一种处理高氨氮废水的自养脱氮一体化装置及启动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及给水排水工程和环境工程领域，尤其是涉及一种处理高氨氮废水的自养脱氮一体化装置及启动方法。
【背景技术】
[0002]氮素污染是当前水体富营养化现象频发的重要原因之一，同时也是污水处理与再生回用的关键症结，如何经济高效的去除污水中的氮素污染物已成为国内外专家学者与相关政府部门的研究热点，我国2002年颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中要求所有排污单位出水水质为氨氮小于5mg/L，总氮小于15mg/L。“十二五”国民经济和社会发展规划纲要中，明确提出氨氮总量减排10%的目标。根据新增的约束性指标，如何实现氨氮减排的目标还需在实践中探索。
[0003]目前应用最多的污水脱氮工艺为硝化反硝化工艺，该工艺先通过硝化菌将污水中的氨氮氧化成硝态氮，再通过反硝化菌利用有机物将硝态氮还原为氮气。传统的污水脱氮工艺操作复杂、运行费用高、并产生大量反硝化污泥，针对以上问题，研究人员开发出了多种新型脱氮工艺，如短程硝化反硝化工艺、同步硝化反硝化工艺、反硝化除磷工艺、厌氧氨氧化工艺等，其中厌氧氨氧化工艺是目前公认的最经济高效的污水脱氮工艺，其核心是通过厌氧氨氧化菌以亚硝酸盐为电子受体将氨氮直接氧化为氮气，大大缩短了传统硝化反硝化工艺的反应流程，厌氧氨氧化工艺与传统脱氮工艺相比具有明显的优势:厌氧氨氧化菌以亚硝酸盐为电子受体，脱氮过程中不需要有机碳源；硝化过程只需将1/2的氨氮氧化至亚硝酸盐，约节省曝气能耗50% ;厌氧氨氧化菌为化能自养菌，在脱氮过程中污泥产量仅为传统硝化反硝化污泥产量的10%左右，大大节省后续污泥处置费用；另外，厌氧氨氧化技术还有脱氮负荷高，减少温室气体排放等有点。厌氧氨氧化技术应用于高氨氮废水处理中，可较大幅度节省运行费用，产生显著的经济效益。同时厌氧氨氧化工艺与传统工艺相比可减少温室气体氧化亚氮的排放，环境效益明显。
[0004]厌氧氨氧化工艺拥有着诸多的技术优势，自上世纪80年代以来一直是国内外专家的研究热点，但如何将厌氧氨氧化技术推广应用一直是世界难题，厌氧氨氧化菌世代生长时间非常长，为11天左右，而且厌氧氨氧化工艺启动初期污泥流失严重，厌氧氨氧化菌富集培养异常困难，世界上第一座厌氧氨氧化工程启动时间为3年，超长的启动周期限制了该技术的快速推广应用，为了缩短厌氧氨氧化工艺的启动时间，需提高反应器对厌氧氨氧化菌的持留能力，使厌氧氨氧化菌得到快速富集，最新的研究结果表明在反应器内形成颗粒污泥或投加新型生物填料可强化厌氧氨氧化菌的持留能力，但目前此技术仍存在一定的技术问题，包括:①厌氧氨氧化菌产气能力较强，因此导致颗粒污泥不易沉降，易随出水流失；②单纯的生物膜工艺厌氧氨氧化菌挂膜时间较长，微生物量较低，反应器处理能力难以提高，且生物膜易脱落，不易储存及新建工程接种。
[0005]综上，目前厌氧氨氧化技术推广应用需要解决的问题包括:如何在反应器内富集高浓度的厌氧氨氧化菌；如何降低反应器内厌氧氨氧化菌的流失风险，提高处理系统的稳定性；如何降低厌氧氨氧化工程接种难度，增强工程的可复制性。因此，需要开发一种新型的利用厌氧氨氧化技术处理高氨氮废水的装置。
【发明内容】
[0006]本发明的一个目的在于提供一种高效、结构紧凑、构造简单、自动化程度较高、便于操作的处理高氨氮废水的自养脱氮一体化装置以及其启动方法。尤其是，整个脱氮反应在一个反应装置内完成，通过采用曝气沙头进行曝气，并在上方安有集气罩，通过在曝气时推动集气罩内污泥向上流动使得罩外污泥会自动进入罩内，形成循环流动，获得更好的传质效果，进一步提尚氧的利用效率。
