本發(fā)明屬于一種污水處理裝置及其處理方法，具體的說是一種好氧顆粒污泥和厭氧顆粒污泥一體化聯(lián)用去除水中有機物和氮素的裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)廢水和生活污水的產(chǎn)量越來越大，自然環(huán)境所承受的壓力也相應(yīng)地增大。其中有機物和氮素是污水中最常見的污染物，污水中氮素進入自然水體之后會引起富營養(yǎng)化，破壞水體生態(tài)環(huán)境。有機物進入自然水體后會消耗溶解氧，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，影響水生生物的生存，另一方面，一些有毒有害有機物進入水體還會直接對水生生物和人類產(chǎn)生毒性作用。因此，研究和開發(fā)高效、經(jīng)濟的有機物和氨氮處理技術(shù)和方法一直是污水處理領(lǐng)域的熱點。
厭氧顆粒污泥技術(shù)是一項成熟、高效的污水處理技術(shù)，在以上流式厭氧污泥床(UASB)為代表的多種高效厭氧反應(yīng)器中得到了廣泛的應(yīng)用，具有沉降性能好，容積負荷高等優(yōu)點，能夠有效去除廢水中的高濃度有機物，同時當廢水有硝酸鹽或亞硝酸鹽存在時，厭氧顆粒污泥中的微生物還可以通過反硝化作用在去除有機物的同時去除硝酸鹽和亞硝酸鹽。但時，厭氧顆粒污泥處理系統(tǒng)的出水有機物濃度往往較高，并且由于厭氧顆粒中不利于硝化細菌的生長，因而無法實現(xiàn)硝化過程。
好氧顆粒污泥是近年來發(fā)展起來的一項受到廣泛關(guān)注并被公認具有廣泛應(yīng)用前景的污水處理技術(shù)，與傳統(tǒng)的絮狀活性污泥相比，其具有沉降性好、生物量大、抗沖擊負荷能力強、可進行同步硝化反硝化能力等優(yōu)勢。但是，與厭氧顆粒污泥相比，好氧顆粒培養(yǎng)難度較大并且容易解體，此外，現(xiàn)有的好氧顆粒污泥工藝大多數(shù)都采用序批式反應(yīng)器，污水處理效率較低。
綜上所述，厭氧顆粒污泥和好氧顆粒污泥都有各自的優(yōu)勢和缺點，因此，開發(fā)出一種兼具厭氧顆粒污泥和好氧顆粒污泥各自優(yōu)勢的高效反應(yīng)器對污水進行處理，特別是高濃度含氮有機廢水處理，具有非常重要的意義。項赟等(項赟，李方志，溫勇，杜建偉，雷偉香.UASB反應(yīng)器處理高濃度食品發(fā)酵廢水啟動特性研究.環(huán)境工程,2014(s1):99-102)研究了厭氧顆粒污泥對高濃度食品發(fā)酵廢水的處理效果，研究表明厭氧顆粒污泥的去除有機物的性能非常高，當進水COD約為8500mg/L,COD容積負荷為2.8kg/(m3·d)時,COD去除率接近80％。阮文權(quán)等(阮文權(quán)，陳堅.同步脫氮好氧顆粒污泥的特性及其反應(yīng)過程.中國環(huán)境科學(xué),2003:23(4):380-384)研究了好氧顆粒污泥同步硝化與反硝化的特性，結(jié)果表明，好氧顆粒污泥具有明顯的硝化反硝化功能，對氨氮的去除率接近100％，并且對COD去除率達到90％。雖然目前已有很多關(guān)于好氧和厭氧顆粒污泥的研究和應(yīng)用，但是尚未見到將好氧顆粒污泥和厭氧顆粒污泥整合到同一反應(yīng)器中的研究和開發(fā)。在目前的水處理工藝中，厭氧和好氧工藝通常是在分開的兩個反應(yīng)器中進行的，占地面積較大，并且好氧顆粒工藝需采用間歇式的運行方式，處理能力較低并且控制較為復(fù)雜。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：
