一种曝气-厌氧循环式处理高浓度氨氮废水的装置及方法

摘要

本发明的曝气-厌氧循环式处理高浓度氨氮废水的装置，包括充氧柱、进水泵、污泥反应器和回流槽，充氧柱底部设置有曝气器，污泥反应器的底部设置有配水管，进水泵将溶入氧气后的污水抽至配水管中，回流槽与充氧柱相通，污水净化产生的气体将污水推入回流槽，进而流入充氧柱中重新充氧，实现循环净化。本发明的废水处理方法，脱氮过程中溶解氧只能由水体所溶解的溶解氧提供，实现电子受体的精确供给控制，并确保氨氮只能转化为亚硝氮，为在同一个反应器的厌氧氨氧化过程的顺利进行创造适宜环境，解决了以往厌氧氨氧化工艺极易曝气不足或过度的缺陷，实现脱氮过程中电子受体的适宜供给，实现污水中氨氮的稳定去除。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高浓度氨氮废水的处理装置及方法，更具体的说，尤其涉及一种通过控制污水的溶氧量提供氧化氨氮所需的电子受体并避免氧化为硝氮的曝气-厌氧循环式处理高浓度氨氮废水的装置及方法。

背景技术

水环境治理中，对于高浓度氨氮污水和废水的处理，多年来一直困扰着环保工作者。主要原因在于：化学法去除废水中氨氮的费用高昂；生物处理需要很大的曝气量，能耗较高，而且需要额外有机物等碳源的添加。例如城市污水处理厂污泥消化液高浓度的氨氮返回水处理流程，增加水处理脱氮负荷，成为水处理厂运行的巨大负担。随着微生物厌氧氨氧化过程的发现，探索出节能的脱氮新工艺，节省能耗和对碳源的依赖，是污水处理的一大进步。

虽然已有多个基于新工艺的污水处理厂，然而绝大多数运行以失败告终。其原因为：以厌氧氨氧化过程为核心的处理方法的第一步操作或反应，需要亚硝化菌在好氧环境中将氨氮只转化为亚硝氮，并且只有在转换60-65%时，即在厌氧氨氧化过程中亚硝氮和氨氮的比值为1.3左右，才能保证氨氮被完全去除。第一步转化率的稳定与否，直接影响着整个工艺的运行。然而，实际工程证明，这种对转化率的控制是极为困难的。特别是，如果由于曝气过度等原因使硝化菌繁殖，大量亚硝氮被进一步转化为硝氮，氨氮和亚硝氮含量或比值更加得不到保证，同时被转化为的硝氮再没有被脱除的可能。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种曝气-厌氧循环式处理高浓度氨氮废水的装置及方法。

本发明的曝气-厌氧循环式处理高浓度氨氮废水的装置，其特别之处在于：包括充氧柱、进水泵、污泥反应器和回流槽，充氧柱的内部为空腔且上端开口，充氧柱的上部设置有向其空腔中通入待净化污水的进水管，充氧柱空腔的底部设置有曝气器，曝气器连接有供气管，通过曝气器的曝气使污水溶入氧气；

所述污泥反应器内部为污水进行有氧反应、厌氧反应的空腔，顶部设置有出水管，污泥反应器的底部设置有配水管，进水泵将充氧柱底部溶入氧气后的污水抽至配水管中，配水管将污水均匀分布到污泥反应器中；回流槽的上端开口，底部成倾斜状态，回流槽倾斜底部的最低处与充氧柱相通，污泥反应器中均匀设置有若干升气管，升气管的下端设置有对污水净化产生的气体进行收集的集气罩，升气管的上端开口位于回流槽中；污水净化产生的气体将升气管中的污水推入回流槽，进而流入充氧柱中重新充氧，实现污水的循环净化。

本发明的曝气-厌氧循环式处理高浓度氨氮废水的装置，所述污泥反应器的上部设置有用于连通污泥反应器与充氧柱的循环管，循环管用于将污泥反应器中的污水引流至充氧柱中进行重新充氧。

