新型高含氮低碳氮比污水处理装置的制作方法

本实用新型适用于污水生物处理领域，具体涉及一种新型高含氮低碳氮比污水处理装置。

背景技术：

随着日益发展的工农业、迅速集中的城市人口和不断提高的居民生活水平各种现象的出现，大量的高含氮化合物排入到水体环境，引起了严重的水体氮素污染。近几年在我国水环境主要污染指标中，氨氮成为水体氮素污染中最主要的污染物，是水体污染的重要污染物之一。

目前对于高含氮低碳氮比污水多采用传统硝化-反硝化工艺进行脱氮处理，这种工艺存在能耗高的问题。尤其是对于低碳氮比的高含氮低碳氮比污水还需要添加额外碳源，从而增加了污水处理厂处理费用。以短程硝化-厌氧氨氧化为核心的自养生物脱氮工艺与传统的硝化反硝化工艺相比，自养生物脱氮工艺无需外加碳源，耗氧量低，可显著降低运行费用；污泥产量少，避免二次污染。自养生物脱氮工艺可以通过厌氧氨氧化菌直接将氨氮和亚硝酸盐氮转化成氮气，与好氧硝化/缺氧反硝化工艺相比具有节省碳源100％、降低曝气能耗60％和污泥产量低的优点。

虽然自养生物脱氮工艺处理高含氮低碳氮比污水具有很多优点，但是在实际应用中，自养生物脱氮污泥还存在如下问题：(1)由于自养脱氮污泥中的厌氧氨氧化菌生长周期时间长，使自养脱氮污泥生长缓慢，导致自养生物脱氮污泥的浓度低，从而导致处理负荷低；(2)同时当污水中的悬浮物和有机物浓度含量较高时，自养生物脱氮工艺的脱氮能力会受到显著的抑制；(3)自养生物脱氮工艺中要生成硝酸盐氮，根据自养生物脱氮工艺的反应式，自养生物脱氮工艺对废水中总氮的最高理论去除率只能达到88.7％，从而导致自养生物脱氮工艺存在出水总氮浓度难于达标排放的问题；(4)现阶段在自养生物脱氮工艺运行中，自养生物脱氮工艺的工况的预警系统不能够及时的反映出自养生物脱氮工艺的运行状态，总是在自养生物脱氮工艺的控制参数出现较大波动时且自养生物脱氮工艺已经出现严重失稳的情况时才进行预警，而此时需要进行长时间调控才能使系统重建稳定运行。现有的自养生物脱氮工艺预警系统对工艺的预警存在反应滞后的问题，不能及时地预测反应器失稳和对反应器进行及时调控，因此很难保证反应器长期稳定运行。

综上所述，目前对于高含氮低碳氮比污水采用自养生物脱氮技术处理时需要解决的主要问题包括：如何快速的对自养生物脱氮污泥进行富集、如何降低和去除含氮废水中有机物和悬浮物对自养脱氮生物含量和活性的影响、如何去除自养生物脱氮装置出水中硝酸盐含量超标、如何实现对自养生物脱氮工艺进行快速和准确的预警。如何克服现有这些技术的缺陷，已成为了本技术领域需要研究和解决的课题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种新型高含氮低碳氮比污水处理装置，解决高含氮低碳氮比污水中悬浮物和有机物对自养脱氮生物含量和活性的影响、自养生物脱氮污泥富集浓度低、运行失稳预警不及时、处理工艺运行成本高和出水总氮的指标不合格的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种新型高含氮低碳氮比污水处理装置，包括依序连接的混凝池、第一沉淀池、异养反硝化池、第二沉淀池、自养生物脱氮池和第三沉淀池。

本实用新型的效果是：

(1)在混凝池和第一沉淀池中，在添加混凝剂的作用下，通过混凝池和第一沉淀池的混凝沉淀作用，可以去除85％-98％的悬浮物，同时去除20％-35％的有机物。

(2)在异养反硝化池中，是去除硝酸盐氮和有机物。在异养反硝化细菌的作用下，利用进水中的有机物和回流出水中的硝酸盐氮进行反硝化，把硝酸盐氮变成氮气，同时去除进水中的有机物，从而减少了自养生物脱氮工艺中的有机物。通过异养反硝化池去除异养反硝化池进水中75％-90％的有机物，同时去除80％-90％自养生物脱氮池产生的硝酸盐氮。通过添加固定生物载体，异养反硝化池中的污泥浓度保持在10000mg/L以上。

