一种废水脱氮装置和工艺及应用的制作方法

1.本发明涉及一种废水脱氮装置和工艺及应用。


背景技术：

2.炼油及石化工业在大量用水的同时也产生大量工业废水，针对目前水资源短缺的情况，这部分废水的处理与回用就显得十分必要。氮是石化废水主要污染物之一，其存在形式为：氨氮、有机氮、亚硝氮、硝氮。目前国内、外对废水排放或回用中氮指标的控制越来越严格，尤其欧洲对废水的氮、磷指标要求更严格，传统的老三套式(隔油、浮选、曝气)废水处理方法根本不能满足要求，许多国家都开始对污水脱氮技术进行开发研究以提高脱氮效率。
3.有机氮作为废水总氮的主要组成之一，对其进行有效处理直接影响总氮的达标排放。废水中有机氮的降解及其降解产生的氨氮的去除是有机氮废水处理的重点和难点。有机氮工业废水具有高codcr、高总氮和水质变化大的特点，是一种难处理的工业废水。在实际有机氮工业废水处理过程中，若有机氮未能有效的在厌氧阶段氨化完全，则在好氧阶段将会继续发生氨化反应，最终可致出水总氮不达标。故我们需要采用一个高效稳定的有机氮氨化过程，提高废水生化处理系统的效率，也为后续达标排放提供更高的可行性。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种新的用于废水脱氮的装置和工艺，与目前现有同等水平脱氮效率的装置和工艺相比，本发明装置简单，工艺简便，易于操作，总氮处理效率高，最终能够实现总氮达标排放。
5.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右、顶部、侧面、左侧、右侧”通常是指参考附图所示的上、下、左、右、顶部、侧面、左侧、右侧；“中心、外部”是指相对于各部件本身的轮廓的中心、外部。
6.在本发明中，在未作相反说明的情况下，“依次”、“前端”、“入口”、“出口”、“尾部”是指沿流体的流动方向的依次、前端、入口、出口、尾部。
7.本发明第一方面提供了一种用于废水脱氮的装置，包括依次连通的氨化反应池、好氧反应池、膜生物反应池和缺氧反应池，其中，所述氨化反应池用于进行氨化反应，所述好氧反应池用于进行第一级硝化反应和/或亚硝化反应，所述膜生物反应池用于进行第二级硝化反应和/或亚硝化反应，所述缺氧反应池用于进行反硝化反应。
8.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述氨化反应池内设置1#机械搅拌桨。用以确保氨化反应池内的活性污泥、氨化细菌、粉末活性炭和废水的充分混合。
9.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述氨化反应池内设置1#ph探头和1#溶解氧探头。用于监测废水ph和溶解氧变化。
10.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述氨化反应池入口管线上设置与加药管线连通的管道混合器。
11.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述氨化反应池入口管线与1#加菌管线连通。通过1#加菌管线加入氨化细菌。
12.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述氨化反应池内设置1#曝气系统。
13.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述氨化反应池与废水源之间设置进水泵。
14.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述好氧反应池内设置竖向隔板，用于将好氧反应池内部分成上下连通的两个反应区。优选地，所述好氧反应池 1/3～2/3处设置隔板，可将反应池体分成上下连通的两个反应区。
15.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述隔板靠近氨化反应池一侧设置 2#曝气系统。优选地，所述隔板靠近氨化反应池一侧设置2#曝气系统，通过底部曝气形成内循环。
16.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述隔板远离氨化反应池一侧竖向安装生物填料。优选地，所述生物填料为聚丙烯纤维生物填料。生物填料在水力湍流作用下形成泳动。
