CN112850894B - 一种工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的装置和方法，涉及污水处理技术领域。本发明提供的装置包括前置抑制区、厌氧氨氧化系统、O1AO2脱氮区和单污泥沉淀池系统；所述前置抑制区设置有第一曝气系统、加碱系统、在线pH测定仪和在线氨氮测定仪；所述厌氧氨氧化系统设置有第二曝气系统和固定化填料层；所述O1AO2脱氮区包括依次串联相通的曝气一区、缺氧区和曝气二区；所述单污泥沉淀池系统包括沉淀池、设置在沉淀池底部的污泥出口和上部的出水口。本发明提供的装置为单污泥沉淀系统，在降低工艺复杂性和运行成本的同时能够保证系统的稳定性。采用本发明提供的装置对工业废水进行厌氧氨氧化深度脱氮，总氮去除率在97％以上。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的装置和方法。
背景技术
厌氧氨氧化工艺是利用NO2 --N(亚硝态氮)氧化NH4 +-N(氨氮)，生成N2及NO3 --N(硝态氮)，是目前最经济的的生物脱氮工艺，可节省62.5％的曝气能耗，脱除TN(总氮)不需要外加碳源，降低温室气体排放量，属于新型节能的高氨氮废水清洁生产技术。但厌氧氨氧化脱氮过程理论上会产生部分NO3 --N，理论脱氮效率为88.7％，实际工程低于80％，为了满足排放标准，需要在厌氧氨氧化出水后增加深度脱氮单元，进一步去除TN(氨氮、亚硝态氮与硝态氮)。现有处理工艺过程一般如图1所示，深度脱氮单元3与厌氧氨氧化单元1必须为双污泥系统(需在厌氧氨氧化后与深度脱氮单元分别设置沉淀池，即沉淀池2和沉淀池4)，厌氧氨氧化系统污泥为短程硝化污泥及厌氧氨氧化菌种，厌氧氨氧化出水进入后置的深度脱氮系统，深度脱氮系统中的污泥为传统硝化反硝化污泥(深度脱氮系统分为硝化区3.1和反硝化区3.2，即AO系统)。正是由于厌氧氨氧化系统需维持短程硝化及厌氧氨氧化，污泥为短程硝化与厌氧氨氧化菌种；而深度脱氮系统为传统的硝化反硝化，污泥为传统活性污泥，因此深度脱氮单元3与厌氧氨氧化单元1必须为双污泥系统，将污泥及菌种分别截留在各自的反应系统内。
双污泥系统的设置需要两套沉淀池、污泥回流泵、配套管线及阀门、控制系统，增加了工艺复杂性的同时增加了投资及运行费用，降低了该工艺在实际应用中的技术优势。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的装置和方法，本发明提供的装置为单污泥沉淀系统，在降低工艺复杂性和运行成本的同时能够保证系统的稳定性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的装置，包括：
前置抑制区1，所述前置抑制区1包括进水端1.5与出水端1.6，所述前置抑制区1内底部设置有第一曝气系统1.1，所述前置抑制区1连通有加碱系统1.2；所述前置抑制区1中还设置有在线pH测定仪1.3和在线氨氮测定仪1.4，所述在线pH测定仪1.3同时与加碱系统1.2通过信号线连接；
进水端与所述前置抑制区1的出水端1.6连通的厌氧氨氧化系统2，所述厌氧氨氧化系统2内由下向上依次设置有第二曝气系统2.1和固定化填料层2.2，所述固定化填料层2.2上附着有厌氧氨氧化菌；
进水端与所述厌氧氨氧化系统2的出水端连通的O1AO2脱氮区3，所述O1AO2脱氮区3包括顺次串联相通的曝气一区3.1、缺氧区3.2和曝气二区3.3；所述曝气一区3.1与所述厌氧氨氧化系统2的出水端连通，所述曝气一区3.1和曝气二区3.3内底部分别设置有第三曝气系统3.4和第四曝气系统3.6；所述缺氧区3.2连通有碳源投加系统3.7；所述曝气二区3.3设置有出水口；
进水口与所述曝气二区3.3的出水口连通的单污泥沉淀池系统4，所述单污泥沉淀池系统4包括沉淀池4.1、设置在沉淀池4.1底部的污泥出口4.2和上部的出水口4.3，所述污泥出口4.2分支为污泥回流口与污泥排放口，所述污泥回流口与前置抑制区1的进水端连通。
优选地，所述缺氧区3.2内还设置有搅拌器3.5。
优选地，所述固定化填料层2.2为聚氨酯填料和/或聚丙烯填料；所述固定化填料层2.2的装填量为厌氧氨氧化系统2有效容积的40～60％。
优选地，所述曝气二区3.3还设置有出水回流口，所述出水回流口与前置抑制区1的进水端连通；所述出水回流口与前置抑制区1的连接管路上设置有回流泵6，所述回流泵6与在线氨氮测定仪1.4通过信号线连接。
优选地，所述污泥回流口与污泥排放口的管路上还分别设置有污泥回流泵7和排泥泵8；所述污泥回流泵7与在线氨氮测定仪1.4通过信号线连接。
