所述的含硫废水的处理装置，其特征在于，所述处理装置还包括与所述初级消解池（1）连接的初级进水通道（103），所述初级进水通道（103）的出水口位于所述初级消解池（1）的底部；所述处理装置还包括与所述次级消解池（2）连接的次级进水通道（204），所述次级进水通道（204）的进水口与所述初级进水通道（103）连通，出水口位于所述次级消解池（2）的底部，所述三级进水通道（205）的进水口位于所述次级消解池（2）的顶部，出水口与所述初级进水通道（103）连通，所述次级进水通道（204）与所述初级进水通道（103）的连通口位于所述三级进水通道（205）与所述初级进水通道（103）连通口的上游；所述初级进水通道（103）上设置初级控制阀（1031），所述初级控制阀（1031）位于所述次级进水通道（204）的进水口和所述三级进水通道（205）的出水口之间，所述次级进水通道（204）上设置次级控制阀（2041），所述三级进水通道（205）上设置三级控制阀（2051）；所述处理装置还包括连接所述次级消解池（2）和所述三级进水通道（205）的四级进水通道（206），所述四级进水通道（206）与所述三级进水通道（205）的连通口位于所述三级进水通道（205）进水口和所述三级控制阀（2051）之间，所述四级进水通道（206）上设置四级控制阀（2061）。
5.根据权利要求4所述的含硫废水的处理装置，其特征在于，所述初级进水通道上设置初级总氮检测计（104）、初级COD检测计（105）、初级硫化物检测计（106）和初级硫酸盐检测计（107），所述初级总氮检测计（104）、所述初级COD检测计（105）、所述初级硫化物检测计（106）和所述初级硫酸盐检测计（107）位于所述初级进水通道（103）的进水口和所述次级进水通道（204）的进水口之间；所述三级进水通道（205）上设置次级总氮检测计（207）和次级硫化物检测计（208），所述次级总氮检测计（207）和所述次级硫化物检测计（208）位于所述三级进水通道（205）的进水口处。
6.一种含硫废水的处理方法，其特征在于，所述处理方法利用权利要求1-5中的任一项所述的含硫废水的处理装置进行，所述处理装置利用PLC系统进行控制，所述PLC系统按照如下公式运行：
其中：S1为初始进水的含硫废水的硫离子浓度,mg/L；N1为初始进水的含硫废水的总氮浓度,mg/L；C为初始进水的含硫废水的COD数值,mg/L；S2为次级消解池出水口处的硫离子浓度,mg/L；N2为次级消解池出水口处的总氮浓度,mg/L。
7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，当PLC系统下达运行一级程序的指令时，初级控制阀开启，次级控制阀和三级控制阀关闭，次级MABR曝气装置和次级内腔曝气装置关闭；当PLC系统下达运行二级程序的指令时，初级控制阀和四级控制阀关闭，次级控制阀和三级控制阀开启，次级MABR曝气装置和次级内腔曝气装置开启；当PLC系统下达运行三级程序的指令时，初级控制阀和四级控制阀关闭，次级控制阀和三级控制阀开启，次级MABR曝气装置开启，次级内腔曝气装置关闭；当PLC系统下达运行四级程序的指令时，初级控制阀和三级控制阀关闭，次级控制阀和四级控制阀开启，次级MABR曝气装置开启，次级内腔曝气装置关闭，所述次级内腔曝气装置的曝气速率以预设斜率下降；当PLC系统下达运行五级程序的指令时，初级控制阀和三级控制阀关闭，次级控制阀和四级控制阀开启，次级MABR曝气装置开启，次级内腔曝气装置关闭，所述次级内腔曝气装置的曝气速率以预设斜率提升；当PLC系统下达运行六级程序的指令时，初级控制阀和四级控制阀关闭，次级控制阀和三级控制阀开启，次级MABR曝气装置开启，次级内腔曝气装置关闭，有机碳源加药箱以预设加药量投加有机碳源；当PLC系统下达运行七级程序的指令时，初级控制阀和三级控制阀关闭，次级控制阀和四级控制阀开启，次级MABR曝气装置开启，次级内腔曝气装置关闭，所述次级内腔曝气装置的曝气速率以预设斜率提升，有机碳源加药箱以预设加药量投加有机碳源；在所述处理方法中，初级MABR曝气装置和初级内腔曝气装置持续运行，待处理废水直接进入所述初级消解池或经所述次级消解池处理后进入所述初级消解池，随后在重力自流的作用下先后流经所述初级消解池、蓄能管、所述深度消解池、所述三相分离器和所述上升流沉淀池。