針對現(xiàn)有的問題(目前大多數(shù)好氧顆粒污泥工藝都采用序批式反應(yīng)器，其具有污水處理效率低、啟動過程中好氧顆粒形成慢以及運行過程中好氧顆粒易解體等缺點)，本發(fā)明提供了一種好氧厭氧一體化聯(lián)用反應(yīng)器及其處理廢水的方法，將好氧顆粒污泥和厭氧顆粒污泥整合到同一反應(yīng)器中的，使厭氧顆粒污泥轉(zhuǎn)化為好氧顆粒污泥，可以解決好氧顆粒污泥難以培養(yǎng)及運行過程中容易解體的問題；另一方面，本發(fā)明可實現(xiàn)好氧顆粒污泥的連續(xù)流運行，提高了污水處理的效率。
2、技術(shù)方案：
發(fā)明原理：將好氧顆粒污泥和厭氧顆粒污泥整合進一個上流式連續(xù)流反應(yīng)器中。反應(yīng)器啟動階段接種厭氧顆粒污泥，在反應(yīng)器的中部進行曝氣，經(jīng)過一段時間馴化過后，曝氣位置上部的厭氧顆粒污泥會逐漸轉(zhuǎn)化成好氧顆粒污泥，具有硝化功能。運行過程中將反應(yīng)器頂部出水回流到反應(yīng)器的下部，利用下部的厭氧顆粒進行反硝化脫硝態(tài)氮。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：
一種好氧顆粒污泥和厭氧顆粒污泥一體化聯(lián)用反應(yīng)器，采用上流式圓筒狀結(jié)構(gòu)，廢水從反應(yīng)器底部的布水裝置進入反應(yīng)器，由頂部出水，部分出水回流到底部與進水混合重新進入反應(yīng)器。
反應(yīng)器上端和下端高度的比例、水力停留時間、出水回流比根據(jù)需處理廢水的水質(zhì)水量確定。反應(yīng)器的高徑比為5～10:1。在反應(yīng)器出口處設(shè)置pH和溶解氧在線監(jiān)測儀及自動反饋控制裝置。
該反應(yīng)器處理廢水的方法，步驟為：
(1)廢水從反應(yīng)器底部的布水裝置進如反應(yīng)器，進水中含有氨氮和有機物，與從上端回流的含硝酸鹽和亞硝酸鹽氮廢水相混合，經(jīng)過反應(yīng)器下部的厭氧區(qū)與厭氧顆粒污泥接觸進行反硝化脫除硝酸鹽和亞硝酸鹽氮并去除一部分有機物。
(2)混合后的廢水經(jīng)過厭氧區(qū)之后進入反應(yīng)器上部的好氧區(qū)，好氧顆粒污泥在好氧條件下去除廢水中的有機物并且將氨氮氧化為硝酸鹽氮。
(3)混合液經(jīng)過反應(yīng)器頂部的三相分離器，氣體排出反應(yīng)器，出水經(jīng)過溢流堰流出，污泥重新回到反應(yīng)器。
(4)反應(yīng)器上端出水經(jīng)過回流進入反應(yīng)器下端以便進行反硝化。
步驟(2)中，在反應(yīng)器的啟動階段利用溶解氧控制裝置調(diào)節(jié)溶解氧為4～8mg/L，高濃度的溶解氧有利于硝化細菌的生長，穩(wěn)定運行階段的溶解氧控制為0.5～1.5mg/L，較低的溶解氧有利于顆粒內(nèi)部的反硝化細菌進行反硝化脫氮并且抑制亞硝酸鹽氧化細菌的生長，從而達到部分硝化的目的。因為反應(yīng)器的高徑比較大，在低曝氣量的條件下也可以保證泥水充分混合，提供適合好氧顆粒污泥生長的條件。利用pH自動反饋裝置控制好氧段的pH為7.8～8.0,在不影響氨氧化細菌的生長和活性的的前提下抑制亞硝酸鹽氧化細菌的生長。
步驟(3)中，根據(jù)出水的泥水分離情況，可以適當調(diào)整三相分離器的結(jié)構(gòu)及增加三相分離器的數(shù)量。
