轮休式厌氧氨氧化脱氮装置及其工艺的制作方法

本发明属于废水处理装置领域，具体涉及一种轮休式厌氧氨氧化脱氮装置及其工艺。

背景技术：

在全国“一控双达标”行动后，废水有机污染得到有效控制，氮磷污染上升为主要环境问题。根据中国环境状况公报，2015年我国氨氮排放量达229万吨。全国地表水氨氮超标现象普遍，所致的水体富营养化十分严重，废水脱氮已成为亟待解决的重大环保课题。

在缺氧条件下，利用厌氧氨氧化菌将亚硝酸盐和氨转化成氮气的过程，称为厌氧氨氧化。厌氧氨氧化工艺已成功应用于污水处理厂消化污泥压滤液的处理，基质去除速率达9.50kgN/(m³·d)，远远高于传统硝化反硝化工艺(0.23～0.5kgN/(m³·d)；其处理费用为€0.75/kgN，远远低于传统生物脱氮工艺(€2～5/kgN)。厌氧氨氧化工艺很有希望成为废水脱氮的升级技术。

但是，厌氧氨氧化菌为自养菌，细胞产率低，倍增时间长，对环境条件敏感，导致厌氧氨氧化反应器启动缓慢；另外，在大多数工业、农业和生活污水中，氨氮往往与有机物相伴。存在有机物时，由于异养菌的生长速度远远高于厌氧氨氧化菌，它们会干扰厌氧氨氧化反应；同时，实际废水中还经常含有毒性物质(如硫化物)，它们会影响厌氧氨氧化工艺运行的稳定性。

针对上述问题，本发明构建轮休式厌氧氨氧化脱氮装置，凭借装置构型和操作方式的合理设置，来加快厌氧氨氧化反应器的启动，稳定厌氧氨氧化工艺的运行，强化厌氧氨氧化反应器的功能。试验证明，这种轮休式厌氧氨氧化脱氮工艺是行之有效的。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种轮休式厌氧氨氧化脱氮装置及其工艺。

轮休式厌氧氨氧化脱氮装置，脱氮装置包括布水模块、反应模块、三相分离模块和循环回流模块；反应模块的底部连通布水模块，顶部连通三相分离模块，三相分离模块中被分离的废水通过循环回流模块连接至布水模块的进水口；所述的反应模块通过设置纵向隔板分割为至少两个并联的反应区域；所述的布水模块中设置有曝气系统和分别对应于各反应区域的布水系统。

作为优选，两个并联的反应区域中间设有百叶式横向隔板，将每个反应区域分成上层反应室和下层反应室，两层反应室体积相同；横向隔板的板片延伸方向与纵向隔板平行，横向隔板上的相邻的板片在水平面的投影部分重叠，板片间隙开口朝向脱氮装置内壁，板片间隙用作上层和下层反应室交流的通道。

作为优选，所述的布水系统中包括若干个布水器，每个反应区域下方均设置一个布水器，分别通过电磁阀独立控制进出水；每个布水器由一根围绕圆筒的半环形管和若干根连通半环形管且出水口伸入圆筒内腔的布水管组成，布水管的出水口位于同一水平面的若干同心圆的一个或多个圆周上，且出水口沿同一方向倾斜向上设置，出水方向在水平面上的投影与同心圆相切。

作为优选，所述的曝气系统中包括若干个曝气模块，分别通过电磁阀独立控制气体进出；每个曝气模块由圆筒外部的输气管和圆筒内部的分布管和曝气管组成；曝气管对称安装于分布管两侧且安装于布水系统下方。

作为优选，所述的三相分离模块中设置有至少1个三相分离器，三相分离器长轴平行于与纵向隔板，且以纵向隔板为中心对称安置；三相分离器呈箱形，由上部的长方体和下部的梯台体连接而成，沿长方体长边两侧内部各设一块垂直隔板，箱壁与隔板之间的区域构成两个进水槽；两块垂直隔板之间区域构成污泥沉淀室；污泥沉淀室中间设溢流槽，溢流槽一端底部设出水管；梯台体底部不密封，且设置有反射板，梯台体底部与反射板之间夹持形成沉淀污泥返回缝。