8.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述有机碳源加药箱的预设加药量的COD当量不低于4×N1-Cmg/L且不高于4×N1-C+2×SPmg/L，SP为初始进水的硫酸根离子浓度,mg/L。
9.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述深度消解池中含有的好氧颗粒污泥经所述三相分离器拦截后，以预设周期沉降并通过所述排泥管排出所述深度消解池，所述预设周期为40天~50天，所述好氧颗粒污泥表面附着的硫单质颗粒进行分离回收。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种含硫废水的处理装置及含硫废水的处理方法。
第一方面，本发明提供了一种含硫废水的处理装置，所述处理装置包括：初级消解池、次级消解池、深度消解池和上升流沉淀池，其中：
所述深度消解池和所述上升流沉淀池位于所述初级消解池内部，且所述上升流沉淀池位于所述深度消解池上方，并与所述深度消解池通过三相分离器连通，所述初级消解池与所述深度消解池连通，所述上升流沉淀池设置溢流口通向所述初级消解池外部；
所述上升流沉淀池的顶面密封且顶面直径大于底面直径，所述深度消解池的内部填充好氧颗粒污泥，所述深度消解池的底部连通排泥管，所述排泥管上设置潜污泵和排泥阀；
所述次级消解池设置于所述初级消解池上游，并与所述初级消解池通过三级进水通道连通；
所述初级消解池内部设置初级MABR，所述初级MABR设置于所述初级消解池内壁与所述深度消解池外壁和所述上升流沉淀池外壁形成的空腔内，所述次级消解池内部设置次级MABR。
在本发明中，待处理的含硫废水能够进入次级消解池，并在次级消解池进行调节，使其中含有的硫化物和硝态氮含量的比值调节至最适宜进行同步硝化-短程硫自养反硝化-厌氧氨氧化反应或同步硝化-硫自养反硝化反应的状态，而后在初级消解池进行同步硝化-短程硫自养反硝化-厌氧氨氧化反应或同步硝化-硫自养反硝化反应，随后反应液流入深度消解池，在深度消解池中能够继续除去残余的污染物并能够吸附在初级消解池中产生的硫单质颗粒。
因此，本发明提供的含硫废水的处理装置能够同时实现硫化物、氨氮以及亚硝态氮的充分脱除，不仅如此，还能够在不产生任何副产物的前提下实现部分硫酸盐的去除，也能够在较低的COD值的前提下正常运行，且占地面积小，能耗药耗低。
作为本发明的一种优选技术方案，所述处理装置还包括有机碳源加药箱，所述有机碳源加药箱通过有机碳源加药管与所述次级消解池连通，所述有机碳源加药管上设置有机碳源加药泵和有机碳源加药阀。
作为本发明的一种优选技术方案，所述深度消解池和所述上升流沉淀池的外壁设置蓄能管，所述蓄能管的进水口设置于所述上升流沉淀池外侧壁与所述初级消解池内侧壁形成的空腔内，且所述进水口的水平高度高于所述上升流沉淀池的溢流口的水平高度，所述蓄能管的出水口连通所述深度消解池的底部。
作为本发明的一种优选技术方案，所述初级MABR包括顶板和底板，所述初级MABR的底板固定于所述初级消解池的底部，所述初级MABR的顶板固定于所述初级消解池的顶部和/或所述深度消解池的外侧壁，所述初级MABR的内层接种硝化细菌，所述初级MABR的外层接种硫自养反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌。