本发明提供了一种工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的方法，包括以下步骤：
(1)待处理工业废水进入前置抑制区1，与由沉淀池4.1经污泥回流口回流至前置抑制区1的回流污泥在第一曝气系统1.1的作用下混合，通过加碱系统1.2投加碱性物质调节前置抑制区1内的pH值为7.5～8.2，所述回流污泥的流量调节前置抑制区1内的氨氮浓度为200～500mg/L，所述pH值和氨氮浓度分别由在线pH测定仪1.3和在线氨氮测定仪1.4实时监测；
(2)由前置抑制区1处理后的废水进入厌氧氨氧化系统2，在第二曝气系统2.1的作用下，氨氧化菌将废水中的NH4 +-N转化为NO2 --N，附着在固定化填料层2.2上的厌氧氨氧化菌利用NH4 +-N和NO2 --N反应后生成氮气和NO3 --N；
(3)由厌氧氨氧化系统2处理后的废水进入O1AO2脱氮区3，在曝气一区3.1中第三曝气系统3.4的作用下，将厌氧氨氧化系统2中剩余的NH4 +-N硝化为NO2 --N；
曝气一区3.1流出的处理废水进入缺氧区3.2，通过碳源投加系统3.7向缺氧区3.2中投加有机碳源，将NO2 --N与NO3 --N反硝化成氮气；
缺氧区3.2流出的处理废水进入曝气二区3.3，在第四曝气系统3.6的作用下将缺氧区3.2中剩余的有机碳源去除；
(4)由曝气二区3.3处理后的废水进入单污泥沉淀池系统4，在沉淀池4.1中进行泥水分离，分离后的污泥部分回流至前置抑制区1，其余由污泥排放口排出，分离出的上清液由出水口4.3排出。
优选地，所述由曝气二区3.3处理后的废水还经出水回流口部分回流至前置抑制区1。
优选地，所述步骤(1)中前置抑制区1的水力停留时间为30～60min；所述前置抑制区1内的温度为28～32℃。
优选地，所述步骤(2)中厌氧氨氧化系统2内的溶解氧小于等于0.5mg/L。
优选地，所述步骤(3)中曝气一区3.1内的氨氮浓度小于等于5mg/L；所述缺氧区3.2中投加的有机碳源包括乙酸钠和/或甲醇；所述曝气二区3.3内的溶解氧小于等于2.0mg/L。
本发明提供了一种工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的装置，包括前置抑制区1、厌氧氨氧化系统2、O1AO2脱氮区3和单污泥沉淀池系统4；所述前置抑制区1设置有第一曝气系统1.1、加碱系统1.2、在线pH测定仪1.3和在线氨氮测定仪1.4；所述厌氧氨氧化系统2设置有第二曝气系统2.1和固定化填料层2.2；所述O1AO2脱氮区3包括依次串联相通的曝气一区3.1、缺氧区3.2和曝气二区3.3；所述单污泥沉淀池系统4包括沉淀池4.1、设置在沉淀池4.1底部的污泥出口4.2和上部的出水口4.3。本发明有益效果如下：
单污泥系统的短程硝化难以控制(NH4 +-N难以稳定的转化为NO2 --N)，因此传统的系统均为双污泥系统；本发明在厌氧氨氧化系统前端设置前置抑制区，通过进水中的氨氮耦合pH值调控对微生物进行抑制及淘洗，抑制非脱氮功能菌，维持氨氧化菌的增殖，菌种不断纯化，实现厌氧氨氧化系统稳定的短程硝化效果，有效提高系统稳定性，厌氧氨氧化系统无需设置污泥沉淀系统，仅O1AO2脱氮区设置1套沉淀系统即可实现深度脱氮的效果。本发明提供的装置为单污泥沉淀系统，相对于传统的双污泥系统，可节省沉淀池、与沉淀池配套的污泥回流、排泥、配水系统以及配套水泵、管道、控制系统及仪表等设备。
此外，传统的双污泥系统，深度脱氮依靠传统硝化反硝化脱氮，一般为AO系统，其硝化过程将NH4 +-N转化为NO3 --N，反硝化过程将NO3 --N还原为氮气；本发明设置O1AO2脱氮区，为短程硝化反硝化脱氮过程，短程硝化过程将NH4 +-N转化为NO2 --N，反硝化过程将NO2 --N还原为氮气，与传统硝化反硝化工艺相比，可以节省25％的曝气能耗，节省40％的碳源。
本发明还提供了一种工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的方法，采用本发明提供的装置对工业废水进行深度脱氮厌氧氨氧化，总氮(TN)的去除率在97％以上，对于大部分的工业污水，经所述装置处理后即可满足排放标准。
附图说明
图1为传统的深度脱氮厌氧氨氧化装置示意图；图1中，1-厌氧氨氧化系统，2-沉淀池，3-深度脱氮单元，3.1-硝化区，3.2-反硝化区，4-沉淀池；