(3)在第二沉淀池中，第二沉淀池通过对异养反硝化池的出水混合液进行固液分离，将沉淀下来的污泥返送到异养反硝化池。通过第二沉淀池对异养反硝化池的出水混合液进行固液分离，出水悬浮物浓度≤30mg/L。

(4)在自养生物脱氮池中，通过在自养生物脱氮池中添加悬浮生物载体，采用改性拉西环载体，利用改性拉西环载体可以为微生物提供一个空间差给不同功能的自养脱氮微生物分别提供各自适合的生态位：短程硝化菌在载体的外部的好氧区生长，厌氧氨氧化菌在载体里面的缺氧区生长。在外部的短程硝化菌利用水体中的溶解氧把进水中的约50％的氨氮氧化成亚硝酸盐氮，之后在载体内部的厌氧氨氧化菌利用短程硝化菌产生的亚硝酸盐氮和剩下的氨氮进行作用生成氮气，从而把污水中的氨氮去除。同时利用悬浮生物载体截留装置的作用，在3-5个月内对自养生物脱氮污泥进行富集，并且在自养生物脱氮池中的自养生物脱氮污泥浓度保持在10000mg/L以上；同时由于原水中的有机物的去除，从而减少了对自养生物脱氮污泥的影响，自养生物脱氮池的总氮处理负荷达到 2.7-7.2kg/(m³·d)，进水中的氨氮的去除率达到95％-99％。

(5)在第三沉淀池中，第三沉淀池通过对自养生物脱氮池的出水混合液进行固液分离，将沉淀下来的污泥通过悬浮生物载体截留装置返送到自养生物脱氮池。通过第三沉淀池对自养生物脱氮池的出水混合液进行固液分离，出水悬浮物浓度≤45mg/L。

(6)污水在混凝池和第一沉淀池之间、第一沉淀池和异养反硝化池之间、第二沉淀池和自养生物脱氮池之间通过溢流形式流动，异养反硝化池和第二沉淀池、自养生物脱氮池和第三沉淀池均采用合建式，省去污泥回流泵和管道，降低了水力损失，整个工艺可以减少20％-30％的处理成本。

(7)在自养生物脱氮池中，通过PLC控制器对鼓风机、自养生物脱氮池组合式在线检测仪、加热棒和出水回流泵等实时监控从而对自养生物脱氮反应器进行调控；通过控制自养生物脱氮池中的溶解氧在0.3-1mg/L、温度在30-35℃、出水回流比在0.5-10、游离氨和游离亚硝酸的浓度分别在1-25mg/L和5-20μg/L、游离亚硝酸和游离氨的浓度随时间的变化率分别小于20μg/(L·d)和25mg/ (L·d)，当以上参数超过变化范围时，自控系统发出警告从而进行预警，从而对这些参数进行调控，控制这些参数在控制范围内，从而保证自养生物脱氮池的稳定运行，保证处理后出水水质达到国家相关排放标准。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图中：

1、混凝池 2、第一沉淀池 3、异养反硝化池 4、第二沉淀池 5、自养生物脱氮池 6、第三沉淀池 11、水泵 12、混凝剂投加泵 13、搅拌电机 14、溢流孔Ⅰ 15、搅拌装置 16、搅拌桨 21、溢流孔Ⅱ 22、导流区 23、导流板 24、排泥管 25、导流缝 31、异养反硝化池升流区 32、异养反硝化池降流区 33、导流板 34、加热棒 35、污泥回流缝 36、固定生物载体 37、搅拌电机 38、搅拌装置 39、搅拌桨 310、出水回流进水管 311、异养反硝化池组合式在线检测仪 41、溢流孔Ⅲ 42、排泥管 51、自养生物脱氮池升流区 52、自养生物脱氮池降流区 53、悬浮生物载体 54、导流板 55、曝气装置 56、污泥自流区 57、自养生物脱氮池组合式在线检测仪 58、PLC控制器 59、鼓风机 61、悬浮生物载体截留装置 62、出水管 63、出水回流管 64、排泥管 65、出水回流泵