所述次级MABR包括顶板和底板，所述次级MABR的底板固定于所述次级消解池的底部，所述次级MABR的顶板固定于所述次级消解池的顶部，所述次级MABR的内层接种硝化细菌，所述次级MABR的外层接种硫酸盐还原菌和反硝化细菌。
本发明提供的含硫废水的处理装置巧妙地利用了硫酸盐还原菌，不仅能够达到去除部分硫酸盐的目的，同时还能够为硫自养反硝化细菌补充反应底物。
作为本发明的一种优选技术方案，所述处理装置还包括初级MABR曝气装置、初级内腔曝气装置、次级MABR曝气装置和次级内腔曝气装置。
所述初级MABR曝气装置连接所述初级MABR的底板，所述初级内腔曝气装置的布气管道设置于所述深度消解池的底部。
所述次级MABR曝气装置连接所述次级MABR的底板，所述次级内腔曝气装置的布气管道设置于所述次级消解池的底部。
作为本发明的一种优选技术方案，所述处理装置还包括与所述初级消解池连接的初级进水通道，所述初级进水通道的出水口位于所述初级消解池的底部。
所述处理装置还包括与所述次级消解池连接的次级进水通道和三级进水通道，所述次级进水通道的进水口与所述初级进水通道连通，出水口位于所述次级消解池的底部，所述三级进水通道的进水口位于所述次级消解池的顶部，出水口与所述初级进水通道连通，所述次级进水通道与所述初级进水通道的连通口位于所述三级进水通道与所述初级进水通道连通口的上游。
所述初级进水通道上设置初级控制阀，所述初级控制阀位于所述次级进水通道的进水口和所述三级进水通道的出水口之间，所述次级进水通道上设置次级控制阀，所述次级控制阀紧邻所述次级进水通道的进水口，所述三级进水通道上设置三级控制阀，所述三级控制阀紧邻所述三级进水通道的出水口。
在本发明中，所述控制阀的作用是通过开关控制是否需要走水。
所述处理装置还包括连接所述次级消解池和所述三级进水通道的四级进水通道，所述四级进水通道与所述三级进水通道的连通口位于所述三级进水通道进水口和所述三级控制阀之间，所述四级进水通道上设置四级控制阀，所述四级控制阀紧邻所述四级进水通道的出水口。
作为本发明的一种优选技术方案，所述初级进水通道上设置初级总氮检测计、初级COD检测计、初级硫化物检测计和初级硫酸盐检测计，所述初级总氮检测计、所述初级COD检测计、所述初级硫化物检测计和所述初级硫酸盐检测计位于所述初级进水通道的进水口和所述次级进水通道的进水口之间。
在本发明中，所述初级总氮检测计、初级COD检测计、初级硫化物检测计和初级硫酸盐检测计用于监测初始进水的总氮浓度（mg/L）、COD值（mg/L）、硫离子浓度（mg/L）和硫酸根离子浓度（mg/L）。
所述三级进水通道上设置次级总氮检测计和次级硫化物检测计，所述次级总氮检测计和所述次级硫化物检测计位于所述三级进水通道的进水口处。
在本发明中，所述次级总氮检测计和次级硫化物检测计用于检测次级消解池出水口处的总氮浓度（mg/L）和硫离子浓度（mg/L）。
第二方面，本发明提供了一种含硫废水的处理方法，所述处理方法利用第一方面所述的含硫废水的处理装置进行，所述处理装置利用PLC系统进行控制，所述PLC系统按照如下公式运行：
其中：
S1为初始进水的含硫废水的硫离子浓度,mg/L；
N1为初始进水的含硫废水的总氮浓度,mg/L；
C为初始进水的含硫废水的COD数值,mg/L；
S2为次级消解池出水口处的硫离子浓度,mg/L；
N2为次级消解池出水口处的总氮浓度,mg/L。
作为本发明的一种优选技术方案，当PLC系统下达运行一级程序的指令时，初级控制阀开启，次级控制阀和三级控制阀关闭，次级MABR曝气装置和次级内腔曝气装置关闭；
当PLC系统下达运行二级程序的指令时，初级控制阀和四级控制阀关闭，次级控制阀和三级控制阀开启，次级MABR曝气装置和次级内腔曝气装置开启；