17.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述好氧反应池内设置2#ph探头和2#溶解氧探头。用于监测废水ph和溶解氧变化。
18.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述好氧反应池入口管线与2#加菌管线连通。2#加菌管线用于加入硝化细菌和/或亚硝化细菌，例如但不限于亚硝化单胞菌属和/或酸微菌。所述好氧反应池以生物膜、普通活性污泥、硝化和/或亚硝化菌种共存，以提高好氧反应池中优势微生物对废水中氨氮的硝化作用。
19.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述膜生物反应池内设置3#曝气系统。所述膜生物反应池废水中有活性污泥、硝化和/或亚硝化菌种，废水可进行进一步的硝化反应。所述膜生物反应池底部有3#曝气系统，提供硝化反应和亚硝化反应所需溶解氧。
20.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述膜生物反应池内设置平板超滤膜。优选地，所述超滤膜材质为氯化聚氯乙烯。膜生物反应池污泥经泵回流至好氧反应池前端，确保好氧反应池投加的硝化和/或亚硝化菌种不流失。
21.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述缺氧反应池内设置2#机械搅拌桨。所述缺氧反应池液下伴有机械搅拌，池中有活性污泥和粉末活性炭。
22.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述缺氧反应池内设置3#ph探头和3#溶解氧探头。
23.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述缺氧反应池入口管线与3#加菌管线连通。用于加入还原菌，优选为硝酸盐还原菌。
24.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述缺氧反应池内设置4#曝气系统。
25.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述缺氧反应池与所述膜生物反应池之间设置抽吸泵。
26.根据本发明所述的装置的一些实施方式，氨化反应池和/或缺氧反应池与2# 风机连通，用于提供氮气。氨化反应池和/或缺氧反应池中溶解氧大于0.5mg/l时，通入氮气降低溶解氧浓度。
27.根据本发明所述的装置的一些实施方式，好氧反应池和/或膜生物反应池与1#风
机连通，用于提供空气和/或纯氧。好氧反应池和/或膜生物反应池中需连续通入空气或者纯氧以保证硝化亚硝化细菌所需溶解氧浓度。
28.根据本发明所述的装置的一些实施方式，氨化反应池、好氧反应池、膜生物反应池和缺氧反应池底部与污泥回流泵连通，用于不定期排污。
29.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述装置还包括原水池，用于盛放待处理废水，优选地，所述原水池内设置4#ph探头。
30.根据本发明所述的装置的一些实施方式，所述氨化反应池、好氧反应池、平板膜生物反应池和缺氧池底部均装有石英砂曝气头。
31.本发明第二方面提供了一种废水脱氮工艺，包括：
32.(1)待处理废水进入氨化反应池并进行氨化反应，得到第一流出物；
33.(2)第一流出物进入好氧反应池并进行第一级硝化反应和/或亚硝化反应，得到第二流出物；
34.(3)第二流出物进入膜生物反应池进行第二级硝化反应和/或亚硝化反应，得到第三流出物；
35.(4)第四流出物进入缺氧反应池进行反硝化反应。
36.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，氨化反应池内在活性污泥和粉末活性炭的存在下通过加入氨化细菌进行氨化反应。
37.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，所述氨化细菌选自蕈状芽孢杆菌、枯草杆菌和腐败芽孢杆菌中的至少一种。
38.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，氨化反应池内的反应条件包括：ph 值为7～8。
