一種曝氣-厭氧循環(huán)式處理高濃度氨氮廢水的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高濃度氨氮廢水的處理裝置及方法，更具體的說，尤其涉及一種通過控制污水的溶氧量提供氧化氨氮所需的電子受體并避免氧化為硝氮的曝氣-厭氧循環(huán)式處理高濃度氨氮廢水的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水環(huán)境治理中，對于高濃度氨氮污水和廢水的處理，多年來一直困擾著環(huán)保工作者。主要原因在于:化學(xué)法去除廢水中氨氮的費用高昂；生物處理需要很大的曝氣量，能耗較高，而且需要額外有機物等碳源的添加。例如城市污水處理廠污泥消化液高濃度的氨氮返回水處理流程，增加水處理脫氮負荷，成為水處理廠運行的巨大負擔(dān)。隨著微生物厭氧氨氧化過程的發(fā)現(xiàn)，探索出節(jié)能的脫氮新工藝，節(jié)省能耗和對碳源的依賴，是污水處理的一大進步。
[0003]雖然已有多個基于新工藝的污水處理廠，然而絕大多數(shù)運行以失敗告終。其原因為:以厭氧氨氧化過程為核心的處理方法的第一步操作或反應(yīng)，需要亞硝化菌在好氧環(huán)境中將氨氮只轉(zhuǎn)化為亞硝氮，并且只有在轉(zhuǎn)換60-65%時，S卩在厭氧氨氧化過程中亞硝氮和氨氮的比值為1.3左右，才能保證氨氮被完全去除。第一步轉(zhuǎn)化率的穩(wěn)定與否，直接影響著整個工藝的運行。然而，實際工程證明，這種對轉(zhuǎn)化率的控制是極為困難的。特別是，如果由于曝氣過度等原因使硝化菌繁殖，大量亞硝氮被進一步轉(zhuǎn)化為硝氮，氨氮和亞硝氮含量或比值更加得不到保證，同時被轉(zhuǎn)化為的硝氮再沒有被脫除的可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問題的缺點，提供了一種曝氣-厭氧循環(huán)式處理高濃度氨氮廢水的裝置及方法。
[0005]本發(fā)明的曝氣-厭氧循環(huán)式處理高濃度氨氮廢水的裝置，其特別之處在于:包括充氧柱、進水栗、污泥反應(yīng)器和回流槽，充氧柱的內(nèi)部為空腔且上端開口，充氧柱的上部設(shè)置有向其空腔中通入待凈化污水的進水管，充氧柱空腔的底部設(shè)置有曝氣器，曝氣器連接有供氣管，通過曝氣器的曝氣使污水溶入氧氣；
所述污泥反應(yīng)器內(nèi)部為污水進行有氧反應(yīng)、厭氧反應(yīng)的空腔，頂部設(shè)置有出水管，污泥反應(yīng)器的底部設(shè)置有配水管，進水栗將充氧柱底部溶入氧氣后的污水抽至配水管中，配水管將污水均勻分布到污泥反應(yīng)器中；回流槽的上端開口，底部成傾斜狀態(tài)，回流槽傾斜底部的最低處與充氧柱相通，污泥反應(yīng)器中均勻設(shè)置有若干升氣管，升氣管的下端設(shè)置有對污水凈化產(chǎn)生的氣體進行收集的集氣罩，升氣管的上端開口位于回流槽中；污水凈化產(chǎn)生的氣體將升氣管中的污水推入回流槽，進而流入充氧柱中重新充氧，實現(xiàn)污水的循環(huán)凈化。
[0006]本發(fā)明的曝氣-厭氧循環(huán)式處理高濃度氨氮廢水的裝置，所述污泥反應(yīng)器的上部設(shè)置有用于連通污泥反應(yīng)器與充氧柱的循環(huán)管，循環(huán)管用于將污泥反應(yīng)器中的污水引流至充氧柱中進行重新充氧。
[0007]本發(fā)明的曝氣-厭氧循環(huán)式處理高濃度氨氮廢水的裝置，所述污泥反應(yīng)器的底部設(shè)置有承托層。