步驟(4)中，在不同的有機物和氨氮負荷下，反應(yīng)器出水會有較大差別，根據(jù)具體的出水污染物的濃度來調(diào)節(jié)回流比，一般回流比為50％～200％。另一方面，也可調(diào)節(jié)曝氣裝置的高度位置，從而控制反應(yīng)器中好氧顆粒污泥和厭氧顆粒污泥的比例。
3、有益效果：
本發(fā)明提供了一種好氧厭氧顆粒一體化聯(lián)用反應(yīng)器及處理廢水中的方法，具有以下有益效果：
(1)厭氧顆粒和好氧顆粒在同一個反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，可以同時起到脫氮和去除有機物的功能。
(2)解決了好氧顆粒污泥難形成及容易解體等問題，可以保證好氧顆粒的穩(wěn)定運行，好氧顆粒污泥的連續(xù)運行解決了序批式反應(yīng)器處理效率低的問題。
(3)與傳統(tǒng)的從絮狀污泥培養(yǎng)好氧顆粒的方法相比，本發(fā)明好氧顆粒的培養(yǎng)時間更短，而且當水質(zhì)波動或其它因素導(dǎo)致反應(yīng)器上部的好氧顆粒發(fā)生解體流失時，下部的厭氧顆粒可以進入上部彌補好氧顆粒的減少。
(4)此外，好氧合理污泥和厭氧顆粒污泥結(jié)合大大提高了反應(yīng)器所能夠承受的有機物和氨氮負荷，大大提高了處理效率。
附圖說明
圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明將好氧顆粒污泥和厭氧顆粒污泥整合到同一反應(yīng)器。
實施例1：
反應(yīng)器采用圓筒狀結(jié)構(gòu)，反應(yīng)區(qū)直徑為5cm、高為50cm，反應(yīng)區(qū)體積為1L，上部分離區(qū)域直徑為8cm。在反應(yīng)器中接種厭氧顆粒污泥啟動，在反應(yīng)器側(cè)邊設(shè)置曝氣裝置，曝氣所處高度可以根據(jù)出水水質(zhì)進行調(diào)節(jié)；反應(yīng)器啟動并經(jīng)過一段時間的運行之后，曝氣點上部的厭氧顆粒污泥會轉(zhuǎn)化為好氧顆粒污泥，在同一個反應(yīng)器中同時擁有好氧顆粒和厭氧顆粒污泥；反應(yīng)器采用連續(xù)流進水，處理效率高于傳統(tǒng)的序批式好氧顆粒工藝；頂部設(shè)置三相分離器，三相分離器實現(xiàn)水、氣和泥的分離；反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置溶解氧自動反饋裝置和pH自動反饋裝置，分別將溶解氧和pH分別控制在0.5～2mg/L和7.8～8.0，在反應(yīng)器內(nèi)實現(xiàn)短程硝化反硝化。
廢水經(jīng)過進水管1進入反應(yīng)器底部的污水與回流水混合后進入布水裝置2，經(jīng)過布水裝置2的污水進入?yún)捬躅w粒污泥區(qū)3，與厭氧顆粒污泥充分接觸和反應(yīng)。污水進入好氧顆粒污泥區(qū)4，厭氧顆粒污泥區(qū)3和好氧顆粒污泥區(qū)4的交接處設(shè)置曝氣裝置5，在好氧顆粒污泥4區(qū)域安裝溶解氧自動反饋控制裝置6和pH值自動反饋裝置7，溶解氧自動反饋控制裝置6將反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧控制為0.5～1.5mg/L，pH值自動反饋控制裝置7將反應(yīng)器內(nèi)的pH控制為7.8～8.0，經(jīng)過好氧顆粒污泥區(qū)4的混合液由三相分離器8實現(xiàn)氣、液、固的分離，出水一部分經(jīng)過溢流堰9排出反應(yīng)器，另一部分經(jīng)過回流裝置10回流到反應(yīng)器底端。出水的回流比控制在50％到200％之間
