公布日：2024.04.19
申请日：2024.01.19
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/52(2023.01)I;C01B25/45(2006.01)I;C02F1/00(2023.01)N;C02F7/00(2006.01)N;C02F3/30(2023.01)N;C02F101/10(2006.01)N;
C02F101/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/38(2006.01)N;C02F1/44(2023.01)N;C02F1/38(2023.01)N
摘要
本发明属于高氨氮污水生物处理技术领域，具体涉及处理高浓污水的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合鸟粪石法的脱氮除磷装置、工艺。装置：IC厌氧罐通过旋振筛连接一体式沉淀池一，一体式沉淀池一连接中温超滤膜，中温超滤膜通过除磷器连接接触氧化系统，接触氧化系统通过脱氮系统连接一体式沉淀池二，一体式沉淀池二通过硫自养反硝化器连接清水池。工艺包括：高浓污水废水经过IC厌氧罐后进入旋振筛，再流入一体式沉淀池一，再进入中温超滤膜，部分浓缩液回流至IC厌氧罐，清液进入除磷器，再进入接触氧化系统，处理后进入脱氮系统和一体化沉淀池二，再进入硫自养反硝化器，过滤后的污水进入清水池。本发明能提高系统处理效率。
权利要求书
1.处理高浓污水的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合鸟粪石法的脱氮除磷装置，其特征在于，包括IC厌氧罐（1），IC厌氧罐（1）通过旋振筛（5）连接一体式沉淀池一（6），所述一体式沉淀池一（6）连接中温超滤膜（9），所述中温超滤膜（9）通过除磷器（10）连接接触氧化系统（12），所述接触氧化系统（12）通过脱氮系统（13）连接一体式沉淀池二（16），所述一体式沉淀池二（16）通过硫自养反硝化器（19）连接清水池（20）；所述接触氧化系统（12）包括接触氧化池一（12-5），所述接触氧化池一（12-5）用于缺氧反硝化，所述接触氧化池一（12-5）连接所述接触氧化池二（12-9），所述接触氧化池二（12-9）为好氧生物接触氧化池；所述脱氮系统（13）包括厌氧氨氧化池（13-5）。
2.根据权利要求1所述的处理高浓污水的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合鸟粪石法的脱氮除磷装置，其特征在于，所述IC厌氧罐（1）还连接所述中温超滤膜（9），所述IC厌氧罐（1）还连接强制循环泵（3），所述IC厌氧罐（1）内设有中央搅拌器（2）；所述一体式沉淀池一（6）还通过厌氧污泥泵（7）连接外部的脱泥系统。
3.根据权利要求1所述的处理高浓污水的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合鸟粪石法的脱氮除磷装置，其特征在于，所述除磷器（10）包括除磷罐（10-1）和搅拌器（10-2），所述搅拌器（10-2）底部设有桨叶，所述搅拌器（10-2）从所述除磷罐（10-1）顶部的中心位置穿入所述除磷罐（10-1）的反应区内；所述除磷罐（10-1）的底部设有锥斗，所述锥斗的下部连接气动刀闸阀（10-9），所述气动刀闸阀（10-9）连接分离器（11）。
4.根据权利要求3所述的处理高浓污水的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合鸟粪石法的脱氮除磷装置，其特征在于，所述除磷罐（10-1）的一侧设有进料槽（10-5），所述除磷罐（10-1）的另一侧设有出料口（10-6），所述除磷罐（10-1）还设有除磷药剂口（10-4），所述除磷罐（10-1）内设有卸料板（10-7），所述卸料板（10-7）包括中间部和所述中间部两端的活动板，所述中间部被卸料板活动螺栓（10-8）倾斜一定角度固定在所述除磷罐（10-1）上，两端的所述活动板自然下垂和所述锥斗内壁接触形成闭合状态，所述活动板连接卸料板手动葫芦（10-3）的一端，所述卸料板手动葫芦（10-3）的另一端固定在所述除磷罐（10-1）外。