本发明的曝气-厌氧循环式处理高浓度氨氮废水的装置，所述污泥反应器的底部设置有承托层。

本发明的曝气-厌氧循环式处理高浓度氨氮废水的装置的废水处理方法，其特别之处在于，通过以下步骤来实现：a).污水的通入和充氧，待净化的污水由进水管通入充氧柱的内部空腔中，污水在充氧柱中由上至下流动的过程中，由充气管进入曝气器中的空气在充氧柱中由下至上运动，在水流和气泡逆向流动的过程中，使污水中溶入氧气；b).污水的泵入，污水在充氧柱中溶入饱和氧后，进水泵将溶氧后的污水抽至配水管，由配水管将污水均匀分布地通入于污泥反应器中；c).有氧反应，刚进入污泥反应器的污水中氧含量大，污水中的氨氮首先以溶解氧为电子受体，通过微生物的亚硝化过程将氨氮转化为亚硝氮，并消耗掉溶解氧；d).厌氧反应，污泥反应器中接近进水区和微生物菌落表层为亚硝化过程，远离进水区及微生物菌落里层为厌氧氨氧化过程；厌氧氨氧化过程以亚硝氮中的氮元素为电子受体，转化氨氮，最终产生氮气，实现污水脱氮的目的；抑制硝氮的生成：由于污泥反应器中的溶解氧只能通过水体进入，反应器处于缺氧或低溶解氧状态，抑制了硝化菌繁殖，因而确保氨氮只能转化为亚硝氮，而不能转化为硝氮；同时，由于亚硝化作用，消耗掉大部分的溶解氧，保证了厌氧氨氧化过程的顺利进行；e).气体的收集和排出，污水在污泥反应器中净化过程中产生的气体，经集气罩的收集后进入气升管中，由于气升管中的气体充盈其整个截面，会将其上部的水体排入至回流槽中；f).污水的回流和重新充氧，由气升管排入至回流槽中的污水，会自动回流至充氧柱中，在充氧柱中重新溶入氧气，再由进水泵抽至污泥反应器中重新净化，以进一步去除污水中的氨氮；g).净化后污水的排出，污泥反应器中净化后的污水通过上端的出水管排出；h).循环管的回流，由于回流槽所回流的污水量较为有限，通过进水泵对污水的抽取，污泥反应器中的液面高于充氧柱中的液面，污泥反应器中的污水经循环管回流至充氧柱中，进行重新充氧，再由进水泵抽至污泥反应器中进行曝气、厌氧反应，以进一步去除污水中的氨氮。

本发明的曝气-厌氧循环式处理高浓度氨氮废水的装置的废水处理方法，所述充氧柱中气泡在静水中的上浮速度，应大于水流在充氧柱中的下降流速，以保证污水中溶入饱和的氧气；通过控制循环管的回流量、进水泵的进水量和曝气器的曝气强度，实现对水流下降流速和气泡上浮速度的调节。

本发明的曝气-厌氧循环式处理高浓度氨氮废水的装置的废水处理方法，经过曝气的水体所溶解的氧气含量，决定了污水每次脱氮过程中氨氮被转化的量，采用污水回流补充电子受体的方式，通过循环管和进水泵控制回流次数及曝气器控制曝气强度，实现被处理污水的适度充氧及对微生物脱氮所需溶解氧的精确控制，避免曝气过度造成不必要的能源消耗和充氧不足造成的效率低下。

本发明的有益效果是：本发明的处理高浓度氨氮废水的装置及方法，由进水管进入的污水在充氧柱中溶入氧气，进水泵将溶氧后的污水抽入污泥反应器中，污水在污泥反应器中进行有氧、厌氧反应，亚硝化菌在有氧条件下将氨氮转化为亚硝氮，在厌氧条件下将氨氮转化为氮气，实现污水的净化。污水经曝气、厌氧反应后，经循环管或回流槽回流至充氧柱中进行重新充氧，以实现高浓度氨氮废水的循环净化，直至污水中的氨氮含量降低到标准要求。

在高浓度氨氮废水净化的过程中，通过进水泵和循环管控制污水的回流次数，以及通过曝气器控制曝气强度，可实现对污水被充氧量的控制，实现被处理污水的适度充氧及对微生物脱氮所需溶解氧的精确控制，避免曝气过度造成不必要的能源消耗和充氧不足造成的效率低下。

本发明的处理高浓度氨氮废水的装置及方法，通过对进水和污水回流充氧的方式，脱氮过程中溶解氧只能由水体所溶解的溶解氧提供，通过对回流污水的控制，实现电子受体的精确供给控制，并确保氨氮只能转化为亚硝氮，同时为在同一个反应器的厌氧氨氧化过程的顺利进行创造适宜环境。本发明解决了以往厌氧氨氧化工艺极易曝气不足和过度的缺陷，实现脱氮过程中电子受体的适宜供给；对于微生物活性和繁殖的提供保障，实现污水中氨氮的稳定去除。

附图说明

图1为本发明的曝气-厌氧循环式处理高浓度氨氮废水装置的原理图。

图中：1进水管，2充氧柱，3曝气器，4供气管，5进水泵，6配水管，7承托层，8污泥反应器，9集气罩，10气升管，11出水管，12回流槽，13循环管。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的曝气-厌氧循环式处理高浓度氨氮废水装置的原理图，其由进水管1、充氧柱2、曝气器3、供气管4、进水泵5、配水管6、承托层7、污泥反应器8、升气管10、回流槽12、出水管11和循环管13组成；所示充氧柱2的内部为空腔且上端开口，充氧柱2具有较大的高径比，进水管1设置于充氧柱2的上端，待净化的污水经进水管1流入充氧柱2中。曝气器3设置于充氧柱2内部空腔的底部，供气管4与曝气器3相通，用于向曝气器3中通入空气。经曝气器3的曝气，可向充氧柱2中的污水中溶入饱和的氧气。

所示污泥反应器8的内部为空腔，承托层7设置于污泥反应器8的底部，以实现对反应污泥的承托。配水管6设置于污泥反应器8的底部，用于向污泥反应器的底部横截面上进行均匀布水。所示的进水泵5用于将充氧柱2中溶入氧气后的污水抽至配水管6中，由配水管6将待净化的污水均匀布入污泥反应器8中。