39.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，氨化反应池内的反应条件包括：溶解氧小于0.5mg/l。
40.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，氨化反应池内的反应条件包括：机械搅拌速度为80～200rpm。
41.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，氨化反应池内的反应条件包括：氨化细菌在装置启动时加入量为10～50mg/l。
42.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，氨化反应池内的反应条件包括：氨化细菌在装置正常运行加入量为0～1mg/l。
43.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，氨化反应池内的反应条件包括：活性污泥的浓度(mlss)为2000～4000mg/l。
44.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，好氧反应池内在生物膜和活性污泥的存在下通过加入硝化细菌和/或亚硝化细菌进行硝化反应和/或亚硝化反应。
45.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，所述细菌为亚硝化单胞菌属和/或酸微菌，更优选地，亚硝化单胞菌属和酸微菌的用量比例为1:1～10:1。
46.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，好氧反应池内的反应条件包括：ph 值为7.5～8.5。
47.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，好氧反应池内的反应条件包括：溶解氧为2～4mg/l。
48.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，好氧反应池内的反应条件包括：硝化细菌和/或亚硝化细菌在装置启动时加入量为10～50mg/l。
49.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，好氧反应池内的反应条件包括：硝化细菌和/或亚硝化细菌在装置正常运行加入量为0～1mg/l。
50.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，好氧反应池内的反应条件包括：活性污泥(mlss)的浓度为3000～6000mg/l。
51.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，膜生物反应池内的反应条件包括：溶解氧为2～4mg/l。
52.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，膜生物反应池内的反应条件包括：活性污泥(mlss)的浓度为3000～6000mg/l。
53.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，缺氧反应池内在活性污泥和粉末活性炭的存在下通过加入还原菌进行反硝化反应，优选地，所述还原菌为硝酸盐还原菌。
54.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，缺氧反应池内的反应条件包括：ph 值为7～8。
55.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，缺氧反应池内的反应条件包括：溶解氧小于0.5mg/l。
56.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，缺氧反应池内的反应条件包括：机械搅拌速度为80～200rpm。
57.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，缺氧反应池内的反应条件包括：氨化细菌在装置启动时加入量为10～50mg/l。
58.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，缺氧反应池内的反应条件包括：氨化细菌在装置正常运行加入量为0～1mg/l。