[0007]根据本发明的一个实施例，一种处理高氨氮废水的自养脱氮一体化装置，整个装置主体为一个SBR反应器，装置内安装有搅拌器、曝气器、温度计，并设有pH值在线检测仪、溶解氧在线检测仪、亚硝态氮在线检测仪、氨氮在线检测仪；装置连有进水管道、排水管道、排泥管道、空气管道、溢流管道、取样管道；集气罩通过3个组成环形的支架固定在SBR反应器的内壁上；所述进水管道上设置有电动阀门和进水栗；电动阀门为电动调节蝶阀或菱形阀，并配有PLC控制器，进水栗设有变频控制器，并设有PLC控制器；所述空气管道上设有气体流量计、电动阀门，并连接鼓风机；气体流量计为在线气体流量计，鼓风机均设有变频控制器，并设有PLC控制器；所述反应池内的温度计、搅拌器、pH值在线检测仪、溶解氧在线检测仪、亚硝态氮在线检测仪、氨氮在线检测仪均与PLC控制器进行信号连接。
[0008]根据本发明的一个实施例，曝气器是由环形的4个曝气沙头组成，并且在曝气器的上方安有集气罩；所述集气罩通过3个组成环形的支架固定在SBR反应器的内壁上，呈倒置漏斗状。
[0009]根据本发明的一个实施例，装置底部通过法兰盘连接。
[0010]根据本发明的一个实施例，装置固定于装置平台。
[0011]本发明的另一个目的在于提出一种根据所述的处理高氨氮废水的自养脱氮一体化装置的启动方法，启动步骤为:
[0012]接种:所述SBR反应器接种的污泥为颗粒污泥；其中，颗粒污泥的占比为5% ;
[0013]进水:进水水质为高氨氮、低碳氮比的废水，进水时间为30min，进水温度控制在20-30。。；
[0014]反应:进水完成后，搅拌器、曝气器和温度计会由PLC控制器自动打开；所述空气管道上设有气体流量计、电动阀门，并连接鼓风机；气体流量计为在线气体流量计，鼓风机均设有变频控制器，并设有PLC控制器；在运行期间，pH值在线检测仪、溶解氧在线检测仪、亚硝态氮在线检测仪和氨氮在线检测仪均与PLC控制器进行信号连接，在无亚硝态氮的累积下适当调高曝气量，提高氨氮负荷，反应时间为23h，反应温度控制在28-32°C ;
[0015]沉淀:反应结束后，PLC控制器会自动关闭搅拌器、曝气器和温度计；
[0016]排水:沉淀结束后，PLC控制器会自动打开排水管道进行排水；若污泥过多，可手动打开排泥管道进行排泥；
[0017]闲置:闲置时间为预设值，排水结束后，即进入进水阶段。
[0018]根据本发明的一个实施例，该启动过程中所述闲置时间为0。
[0019]本发明的有益效果主要表现在以下几个方面:
[0020]1、整个脱氮反应在一个反应装置内完成，整个装置结构紧凑、构造简单、自动化程度较高、便于操作。
[0021]2、该装置采用曝气沙头进行曝气，并在上方安有集气罩。装置在曝气时推动集气罩内污泥向上流动，同时，罩外污泥会自动进入罩内，形成循环流动，可达到更好的传质效果，进一步提高氧的利用效率，使得整个装置的曝气能耗进一步降低。将整个厌氧氨氧化处理系统的启动时间大大缩短；
[0022]3、该装置接种高碑店污水处理厂的回流污泥和中试的颗粒污泥，颗粒污泥较高的生物量浓度进一步增加了厌氧氨氧化菌总量，可获得更高的脱氮效率；并利用悬浮污泥中氨氧化菌的短程硝化作用，完成亚硝化过程；整个装置充分将悬浮污泥与颗粒污泥的优势有机结合，通过合理的反应器结构，实现装置的快速启动与稳定运行。
【附图说明】
[0023]图1是本发明中一种处理高氨氮废水的自养脱氮一体化装置的示意图；
[0024]图2是图1中的1-1剖面图；
[0025]图中:1_装置平台；2_进水管道；3-排水管道；4-取样管道；5-溢流管道；6-排泥管道；7_法兰盘；8_集气罩；9_集气罩支架；10_曝气器；11-进气管；12-温度计；13_搅拌器；14-SBR反应器；15_电动阀；16_进水栗；17_流量计；18_鼓风机；19_pH值在线检测仪、20-溶解氧在线检测仪、21-亚硝态氮在线检测仪、22-氨氮在线检测仪
【具体实施方式】
[0026]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到，本发明的实施例在以下利用图式详细说明。
[0027]下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不限于以下实施例。