图2为本发明提供的深度脱氮厌氧氨氧化装置示意图，图2中，1-前置抑制区，1.1-第一曝气系统，1.2-加碱系统，1.3-在线pH测定仪，1.4-在线氨氮测定仪，1.5-前置抑制区的进水端，1.6-前置抑制区的出水端；2-厌氧氨氧化系统，2.1-第二曝气系统，2.2-固定化填料层，3-O1AO2脱氮区，3.1-曝气一区，3.2-缺氧区，3.3-曝气二区，3.4-第三曝气系统，3.5-搅拌器，3.6-在第四曝气系统，3.7-碳源投加系统，4-单污泥沉淀池系统，4.1-沉淀池，4.2-污泥出口，4.3-出水口，5-进水泵，6-回流泵，7-污泥回流泵，8-排泥泵。
具体实施方式
本发明提供了一种工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的装置，包括：
前置抑制区1，所述前置抑制区1包括进水端1.5与出水端1.6，所述前置抑制区1内底部设置有第一曝气系统1.1，所述前置抑制区1连通有加碱系统1.2；所述前置抑制区1中还设置有在线pH测定仪1.3和在线氨氮测定仪1.4，所述在线pH测定仪1.3同时与加碱系统1.2通过信号线连接；
进水端与所述前置抑制区1的出水端1.6连通的厌氧氨氧化系统2，所述厌氧氨氧化系统2内由下向上依次设置有第二曝气系统2.1和固定化填料层2.2，所述固定化填料层2.2上附着有厌氧氨氧化菌；
进水端与所述厌氧氨氧化系统2的出水端连通的O1AO2脱氮区3，所述O1AO2脱氮区3包括顺次串联相通的曝气一区3.1、缺氧区3.2和曝气二区3.3；所述曝气一区3.1与所述厌氧氨氧化系统2的出水端连通，所述曝气一区3.1和曝气二区3.3内底部分别设置有第三曝气系统3.4和第四曝气系统3.6；所述缺氧区3.2连通有碳源投加系统3.7；所述曝气二区3.3设置有出水口；
进水口与所述曝气二区3.3的出水口连接的单污泥沉淀池系统4，所述单污泥沉淀池系统4包括沉淀池4.1、设置在沉淀池4.1底部的污泥出口4.2和上部的出水口4.3，所述污泥出口4.2分支为污泥回流口与污泥排放口，所述污泥回流口与前置抑制区1的进水端连通。
本发明提供的工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的装置如图2所示。
本发明提供的工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的装置包括前置抑制区1；所述前置抑制区1包括进水端1.5与出水端1.6，所述前置抑制区1设置有第一曝气系统1.1、加碱系统1.2、在线pH测定仪1.3和在线氨氮测定仪1.4。在本发明中，所述前置抑制区1的进水端优选设置有进水泵5，本发明对所述进水泵5没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的进水泵即可。在本发明中，所述第一曝气系统1.1设置于前置抑制区1内底部，本发明对所述第一曝气系统1.1没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的曝气系统即可。在本发明中，所述加碱系统1.2优选设置在前置抑制区1的上方，所述加碱系统1.2的出口连接至前置抑制区1内；本发明对所述加碱系统1.2的构造没有特别的要求，能够实现碱的投加即可。在本发明中，所述前置抑制区1中还设置有在线pH测定仪1.3和在线氨氮测定仪1.4，本发明对所述在线pH测定仪1.3和在线氨氮测定仪1.4没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的pH测定仪和氨氮测定仪即可；所述在线pH测定仪1.3同时与加碱系统1.2通过信号线连接，通过在线pH测定仪1.3的监测数据实时调整加碱系统1.2的加碱量，控制pH值在设定范围之内；所述在线氨氮测定仪1.4实时监测前置抑制区1内的氨氮浓度。
在本发明中，所述前置抑制区1的作用是通过控制前置抑制区内的pH值和氨氮浓度对沉淀池回流至前置抑制区的悬浮污泥进行菌种优化，抑制非脱氮功能菌(NOB)的活性，促进脱氮功能菌(AOB)的生长。