[0008]本發(fā)明的曝氣-厭氧循環(huán)式處理高濃度氨氮廢水的裝置的廢水處理方法，其特別之處在于，通過以下步驟來實現(xiàn):a).污水的通入和充氧，待凈化的污水由進水管通入充氧柱的內(nèi)部空腔中，污水在充氧柱中由上至下流動的過程中，由充氣管進入曝氣器中的空氣在充氧柱中由下至上運動，在水流和氣泡逆向流動的過程中，使污水中溶入氧氣;b).污水的栗入，污水在充氧柱中溶入飽和氧后，進水栗將溶氧后的污水抽至配水管，由配水管將污水均勻分布地通入于污泥反應(yīng)器中；c).有氧反應(yīng)，剛進入污泥反應(yīng)器的污水中氧含量大，污水中的氨氮首先以溶解氧為電子受體，通過微生物的亞硝化過程將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝氮，并消耗掉溶解氧；d).厭氧反應(yīng)，污泥反應(yīng)器中接近進水區(qū)和微生物菌落表層為亞硝化過程，遠離進水區(qū)及微生物菌落里層為厭氧氨氧化過程;厭氧氨氧化過程以亞硝氮中的氮元素為電子受體，轉(zhuǎn)化氨氮，最終產(chǎn)生氮氣，實現(xiàn)污水脫氮的目的;抑制硝氮的生成:由于污泥反應(yīng)器中的溶解氧只能通過水體進入，反應(yīng)器處于缺氧或低溶解氧狀態(tài)，抑制了硝化菌繁殖，因而確保氨氮只能轉(zhuǎn)化為亞硝氮，而不能轉(zhuǎn)化為硝氮；同時，由于亞硝化作用，消耗掉大部分的溶解氧，保證了厭氧氨氧化過程的順利進行;e).氣體的收集和排出，污水在污泥反應(yīng)器中凈化過程中產(chǎn)生的氣體，經(jīng)集氣罩的收集后進入氣升管中，由于氣升管中的氣體充盈其整個截面，會將其上部的水體排入至回流槽中；f).污水的回流和重新充氧，由氣升管排入至回流槽中的污水，會自動回流至充氧柱中，在充氧柱中重新溶入氧氣，再由進水栗抽至污泥反應(yīng)器中重新凈化，以進一步去除污水中的氨氮;g).凈化后污水的排出，污泥反應(yīng)器中凈化后的污水通過上端的出水管排出;h).循環(huán)管的回流，由于回流槽所回流的污水量較為有限，通過進水栗對污水的抽取，污泥反應(yīng)器中的液面高于充氧柱中的液面，污泥反應(yīng)器中的污水經(jīng)循環(huán)管回流至充氧柱中，進行重新充氧，再由進水栗抽至污泥反應(yīng)器中進行曝氣、厭氧反應(yīng)，以進一步去除污水中的氨氮。
[0009]本發(fā)明的曝氣-厭氧循環(huán)式處理高濃度氨氮廢水的裝置的廢水處理方法，所述充氧柱中氣泡在靜水中的上浮速度，應(yīng)大于水流在充氧柱中的下降流速，以保證污水中溶入飽和的氧氣;通過控制循環(huán)管的回流量、進水栗的進水量和曝氣器的曝氣強度，實現(xiàn)對水流下降流速和氣泡上浮速度的調(diào)節(jié)。
[0010]本發(fā)明的曝氣-厭氧循環(huán)式處理高濃度氨氮廢水的裝置的廢水處理方法，經(jīng)過曝氣的水體所溶解的氧氣含量，決定了污水每次脫氮過程中氨氮被轉(zhuǎn)化的量，采用污水回流補充電子受體的方式，通過循環(huán)管和進水栗控制回流次數(shù)及曝氣器控制曝氣強度，實現(xiàn)被處理污水的適度充氧及對微生物脫氮所需溶解氧的精確控制，避免曝氣過度造成不必要的能源消耗和充氧不足造成的效率低下。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的處理高濃度氨氮廢水的裝置及方法，由進水管進入的污水在充氧柱中溶入氧氣，進水栗將溶氧后的污水抽入污泥反應(yīng)器中，污水在污泥反應(yīng)器中進行有氧、厭氧反應(yīng)，亞硝化菌在有氧條件下將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝氮，在厭氧條件下將氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣，實現(xiàn)污水的凈化。污水經(jīng)曝氣、厭氧反應(yīng)后，經(jīng)循環(huán)管或回流槽回流至充氧柱中進行重新充氧，以實現(xiàn)高濃度氨氮廢水的循環(huán)凈化，直至污水中的氨氮含量降低到標準要求。
