一种处理高氨氮废水的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种处理高氨氮废水的装置及方法，尤其涉及一种利用A/0工艺和膜 处理技术处理高氨氮废水的装置和方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国水污染日益严重，污水排放标准将不断收紧，传统污水生物处理工艺的 处理效率亟待提高。1989年，YamamotoK等发表首篇浸没式MBR的研宄以后，浸没式MBR 与外置式MBR相比，因省略了循环泵而降低了能耗、占地紧凑等优点，逐步在研宄和工程应 用中受到重视（YamamotoK，HiasaH，TalatM，etal.l989.Direct solid liquid separation using holllowfibe membranes in activated sludge aeration tanks)〇 1998 年， Hellinga C等利用氨氧化菌世代时间短于硝化菌，选择合适的污泥停留时间（SRT)淘 汰硝化菌而保留氨氧化菌，从而在单个反应器中首先实现了的亚硝化-反亚硝化过程， 即氨氮被氧化成亚硝氮后直接被还原成氮气（Hellinga C，Schellen AAJC，Mulder JW， van LoosdrechtMCM，Heijen，JJ，1998. The SHARON Process ：an innovative method for nitrogen removal from ammonium-rich wastewater. Water Sci.Technol. 37,135-142)〇 这在实际运行中，特别是对高氨氮、低碳氮比废水的处理过程中，将大幅减少好氧段内氨氮 氧化成硝氮所需的供氧量以及兼氧段内硝氮还原成氮气所需外部碳源，从而节约运行成 本，提高脱氮效率。研宄表明，该工艺相对传统的全程硝化-反硝化最多可节省25%的曝气 量，40%的外部碳源，并减少40%的生物增量。这引起世界各国学者的持续关注，后续的研 宄工作旨在拓宽亚硝化一反亚硝化的应用范围或降低其对运行条件的要求，寻求在传统生 物处理设施中快速实现短程脱氮的控制策略，以及传统生物处理工艺与MBR的优化结合。 彭永臻等通过对短程脱氮积累的长期研宄，发明了快速实现SBR短程深度脱氮的方法，并 搭建了缺氧/好氧SBR+厌氧氨氧化+好氧SBR工艺处理低C/N生活污水深度脱氮的装置； 黄霞等发明了两级A/0 MBR脱氮除磷装置，处理生活污水达到回用标准。此外，自动控制系 统也逐步应用于污水处理工艺以方便管理，节省人力。G. Andreottola等在采用在线控制小 试SBR装置处理工业废水，氨氮去除率稳定达到99% ;秦德韬等以0RP、pH等作为参数建立 实施控制SBR系统，优化曝气时间实现SBR处理畜禽养殖废水短程脱氮。
[0003] 然而对于处理高氨氮、低C/N废水，上述研宄中各种组合工艺虽然可取得良好的 脱氮效果，但仍存在COD去除不达标、工艺流程复杂或者较高的污泥浓度（10000mg/L以上） 造成了出水沉淀时间较长，出水水质不稳定等诸多问题。因此，开发出一种利用A/0工艺和 膜分离技术处理高氨氮废水的装置及方法迫在眉睫。
【发明内容】
[0004] 本发明的一个目的是提供一种处理高氨氮废水的装置及方法，该方法将传统A/0 工艺与平板膜分离技术进行优化组合，并且建立实时控制系统，用于处理高氨氮、高C0D、低 碳氮比废水。膜分离技术的引入使得传统A/0工艺能够在较高污泥浓度的条件下，实现高 效的泥水分离，获得稳定的出水水质，同时，该发明采用pH、DO(溶解氧）及ORP(氧化还原 电位）电极对反应器进行连续监测建立自控系统，并通过序批式进水，连续出水的控制策 略，实现了A/0MBR反应器与实时控制系统的优化结合，简化系统运行控制策略，提高反应 器处理效率。
[0005] 本发明提供的一种处理高氨氮废水的装置，它包括进水系统、反应系统、曝气系 统、碳源投加系统和出水系统；
[0006] 所述反应系统包括一反应器，所述反应器为一容器，被分隔成三部分，依次为缺氧 池、好氧池和膜分离池，所述缺氧池的上方设有搅拌器，所述缺氧池与所述好氧池之间设有 溢流堰，所述好氧池的底部与所述膜分离池的底部连通，所述膜分离池内设有膜组件和液 位计，所述好氧池和所述膜分离池的底部设有回流管，通过回流泵将废水回流至所述缺氧 池内；
[0007] 所述进水系统包括一原水箱，所述原水箱内的废水通过进水泵被输送至所述缺氧 池内；
