一體化半亞硝化厭氧氨氧化裝置及其工作方法
【技術領域】
[0001]
本發明屬于水處理領域，具體涉及一種一體化半亞硝化厭氧氨氧化裝置及其工作方法。
【背景技術】
[0002]
傳統生物脫氮法是以硝化、反硝化為基礎的污水脫氮方法。除了傳統三級脫碳一硝化一反硝化工藝外，近年來人們開發了多種改進型硝化一反硝化脫氮工藝，包括缺氧/好氧(A/0)工藝、厭氧一缺氧一好氧(A2/0)工藝、Bardenpho工藝(多級A/0工藝)、UCT工藝和VIP工藝等。這些工藝已被廣泛應用于廢水處理，并取得了較好的廢水脫氮效果。然而隨著廢水排放標準的提高，這些工藝也暴露了自身的不足。例如，單級系統處理效能較低；多級系統基建費用較高；在處理低碳高氮廢水時，則需要外加碳源，增加了水廠的運行費用。
[0003] 厭氧氨氧化工藝是由荷蘭Delft大學所提出，是指在厭氧條件下，由特定的微生物以NH/-N (氨態氮)和N02-N (亞硝態氮)分別作為電子供體與電子受體進行的反應。與以硝化、反硝化為基礎的傳統脫氮工藝相比，該工藝具有多方面的優勢:(1)無需投加有機物作為碳源，既節省了費用，又避免了二次污染；(2)耗氧量大為降低，能耗運行費用降低；
[3]由于厭氧氨氧化反應僅用一步便可將氨氧化成氮氣，故工藝本身的產酸量得到了大大下降，從而節省了中和試劑的使用。
[0004]但是，作為自養菌，厭氧氨氧化菌倍增時間長，生長條件較為苛刻，對光和溶解氧極為敏感，在實際應用中受到較多限制。另外，由于在自然條件下較難積累亞硝態氮，使得厭氧氨氧化得不到的穩定電子受體，因此，在處理工藝中，一般會在厭氧氨氧化反應器前前置一個亞硝化反應器為之提供亞硝態氮，國內外也提出了很多相關的單級或多級工藝。但是，它們在應用中都存在一定的缺陷。單級工藝需要氨氧化菌與厭氧氨氧化菌在一個反應器里進行協同反應，由于兩種菌的最佳生長條件略有差別，使得條件控制較為不易，如過高的溶解氧會抑制厭氧氨氧化反應，過低也無法保證氨氮向亞硝態氮進行轉化；亞硝態氮濃度過低會導致基質不足，厭氧氨氧化菌的生長受到限制，過高又會抑制厭氧氨氧化菌的活性。相比之下，二級反應的條件參數可控性雖然增強，但是由于影響各級反應的因素較多，往往使得兩個反應的聯合性受到影響。
[0005]針對這些問題，如何既能分別保證兩種菌體的馴化培養又能使得兩者能夠實現穩定的聯合反應顯得尤為重要。
【發明內容】
[0006]
本發明的目的是克服現有技術的不足并擴展厭氧氨氧化技術的應用范圍，提出一種一體化半亞硝
化厭氧氨氧化同時去除污水中碳氮磷的裝置和方法，為達到上述目的，本發明采取了如下技術方案:
一體化半亞硝化厭氧氨氧化裝置，包括HABR (復合式厭氧折流板)反應器、水浴格室、進水水箱、水浴水箱、空氣壓縮機、氣體流量計、氮氣袋、碳分子篩、第一蠕動栗、第二蠕動栗；所述HABR (復合式厭氧折流板)反應器包括第一格室、第二格室和第三格室，所述第一格室、第二格室、第三格室從左至右依次并列排布，所述水浴格室位于HABR (復合式厭氧折流板)反應器的外部；第一格室、第二格室、第三格室頂部分別設有第一取樣口，第二取樣口，第三取樣口 ；所述第一格室內設置有第一曝氣頭、pH探頭和DO探頭，第一格室外設置有pH在線檢測儀和DO在線檢測儀，第一曝氣頭位于第一格室底部；所述第二格室內設置有第二曝氣頭和三相分離器，第二曝氣頭位于第二格室底部，三相分離器位于第二格室上部；所述水浴水箱內設置有潛水栗和加熱棒；所述進水水箱通過第一蠕動栗與第一格室進水口閥門相連；所述第二格室通過回流出水閥連接第二蠕動栗，第二蠕動栗再與第一格室的回流進水閥相連接；所述pH在線檢測儀與pH探頭相連，所述DO在線檢測儀與DO探頭相連；所述第一曝氣頭通過氣體流量計連接至空氣壓縮機；所述第二曝氣頭與氮氣袋的氮氣出口閥相連，所述三相分離器通過集氣管連接至碳分子篩，碳分子篩通過集氣管再連接至氮氣袋的氮氣入口閥；所述加熱棒插入水浴水箱中，潛水栗位于水浴水箱底部并通過水管與水浴格室進水閥門連接，水浴格室出水閥門接通水管回流入水浴水箱中。
