一种深度脱氮废水处理系统及工艺的制作方法

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及含氮废水处理技术。

背景技术：

随着工农业的快速发展，大量污染物被排放到水体中，其中硝酸盐作为主要污染物质已经普遍存在，并有逐年加剧的趋势。废水中超标的硝酸盐严重影响自然环境以及人体健康，因此如何高效的去除水体中的硝酸盐成为亟待解决的问题。

目前普遍的硝酸盐处理技术是生物反硝化技术。传统的异养反硝化技术需投加大量的有机碳源，且存在成本高、后续有二次污染、产泥量大等问题。而自养反硝化法可用无机物作为电子供体，不需要外加有机物，因而出水不会残留有机物。利用还原态硫作为电子供体的硫自养反硝化研究受到广泛关注，其中硫单质微溶于水，具有来源广泛、价格低廉等优点，因此，硫自养反硝化技术凭借脱氮效率高、操作简单、经济节能和应用性广泛等优势逐渐成为深度脱氮技术研究的热点。但影响硫自养反硝化过程的因素较多，临界点的控制对整个系统的脱氮效果有很大的影响。因此，需要开发一套自动化程度高、脱氮效果好的工业级深度脱氮废水处理系统。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的是提出一种新型的深度脱氮废水处理系统及工艺，可通过利用还原态硫作为电子供体的硫自养反硝化对含氮废水进行处理，并能对临界点实现有效的自动控制，实现稳定、连续的运行，具有操作简单、集成化程度高、脱氮效率高的优点。

方案一：本发明公开一种深度脱氮废水处理系统，包括反应器、出水母管、废水进水管路、废水出水管路、循环管路、反洗进水管路、反洗出水管路、加药管路、填料投加管路、进水箱、出水箱和控制柜，其中：所述反应器下部设有第一进水口和反洗进水口，上部设有第一出水口和填料投加口，内部配置有填料层，所述填料层的填料为含硫填料，所述反应器还配置有压力传感器和do测定仪；所述进水箱具有第二进水口、第二出水口、加药口和循环口，并配置有第一no3^--n测定仪；所述出水箱具有第三进水口、第三出水口和反洗出水口，并配置第二no3^--n测定仪和ph传感器；所述反应器的第一进水口通过废水进水管路和进水泵与出水箱的第二出水口连接，所述第一出水口通过出水母管分别与废水出水管路、循环管路、和反洗出水管路连接，所述反洗进水口通过反洗进水管路和反洗水泵与出水箱的反洗出水口连接，所述填料投加口通过填料投加管道与场区填料输送管道连接；所述进水箱的第二进水口与场区含氨废水输送管道连接，所述加药口通过加药管路与场区碱液输送管道连接，所述循环口通过循环管路连接出水母管；所述出水箱的第三进水口通过废水出水管路连接出水母管；所述废水进水管路配置有第一电动阀门、进水泵和第一电磁流量计，所述出水母管上配置有第二电动阀门，所述废水出水管路配置有第三电动阀门，所述循环管路配置有第四电动阀门，所述反洗进水管路配置有第五电动阀门和反洗水泵，所述反洗出水管路配置有第六电动阀门，所述加药管路配置有第七电动阀门；所述填料投加管路配置有第八电动阀门；上述进水泵和反洗水泵以及各电动阀门均与所述控制柜电性连接；所述控制柜对ph传感器和和第七电动阀门进行联锁控制，对第二no3^--n测定仪、ph传感器、压力传感器和第八电动阀门进行联锁控制，对压力传感器、反洗水泵、进水泵、第五电动阀门和第六电动阀门进行联锁控制。

