一种含氮污水的处理方法与流程

本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种含氮污水的处理方法。

背景技术：

污水生物处理法是目前应用较广泛的一种污水处理方法，污水生物处理工艺有很多，包括AO法，A/A/O法、SBR法、生物滤床等，所有的生物处理工艺都离不开微生物，微生物的新陈代谢能力及活性是决定处理效果的关键因素。在实际污水处理过程中，通常是通过pH、温度、溶解氧等参数控制以及搅拌、固定等结构控制来保证微生物较高的新陈代谢能力及较好的活性。在目前的工艺研究过程中，研究人员对pH、温度、溶解氧等参数的优化进行了详细的研究，但在反应器的结构控制上还存在一些问题，无论是在活性污泥法等固液分散混合的反应器中，还是在生物膜法等固定微生物的反应器中，都避免不了出现污泥上浮的现象，一旦污泥上浮，与污水脱离，则其新陈代谢能力及活性将必然降低，从而导致反应器中发挥作用的污泥浓度降低，菌落结构也会发生改变，进而造成反应器处理能力降低。

CN201310375066.4公开了一种分格可调型厌氧-缺氧-好氧生化反应器，该反应器呈廊道式，包括24个分隔池，分隔池间设有卡槽，卡槽内插入隔板实现厌氧段、缺氧段和好氧段的分段，卡槽下部设置过水孔口。该装置通过调节分隔池的数量来调节反应池的容积，分隔池数较多，活性污泥极易在池壁粘结，厌氧段和缺氧段产生的气泡容易携带细小污泥上浮，会影响反应器的反应效率。

CN201510831107.5公开了一种缓解厌氧氨氧化颗粒污泥上浮的方法。先用磷酸缓冲液冲洗厌氧氨氧化污泥，再将污泥置于含碳酸氢盐(或碳酸盐)、磷酸盐(或磷酸氢盐)和可溶性钙盐的混合液中，进行低匀速搅拌使钙的沉淀物附着于颗粒污泥上，再投入厌氧氨氧化反应器，逐步提高反应器进水中的碳酸氢盐(或碳酸盐)浓度和磷酸盐(或磷酸氢盐)浓度，同时从反应区顶部流加可溶性钙盐溶液。通过反应器的长期运行过程，使反应生产的钙盐沉淀附着于厌氧氨氧化颗粒污泥表面，以增加浮于反应区顶部污泥的密度，提高厌氧氨氧化颗粒污泥的沉降性能，缓解污泥上浮及随出水流失，从而提高反应器内的厌氧氨氧化生物量，最终提升反应器的厌氧氨氧化性能。该发明主要是向反应器中引入了沉淀物质，容易在反应器内沉淀，长期运行容易堵塞反应器内的孔道。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种含氮污水的处理方法。本发明通过采用特定结构的脱氮反应器及控制方式，在保证反应器内部水体有效返混的同时，能够有效抑制菌体或污泥的上浮，最大程度的发挥菌体或污泥的脱氮性能，具有操作简单，脱氮效率高等优点。

本发明含氮污水的处理方法是采用如下结构的脱氮反应器实现的，在反应器内壁均匀设置4个及以上纵向分布的柱形通道，在每个柱形通道上设置若干喷嘴，每个喷嘴沿水平方向斜向下设置，与柱形通道具有一定的夹角，且每个喷嘴的纵向中心线与柱形通道和反应器外壁连接处切线的夹角小于45°；污水处理时首先接入污泥和含氮污水，同时开启反应器内设置的布水设备和布气设备，使气水一同通过柱形通道沿喷嘴射出，使水体旋转混合；调节布水设备的压力，保证水体呈射线射出，同时调节布气设备流量，使溶解氧浓度为1-5mg/L，该阶段主要进行的是好氧反应；运行一定时间后，关闭布气设备，进行缺氧或厌氧反应；运行一定时间后开启布气设备，转为好氧反应，依次交替运行。

本发明中，所述的反应器是本领域常规使用的各种形状的反应器或反应池，如可以是圆柱体、正方体、长方体等。如果是圆柱体等类似形状，则可以在反应器内壁均匀设置4个及以上纵向分布的柱形通道；如果是正方体、长方体等类似形状，则可以在每边设置1个及以上的纵向分布的柱形通道。