5.根据权利要求2所述的处理高浓污水的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合鸟粪石法的脱氮除磷装置，其特征在于，所述接触氧化池一（12-5）包括进水槽（12-1）和旋流曝气器（12-2）以及接触氧化池出水孔（12-3），所述旋流曝气器（12-2）用于提供微曝气条件，所述接触氧化池一（12-5）还包括鲍尔环填料模块（12-4），所述鲍尔环填料模块（12-4）用于放置填料，所述鲍尔环填料模块（12-4）包括多组鲍尔环填料，多组鲍尔环填料之间通过上下模块连接器（12-6）连接，所述接触氧化池一（12-5）底部设有接触氧化池排泥管（12-8）；所述接触氧化池二（12-9）包括弹性立体填料模块（12-10），所述弹性立体填料模块（12-10）包括多组弹性立体填料，多组所述弹性立体填料之间也通过上下模块连接器（12-6）连接，所述弹性立体填料模块（12-10）的下方设有纳米曝气管（12-7），所述接触氧化池二（12-9）底部也设有所述接触氧化池排泥管（12-8），所述接触氧化池排泥管（12-8）也通过所述厌氧污泥泵（7）连接外部的脱泥系统。
6.根据权利要求1所述的处理高浓污水的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合鸟粪石法的脱氮除磷装置，其特征在于，所述接触氧化池二（12-9）还包括接触氧化池污泥分离槽（12-12），所述接触氧化池污泥分离槽（12-12）内设有在线仪表探头（12-11），所述在线仪表探头（12-11）和在线检测仪器以及曝气风机（14）联锁控制。
7.根据权利要求1所述的处理高浓污水的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合鸟粪石法的脱氮除磷装置，其特征在于，所述厌氧氨氧化池（13-5）内设有多组填料装置，每组填料装置包括上部厌氧氨氧化填料模块（13-4）和下部厌氧氨氧化填料模块（13-3），所述上部厌氧氨氧化填料模块（13-4）和所述下部厌氧氨氧化填料模块（13-3）之间用上下填料膜块连接器（13-6）连接，所述填料装置底部还设有微孔曝气盘（13-2），所述脱氮系统（13）还包括厌氧氨氧化池出水孔（13-7）和厌氧氨氧化池进水孔（13-1）。
8.根据权利要求1所述的处理高浓污水的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合鸟粪石法的脱氮除磷装置，其特征在于，所述IC厌氧罐（1）通过厌氧出料泵（4）连接所述旋振筛（5），所述一体式沉淀池一（6）通过沉淀出料泵一（8）连接所述中温超滤膜（9），所述中温超滤膜（9）为超滤膜系统，所述脱氮系统（13）通过厌氧氨氧化出料泵（15）连接所述一体式沉淀池二（16），所述一体式沉淀池二（16）还连接厌氧氨氧化颗粒污泥泵（17），所述一体式沉淀池二（16）还通过沉淀出料泵二（18）连接所述硫自养反硝化器（19），所述清水池（20）还连接清水泵（21），所述硫自养反硝化器（19）还连接所述接触氧化系统（12），所述一体式沉淀池二（16）还连接所述接触氧化系统（12）。
9.处理高浓污水的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合鸟粪石法的脱氮除磷工艺，其特征在于，在该工艺中使用权利要求1~8任一项所述处理高浓污水的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合鸟粪石法的脱氮除磷装置，该工艺包括如下步骤，高浓污水/高浓度废水经过IC厌氧罐（1）发酵后进入旋振筛（5）去除大颗粒物料，得到去除大颗粒物料的液相，所述去除大颗粒物料的液相流入所述一体式沉淀池一（6）去除细小悬浮物，得到分离后的沉淀清液和分离后的污泥，所述分离后的污泥进入外部的脱泥系统，所述分离后的沉淀清液进入所述中温超滤膜（9）进行固液分离，得到清液和部分浓缩液，所述部分浓缩液回流至IC厌氧罐（1），所述清液进入所述除磷器（10）进行除磷，生成鸟粪石结晶体，还得到除磷后的污水，所述除磷后的污水进入接触氧化系统（12）进行短程硝化，并去除有机质及悬浮物，多余的污泥进入外部的脱泥系统，处理后的污水进入所述脱氮系统（13）和所述一体化沉淀池二（16）脱氮，再进入所述硫自养反硝化器（19）进行硫自养反硝化脱余氮，过滤后的污水进入所述清水池（20）；所述除磷器（10）内装有填料一，所述填料一包括网状聚氨酯填料、网状海绵除磷脱氮填料中的至少一种，所述网状海绵除磷脱氮填料的原料包括以下重量份的组分：聚醚多元醇70~100份、水3~6份、催化剂1~2份、表面活性剂1~2份、填充剂2~5份、镁盐5~20份、硫铁矿粉5~20份；所述网状海绵除磷脱氮填料的制备方法包括以下步骤：按比例将原料搅拌，制得混合预试剂；将所述混合预试剂进行发泡，得到所述网状海绵除磷脱氮填料。