作为一种优选方案，所述填料层被构造为包括自下而上分布的脱氧层和脱氮层，所述do测定仪布置于脱氧层与脱氮层之间的界面处。

作为一种优选方案，所述反应器下部还配置有布水器和粗砂层，所述粗砂层位于布水器之上，所述压力传感器布置于布水器和反应器底面之间的缓冲区。

作为一种优选方案，所述反应器的第一出水口处设有集水装置。

作为一种优选方案，所述反洗进水管路还配置有第二电磁流量计。

作为一种优选方案，所述进水箱和出水箱均配置有液位计。

方案二：一种深度脱氮废水处理工艺，其特征在于，基于方案一所述的深度脱氮废水处理系统，具体包括：

启动阶段：采用微生物接种培养方式，即：将含氮废水引入进水箱中，同时接种活性污泥；开启进水泵，调节第一电动阀门的开度，使反应进水量的第一电磁流量计示数为临界值a1，开启第二电动阀门和第四电动阀门；循环进水若干天，反应器内填料层的填料表面出现棕黄色生物膜，当第一no3^--n测定仪检测到出水中no3^--n的浓度或去除率达到临界值d1时，判断启动阶段完成，反馈调节第一电动阀门的开度，使第一电磁流量计示数为临界值a2，且临界值a1小于临界值a2；

正常运行阶段：启动阶段完成后进入正常运行阶段，保持或调节第一电动阀门的开度，使第一电磁流量计示数为临界值a2，关闭第四电动阀门，开启第三电动阀门，含氮废水在反应器内进行硫自养反硝化；

当第二no3^--n测定仪检测到出水中no3^—n的浓度大于临界值d2，且ph传感器检测到出水ph值不低于临界值e1，压力传感器检测到反应器内部压力不高于临界值f1时，则开启第八电动阀门，向反应器中投加含硫填料，直到第二no3^--n测定仪检测到出水中no3^—n的浓度在临界值d2以内；

当ph传感器检测到出水ph值低于临界值e1时，则开启第七电动阀门，向进水箱中投加碱液，以调节进水箱中的ph值，直到ph传感器检测到出水ph值在临界值达到e1；

反洗阶段：当压力传感器检测到的压力高于临界值f1时，则通过反馈调节自动关闭进水泵，并自动开启反洗水泵和第六电动阀门，对反应器进行反洗；直至压力传感器检测到的压力小于临界值f2，则通过反馈调节自动关闭反洗水泵和第六电动阀门，并开启进水泵，重新进入正常运行阶段。

作为一种可选方案，在启动阶段：或者采用微生物自培养方式，即：将含氮废水引入进水箱中，开启进水泵，调节第一电动阀门的开度，使反应进水量的第一电磁流量计示数为临界值a1，开启第二电动阀门和第四电动阀门，利用污水中自有的微生物来进行培养；循环进水若干天，反应器内填料层的填料表面出现棕黄色生物膜，当第一no3^--n测定仪检测到出水中no3^--n的浓度或去除率达到临界值d1时，判断启动阶段完成，反馈调节第一电动阀门的开度，使第一电磁流量计示数为临界值a2，且临界值a1小于临界值a2；

作为一种优选方案，在启动阶段：若do测定仪检测到do值大于临界值b，则降低外部污水处理系统中好氧池末端的曝气量。

作为一种优选方案，所述流量临界值a1为1m³/h，a1为2.1m³/h；所述压力临界值f1为0.03mpa，f2为0.01mpa；所述ph临界值e1为6.3；所述出水中no3^—n的去除率临界值d1为40％，d2为5mg/h；所述do临界值b为0.3mg/l。

整个过程无需投加碳源，并通过控制柜对相关管路中配置的电动阀门、泵和检测装置进行联锁控制。进一步，本发明还公开一种深度脱氮污水处理工艺，通过多种反馈调节，实现整个系统的自动控制。本发明通过利用还原态硫作为电子供体的硫自养反硝化对含氮废水进行处理，并能对临界点实现有效的自动控制。

本发明具有以下有益效果：

(1)采用硫自养反硝化技术，运行成本低。硫自养反硝化是一种新型的生物脱氮技术，在整个反应过程中无需投加有机碳源，利用填料层中的含硫填料作为电子供体、无机碳为碳源，即可实现硝态氮的有效去除，且最高去除率可达到100％。

(2)自动化程度高、操作简单。本发明采用了合理的自控方案，通过控制柜对电动阀门、泵和检测仪进行联锁，对系统中的临界点进行了有效的控制，可以实现稳定、连续的进水、出水，形成一套完整的自动化工业控制系统。