本发明中，所述的柱形通道沿反应器的内壁设置，其具体数量根据实际情况确定，为保证反应器内水体的旋涡返混效果，柱形通道的数量不小于4个，优选为4-10个。柱形通道的横截面可以为圆柱形、椭圆形、正方形，长方形、三角形等，优选为圆柱形，其横截面直径或最长边长为4-6cm。柱形通道底部设有连接引气设备和引水设备的连接口，通道顶端密封且高于反应器的最高液面。优选地，纵向通道底部距反应器底部5-10cm，顶部高出反应器最高液位10-30cm。纵向通道高于反应器的最高液位，可以利用液面以上，斜向下布置的喷嘴射出的水流，在水体旋转的情况下，利用水平与垂向剪切力将上浮的菌体或污泥冲入水体中，能够有效抑制反应中上浮的菌体或污泥。

本发明中，每个柱形通道上设置若干个喷嘴，用射流的方式喷射气体、液体或气液混合体，喷嘴为圆锥形，与柱形通道连接处（入口端）的截面直径为2-4cm，出口端（喷嘴口部）的截面直径为1-2cm。每个柱形通道上的圆锥形喷嘴位于同一垂线上，垂直间距为5-10cm；且沿水平方向斜向下布置，纵向中心线（喷嘴入口端横截面圆心与出口端横截面圆心的连线）与柱形通道横截面垂线的夹角为30-60°，水平投影长度为2-5cm。如果反应器为圆柱体，则喷嘴的纵向中心线与柱形通道和反应器外壁连接处切线的夹角为30-45°；如果反应器为方形，则喷嘴的纵向中心线与反应器边长的夹角为30-45°。

本发明中，所述污泥为本领域常规使用的脱氮活性污泥，接种量为接入污泥后使体系的SV₃₀（污泥沉降比）为20%-30%。含氮污水为含有氨氮、COD的各种工业污水，氨氮浓度为100-500mg/L，总氮浓度为200-800mg/L，COD小于500mg/L，污水加入量为反应器体积的0.5-0.8倍。

本发明中，调节气体流量，控制反应器内溶解氧浓度为1-5mg/L，优选为1-3mg/L。由于采用上述脱氮反应器，气体被高速流体冲击切割成极细小的气泡，能够有效提高氧利用率。

本发明中，好氧反应运行4-12h后，关闭布气设备，进行缺氧或厌氧反应，运行4-12h，每交替运行1-3次测定出水氨氮浓度，若氨氮不达标，则继续交替运行；若氨氮达标，总氮不达标，则只进行厌氧反应，直接总氮达标，出水满足排放要求。

本发明中，控制处理过程pH值为7-9，处理温度为25-35℃。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）采用设置特定结构和连接关系的柱形通道、喷嘴的脱氮反应器，气体、液体或气液混合体经过柱形通道后由各个喷嘴射出，增强了水平切力对反应器内壁的冲刷作用，有效预防了反应器内壁菌体或污泥的粘接；同时由于喷嘴斜向下布置，在水体水平旋转的基础上增加了纵向的混合，增强了水体整体的返混效果；并可以随时将反应过程中上浮的菌体或污泥冲入旋转水体，不会搅散或切碎菌体或污泥颗粒，有助于抑制菌体或污泥上浮，提高污水处理的效率。

（2）通过采用特定结构的脱氮反应器及控制方式，在保证反应器内部水体有效返混的同时，有效抑制菌体或污泥的上浮，最大程度的发挥菌体或污泥的脱氮性能，具有操作简单，脱氮效率高等优点。

（3）反应器在不引入其他物质的前提下，通过喷射液体、气体或气液混合体，即可以实现厌氧、缺氧或好氧等多种环境下的旋转混合，提高了反应器的操作灵活性，应用范围较广。

附图说明

图1为本发明采用的脱氮反应器的俯视图（以圆柱体反应器为例）；

其中：1-反应器，2-柱形通道，3-喷嘴；α-喷嘴纵向中心线与柱形通道横截面垂线的夹角，β-喷嘴的纵向中心线与柱形通道和反应器外壁连接处切线的夹角；

图2为本发明采用反应器的A-A纵向剖面图；

其中：4-反应器顶盖；

图3为图2中B部分的放大图；

其中： 3-1-喷嘴入口端，3-2-喷嘴出口端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明脱氮方法进行详细说明。