[0012]在高濃度氨氮廢水凈化的過程中，通過進水栗和循環(huán)管控制污水的回流次數(shù)，以及通過曝氣器控制曝氣強度，可實現(xiàn)對污水被充氧量的控制，實現(xiàn)被處理污水的適度充氧及對微生物脫氮所需溶解氧的精確控制，避免曝氣過度造成不必要的能源消耗和充氧不足造成的效率低下。
[0013]本發(fā)明的處理高濃度氨氮廢水的裝置及方法，通過對進水和污水回流充氧的方式，脫氮過程中溶解氧只能由水體所溶解的溶解氧提供，通過對回流污水的控制，實現(xiàn)電子受體的精確供給控制，并確保氨氮只能轉(zhuǎn)化為亞硝氮，同時為在同一個反應(yīng)器的厭氧氨氧化過程的順利進行創(chuàng)造適宜環(huán)境。本發(fā)明解決了以往厭氧氨氧化工藝極易曝氣不足和過度的缺陷，實現(xiàn)脫氮過程中電子受體的適宜供給;對于微生物活性和繁殖的提供保障，實現(xiàn)污水中氨氮的穩(wěn)定去除。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的曝氣-厭氧循環(huán)式處理高濃度氨氮廢水裝置的原理圖。
[0015]圖中:I進水管，2充氧柱，3曝氣器，4供氣管，5進水栗，6配水管，7承托層，8污泥反應(yīng)器，9集氣罩，10氣升管，11出水管，12回流槽，13循環(huán)管。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0017]如圖1所示，給出了本發(fā)明的曝氣-厭氧循環(huán)式處理高濃度氨氮廢水裝置的原理圖，其由進水管1、充氧柱2、曝氣器3、供氣管4、進水栗5、配水管6、承托層7、污泥反應(yīng)器8、升氣管10、回流槽12、出水管11和循環(huán)管13組成;所示充氧柱2的內(nèi)部為空腔且上端開口，充氧柱2具有較大的高徑比，進水管I設(shè)置于充氧柱2的上端，待凈化的污水經(jīng)進水管I流入充氧柱2中。曝氣器3設(shè)置于充氧柱2內(nèi)部空腔的底部，供氣管4與曝氣器3相通，用于向曝氣器3中通入空氣。經(jīng)曝氣器3的曝氣，可向充氧柱2中的污水中溶入飽和的氧氣。
[0018]所示污泥反應(yīng)器8的內(nèi)部為空腔，承托層7設(shè)置于污泥反應(yīng)器8的底部，以實現(xiàn)對反應(yīng)污泥的承托。配水管6設(shè)置于污泥反應(yīng)器8的底部，用于向污泥反應(yīng)器的底部橫截面上進行均勻布水。所示的進水栗5用于將充氧柱2中溶入氧氣后的污水抽至配水管6中，由配水管6將待凈化的污水均勻布入污泥反應(yīng)器8中。
[0019]剛進入污泥反應(yīng)器8中的污水，由于含氧量高，在亞硝化細菌的作用下進行有氧反應(yīng)，污水中的氨氮以溶解氧為電子受體，通過微生物的亞硝化過程將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝氮，并消耗掉溶解氧。隨著溶解氧的消耗，會發(fā)生厭氧反應(yīng)，厭氧氨氧化過程以亞硝氮中的氮元素為電子受體，轉(zhuǎn)化氨氮，最終產(chǎn)生氮氣，實現(xiàn)污水脫氮的目的。
[0020]污泥反應(yīng)器中接近進水區(qū)和微生物菌落表層為亞硝化過程，遠離進水區(qū)及微生物菌落里層為厭氧氨氧化過程。由于污水中的溶解氧只來至曝氣器3溶入的氧氣，隨著氧氣的不斷消耗，污泥反應(yīng)器8中的污水處于缺氧狀態(tài)，抑制了硝化菌繁殖