59.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，缺氧反应池内的反应条件包括：活性污泥(mlss)的浓度为2000～4000mg/l。
60.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，待处理废水的总氮浓度为 200～800mg/l。
61.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，待处理废水中的有机氮含量占总氮含量的90重量％以上。
62.根据本发明所述的工艺的一些实施方式，待处理废水的cod为 2500～10000mg/l。
63.本发明第三方面提供了上述的用于废水脱氮的装置或上述的废水脱氮工艺在废水处理中的应用。
64.本发明的有益效果：
65.本发明通过向不同的反应区加入不同种类的菌剂，严格控制各功能区的反应条件来保证各功能区特效微生物菌剂的数量及其对各功能区污染物的处理效果。优选地，首先，在氨化反应池中加入氨化细菌强化氨化反应效果，并在氨化反应池中加入粉末活性炭使其吸附污泥和氨化细菌，同时控制搅拌速度，一方面保证菌剂、活性污泥和废水混合充分，另一方面防止氨化细菌的流失，确保氨化反应优势微生物的浓度和反应活性；好氧反应池利用接触氧化结合内循环曝气工艺，使聚丙烯生物填料快速挂膜，投加的硝化和亚硝化细菌完成废水的硝化反应；好氧池出水经过平板超滤膜过滤，使好氧反应池中的亚硝化和硝化
细菌全部截留在好氧反应池中，所投加的硝化和亚硝化菌种在好氧反应池和膜生物反应池中循环反应；最后缺氧反应池中也是通过加入粉末活性炭和硝酸盐还原菌来强化反硝化处理效果。整个流程中在优选的各单元的反应条件下，能够保证各单元菌种的单一性进而强化各单元处理效果，提高了废水总氮处理效率。并且，通过向各反应区加入专属菌种，可大大加快生物反应启动速度，与目前现有同等水平脱氮效率的工艺相比，本发明工艺简便，易于操作，总氮处理效率高，最终实现总氮达标排放。
附图说明
66.图1为本发明实施例1提供的用于废水脱氮的装置的示意图。
67.附图标记说明
68.1、原水池，2、4#ph探头，3、进水泵，4、管道混合器，5、加药管线，6、 1#加菌管线，7、氨化反应池，8、1#机械搅拌桨，9、1#溶解氧探头，10、1#ph 探头，11、1#曝气系统，12、2#加菌管线，13、好氧反应池，14、2#曝气系统， 15、隔板，16、聚丙烯纤维生物填料，17、2#溶解氧探头，18、2#ph探头，19、膜生物反应池，20、平板超滤膜，21、3#曝气系统，22、抽吸泵，23、3#加菌管线，24、缺氧反应池，25、2#机械搅拌桨，26、4#曝气系统，27、3#溶解氧探头， 28、3#ph探头，29、污泥回流泵，30、1#风机，31、2#风机。
具体实施方式
69.为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。
70.在以下实施例和对比例中，
71.枯草杆菌购自中国普通微生物保藏中心，保藏号cgmcc 1.3376。
72.亚硝化单胞菌属购自江苏玖拓环境科技有限公司。
73.酸微菌购自江苏玖拓环境科技有限公司。
74.硝酸盐还原菌购自中国普通微生物保藏中心，保藏号cgmcc 1.8928
t
。
75.【实施例1】
76.一种用于废水脱氮的装置，如图1所示，包括依次连通的氨化反应池7、好氧反应池13、膜生物反应池19和缺氧反应池24。
77.原水池1中待处理废水经进水泵3提升后进入氨化反应池7。原水池1中装有4#ph探头2，监测废水ph，当废水ph过高或者过低时，通过加药管线5加入酸或者碱经管道混合器4混合后，进入氨化反应池7，氨化反应池7中配有1# 机械搅拌桨8和1#曝气系统11，氨化反应池中装有1#溶解氧探头9和1#ph探头10，用以控制氨化反应条件。氨化反应池启动和正常运行需通过1#加菌管线6 加入氨化细菌，氨化反应池上清液自流进入好氧反应池13。好氧反应池13被隔板15分为两部分，左侧通过底部2#曝气系统14形成内循环，隔板右侧装有聚丙烯纤维生物填料16，好氧反应池中装有2#溶解氧探头17和2#ph探头18，用以控制硝化反应和/或亚硝化反应条件，好氧反应池启动和正常运行是需通过2#加菌管线12加入硝化细菌和亚硝化细菌，好氧反应出水溢流进入膜生物反应池19，膜生物反应池19中装有平板超滤膜20，底部有3#曝气系统21。膜池中的废水经抽吸泵22送至缺氧反应池24。缺氧反应池24中配有2#机械搅拌桨25和4#曝气系统26，缺氧反应池24中装有3#溶解氧探头27和3#ph探头