刚进入污泥反应器8中的污水，由于含氧量高，在亚硝化细菌的作用下进行有氧反应，污水中的氨氮以溶解氧为电子受体，通过微生物的亚硝化过程将氨氮转化为亚硝氮，并消耗掉溶解氧。随着溶解氧的消耗，会发生厌氧反应，厌氧氨氧化过程以亚硝氮中的氮元素为电子受体，转化氨氮，最终产生氮气，实现污水脱氮的目的。

污泥反应器中接近进水区和微生物菌落表层为亚硝化过程，远离进水区及微生物菌落里层为厌氧氨氧化过程。由于污水中的溶解氧只来至曝气器3溶入的氧气，随着氧气的不断消耗，污泥反应器8中的污水处于缺氧状态，抑制了硝化菌繁殖，因而确保氨氮只能转化为亚硝氮，而不能转化为硝氮。

所示回流槽12设置于污泥反应器8的上端，污泥反应器8的上端开口，回流槽12的底部为倾斜状态，回流槽12倾斜顶部的最低点与充氧柱2相通。所示污泥反应器8的上部均匀设置有多个气升管10，气升管10的下端设置有集气罩9，气升管10的上端开口位于回流槽12中；污泥反应器8中的污水净化过程中产生的气体经集气罩9的收集后，会通过气升管10进入回流槽12中。气体在气升管10中上升的过程中，会将气升管10中的水分推入至回流槽12中，再由回流槽12流入充氧柱2中，进行重新充氧。

所示的循环管13设置于污泥反应器8的上部，用于连通污泥反应器8与充氧柱2，通过进水泵5对污水的抽取，使污泥反应器8中的液面高于充氧柱2中的液面，由于液面差的存在，使污泥反应器8中的污水经循环管13回流至充氧柱2中，进行重新充氧。

为了保证污水在充氧柱2中溶入饱和的氧气，曝气器3在充氧柱2中产生的气泡，在静水中的上浮速度，应大于水流在充氧柱2中的下降流速，以保证污水中溶入饱和的溶解氧。通过控制循环管的回流量、进水泵的进水量和曝气器的曝气强度，实现对水流下降流速和气泡上浮速度的调节。

本发明的曝气-厌氧循环式处理高浓度氨氮废水的装置的废水处理方法，通过以下步骤来实现：

a).污水的通入和充氧，待净化的污水由进水管通入充氧柱的内部空腔中，污水在充氧柱中由上至下流动的过程中，由充气管进入曝气器中的空气在充氧柱中由下至上运动，在水流和气泡逆向流动的过程中，使污水中溶入氧气；

b).污水的泵入，污水在充氧柱中溶入饱和氧后，进水泵将溶氧后的污水抽至配水管，由配水管将污水均匀分布地通入于污泥反应器中；

c).有氧反应，刚进入污泥反应器的污水中氧含量大，污水中的氨氮首先以溶解氧为电子受体，通过微生物的亚硝化过程将氨氮转化为亚硝氮，并消耗掉溶解氧；

d).厌氧反应，污泥反应器中接近进水区和微生物菌落表层为亚硝化过程，远离进水区及微生物菌落里层为厌氧氨氧化过程；厌氧氨氧化过程以亚硝氮中的氮元素为电子受体，转化氨氮，最终产生氮气，实现污水脱氮的目的；

抑制硝氮的生成：由于污泥反应器中的溶解氧只能通过水体进入，反应器处于缺氧或低溶解氧状态，抑制了硝化菌繁殖，因而确保氨氮只能转化为亚硝氮，而不能转化为硝氮；同时，由于亚硝化作用，消耗掉大部分的溶解氧，保证了厌氧氨氧化过程的顺利进行；

e).气体的收集和排出，污水在污泥反应器中净化过程中产生的气体，经集气罩的收集后进入气升管中，由于气升管中的气体充盈其整个截面，会将其上部的水体排入至回流槽中；

f).污水的回流和重新充氧，由气升管排入至回流槽中的污水，会自动回流至充氧柱中，在充氧柱中重新溶入氧气，再由进水泵抽至污泥反应器中重新净化，以进一步去除污水中的氨氮；

g).净化后污水的排出，污泥反应器中净化后的污水通过上端的出水管排出；

h).循环管的回流，由于回流槽所回流的污水量较为有限，通过进水泵对污水的抽取，污泥反应器中的液面高于充氧柱中的液面，污泥反应器中的污水经循环管回流至充氧柱中，进行重新充氧，再由进水泵抽至污泥反应器中进行曝气、厌氧反应，以进一步去除污水中的氨氮。

其中，经过曝气的水体所溶解的氧气含量，决定了污水每次脱氮过程中氨氮被转化的量，采用污水回流补充电子受体的方式，通过循环管13和进水泵5控制回流次数及曝气器3控制曝气强度，实现被处理污水的适度充氧及对微生物脱氮所需溶解氧的精确控制，避免曝气过度造成不必要的能源消耗和充氧不足造成的效率低下。