当PLC系统下达运行三级程序的指令时，初级控制阀和四级控制阀关闭，次级控制阀和三级控制阀开启，次级MABR曝气装置开启，次级内腔曝气装置关闭；
当PLC系统下达运行四级程序的指令时，初级控制阀和三级控制阀关闭，次级控制阀和四级控制阀开启，次级MABR曝气装置开启，次级内腔曝气装置关闭，所述次级内腔曝气装置的曝气速率以预设斜率下降；
当PLC系统下达运行五级程序的指令时，初级控制阀和三级控制阀关闭，次级控制阀和四级控制阀开启，次级MABR曝气装置开启，次级内腔曝气装置关闭，所述次级内腔曝气装置的曝气速率以预设斜率提升；
当PLC系统下达运行六级程序的指令时，初级控制阀和四级控制阀关闭，次级控制阀和三级控制阀开启，次级MABR曝气装置开启，次级内腔曝气装置关闭，有机碳源加药箱以预设加药量投加有机碳源；
当PLC系统下达运行七级程序的指令时，初级控制阀和三级控制阀关闭，次级控制阀和四级控制阀开启，次级MABR曝气装置开启，次级内腔曝气装置关闭，所述次级内腔曝气装置的曝气速率以预设斜率提升，有机碳源加药箱以预设加药量投加有机碳源；
在所述处理方法中，初级MABR曝气装置和初级内腔曝气装置持续运行，待处理废水直接进入所述初级消解池或经所述次级消解池处理后进入所述初级消解池，随后在重力自流的作用下先后流经所述初级消解池、蓄能管、所述深度消解池、所述三相分离器和所述上升流沉淀池。
作为本发明的一种优选技术方案，所述有机碳源加药箱的预设加药量的COD当量不低于(4×N1-C)mg/L且不高于(4×N1-C+2×SP)mg/L，SP为初始进水的硫酸根离子浓度,mg/L。
作为本发明的一种优选技术方案，所述深度消解池中含有的好氧颗粒污泥经所述三相分离器拦截后，以预设周期沉降并通过所述排泥管排出所述深度消解池，所述预设周期为40天~50天，所述好氧颗粒污泥表面附着的硫单质颗粒进行分离回收。
在本发明提供的所述处理方法中，所述处理方法利用PLC系统控制，包括如下步骤：
S1，初级硫化物检测计以固定频率记录进水硫离子浓度S1（mg/L），初级总氮检测计以固定频率记录进水总氮浓度N1（mg/L），初级COD检测计以固定频率记录进水COD数值C（mg/L），初级硫酸盐检测计以固定频率记录进水硫酸根离子浓度SP（mg/L），次级硫化物检测计以固定频率记录次级消解池中的硫离子浓度S2（mg/L），次级总氮检测计以固定频率记录次级消解池中的总氮浓度N2（mg/L），并向PLC系统发送反馈信号；
S2，PLC系统接收信号后，按照如下公式分别运行一级程序、二级程序、三级程序、四级程序、五级程序、六级程序和七级程序：
S3，初级MABR曝气装置和初级内腔曝气装置持续运行，待处理水直接进入初级消解池或经次级消解池处理后进入初级消解池，随后在重力自流的作用下先后流经初级消解池、蓄能管、深度消解池、三相分离器和上升流沉淀池。
本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
（1）本发明提供的处理装置不仅能够除去污水中含有的总氮，还能够针对含硫废水进行处理，可以将含硫废水中的硫化物充分脱除，实现了硫化物、总氮（氨氮、亚硝态氮和硝态氮）的综合去除。
（2）本发明提供的含硫废水的处理装置不仅能够将含硫的污废水中的部分硫酸盐去除，还能够将这部分硫酸盐转化成硫化物副产物进行应用。
（3）本发明提供的含硫废水的处理装置在待处理废水COD含量较低的情况下也可正常运行，无需补充有机碳源或仅在特定情况下精确补充少量有机碳源，待处理废水无需携带活性污泥进行回流，能够实现连续出水，并且避免了活性污泥的浪费，显著地节约了能耗和药耗；
（4）本发明提供的处理装置高度集成，能够显著节约占地面积。
（发明人：刘牡;段梦缘;黎泽华;孙凯;朱希坤;苏英强;韩慧铭;张立言;刘亚顺）