作为优选，所述的循环回流模块中包括柱状液体缓冲室、回流管和排水管，柱状液体缓冲室顶部与圆筒装置顶部对齐，柱状液体缓冲室的进水管伸入液面以下，排水管安于液面部位，回流管连通柱状液体缓冲室底部与布水模块的进水口。

作为优选，所述的反应模块中充填有厌氧颗粒污泥作为载体。

作为优选，所述的反应模块中并联的反应区域数量为2个，且左右对称布置。

本发明的另一目的在于提供一种使用上述任一装置的轮休式厌氧氨氧化脱氮工艺，具体工艺方法为：在反应模块中充填厌氧颗粒污泥作为载体，并接种厌氧氨氧化菌，一方面借助厌氧颗粒污泥拥有的胞外聚合物粘附脱氮菌，促进脱氮菌颗粒化，另一方面借助厌氧颗粒污泥的适宜密度，携带粘附的脱氮菌通过重力沉降而持留于反应装置内；向脱氮装置中并联的反应区域内交替轮流通入实际待处理废水和模拟废水，通入模拟废水的反应区域内高负荷工作的脱氮菌进行原位休养，调整生理状态，恢复活性；待脱氮菌活性和数量达到设定指标后，恢复向该反应区域通入实际废水进行脱氮。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：1)脱氮装置分模块组合，利于灵活使用；2)用菌与养菌结合，利于保持生物活性和数量；3)培菌与反应分置，利于各自优化；4)通过轮休，强壮脱氮功能，拓展厌氧氨氧化工艺的应用范围。

附图说明

图1是轮休式厌氧氨氧化脱氮装置的总体结构示意；

图2是本发明的横向隔板设置截面示意图；

图3是本发明的横向隔板设置俯视图(该图中为了直观显示板片之间的设置，对其横向距离进行了扩大，但实际设置时，相邻的板片在水平面的投影部分重叠。因此此处应以文字表述为准，附图仅用于方便理解)；

图4是轮休式厌氧氨氧化脱氮装置的布水模块结构示意；

图5是布水系统中的布水器结构示意图；

图6是曝气系统的结构示意图；

图7是本发明的三相分离器结构示意图；

图8是本发明的三相分离模块俯视图；

图9是本发明的循环回流模块结构示意图；

图中：轮休式厌氧氨氧化脱氮装置包括：

总体结构：布水模块I，反应模块II，三相分离模块III和循环回流模块IV。

布水模块I：进水口I1，布水系统I2，曝气系统I3，布水器I4，半环形管I5，圆筒壁I6，布水管I7，出水口I8；曝气模块I9，输气管I10，分布管I11和曝气管I12。

反应模块II：纵向隔板II1，第一反应区域II2，第二反应区域II3，百叶式横向隔板II4，上层反应室II5和下层反应室II6，第一横向隔板模块II7，第二横向隔板模块II8，板片II9，板片间隙II10。

三相分离模块III：三相分离器III1，出水管III2，长方体III3，梯台体III4，垂直隔板III5，进水槽III6，污泥沉淀室III7，溢流槽III8，泥水混合液分布室III9，沉淀污泥返回缝III10，反射板III11。

循环回流模块IV：柱状液体缓冲室IV1，进水管IV2，回流管IV3和排水管IV4。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1所示，一种轮休式厌氧氨氧化脱氮装置，该脱氮装置的主体呈圆筒状，圆筒内部自下而上分为布水模块I、反应模块II、三相分离模块III和循环回流模块IV几个部分。反应模块II作为废水处理的反应场所，其底部连通布水模块I，顶部连通三相分离模块III。三相分离模块III的废水出口通过循环回流模块IV连接至布水模块I的进水口I1，将三相分离模块III中被分离的废水部分回流至脱氮装置内。反应模块II通过设置纵向隔板II1分割为至少两个并联的反应区域：第一反应区域II2和第二反应区域II3。两个反应区域底部均连通布水模块I，顶部均连通三相分离模块III。布水模块I中设置有曝气系统I3和分别对应于各反应区域的布水系统I2，布水系统I2可以独立地向不同反应区域中输入不同废水。在使用时，反应模块II中可以预先充填厌氧颗粒污泥作为载体，可持留高浓度脱氮菌；两个反应模块轮流工作，可保持脱氮菌活性。