(3)剩余污泥量少，占地面积小。相比于传统的脱氮工艺，硫自养反硝化工艺简单，所需设备数量少，投入成本大大降低。

(4)该系统及工艺是解决了实际工业中对含氮污水处理问题，可广泛适用于大型含氮污水处理厂，能够连续稳定的进行含氮废水的深度处理。

附图说明

图1是实施例中一种深度脱氮废水处理系统的系统构成示意图；

附图标注：1，进水箱；2，进水泵；3，反应器；4，布水器；5，粗砂层；6，填料层；7，进水口；8，反洗进水口；9，反洗水泵；10，出水箱；11，出水口；12，集水装置；13、14、15、16、17、18、19、20，电动阀门；21、22，电磁流量计；23、24，no3^--n测定仪；25，ph传感器；26，压力传感器；27、28，液位计；29，do测定仪(便携式溶解氧测定仪)；30，出水母管；31，循环管道；32，出水管道；33，反洗出水管道；34，反洗进水管道；35，加药管道；36，填料投加管路；37，控制柜。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明进一步说明。

实施例中公开一种深度脱氮废水处理系统，主要包括进水箱1、进水泵2、反应器3、反洗水泵9、出水箱10和控制柜37，进水箱1上安装有no3^--n测定仪23和液位计27，反应器3上安装有压力传感器26和do测定仪29，出水箱10上安装no3^--n测定仪24、ph传感器25和液位计28。

具体的，反应器3底部设有进水口7和反洗进水口8，反应器3内自下而上配置有布水器4、粗砂层5和填料层6，反应器3上部设有出水口11和填料投加口。出水口11处设有集水装置12，用于排出的水质均匀；粗砂层5铺设于布水器4上，用于均匀布水。填料层6位于反应器3可设置在反应器中部位置，位于进水口7和出水口11之间即可，填料层6为含硫填料(例如，硫磺、硫化物等)，用于对污水依次进行脱氧和脱氮处理。填料层6具体包括下部脱氧层和上部脱氮层，do测定仪29安装在两层之间的界面处，以检测脱氧层出水的do值。压力传感器26安装在反应器3底部，用于检测反应器3底部的压力。出水口11与出水母管30相连，出水母管30分别与进水箱1之间通过循环管道31连接、与出水箱10之间通过出水管道32连接，与污水处理厂的进水泵房之间通过反洗出水管道33连接。出水母管30上安装电动阀门18，循环管道31与出水管道32上也分别装有电动阀门19和电动阀门20。进水箱1通过加药管道35引入场区碱液，并在加药管道35安装电动阀门14，进水箱1与反应器3之间设置进水泵2，进水泵2的出口管道上安装电动阀门17和电磁流量计23。反应器3的反洗进水口8通过反洗进水管道34与出水箱10的反洗出水口连接，反洗进水管道34上设有反洗水泵9，反洗水泵9的出水端上安装有电动阀门16和电磁流量计22。填料投加管路36上安装有电动阀门13。反洗水泵9、电动阀门15、电动阀门16的开启与反应器3底部的压力形成反馈调节。出水ph值与加药管道35上电动阀门14形成反馈调节。

控制柜和上述电动阀门、检测仪器和泵电性连接，并对形成反馈调节的相关器件进行联锁控制，以实现该系统的自动运行。出水母管分别与进水箱之间通过循环管道连接、与出水箱之间通过出水管道连接，与污水处理厂的进水泵房之间通过反洗出水管道连接，出水母管上安装电动阀门，循环管道与出水管道上也分别装有电动阀门。填料投加管路上的电动阀门与出水中no3^--n的浓度、反应器压力值、出水ph值形成反馈调节。反应器的反洗进水口与反洗水泵的出水口相连，反洗水泵的出水管道上安装电磁流量计，反洗水泵进口与出水箱通过管道相连，反洗水泵的开启与反应器底部的压力形成反馈调节。进水箱通过加药管道与场区碱液输送管道相连，加药管道上安装电动阀门，出水ph值与加药管道上的电动阀门形成反馈调节。