具体实施方式

结合附图对本实用新型的新型高含氮低碳氮比污水处理装置加以说明。

如图1所示，本实用新型的新型高含氮低碳氮比污水处理装置结构是由依序连接的混凝池1，第一沉淀池2，异养反硝化池3，第二沉淀池4，自养生物脱氮池5和第三沉淀池6组成。

所述混凝池1的进水口通过管道与水泵11连接，混凝池1的混凝剂进水口通过管道与混凝剂投加泵12连接，混凝池1通过上部的溢流孔14Ⅰ与第一沉淀池2的导流区22溢流连接；混凝池1的底部设有搅拌装置16并通过搅拌桨15 与混凝池1上部的搅拌电机13连接。

所述第一沉淀池2的导流区22通过溢流孔Ⅰ14与混凝池1连接，第一沉淀池2的导流板23下部设有导流缝25并与与第一沉淀池2的下部沉淀区连通，之后第一沉淀池2通过上部的溢流孔21Ⅱ与异养反硝化池3的异养反硝化池升流区31连接；第一沉淀池2底部设有排泥管24。

在所述异养反硝化池3的内部设有导流板27，导流板27一侧为异养反硝化池升流区24，另一侧为异养反硝化池降流区25，所述异养硝化池升流区24通过管道与进水泵连接，所述异养反硝化池降流区25下部设有污泥回流缝28并与第一沉淀池3连接；在异养反硝化池2中填充有固定生物载体36；加热棒34 设在异养反硝化池升流区31液面以下并与PLC控制器58连接；异养反硝化池 3还设有异养反硝化池组合式在线检测仪311并与PLC控制器58连接，PLC控制器58通过管线分别与设在自养生物脱氮池5中的自养生物脱氮池组合式在线检测仪57、鼓风机59和出水回流泵65连接，鼓风机59通过管线与曝气装置55 连接；异养反硝化池32的回流出水进水口310通过管道与出水回流泵65连接。

所述异养反硝化池3的升流区31通过溢流孔21Ⅱ与第一沉淀池2连接，异养反硝化池3内部设有导流板33，导流板33一侧为异养反硝化池升流区31，另一侧为异养反硝化池降流区32，所述异养反硝化池3的异养反硝化池降流区32的下部设有的污泥回流缝35并与第二沉淀池4连接；异养反硝化池3中添加固定生物载体36；加热棒34设在异养反硝化池升流区31液面以下并与PLC控制器58连接；异养反硝化池3还设有异养反硝化池组合式在线检测仪311并与 PLC控制器58连接，PLC控制器58通过管线分别与设在自养生物脱氮池5中的自养生物脱氮池组合式在线检测仪57、鼓风机59和出水回流泵65连接，鼓风机59通过管线与曝气装置55连接；异养反硝化池3的回流出水进水口310 通过管道与出水回流泵65连接；异养反硝化池3底部还设有搅拌装置38并通过搅拌桨39与搅拌电机37连接。

所述第二沉淀池4通过污泥回流缝35与异养反硝化池3连接，之后第二沉淀池4通过上部的溢流孔41Ⅲ与自养生物脱氮池5的自养生物脱氮池升流区51 连接，并在第二沉淀池4的底部设有排泥管42。

所述自养生物脱氮池5通过第二沉淀池4上部的溢流孔41Ⅲ与第二沉淀池 4连接，自养生物脱氮池5内部设有导流板54，导流板54一侧为自养生物脱氮池升流区51，另一侧为自养生物脱氮池降流区52，自养生物脱氮池5下部设有污泥自流区56并与第三沉淀池6连接；自养生物脱氮池5中添加有悬浮生物载体53，自养生物脱氮池5与第三沉淀池6之间设有悬浮生物载体截留装置61；同时自养生物脱氮池5还设有曝气装置55通过管道与鼓风机59连接，鼓风机 59与PLC控制器58连接；自养生物脱氮池5还设有自养生物脱氮池组合式在线检测仪57并与PLC控制器58连接，PLC控制器58通过管线分别与设在异养反硝化池3中的异养反硝化池组合式在线检测仪311、鼓风机59和出水回流泵65连接。