10.根据权利要求9所述的处理高浓污水的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合鸟粪石法的脱氮除磷工艺，其特征在于，所述催化剂包括胺类催化剂，所述胺类催化剂包括三乙胺、亚乙基二胺、醇胺中的至少一种；所述表面活性剂包括开孔剂、硅油中的至少一种，所述开孔剂包括脂肪酸碱金属盐、煤油、矿物油中的至少一种，所述硅油包括硅油L580；所述填充剂包括轻质碳酸钙、硅石灰、膨润土中的至少一种，所述填充剂的粒径为200~500目；所述镁盐包括氢氧化镁、氯化镁、硫酸镁中的至少一种，所述镁盐的粒径为200~500目；所述硫铁矿粉的粒径为200~500目，所述网状海绵除磷脱氮填料的制备方法包括以下步骤：按比例将原料在1000~2000r/min条件下搅拌20~40min，制得混合预试剂；将所述混合预试剂进行发泡，将高压反应釜升温至150±5℃后，将混合预试剂与40~60份的甲苯二异氰酸酯，在3000~4000r/min条件下搅拌5~8s，迅速倒入至已升温至150±5℃的高发反应釜，并将二氧化碳加压3~7MPa后通入高压反应釜中，保压30~60min后，将高压反应釜内的压力瞬间减压释放获得初期网状海绵除磷脱氮填料，冷却至常温，将初期网状海绵除磷脱氮填料剪切成边长20~30mm的正方形填料，得到所述网状海绵除磷脱氮填料；所述IC厌氧罐（1）的运行指标包括，进料负荷OLR:5~10kg/m3·d，pH:7.2~8.0，挥发性脂肪酸VFA:500~1000mg/L，碱度：25000~30000mg/L，水力停留时间HRT:30~45d，NH3-N:2000~2500mg/L，TN:2500~3000mg/L，COD:2500~6000mg/L，TS:1.5%~2.0%，VS:25%~35%，温度：55℃；吨进水沼气量：80~110m3/h，CH4：68%~70%，CO：29.6%~31.7%，O2:0，H2S:0.3%~0.4%；所述中温超滤膜（9）的运行指标包括：超滤产水率：50%~70%，产水通量：60~110LMH，运行温度：50~60℃，管道流程4~6m/s，出水SS7.2，运行温度控制在30℃~37℃；出水硝态氮：70mg/L；碱度：无要求；pH>6-9；反应器：直径×高度=0.5m*2.5m，其中填料高度2m；水利停留时间：4-6h；容积负荷：0.8~1.3kgN/m3·d；进水形式：升流式；反冲洗：采取升流式高速水流反冲洗的方式，1-2月反冲洗一次，反冲洗强度为7~10L/m2·s，冲洗时间是3~5min。
发明内容
本发明的第一个目的是提供处理高浓污水的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合鸟粪石法的脱氮除磷装置，本发明的第二个目的是提供处理高浓污水的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合鸟粪石法的脱氮除磷工艺，本发明能提高系统处理效率，适用于对低碳氮比、总磷高的高浓污水进行脱氮除磷。
本发明提供一种处理高浓污水的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合鸟粪石法的脱氮除磷装置，包括IC厌氧罐，IC厌氧罐通过旋振筛连接一体式沉淀池一，所述一体式沉淀池一通过中温超滤膜，所述中温超滤膜通过除磷器连接接触氧化系统，所述接触氧化系统通过脱氮系统连接一体式沉淀池二，所述一体式沉淀池二通过硫自养反硝化器连接清水池；所述接触氧化系统包括接触氧化池一，所述接触氧化池一用于缺氧反硝化，所述接触氧化池一连接所述接触氧化池二，所述接触氧化池二为好氧生物接触氧化池；所述脱氮系统包括厌氧氨氧化池。