该装置的运行方法如下：首先将废水由布水模块I进入脱氮装置，经上升液流和曝气流的推动下进入第一反应区域II2和第二反应区域II3，在厌氧氨氧化脱氮菌的作用下转化成氮气；产生的氮气和剩余空气在三相分离模块III的作用下排入大气，随液流和气流上升的脱氮菌在三相分离模块III的作用下被截留在脱氮装置内，处理后的废水进入三相分离模块III上部的溢流槽一部分直接排至废水排放口，另一部分回流；反应区域下层反应室中充满厌氧颗粒污泥，借助厌氧颗粒污泥拥有的胞外聚合物粘附功能菌，促进功能菌颗粒化，并借助厌氧颗粒污泥的适宜密度，携带粘附的功能菌通过重力沉降而持留于反应装置内。

在脱氮装置内设置2个并联的反应区域是本发明的一个重要改进。申请人在研究中发现，厌氧氨氧化脱氮装置在长期运行过程中，会产生异养菌大量增殖以及菌种出现毒性累积效应的现象，会大大抑制脱氮效率。而本发明的布水模块I可以轮流向不同反应区域中输入实际废水和模拟废水，让部分反应区域的脱氮菌运试模拟废水，进行原位休养，调整生理状态，恢复活性，其余反应区域内通入实际废水进行高效脱氮。待运行模拟废水的反应区域中脱氮菌活性和数量达到设定指标后，恢复进行实际废水脱氮，再对其他反应区域改为运试模拟废水。该工艺有利于用菌与养菌结合，利于保持生物活性和数量，抑制异养菌的生长并消除菌种的毒性累积效应，强化厌氧氨氧化反应器的脱氮功能。

当然，上述方案仅仅是一种具体实现方式，还可以进行多种改进。

在一实施例中，如图2所示，可以在两个并联的反应区域中间设有百叶式横向隔板II4，将每个反应区域分成上层反应室II5和下层反应室II6，两层反应室体积相同。横向隔板以纵向隔板II1为界分为第一横向隔板模块II7和第二横向隔板模块II8。如图3所示，横向隔板的板片II9延伸方向与纵向隔板II1平行，横向隔板上的相邻的板片II9在水平面的投影部分重叠，板片间隙II10开口朝向脱氮装置内壁，板片间隙II10用作上层和下层反应室II6交流的通道。

通过设置百叶式横向隔板II4，使反应区域形成了类似于多釜串联的上层反应室II5和下层反应室II6。由于隔板的存在，上层反应室II5和下层反应室II6之间的污泥密度、菌种含量、菌种种类、废水性质均存在一定的区别。而且由于横向隔板为百叶式结构，因此具有斜板沉淀器的功能，使上下方的污水在板片处产生了更加强烈的泥水交流，强化了废水的处理效果，其对于低C/N比废水(C/N比大约在2左右)中TN的去除率可稳定达到85％以上。

如图4所示，布水模块中，布水系统I2设置于曝气系统I3上方。在一实施例中，布水系统I2中包括若干个布水器I4，每个反应区域下方均至少设置一个布水器I4，分别通过电磁阀独立控制进出水。由此，可以独立地对不同的反应区域输入不同的废水(实际废水和模拟废水)。如图5所示，每个布水器I4由一根围绕圆筒的半环形管I5和若干根连通半环形管I5并穿过脱氮装置外壳圆筒壁I6的布水管I7组成，布水管I7的出水口I8伸入圆筒内腔，出水口I8位于同一水平面的若干同心圆中的一个或多个圆周上(可以位于同一个圆周上，也可以如图所示位于不同的圆周上)，且出水口I8沿同一方向倾斜向上设置(如与水平面呈45°夹角)，出水方向在水平面上的投影与同心圆相切。

该形式设置的布水器I4，使出水水流在布水系统I2所在位置形成了螺旋向上的水流，可以有效防止淤泥堆积，提高淤泥颗粒在废水中的密度和脱氮效率。

曝气系统I3中曝气模块的数量可以使情况而定，可以统一设成一个对不同反应区域进行曝气，也可以分别设置多个，因此不同反应区域中的曝气可以统一控制也可以独立控制。在一实施例中，曝气系统I3中包括若干个曝气模块I9，分别通过电磁阀独立控制气体进出。如图6所示，每个曝气模块I9由圆筒外部的输气管I10和圆筒内部的分布管I11和曝气管I12组成；曝气管I12对称安装于分布管I11两侧且安装于布水系统I2下方。