所述第三沉淀池6通过污泥自流区56与自养生物脱氮池5连接，之后第三沉淀池6的出水通过上部的出水管62排出；第三沉淀池6出水分为两路：一路通过出水管62排出；一路通过出水回流管63连接出水回流泵65，出水回流泵 65通过管道与异养反硝化池3连接，同时出水回流泵65与PLC控制器58连接。

在所述异养反硝化池3中的混合液在搅拌装置38的作用下会从异养反硝化池升流区31的底部上升到异养反硝化池升流区31顶部，通过导流板33上部溢流进入自异养反硝化池降流区32，之后从异养反硝化池降流区32上部向下流动到异养反硝化池降流区32下部，之后从导流板33的下部重新进入异养反硝化池升流区31中，从而实现内循环。

在所述自养生物脱氮池5中的混合液和悬浮生物载体53在曝气装置55释放气体的上升作用下会从自养生物脱氮池升流区51的底部上升到自养生物脱氮池升流区51顶部，通过导流板54上部溢流进入自养生物脱氮池降流区52，从自养生物脱氮池降流区52上部向下流动到自养生物脱氮池降流区52下部的污泥自流区56，之后通过污泥自流区56把混合液和悬浮生物载体53重新进入到自养生物脱氮池升流区51中，从而实现内循环。

所述PLC控制器58是GCAN-PLC-400型可扩展PLC控制器，PLC控制器 58中设有预警模块和数据分析模块。

所述固定生物载体36为悬浮球型载体，载体尺寸为直径为1-10cm，载体通过绳线固定在异养反硝化池3中，投加率为体积比的10％-30％。

在所述悬浮生物载体53为改性拉西环载体，该改性拉西环载体尺寸为直径×高×壁厚＝D×H×W＝1-10cm×1-10cm×2-5mm，悬浮生物载体53投加率为体积比的10％-30％。

通过实施例对本实用新型的新型高含氮低碳氮比污水处理装置说明实现过程：

实施例一

处理对象：污泥脱水液，该污水中的氨氮浓度为900mg/L，COD浓度为619 mg/L，悬浮物浓度为1000mg/L，pH＝7-8。

(1)混凝沉淀去除污水中的悬浮物和部分有机物

来自进水泵11的污泥脱水液和来自混凝剂投加泵12的混凝剂进入混凝池1，混凝剂为聚合氯化铝，聚合氯化铝投加量为100-200mg/L，污水在混凝池1 中的水力停留时间为0.5-2h，之后含脱稳悬浮物的污水从混凝池1上部溢流孔 14进入第一沉淀池2，污水在第一沉淀池2中的水力停留时间保持在3-6h，上清液从溢流孔21进入异养反硝化池3，沉淀污泥从底部排泥管24排出。通过沉淀，原水中的90％以上的悬浮物得到去除，不可溶的COD约可被去除200mg/L。出水悬浮物降到100mg/L以下，COD约为400-420mg/L。

(2)异养反硝化去除自养生物脱氮池回流出水中的硝酸盐氮和进水中的有机物

第一沉淀池2的出水从溢流孔21进入异养反硝化池3的异养反硝化池升流区31上部，在异养反硝化池3中添加固定生物载体36，固定生物载体36选用悬浮球型载体，载体通过绳线串联固定，载体直径为3cm，载体的投加率为体积比的30％，污水在搅拌装置37的提升下从导流板33上部进入异养反硝化池降流区32，固定生物载体36上的异养反硝化菌和异养反硝化池3中絮状污泥的异养反硝化菌利用进水中的有机物将第三沉淀池6回流出水中的硝酸盐氮生成氮气，通过添加固定生物载体36，保证异养反硝化池3中的污泥浓度在 10000mg/L以上。通过PLC控制器58、加热棒34与自养生物脱氮池组合式在线检测仪57的联控控制异养反硝化池3的温度在30-35℃，污水在异养反硝化池3中的水力停留时间在3-6h，同时通过PLC控制器58与出水回流泵65的联控将回流至异养反硝化池3含硝酸盐氮的污水回流比控制在800％。经过异养反硝化处理，在异养反硝化池3中可实现363mg/L的COD去除，硝酸盐氮可去除 87％。异养反硝化池降流区32下部的混合液一部分在搅拌装置37的提升下循环进入异养反硝化池升流区31，另一部分通过污泥回流缝35进入第二沉淀池4进行沉淀。