28，用以控制反硝化反应条件。缺氧反应池启动和正常运行需通过3#加菌管线23加入硝酸盐还原菌，废水经缺氧反应后可直接排放。
78.氨化反应池7、好氧反应池13、膜生物反应池19和缺氧反应池24底部均设有排泥出口，不定期排出池内的污泥和粉末活性炭。
79.氨化反应池7和缺氧反应池24通过2#风机31提供氮气。好氧反应池13和膜生物反应池19通过1#风机30提供空气或者纯氧。
80.膜生物反应池19中的污泥通过污泥回流泵29回流至好氧反应池13的入口管线。
81.【实施例2】
82.采用实施例1的装置进行废水脱氮。
83.待处理废水的总氮浓度为200mg/l；有机氮浓度为190mg/l；cod为 2000mg/l。
84.在实验室使用有效容积5升的氨化反应池、有效容积5升的好氧反应池、有效容积2.5升的膜生物反应池、有效容积5升的缺氧反应池，接种同一种污泥，污泥浓度分别为：氨化反应池mlss(活性污泥的浓度)3000mg/l、好氧反应池 mlss4000mg/l、膜生物反应池mlss4000mg/l、缺氧反应池mlss3000mg/l，处理过程连续运行，主要工序为：氨化反应池停留12h、好氧反应池停留24h、膜生物反应池停留12h、缺氧反应池停留12h；氨化反应池溶解氧小于0.5mg/l，好氧反应池溶解氧2mg/l，膜生物反应池溶解氧2mg/l，缺氧反应池溶解氧小于 0.5mg/l。氨化反应池ph值为7，机械搅拌速度为80rpm，启动时枯草杆菌的加入量为20mg/l，正常运行后连续投加枯草杆菌0.05mg/l；好氧反应池ph值为8，启动时1:1混合的亚硝化单胞菌属和酸微菌加入量为20mg/l，正常运行后连续投加1:1混合的亚硝化单胞菌属和酸微菌0.05mg/l；缺氧反应池ph值为7-8，机械搅拌速度为80rpm，启动时硝酸盐还原菌的加入量为20mg/l，正常运行后连续投加硝酸盐还原菌0.05mg/l。经过近15天的启动，正常运行后，总氮和有机氮处理结果见表1。
85.【实施例3】
86.采用实施例1的装置进行废水脱氮。
87.待处理废水的总氮浓度为800mg/l；有机氮浓度为760mg/l；cod为 8000mg/l。
88.在实验室使用有效容积5升的氨化反应池、有效容积5升的好氧反应池、有效容积2.5升的膜生物反应池、有效容积5升的缺氧反应池，接种同一种污泥，污泥浓度分别为：氨化反应池mlss3000mg/l、好氧反应池mlss4000mg/l、膜生物反应池mlss4000mg/l、缺氧反应池mlss3000mg/l，处理过程连续运行，主要工序为：氨化反应池停留12h、好氧反应池停留24h、膜生物反应池停留12h、缺氧反应池停留12h；氨化反应池溶解氧小于0.5mg/l，好氧反应池溶解氧4mg/l，膜生物反应池溶解氧4mg/l，缺氧反应池溶解氧小于0.5mg/l。氨化反应池ph值为7，机械搅拌速度为200rpm，启动时枯草杆菌的加入量为40mg/l，正常运行后连续投加枯草杆菌0.08mg/l；好氧反应池ph值为8，启动时1:1混合的亚硝化单胞菌属和酸微菌加入量为40mg/l，正常运行后连续投加1:1混合的亚硝化单胞菌属和酸微菌0.08mg/l；缺氧反应池ph值为7-8，机械搅拌速度为200rpm，启动时硝酸盐还原菌的加入量为40mg/l，正常运行后连续投加硝酸盐还原菌 0.08mg/l。经过近15天的启动，正常运行后，总氮和有机氮处理结果见表1。
89.【实施例4】
90.按照实施例3的方式，不同的是，氨化反应池溶解氧为1mg/l，好氧反应池溶解氧为
8mg/l，膜生物反应池溶解氧为8mg/l，缺氧反应池溶解氧为1mg/l。
91.【实施例5】
92.按照实施例3的方式，不同的是，好氧反应池溶解氧为1mg/l，膜生物反应池溶解氧为1mg/l。
93.【实施例6】
94.按照实施例3的方式，不同的是，氨化反应池和缺氧反应池的机械搅拌速度均为500rpm。
95.【实施例7】
96.按照实施例3的方式，不同的是，氨化反应池mlss2000mg/l、好氧反应池 mlss3000mg/l、膜生物反应池mlss3000mg/l、缺氧反应池mlss2000mg/l。