裝置和處理流程如上所述，以實驗室合成廢水作為處理對象，進水的COD為190～610mg/L,NH4+-N為195～205mg/L。進水由反應(yīng)器底部的布水裝置進入?yún)捬躅w粒區(qū)域，在本區(qū)域去除大部分有機物。污水流出厭氧區(qū)進入好氧顆粒區(qū)域，在好氧區(qū)去除殘留的有機物和氮。好氧顆粒污泥區(qū)域安裝的溶解氧自動反饋控制裝置和pH自動反饋裝置將溶解氧和pH分別控制為2mg/L和7.8。污水繼續(xù)向上流動，利用反應(yīng)器頂端的三相分離器實現(xiàn)氣、液、固的分離，出水一部分經(jīng)過溢流堰排出反應(yīng)器，另一部分經(jīng)過回流裝置回流到反應(yīng)器底端，出水的回流比根據(jù)出水水質(zhì)進行調(diào)控，控制在50％～200％之間。實驗在常溫下進行(20-25℃)，水力停留時間為6h。運行結(jié)果表明：系統(tǒng)出水COD濃度在60～100mg/L之間，NH4+-N濃度在2mg/L以下，TN濃度在40mg/L以下，總氮去除率可達90％以上，持續(xù)運行70天，運行正常，出水水質(zhì)穩(wěn)定。
實施例2：
裝置和處理流程如上所述，用本裝置處理某工業(yè)廢水，進水的COD為290～310mg/L,NH4+-N為95～105mg/L。進水由反應(yīng)器底部的布水裝置進入?yún)捬躅w粒區(qū)域，在本區(qū)域去除大部分有機物。污水流出厭氧區(qū)進入好氧顆粒區(qū)域，在好氧區(qū)去除殘留的有機物和氮。好氧顆粒污泥區(qū)域安裝的溶解氧自動反饋控制裝置和pH自動反饋裝置將溶解氧和pH分別控制為1.5mg/L和7.8。污水繼續(xù)向上流動，利用反應(yīng)器頂端的三相分離器實現(xiàn)氣、液、固的分離，出水一部分經(jīng)過溢流堰排出反應(yīng)器，另一部分經(jīng)過回流裝置回流到反應(yīng)器底端，出水的回流比根據(jù)出水水質(zhì)進行調(diào)控，一般控制在50％到200％之間。實驗在常溫下進行(20-25℃)，運行過程中控制回流比為：50％～200％，上部溶解氧為：2～4mg/L,pH值為：7.8，水力停留時間為：6h。運行結(jié)果表明：系統(tǒng)出水COD濃度在60～80mg/L之間，NH4+-N濃度在2mg/L以下，TN濃度在30mg/L以下，持續(xù)運行50天，運行正常，出水水質(zhì)穩(wěn)定。
實施例3：
裝置和處理流程如上所述，用本裝置處理濃度含氮有機廢水進水的COD為500～4000mg/L,NH4+-N為190～500mg/L，進水由反應(yīng)器底部的布水裝置進入反應(yīng)器后分別經(jīng)過厭氧顆粒污泥區(qū)域和好氧顆粒污泥區(qū)域，好氧顆粒污泥區(qū)域安裝的溶解氧自動反饋控制裝置和pH自動反饋裝置將溶解氧和pH分別控制為1～1.5mg/L之間和7.5～7.8之間。污水繼續(xù)向上流動，利用反應(yīng)器頂端的三相分離器實現(xiàn)氣、液、固的分離，出水一部分經(jīng)過溢流堰排出反應(yīng)器，另一部分經(jīng)過回流裝置回流到反應(yīng)器底端，出水的回流比根據(jù)出水水質(zhì)進行調(diào)控，一般控制在100％～200％之間。實驗在常溫下進行(20-25℃)，水力停留時間為16～20h。運行結(jié)果表明：系統(tǒng)出水COD濃度在80～120mg/L之間，NH4+-N濃度在10mg/L以下，TN濃度在50mg/L以下，持續(xù)運行67天，運行正常且穩(wěn)定。