[0008] 所述曝气系统包括空压机、气体流量计和曝气器，所述曝气器置于所述好氧池 中；
[0009] 所述碳源投加系统包括一碳源储箱，所述碳源储箱中的碳源通过碳源投加泵被输 送至所述缺氧池内；
[0010] 所述出水系统包括一产水箱，所述膜组件的出水口通过出水泵与所述产水箱连 接。
[0011] 本发明装置在运行过程中，首先，将活性污泥接种至所述缺氧池和所述好氧池中； 待处理的高氨氮废水储存于所述原水箱中，在所述进水泵的作用下，所述高氨氮废水被输 送至所述缺氧池内，通过溢流堰流至所述好氧池内；在所述缺氧池内，在碳源的作用下，废 水中的硝态氮被还原为亚硝态氮，亚硝态氮被还原为氮气（反硝化过程）；同时，开启所述 曝气系统，在所述好氧池内，所述高氨氮废水中的氨态氮和有机物被氧化，所述氨态氮被氧 化为亚硝态氮，亚硝态氮被氧化为硝态氮，关闭所述曝气系统（硝化过程）；
[0012] 上述兼氧和好氧过程结束之后，由于好氧池和所述膜分离池底部是连通的，一部 分废水经过膜分离系统后，被进一步净化，通过所述出水泵被排至所述产水箱内，所述膜分 离池中的膜组件不仅可以截留所述反应器中的微生物，使反应器中的活性污泥浓度大大增 加，使降解污水的生化反应进行得更迅速更彻底；另一方面，由于膜的高过滤精度，保证了 出水的清澈透明，另一部分废水通过所述回流管在所述回流泵的作用下回流至所述缺氧池 内，由于所述缺氧池处于充满状态，等量的经反硝化的废水流至所述好氧池内进行硝化，继 续分成两部分进行循环处理。
[0013] 上述装置中，所述装置还包括一实时控制系统，所述实施控制系统包括探头、集成 电路箱和数字触控板；所述探头包括PH探头、ORP探头和溶解氧DO探头，均与所述集成电 路箱连接，所述集成电路箱与所述数字触控板连接；所述ORP探头探头置于所述缺氧池内， 所述PH探头和溶解氧探头置于所述好氧池内；
[0014] 通过所述集成电路箱和所述数字触控板，记录和计算所述pH探头、所述ORP探头 和所述溶解氧DO探头的实时监测数据，从而根据设定的程序控制进出水泵、碳源投加泵、 曝气系统及搅拌器的启停，实时控制各反应单元的交替进行。
[0015] 上述装置中，在所述缺氧池的底端设有一回流液进水口，所述混合液通过所述回 流液进水口回流至所述缺氧池内，通过此设置可以使所述缺氧池内经反硝化的废水溢流至 所述好氧池内，与待处理的废水混合，进一步发生硝化，以除去废水中的氨态氮和有机物；
[0016] 所述膜组件置于所述膜分离池的侧壁处，以避免阻碍所述反应器上方的搅拌器的 运行，避免所述反应器及所述搅拌器的损坏；所述膜组件为板框式膜组件，所述板框式膜组 件包括1~2个膜单元，每个所述膜单元由两片膜组成；所述膜的材质为聚偏氟乙烯，孔径 < 0.1 ym ;每个所述膜元件的有效面积为0. 5m2;所述膜组件的内部还设有曝气器，依次与 另一空压机和另一气体流量计连接，为所述膜曝气，降低所述膜的污染，延长所述膜的使用 寿命。
[0017] 上述装置中，所述曝气系统中，所述曝气器具体可置于所述好氧池的底部，以充分 曝气。
[0018] 本发明进一步提供了一种利用上述装置处理高氨氮废水的方法，包括如下步骤：
[0019] 接种活性污泥至所述缺氧池和所述好氧池内，整个所述缺氧池充满所述活性污 泥，开启所述搅拌器，重复下述步骤（1)-步骤（3):
[0020] (1)进水阶段：开启所述进水泵，采用序批式进水，按照设计处理量，待处理的所 述高氨氮废水被输入所述缺氧池内，经过所述溢流堰流至所述好氧池内；
[0021] (2)兼氧阶段和好氧阶段：在所述缺氧池内，在碳源的作用下，废水中的硝态氮被 还原为亚硝态氮，亚硝态氮被还原为氮气；开启所述曝气系统，在所述好氧池内，所述高氨 氮废水中的氨态氮和有机物被氧化，所述氨态氮被氧化为亚硝态氮，亚硝态氮被氧化为硝 态氮，关闭所述曝气系统；
[0022] (3)排水和回流阶段：在所述膜分离池内，设计处理量的经硝化的所述废水经过 所述膜组件中的膜的过滤后被排出；在所述缺氧池和所述膜分离池内，小于3倍设计处理 量的废水回流至所述缺氧池内；在所述缺氧池内，等量的经反硝化的废水通过所述溢流堰 流至所述好氧池内。
[0023] 上述方法中，所述实时控制系统全程开启，监测所述高氨氮废水中的氧化还原电 极电位、pH值和溶解氧的大小；
[0024] 所述膜组件中的曝气器全程开启，曝气流量可为5~15L/min，具体可为10~ 15L/min、10L/min 或 15L/min〇
[0025] 上述方法中，所述接种的活性污泥的浓度可为5000mg/L~5500mg/L，具体可为 5500mg