本发明脱氮反应器结构如图1、2、3所示，反应器1外观为圆柱体，在反应器内壁均匀设置4个及以上纵向分布的柱形通道2，在每个柱形通道2上设置若干个喷嘴3，每个喷嘴沿水平方向斜向下设置，每个喷嘴的纵向中心线与柱形通道和反应器外壁连接处切线的夹角为α，且喷嘴纵向中心线与柱形通道横截面垂线的夹角为β。当反应器运行时，喷嘴喷射出的气体、液体或气液混合体能够在反应器内形成旋转混合，从而达到冲刷反应器内壁、抑制反应器内菌体或污泥上浮的目的。当反应器进行缺氧或厌氧反应时，则盖上反应器顶盖4以隔绝空气。

本发明实施例采用的脱氮反应器的横截面直径为50cm，反应器高100cm，反应器内最高液位为70cm，反应器内均匀设置4个横截面直径为4cm的纵向圆柱通道，纵向通道底端距反应器底10cm，顶部高出最高液面10cm。喷嘴入口端截面直径为2cm，出口端截面直径为1cm，水平投影长为2cm，每个喷嘴的垂直间距为5cm，α为45°，β为45°。柱形通道底部连接有潜水泵和水下曝气器。

污水处理时首先接入污泥和含氮污水，同时开启反应器内设置的布水设备和布气设备，使气水一同通过柱形通道沿喷嘴射出，使水体旋转混合；调节布水设备的压力，保证水体呈射线射出，同时调节布气设备流量，控制反应器内溶解氧浓度为1-5mg/L，该阶段主要进行的是好氧反应；运行一定时间后，关闭布气设备，反应器内主要进行的是缺氧或厌氧反应；运行一定时间后开启布气设备，进行好氧反应，依次交替运行。

本发明采用GB7478-87《水质-铵的测定-蒸镏和滴定法》测定氨氮浓度；采用11894-89《水质-总氮的测定-碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》测定总氮；采用GB11914-89《水质-化学需氧量的测定-重铬酸盐法》测定COD；采用污泥沉降法测污泥浓度SV₃₀。

实施例1

待处理污水为某污水处理厂含氮污水，氨氮浓度为150mg/L，总氮200mg/L，COD浓度为 300mg/L。控制处理过程pH为7.5-8.5，处理温度为30-35℃。

采用本发明的脱氮反应器，首先接入脱氮污泥和含氮污水，接种量为接入污泥后使体系的SV₃₀为20%，污水加入量为反应器体积的0.7倍，同时开启反应器内设置的潜水泵和水下曝气器，使气水一同通过柱形通道沿喷嘴射出，使水体旋转混合，调节泵的压力，保证水体呈射线射出，同时调节曝气器流量，控制反应器内溶解氧浓度为2-2.5mg/L，运行4h后，关闭曝气器，逐渐变为缺氧或厌氧反应，运行4h后，开启曝气器，进行好氧反应，依次交替运行。

每交替运行一次，取样检测出水水质，8h后氨氮浓度为110mg/L，16h后氨氮浓度为60mg/L，24h后氨氮<5mg/L，总氮<25mg/L，两个指标满足排放要求。关闭潜水泵及水下曝气器，沉降30min，从出水口将污水排出，污水SS<10mg/L，反应器内壁基本没有污泥粘接。

实施例2

待处理污水为某污水处理厂含氮污水，氨氮浓度为300mg/L，总氮450mg/L，COD浓度为 200mg/L。控制处理过程pH为7.5-8.5，处理温度为25-30℃。

采用本发明的脱氮反应器，首先接入脱氮污泥和含氮污水，接种量为接入污泥后使体系的SV₃₀为25%，污水加入量为反应器体积的0.7倍，同时开启反应器内设置的潜水泵和水下曝气器，使气水一同通过柱形通道沿喷嘴射出，使水体旋转混合，调节泵的压力，保证水体呈射线射出，同时调节曝气器流量，控制反应器内溶解氧浓度为1.5-2.0mg/L，运行6h后，关闭曝气器，逐渐变为缺氧或厌氧反应，运行6h后，开启曝气器，进行好氧反应，依次交替运行。