于本发明一实施例中，所述IC厌氧罐还连接所述中温超滤膜，所述IC厌氧罐还连接强制循环泵，所述IC厌氧罐内设有中央搅拌器；所述一体式沉淀池一还通过厌氧污泥泵连接外部的脱泥系统。
于本发明一实施例中，所述除磷器包括除磷罐和搅拌器，所述搅拌器底部设有桨叶，所述搅拌器从所述除磷罐顶部的中心位置穿入所述除磷罐的反应区内；所述除磷罐的底部设有锥斗，所述锥斗的下部连接气动刀闸阀，所述气动刀闸阀连接分离器。
于本发明一实施例中，所述除磷罐的一侧设有进料槽，所述除磷罐的另一侧设有出料口，所述除磷罐还设有除磷药剂口，所述除磷罐内设有卸料板，所述卸料板包括中间部和所述中间部两端的活动板，所述中间部被卸料板活动螺栓倾斜一定角度固定在所述除磷罐上，两端的所述活动板自然下垂和所述锥斗内壁接触形成闭合状态，所述活动板连接卸料板手动葫芦的一端，所述卸料板手动葫芦的另一端固定在所述除磷罐外。
于本发明一实施例中，所述接触氧化池一包括进水槽和旋流曝气器以及接触氧化池出水孔，所述旋流曝气器用于提供微曝气条件，所述接触氧化池一还包括鲍尔环填料模块，所述鲍尔环填料模块用于放置填料，所述鲍尔环填料模块包括多组鲍尔环填料，多组鲍尔环填料之间通过上下模块连接器连接，所述接触氧化池一底部设有接触氧化池排泥管；所述接触氧化池二包括弹性立体填料模块，所述弹性立体填料模块包括多组弹性立体填料，多组所述弹性立体填料之间也通过上下模块连接器连接，所述弹性立体填料模块的下方设有纳米曝气管，所述接触氧化池二底部也设有所述接触氧化池排泥管，所述接触氧化池排泥管也通过所述厌氧污泥泵连接外部的脱泥系统。
于本发明一实施例中，所述接触氧化池二还包括接触氧化池污泥分离槽，所述接触氧化池污泥分离槽内设有在线仪表探头，所述在线仪表探头和在线检测仪器以及曝气风机联锁控制。
于本发明一实施例中，所述厌氧氨氧化池内设有多组填料装置，每组填料装置包括上部厌氧氨氧化填料模块和下部厌氧氨氧化填料模块，所述上部厌氧氨氧化填料模块和所述下部厌氧氨氧化填料模块之间用上下填料膜块连接器连接，所述填料装置底部还设有微孔曝气盘，所述脱氮系统还包括厌氧氨氧化池出水孔和厌氧氨氧化池进水孔。
于本发明一实施例中，所述IC厌氧罐通过厌氧出料泵连接所述旋振筛，所述一体式沉淀池一通过沉淀出料泵一连接所述中温超滤膜，所述中温超滤膜为超滤膜系统，所述脱氮系统通过厌氧氨氧化出料泵连接所述一体式沉淀池二，所述一体式沉淀池二还连接厌氧氨氧化颗粒污泥泵，所述一体式沉淀池二还通过沉淀出料泵二连接所述硫自养反硝化器，所述清水池还连接清水泵，所述硫自养反硝化器还连接所述接触氧化系统，所述一体式沉淀池二还连接所述接触氧化系统。
本发明还提供一种处理高浓污水的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合鸟粪石法的脱氮除磷工艺，在该工艺中使用所述处理高浓污水的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合鸟粪石法的脱氮除磷装置，该工艺包括如下步骤，高浓污水/高浓度废水经过IC厌氧罐发酵后进入旋振筛去除大颗粒物料，得到去除大颗粒物料的液相，所述去除大颗粒物料的液相流入所述一体式沉淀池一去除细小悬浮物，得到分离后的沉淀清液和分离后的污泥，所述分离后的污泥进入外部的脱泥系统，所述分离后的沉淀清液进入所述中温超滤膜进行固液分离，得到清液和部分浓缩液，所述部分浓缩液回流至IC厌氧罐，所述清液进入所述除磷器进行除磷，生成鸟粪石结晶体，还得到除磷后的污水，所述除磷后的污水进入接触氧化系统进行短程硝化，并去除有机质及悬浮物，多余的污泥进入外部的脱泥系统，处理后的污水进入所述脱氮系统和所述一体化沉淀池二脱氮，再进入所述硫自养反硝化器进行硫自养反硝化脱余氮，过滤后的污水进入所述清水池。
所述除磷器内装有填料一，所述填料一包括网状聚氨酯填料、网状海绵除磷脱氮填料中的至少一种，所述网状海绵除磷脱氮填料的原料包括以下重量份的组分：聚醚多元醇70~100份、水3~6份、催化剂1~2份、表面活性剂1~2份、填充剂2~5份、镁盐5~20份、硫铁矿粉5~20份；所述网状海绵除磷脱氮填料的制备方法包括以下步骤：按比例将原料搅拌，制得混合预试剂；将所述混合预试剂进行发泡，得到所述网状海绵除磷脱氮填料。