97.【实施例8】
98.按照实施例3的方式，不同的是，氨化反应池mlss4000mg/l、好氧反应池 mlss6000mg/l、膜生物反应池mlss6000mg/l、缺氧反应池mlss4000mg/l。
99.【实施例9】
100.按照实施例3的方式，不同的是，氨化反应池mlss1000mg/l、好氧反应池 mlss2000mg/l、膜生物反应池mlss2000mg/l、缺氧反应池mlss1000mg/l。
101.【实施例10】
102.按照实施例3的方式，不同的是，氨化反应池mlss5000mg/l、好氧反应池 mlss7000mg/l、膜生物反应池mlss7000mg/l、缺氧反应池mlss5000mg/l。
103.【对比例1】
104.按照实施例1的装置，不同的是，不设置氨化反应池。
105.采用实施例3的待处理废水，并进行废水脱氮工艺：
106.在实验室使用有效容积5升的好氧反应池、有效容积2.5升的膜生物反应池、有效容积5升的缺氧反应池，接种同一种污泥，污泥浓度分别为：好氧反应池 mlss4000mg/l、膜生物反应池mlss4000mg/l、缺氧反应池mlss3000mg/l，处理过程连续运行，主要工序为：好氧反应池停留24h、膜生物反应池停留12h、缺氧反应池停留12h；好氧反应池溶解氧2mg/l，膜生物反应池溶解氧2mg/l，缺氧反应池溶解氧小于0.5mg/l。好氧反应池ph值为8，启动时1:1混合的亚硝化单胞菌属和酸微菌加入量为40mg/l，正常运行后连续投加1:1混合的亚硝化单胞菌属和酸微菌0.08mg/l；缺氧反应池ph值为7-8，机械搅拌速度为200rpm，启动时硝酸盐还原菌的加入量为40mg/l，正常运行后连续投加硝酸盐还原菌 0.08mg/l。经过近28天的启动，正常运行后，总氮和有机氮处理结果见表1。
107.【对比例2】
108.按照实施例1的装置，不同的是，不设置好氧反应池。
109.采用实施例3的待处理废水，并进行废水脱氮工艺：
110.在实验室使用有效容积5升的氨化反应池、有效容积2.5升的膜生物反应池、有效容积5升的缺氧反应池，接种同一种污泥，污泥浓度分别为：氨化反应池 mlss3000mg/l、膜生物反应池mlss4000mg/l、缺氧反应池mlss3000mg/l，处理过程连续运行，主要工序为：氨化反应池停留12h、膜生物反应池停留12h、缺氧反应池停留12h；氨化反应池溶解氧小于0.5mg/l，膜生物反应池溶解氧 2mg/l，缺氧反应池溶解氧小于0.5mg/l。氨化反应池ph值为
7，机械搅拌速度为200rpm，启动时枯草杆菌的加入量为40mg/l，正常运行后连续投加枯草杆菌 0.08mg/l；缺氧反应池ph值为7-8，机械搅拌速度为200rpm，启动时硝酸盐还原菌的加入量为40mg/l，正常运行后连续投加硝酸盐还原菌0.08mg/l。经过近 28天的启动，正常运行后，总氮和有机氮处理结果见表1。
111.【对比例3】
112.按照实施例1的装置，不同的是，不设置缺氧反应池。
113.采用实施例3的待处理废水，并进行废水脱氮工艺：
114.在实验室使用有效容积5升的氨化反应池、有效容积5升的好氧反应池、有效容积2.5升的膜生物反应池，接种同一种污泥，污泥浓度分别为：氨化反应池 mlss3000mg/l、好氧反应池mlss4000mg/l、膜生物反应池mlss4000mg/l，处理过程连续运行，主要工序为：氨化反应池停留12h、好氧反应池停留24h、膜生物反应池停留12h；氨化反应池溶解氧小于0.5mg/l，好氧反应池溶解氧 2mg/l，膜生物反应池溶解氧2mg/l，缺氧反应池溶解氧小于0.5mg/l。氨化反应池ph值为7，机械搅拌速度为200rpm，启动时枯草杆菌的加入量为40mg/l，正常运行后连续投加枯草杆菌0.08mg/l；好氧反应池ph值为8，启动时1:1混合的亚硝化单胞菌属和酸微菌加入量为40mg/l，正常运行后连续投加1:1混合的亚硝化单胞菌属和酸微菌0.08mg/l。经过近28天的启动，正常运行后，总氮和有机氮处理结果见表1。
115.表1
116.117.以上所述的仅是本发明的优选实例。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，作为本领域的公知常识，还可以做出其它等同变型和改进，也应视为本发明的保护范围。