每交替运行一次，取样检测出水水质，12h后氨氮浓度为230mg/L，24h后氨氮浓度为180mg/L，36h后氨氮为120mg/L，48h后氨氮为70mg/L，60h后氨氮为30mg/L，72h后氨氮<5mg/L，总氮<25mg/L，两个指标满足排放要求。关闭潜水泵及水下曝气器，沉降30min，从出水口将污水排出，污水SS<10mg/L，反应器内壁基本没有污泥粘接。

实施例3

待处理污水为某污水处理厂含氮污水，氨氮浓度为450mg/L，总氮600mg/L，COD浓度为 100mg/L。控制处理过程pH为7.5-8.5，处理温度为30-35℃。

采用本发明的脱氮反应器，首先接入脱氮污泥和含氮污水，接种量为接入污泥后使体系的SV₃₀为30%，污水加入量为反应器体积的0.7倍，同时开启反应器内设置的潜水泵和水下曝气器，使气水一同通过柱形通道沿喷嘴射出，使水体旋转混合，调节泵的压力，保证水体呈射线射出，同时调节曝气器流量，控制反应器内溶解氧浓度为1.5-2.0mg/L，运行4h后，关闭曝气器，逐渐变为缺氧或厌氧反应，运行4h后，开启曝气器，进行好氧反应，依次交替运行。

每交替运行两次，取样检测出水水质，16h后氨氮浓度为380mg/L，32h后氨氮浓度为280mg/L，48h后氨氮为200mg/L，64h后氨氮为130mg/L，80h后氨氮为60mg/L，96h后氨氮<5mg/L，总氮<40mg/L，氨氮达标，总氮不达标，再重复厌氧4h，之后检测出水氨氮<25mg/L。关闭潜水泵及水下曝气器，沉降30min，从出水口将污水排出，污水SS<10mg/L，反应器内壁基本没有污泥粘接。

比较例1

处理工艺及操作条件与实施例2相同。不同在于：采用常规的直接曝气和中间机械搅拌的方式。每交替运行一次，取样检测出水水质，12h后氨氮浓度为230mg/L，24h后氨氮浓度为190mg/L，36h后氨氮为130mg/L，48h后氨氮为80mg/L，60h后氨氮为40mg/L，72h后氨氮<15mg/L，84h后氨氮<5mg/L，总氮<25mg/L，两个指标满足排放要求。关闭潜水泵及水下曝气器，沉降30min，从出水口将污水排出，污水SS>10mg/L，反应器内壁有明显污泥粘接。

比较例2

处理工艺及操作条件与实施例2相同。不同在于：脱氮反应器中喷嘴与水平方向一致，即喷嘴的纵向中心线与柱形通道垂线的夹角α为90°。每交替运行一次，取样检测出水水质，12h后氨氮浓度为225mg/L，24h后氨氮浓度为175mg/L，36h后氨氮为110mg/L，48h后氨氮为65mg/L，60h后氨氮为20mg/L，72h后氨氮<15mg/L，84h后氨氮<5mg/L，总氮<25mg/L，两个指标满足排放要求。关闭潜水泵及水下曝气器，沉降30min，从出水口将污水排出，污水SS>10mg/L，反应器内壁有明显污泥粘接。

比较例3

处理工艺条件及反应器参数与实施例2相同，不同在于：脱氮反应器中喷嘴纵向中心线与柱形通道和反应器外壁连接处切线的夹角为β为60°。每交替运行一次，取样检测出水水质，12h后氨氮浓度为250mg/L，24h后氨氮浓度为200mg/L，36h后氨氮为150mg/L，48h后氨氮为90mg/L，60h后氨氮为50mg/L，72h后氨氮25mg/L，84h后氨氮<5mg/L，总氮<25mg/L，两个指标满足排放要求。关闭潜水泵及水下曝气器，沉降30min，从出水口将污水排出，污水SS>10mg/L，反应器内壁有明显污泥粘接。