(3)第二沉淀池的固液分离

第二沉淀池4的作用是对异养反硝化池3的出水混合液进行固液分离，混合液通过污泥回流缝35进入第二沉淀池4，混合液在第二沉淀池4的水力停留时间在3-6h，在重力作用下完成固液分离，出水悬浮物浓度降到30mg/L以下，沉淀污泥通过污泥回流缝35自行滑入异养反硝化池3，剩余污泥根据需要从排泥管42排出，上清液通过溢流孔41进入自养生物脱氮池5。

(4)自养生物脱氮去除污水中的氨氮

污水从第二沉淀池4的溢流孔41进入自养生物脱氮池5，在自养生物脱氮池5中投加悬浮生物载体53，悬浮生物载体53采用改性拉西环载体，尺寸为直径×高×壁厚＝D×H×W＝1cm×1cm×2mm，投加率为体积比的30％，利用改性拉西环载体可以为微生物提供一个空间差，从而给不同功能的自养脱氮微生物分别提供各自适合的生态位：短程硝化菌在载体的外部的好氧区生长，厌氧氨氧化菌在载体里面的缺氧区生长；在外部的短程硝化菌利用水体中的溶解氧把进水中的约50％的氨氮氧化成亚硝酸盐氮，之后在载体内部的厌氧氨氧化菌利用短程硝化菌产生的亚硝酸盐氮和剩下的氨氮进行作用生成氮气，从而把污水中的氨氮去除。同时在自养生物脱氮池5与第三沉淀池6之间设置悬浮生物载体截留装置61，悬浮生物载体截留装置61采用网状结构，材料采用难降解无毒无害的聚乙烯等高分子材料，网状结构的尺寸为6mm。通过悬浮生物载体53 可以快速的对自养生物脱氮污泥进行富集，同时通过悬浮生物载体截留装置61 把自养生物脱氮池5中的悬浮生物载体53截留在反应器中防止了悬浮生物载体 53随出水流出。通过添加该悬浮生物载体53和悬浮生物载体截留装置61可以在3-5个月内对自养生物脱氮污泥富集，同时保证自养生物脱氮池5中污泥浓度在10 000mg/L以上。

污水从第二沉淀池4的溢流孔41进入自养生物脱氮池5后，在自养生物脱氮池5中被循环处理：采用鼓风机59将空气通过曝气装置55打入自养生物脱氮池升流区51底部，将混合液和悬浮生物载体53提升到自养生物脱氮池升流区51上部，混合液与悬浮生物载体53通过导流板54上部进入自养生物脱氮池降流区52，之后悬浮生物载体53和一部分混合液经过自养生物脱氮池降流区 52底部的污泥自流区56重新进入自养生物脱氮池升流区51下部进行循环；通过内循环提高了氨氮的去除效率，在自养生物脱氮池5中可实现894mg/L的氨氮去除，去除率达到99％。在自养生物脱氮池5中，同时通过PLC控制器58、加热棒34与自养生物脱氮池组合式在线检测仪57的联控控制自养生物脱氮池5 的温度在30-35℃，pH在7-8，游离氨浓控制在1-20mg/L和游离亚硝酸浓度控制在5-15μg/L，同时通过PLC控制器58、鼓风机59与自养生物脱氮池组合式在线检测仪57的联控将自养生物脱氮池5的溶解氧控制在0.5mg/L以下。控制污水在自养生物脱氮池5中的水力停留时间为3-8h，此时自养生物脱氮池5的氮容积去除负荷率可达2.7-7.2kg/(m³·d)。自养生物脱氮池5中的混合液通过悬浮生物载体截留装置61进入第三沉淀池6。

(5)第三沉淀池去除悬浮物

自养生物脱氮池5中的混合液通过悬浮生物载体截留装置61进入第三沉淀池6沉淀，混合液在第三沉淀池6中的水力停留时间在3-6h，出水悬浮物浓度达到20mg/L，沉淀污泥从污泥自流区56进入自养生物脱氮池5，出水从出水管 62一部分排出；一部分通过出水回流泵65回流到异养反硝化池3。