在一实施例中，三相分离模块III中设置有1个或多个三相分离器III1，尽量与反应区域数量相同，且一一对应设置于反应区域正上方。如图7和8所示，三相分离器III1长轴平行于与纵向隔板II1，且以纵向隔板II1为中心对称安置；三相分离器III1呈箱形，由上部的长方体III3和下部的梯台体III4连接而成，沿长方体III3长边两侧内部各设一块垂直隔板III5，箱壁与隔板之间的区域构成两个进水槽III6；两块垂直隔板III5之间区域构成污泥沉淀室III7；污泥沉淀室III7中间设溢流槽III8，溢流槽III8一端底部设出水管III2；梯台体III4用作泥水混合液分布室III9，其底部不密封，且设置有反射板III11，用于阻挡反应区的混合液直接通过污泥返回缝进入污泥沉淀室III7。梯台体III4底部与反射板III11之间夹持形成沉淀污泥返回缝III10。

目前三相分离器III1主要应用于厌氧废水处理装置中，而本发明对三相分离器III1设计了独特的结构，并将其应用于好氧废水脱氮装置中，实现了固液气三相分离的作用。同时，其水力流动形态能够使絮状污泥随着废水通过溢流槽III8排出，而颗粒污泥则能够通过沉淀污泥返回缝III10回流至反应区域中。

柱状液体缓冲室IV1，进水管IV2，回流管IV3和排水管IV4

在一实施例中，如图9所示，循环回流模块IV中包括柱状液体缓冲室IV1、回流管IV3和排水管IV4，柱状液体缓冲室IV1高度为脱氮装置(主体圆筒)高度的1/2～2/3，柱状液体缓冲室IV1内径为脱氮装置(主体圆筒)内径的1/12～1/8。柱状液体缓冲室IV1顶部与圆筒装置顶部对齐，柱状液体缓冲室IV1的进水管IV2一端连接出水管III2，另一端伸入柱状液体缓冲室IV1的液面以下，排水管IV4安装于柱状液体缓冲室IV1上的液面部位，回流管IV3连通柱状液体缓冲室IV1底部与布水模块I的进水口I1。

需要指出的是，本发明附图中为表述方便，将反应模块II中并联的反应区域数量设置为2个，且左右对称布置。但其具体数量也可以进行调整，不作为限定。但设置2个反应区域是一种较为优选的方式，有利于装置的运行控制和组装，其余曝气、布水、三相分离模块均可一一对应设置。

一种使用上述任一装置的轮休式厌氧氨氧化脱氮工艺，在反应模块II中充填厌氧颗粒污泥作为载体，并接种厌氧氨氧化菌，一方面借助厌氧颗粒污泥拥有的胞外聚合物粘附脱氮菌，促进脱氮菌颗粒化，另一方面借助厌氧颗粒污泥的适宜密度，携带粘附的脱氮菌通过重力沉降而持留于反应装置内；向脱氮装置中并联的反应区域内交替轮流通入实际待处理废水和模拟废水，通入模拟废水的反应区域内高负荷工作的脱氮菌进行原位休养，调整生理状态，恢复活性；待脱氮菌活性和数量达到设定指标后，恢复向该反应区域通入实际废水进行脱氮。

本发明的轮休式厌氧氨氧化脱氮工艺适用于高氨氮废水特别是含有有机物或毒性物质的高氮废水处理。脱氮装置分模块组合，利于灵活使用；用菌与养菌结合，利于保持生物活性和数量；培菌与反应分置，利于各自优化；通过轮休，强壮脱氮功能，可拓展厌氧氨氧化工艺的应用范围。通过试验表明，本发明中的轮休式厌氧氨氧化脱氮装置，在采用轮休工艺运行时，其对于低C/N比废水(C/N比大约在2左右)中TN的去除率可稳定达到85％以上，氨氮去除率达到95％以上，而不采用轮休工艺的脱氮装置对TN的去除率约为40～50％。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。