[0007]—體化半亞硝化厭氧氨氧化裝置的工作方法為:采用HABR (復合式厭氧折流板)反應器，將亞硝化污泥接種入第一格室(1)內，厭氧氨氧化污泥接種入第三格室，在第一格室和第三格室中都加入軟性填料；在HABR (復合式厭氧折流板)反應器第一格室內進行半亞硝化反應，第二格室內用氮氣吹脫剩余氧氣，第三格室內進行厭氧氨氧化反應，在一個反應裝置內實現半亞硝化和厭氧氨氧化的培養獨立與反應聯合；在HABR(復合式厭氧折流板)反應器啟動前，將自來水加入到水浴水箱中，打開加熱棒并啟動水浴水箱里的潛水栗，打開水浴格室進水閥門與水浴格室出水閥門形成水浴循環控制HABR (復合式厭氧折流板)反應器的溫度；將溫度控制在合適范圍，通過減少水力停留時間與提高進水基質濃度相結合的方式逐步提高氨氮和C0D的容積負荷，進行系統啟動；HRT (水力停留時間)控制在8-26h之間，進水C0D濃度控制在100-300mg/L，氨氮濃度控制在50_100mg/L。將污水加入到進水水箱中，通過啟動第一蠕動栗將污水抽入第一格室中，同時啟動空氣壓縮機對第一格室進行曝氣，通過D0在線檢測儀檢測氧含量；向第一格室中加入碳酸氫鈉，通過pH在線檢測儀檢測pH ;打開氮氣出口閥向第二格室中充入氮氣，將第一格室剩余的氧氣通過三相分離器吹脫出HABR (復合式厭氧折流板)反應器，之后再通過碳分子篩對氧氣的截留，實現氮氣和氧氣的分離；之后打開氮氣入口閥，使得氮氣再回到氮氣袋，同時打開第二格室的回流出水閥和回流進水閥，調節第二蠕動栗使得混合液能夠回流入第一格室，達到對磷的持續去除；通過第一取樣口和第二取樣口取樣檢測；最后，第三格室進行厭氧氨氧化反應后，可通過第三取樣口進行取樣檢測，出水通過出水口閥門排出。
[0008]通過水浴格室的水浴循環控制HABR (復合式厭氧折流板)反應器的溫度在30?35°C。在第一格室內，通過底部的第一曝氣頭和D0在線檢測儀將D0(溶解氧)控制在0.5mg/L以下，向第一格室內加入碳酸氫鈉，通過控制碳酸氫鈉的加入量，將第一格室的pH控制在7.5-8.0之間；亞硝化穩定積累過后，在通過將碳酸氫鈉與氨氮投加摩爾比調整為1:1來實現從亞硝化向半亞硝化的轉變，使得進入后續厭氧氨氧化反應的氨氮與亞硝態氮摩爾比為1:1-1:1.32。進入第二格室后，利用氮氣吹脫第一格室剩余的氧氣，通過格室頂部的三相分離器實現固液氣的三相分離同時為第三格室的厭氧氨氧化提供厭氧條件。碳分子篩是一種新型的吸附劑，碳分子篩內部包含有大量的微孔，這些微孔允許動力學尺寸小的分子快速擴散到孔內，同時限制大直徑分子的進入。碳分子篩內部微孔分布在0.28?0.38nm。在該微孔尺寸范圍內，氧氣可以快速通過微孔孔口擴散到孔內，而氮氣卻很難通過微孔孔口，從而達到氧、氮分離。之后，氮氣再回到氮氣袋，形成一個氮氣循環。最后，氨氮和亞硝態氮通過第三格室內的厭氧氨氧化反應得到同時去除。