上述深度脱氮废水处理系统的工作原理是：

通过进水箱1对含氮废水进行收集均质后，经进水泵2将含氮废水泵入到反应器3中，反应器3底部设置布水器4，布水器4上铺设粗砂层5，使得废水均一稳定后进入填料层6，填料层6内中设有含硫填料，且自下而上分为脱氧层和脱氮层，先后对废水进行脱氧、脱氮处理。填料层6中还原态的硫替代有机碳源作为电子供体，以含氮废水中的硝酸盐为电子受体，在缺氧或厌氧的条件下，将硝酸盐还原为氮气。在整个反应过程中无需投加有机碳源，具有降本增效的作用。

实施例中还公开一种将上述深度脱氮污水处理系统应用到50m³/d的含氮污水处理中的深度脱氮污水处理工艺，具体工作过程如下：

(1)启动阶段：

可采用接种培养的方法，首先将作为接种污泥的浓缩污泥与污水处理厂二级出水(含氨废水)投入到进水箱1中，开启进水泵2，调节电动阀门17的开度，保持电磁流量计21示数为1m³/h，开启电动阀门18和电动阀门19，循环进水30天，反应器3内的脱氮效果明显上升，含硫填料表面出现棕黄色生物膜，30天后，反馈调节废水进水管路电动阀门17的开度，将进水流量调节为2.1m³/h。在启动阶段中，若do测定仪29测得填料层6下部的脱氧层出水的do值大于0.3mg/l，则需降低污水处理系统中好氧池末端的曝气量。通过进水箱1上安装的no3^--n测定仪23检测出水no3^--n的浓度，可判断该系统是否完成启动过程。结合no3^--n测定仪23检测的进水no3^--n浓度，若no3^--n去除率达到40％(或者5mg/h)以上，认为启动完成。当然，不同的进水水质下，参数会发生变动。

需要说明的是，启动阶段除了采用微生物接种培养，还可以采用微生物自培养。与微生物接种培养的区别主要在于，其是通过含氮废水中自有的微生物来进行培养，因此，培养周期相对较长，但能实现预期效果即可。

(2)正常运行阶段：

系统启动完成后，反馈调节进水电动阀门17的开度，使得进水流量维持在2.1m³/h，关闭阀门19、打开阀门20，系统进入正常运行阶段。

含氮污水在反应器3中经过硫自养反硝化过程，使得污水中的no3^--n的含量大大降低，若no3^--n测定仪24检测到出水浓度大于5mg/h，但ph传感器25检测到出水ph值和压力传感器26检测到反应器内部压力均在要求范围之内，则通过反馈调节，自动开启电动阀门13，向反应器3中投加含硫填料。

由于脱氮硫杆菌在进行反硝化作用时，存在最适ph值，因此，在系统正常运行阶段，若ph传感器25检测到的出水ph值低于6.3，则通过反馈调节，自动开启电动阀门14，将碱液投加到进水箱1中，补充系统的碱度。

(3)反洗阶段：

随着硫自养反硝化反应的进行，填料层6上附着的生物膜逐渐增多，老化的生物膜脱落后滞留在填料层6中，使得填料层6孔隙率降低，反应器3的水压升高，降低反应器3的脱氮效率，此时，需要对反应器3进行反洗。

通过反应器3底部安装的压力传感器26检测到的压力大于0.03mpa时，系统进入反洗阶段，通过反馈调节，自动关闭进水泵2，自动开启反洗水泵9和电动阀门16对反应器3进行反洗，自动开启反洗出水电动阀门15，将反洗水回流到污水处理厂的进水泵房。直至反应器3底部的压力传感器26检测压力小于0.01mpa，则通过反馈调节，自动关闭反洗水泵9和电动阀门16，关闭反洗出水电动阀门15，自动开启进水泵2，系统重新进入正常运行阶段。

由此可见，本发明提出的深度脱氮废水处理系统自动化程度高、脱氮效果彻底，最高去除率可高达100％，能够实现稳定进水、稳定出水。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。