(6)污水在混凝池1和第一沉淀池2之间、第一沉淀池2和异养反硝化池 3之间、第二沉淀池4和自养生物脱氮池5之间通过溢流形式流动，异养反硝化池3和第二沉淀池4、自养生物脱氮池5和第三沉淀池6均采用合建式，省去污泥回流泵和管道，降低了水力损失，从而减少20％-30％的运行费用。

(6)新型高含氮低碳氮比污水处理装置进行参数调整的方法

在所述新型高含氮低碳氮比污水处理装置中，通过异养反硝化池组合式在线检测仪311检测异养反硝化池3中的温度、硝酸盐氮浓度、pH和氨氮浓度参数；通过自养生物脱氮池组合式在线检测仪57检测自养生物脱氮池5中的温度、溶解氧浓度、硝酸盐氮浓度、pH和氨氮浓度参数，PLC控制器58中的数据分析模块对来自自养生物脱氮池组合式在线检测仪57和异养反硝化池组合式在线检测仪212的数据进行分析，来分析自养生物脱氮池5中的游离氨和游离亚硝酸的浓度、自养生物脱氮池5中的游离氨和游离亚硝酸的浓度随时间的变化率、自养生物脱氮池5中的硝酸盐氮浓度与进水氨氮浓度的比值等参数，这些参数通过与PLC控制器58中的数据分析模块中的设定的标准参数进行比对，当这些参数超过标准参数时，PLC控制器58中的预警模块发出警告，并对自养生物脱氮池5按以下步骤进行调整：

1)在所述自养生物脱氮池5中，当自养生物脱氮池5中的温度低于30℃时， PLC控制器58发出预警信号，PLC控制器58通过控制加热棒34闭合进行加热，当温度上升到30-35℃时，PLC控制器58通过控制加热棒34的断开停止加热保持温度在30-35℃；当温度高于35℃时，PLC控制器58发出预警信号，PLC控制器58通过控制加热棒34断开使温度降到30-35℃；

2)在所述自养生物脱氮池5中，当自养生物脱氮池5中的游离氨和游离亚硝酸的浓度控制阈值范围分别为15-25mg/L和15-20μg/L，PLC控制器58发出预警信号，此时调整自养生物脱氮池5进水中的pH在7-8和氨氮浓度在 450mg/L，保证自养生物脱氮池5中的游离氨和游离亚硝酸浓度分别在1-25mg/L 和5-20μg/L；

3)在所述自养生物脱氮池5中，当在自养生物脱氮池5中的游离氨和游离亚硝酸浓度分别控制在1-25mg/L和5-20μg/L时，当游离亚硝酸的浓度随时间的变化率大于20μg/(L·d)时或者游离氨的浓度随时间的变化率大于25mg/ (L·d)，PLC控制器58发出预警信号，此时调整自养生物脱氮池5进水中的pH 在7-8和氨氮浓度在450mg/L，保证自养生物脱氮池5中的游离氨和游离亚硝酸浓度分别在1-25mg/L和5-20μg/L；

4)在所述自养生物脱氮池5中，当自养生物脱氮池5中的硝酸盐氮浓度与自养生物脱氮池5进水中的氨氮浓度的比值大于0.15时，PLC控制器58发出预警信号，此时调控鼓风机59降低通风量，从而调整自养生物脱氮池5中的溶解氧浓度在0.5mg/L左右，从而保证自养生物脱氮池5中的硝酸盐氮浓度和进水氨氮浓度的比值维持在0.1-0.15之间。

通过以上参数的预警和调控，从而实现对自养生物脱氮池5的实时控制和预警，保证自养生物脱氮池5的长期稳定高效运行。

实施例二

处理对象：合成氨综合废水，该污水中的氨氮浓度为500-600mg/L，COD 浓度为200-400mg/L，悬浮物浓度为300-400mg/L，pH＝7-8。

合成氨综合废水经过本方法处理后，其相关处理单元对污泥脱水液主要污染物的削减情况如悬浮物、COD、氨氮、总氮均可满足《合成氨工业水污染物排放标准》(GB 13458－2013)中直接排放标准。