于本发明一实施例中，所述催化剂包括胺类催化剂，所述胺类催化剂包括三乙胺、亚乙基二胺、醇胺中的至少一种；所述表面活性剂包括开孔剂、硅油中的至少一种，所述开孔剂包括脂肪酸碱金属盐、煤油、矿物油中的至少一种，所述硅油包括硅油L580；所述填充剂包括轻质碳酸钙、硅石灰、膨润土中的至少一种，所述填充剂的粒径为200~500目；所述镁盐包括氢氧化镁、氯化镁、硫酸镁中的至少一种，所述镁盐的粒径为200~500目；所述硫铁矿粉的粒径为200~500目，所述网状海绵除磷脱氮填料的制备方法包括以下步骤：按比例将原料在1000~2000r/min条件下搅拌20~40min，制得混合预试剂；将所述混合预试剂进行发泡，将高压反应釜升温至150±5℃后，将混合预试剂与40~60份的甲苯二异氰酸酯，在3000~4000r/min条件下搅拌5~8s，迅速倒入至已升温至150±5℃的高发反应釜，并将二氧化碳加压3~7MPa后通入高压反应釜中，保压30~60min后，将高压反应釜内的压力瞬间减压释放获得初期网状海绵除磷脱氮填料，冷却至常温，将初期网状海绵除磷脱氮填料剪切成边长20~30mm的正方形填料，得到所述网状海绵除磷脱氮填料。
于本发明一实施例中，所述IC厌氧罐的运行指标包括，进料负荷OLR:5~10kg/m3·d，pH:7.2~8.0，挥发性脂肪酸VFA:500~1000mg/L，碱度：25000~30000mg/L，水力停留时间HRT:30~45d，NH3-N:2000~2500mg/L，TN:2500~3000mg/L，COD:2500~6000mg/L，TS:1.5%~2.0%，VS:25%~35%，温度：55℃；吨进水沼气量：80~110m3/h，CH4：68%~70%，CO：29.6%~31.7%，O2:0，H2S:0.3%~0.4%；所述中温超滤膜的运行指标包括：超滤产水率：50%~70%，产水通量：60~110LMH，运行温度：50~60℃，管道流程4~6m/s，出水SS7.2，运行温度控制在30℃~37℃；出水硝态氮：70mg/L；碱度：无要求；pH>6-9；反应器：直径×高度=0.5m*2.5m，其中填料高度2m；水利停留时间：4-6h；容积负荷：0.8~1.3kgN/m3·d；进水形式：升流式；反冲洗：采取升流式高速水流反冲洗的方式，1-2月反冲洗一次，反冲洗强度为7~10L/(m2·s)，冲洗时间是3~5min。
需要说明的是，在本发明中，两级A/O生物处理系统利用释磷菌和聚磷菌先释放后吸收至污泥中，通过排泥实现除磷目的。当污水中有足够的有机碳源时，主要采用生物法除磷能去除一部分，主流工艺采用气浮加药除磷，这种方式运行成本高，磷资源不能利用，产泥量大。在沼液中游离氨氮浓度高、总磷浓度低，本发明利用鸟粪石结晶原理，通过投加镁盐将控制Mg:P质量在1.1：1~1.5：1时，在破解鸟粪石结晶的镁盐限制因素后出水总磷降到10mg/L以下，通过分离回收鸟粪石结晶体实现资源化利用。
两级A/O生物处理技术存在成本高，脱氮效率低的问题，为实现污水处理的可持续化发展，本发明利用低能耗高效的短程硝化生物接触氧化池+厌氧氨氧化池+硫自养反硝化组合工艺进行解决。在沼液经过固液分离后，进入生物接触氧化池利用异养菌COD，同时在微氧环境下氨氧化细菌将NH4+-N转化为NO2--N，曝气量与在线NH4+-N、NO2--N及NO3--N检测分析仪进行智能联锁控制，当氨氮达到“低谷点”时，为将系统控制在短程硝化阶段减少罗茨风机曝气频率。短程硝化出水为为厌氧氨氧化过程提供NH4+-N和NO2--N，厌氧氨氧化过程中会产生10%左右的NO3--N，后端基于硫自养反硝菌利用CO2碳源进行脱总氮，实现出水总氮总磷达标排放。
本发明的有益效果是：1）针对厨余/餐厨垃圾中含有丰富的P元素，通过除磷反应器后将磷元素转化成鸟粪石，鸟粪石中磷元素含量占比60%以上，鸟粪石可作为一种磷肥生产的原材料或缓释肥料，用于农作物生长。实现餐厨废水变废为宝，实现资源化，同时从根本上解决了后端工艺管道鸟粪石结垢问题。
2）通过一体式沉淀池+超滤膜对沼液进行固液分离，固体回流至厌氧系统，进一步将有机质转化为沼气，有机质转化率提高到5%~10%。采用膜分离方式，相对常规投加絮凝剂进行离心机分离，运行成本至少节省20元/吨。同时避免了投加絮凝剂药剂对后续污水生化系统的影响。膜产水的SS
（发明人：卢艳娟;王珍宝;刘鑫;朱仕亮;穆子霄;张长江;何金玲;高云霄）