[0009]第一級的缺氧環境可以使得聚磷菌過量吸磷，在穩定的氮氣流形成的厭氧環境下，可以使得磷被釋放且污泥能被三相分離器截留，流入第二格室上部的混合液再通過回流進入第一格室，使得釋出的磷再次被過量吸收。由于有機物被逐級利用，后續格室可被用于釋磷的C0D減少，使得釋磷量總體小于吸磷量，總磷將會逐漸減少，結合第一格室對C0D以及第三格室對氮的去除，反應器實現了碳氮磷的同時去除。
[0010]與現有技術相比，本發明具有的有益效果是:由于第二格室氮氣對氧的吹脫，使得第一格室與第三格室能保持不同的良好生長環境。亞硝化與厭氧氨氧化能夠在一個反應器里得到獨立的良好馴化，不但解決了單級反應條件參數的較難操控性，也使得兩者的聯合反應能夠順利進行。另外，不用人為補充有機碳源，并且反應器的氮氣循環使得處理成本降低。反應器中部分格室的回流與反應器整體的推流作用相結合，不僅使得菌群生長得到優化，也實現了碳氮磷的同時去除，擴展了厭氧氨氧化技術的應用范圍。
【附圖說明】
[0011 ] 附圖為本發明一體化半亞硝化厭氧氨氧化同時去除污水中碳氮磷的裝置的結構示意圖。
[0012]圖中1為第一格室；2為第二格室；3為第三格室；4為水浴格室；5為進水水箱；6為水浴水箱；7為空氣壓縮機；8為氣體流量計；9為氮氣袋；10為碳分子篩；11為第一蠕動栗；12為第二蠕動栗；13為D0在線檢測儀；14為pH在線檢測儀；15為pH探頭；16為D0探頭；17為第一曝氣頭；18為三相分離器；19為第二曝氣頭；20為潛水栗；21為加熱棒；22為氮氣出口閥；23為氮氣入口閥；24為回流出水閥；25為水浴格室進水閥門；26為第一格室進水口閥門；27為第一取樣口 ；28為第二取樣口 ；29為第三取樣口 ；30為水浴格室出水閥門；31為集氣管；32為回流進水閥；33為出水口閥門；34為水管。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和實施實例對本發明作進一步說明:
一體化半亞硝化厭氧氨氧化裝置，包括HABR復合式厭氧折流板反應器、水浴格室4、進水水箱5、水浴水箱6、空氣壓縮機7、氣體流量計8、氮氣袋9、碳分子篩10、第一蠕動栗11、第二蠕動栗12 ;所述HABR復合式厭氧折流板反應器包括第一格室1、第二格室2和第三格室3，所述第一格室1、第二格室2、第三格室3從左至右依次并列排布，所述水浴格室4位于HABR復合式厭氧折流板反應器的外部；第一格室1、第二格室2、第三格室3頂部分別設有第一取樣口 27，第二取樣口 28，第三取樣口 29 ;所述第一格室內設置有第一曝氣頭17、pH探頭15和DO探頭16，第一格室內1外設置有pH在線檢測儀14和DO在線檢測儀13，第一曝氣頭17位于第一格室1底部；所述第二格室2內設置有第二曝氣頭19和三相分離器18，第二曝氣頭19位于第二格室2底部，三相分離器18位于第二格室2上部；所述水浴水箱6內設置有潛水栗20和加熱棒21 ;所述進水水箱5通過第一蠕動栗11與第一格室進水口閥門26相連；所述第二格室通過回流出水閥24連接第二蠕動栗12，第二蠕動栗12再與第一格室1的回流進水閥32相連接；所述pH在線檢測儀14與pH探頭15相連，所述DO在線檢測儀13與DO探頭16相連；所述第一曝氣頭17通過氣體流量計8連接至空氣壓縮機7 ;所述第二曝氣頭19與氮氣袋9的氮氣出口閥22相連，所述三相分離器18通過集氣管31連接至碳分子篩10，碳分子篩10通過集氣管31再連接至氮氣袋9的氮氣入口閥23 ;所述加熱棒21插入水浴水箱6中，潛水栗20位于水浴水箱6底部并通過水管34與水浴格室進水閥門25連接，水浴格室出水閥門30接通水管34回流