本发明提供的工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的装置包括厌氧氨氧化系统2，所述厌氧氨氧化系统2的进水端与前置抑制区1的出水端1.6连通。在本发明中，所述前置抑制区1的出水端优选设置有若干布水孔，前置抑制区1的出水通过布水孔直接进入厌氧氨氧化系统2；本发明对所述布水孔的排布没有特别的要求，能够保证水流通畅即可。在本发明中，所述厌氧氨氧化系统2内由下向上依次设置有第二曝气系统2.1和固定化填料层2.2；所述固定化填料层2.2上附着有厌氧氨氧化菌。本发明对所述第二曝气系统2.1没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的曝气系统即可。在本发明中，所述固定化填料层2.2优选为聚氨酯填料和/或聚丙烯填料，在本发明实施例中，所述固定化填料层2.2为聚氨酯填料，具体为海绵填料；所述固定化填料层2.2的装填量优选为厌氧氨氧化系统2有效容积的40～60％；所述厌氧氨氧化菌优选为Ca.Brocadia、Ca.Kuenenia和Ca.Anammoxoglobus中的一种或几种。
在本发明中，所述厌氧氨氧化系统2的作用是利用脱氮功能菌(AOB)将污水中的NH4 +-N转化为NO2 --N，通过固定化填料层上附着的厌氧氨氧化菌将NH4 +-N和NO2 --N反应后生成氮气。
本发明提供的工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的装置包括O1AO2脱氮区3，所述O1AO2脱氮区3的进水端与所述厌氧氨氧化系统2的出水端连通。在本发明中，所述厌氧氨氧化系统2的出水端优选设置有若干布水孔，厌氧氨氧化系统2的出水通过所述布水孔直接进入O1AO2脱氮区3。在本发明中，所述O1AO2脱氮区3包括顺次串联相通的曝气一区3.1、缺氧区3.2和曝气二区3.3；所述曝气一区3.1与所述厌氧氨氧化系统2的出水端连通；所述曝气一区3.1与所述缺氧区3.2的出水端均优选设置有若干布水孔，通过所述布水孔实现曝气一区3.1、缺氧区3.2和曝气二区3.3的串联相通。在本发明中，所述所述曝气一区3.1和曝气二区3.3内底部分别设置有第三曝气系统3.4和第四曝气系统3.6，本发明对所述第三曝气系统3.4和第四曝气系统3.6没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的曝气系统即可。在本发明中，所述缺氧区3.2连通有碳源投加系统3.7；所述碳源投加系统3.7优选设置在缺氧区3.2的上方，所述碳源投加系统3.7的出口连接至缺氧区3.2内；本发明对所述碳源投加系统3.7的构造没有特别的要求，能够实现碳源的投加即可；所述缺氧区3.2内还优选设置有搅拌器3.5。在本发明中，所述曝气二区3.3设置有出水口；所述曝气二区3.3还优选设置有出水回流口，所述出水回流口与前置抑制区1的进水端连接；所述出水回流口与前置抑制区1的连接管路上还优选设置有回流泵6，所述回流泵6与在线氨氮测定仪1.4通过信号线连接。在本发明中，所述回流泵6与在线氨氮测定仪1.4联动，能够通过回流泵6调节流出曝气二区3.3的混合液回流量，进一步控制前置抑制区内的氨氮浓度在所设定的范围内。
在本发明中，所述O1AO2脱氮区3中曝气一区3.1的作用是将厌氧氨氧化系统2剩余的NH4 +-N转化为NO2 --N，缺氧区3.2的作用是通过投加碳源，将NO2 --N与NO3 --N反硝化成氮气，曝气二区3.3的作用是将缺氧区3.2剩余的碳源通过曝气去除，完成系统的深度脱氮。
本发明提供的工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的装置包括单污泥沉淀池系统4，所述单污泥沉淀池系统4的进水口与曝气二区3.3的出水口连通。在本发明中，所述单污泥沉淀池系统4包括沉淀池4.1、设置在沉淀池4.1底部的污泥出口4.2和上部的出水口4.3，所述污泥出口4.2分支为污泥回流口与污泥排放口，所述污泥回流口与前置抑制区1的进水端连接，所述污泥排放口将污泥排出。本发明对所述沉淀池4.1的构造没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的沉淀池即可。在本发明中，所述污泥回流口与污泥排放口的管路上还优选分别设置有污泥回流泵7和排泥泵8；所述污泥回流泵7优选与在线氨氮测定仪1.4通过信号线连接。本发明对所述污泥回流泵7和排泥泵8没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的泵即可。
在本发明中，所述沉淀池系统4的作用是将O1AO2脱氮区3的出水进行泥水分离。
本发明提供了一种工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的方法，包括以下步骤：
(1)待处理工业废水进入前置抑制区1，与由沉淀池4.1经污泥回流口回流至前置抑制区1的回流污泥在第一曝气系统1.1的作用下混合，通过加碱系统1.2投加碱性物质调节前置抑制区1内的pH值为7.5～8.2，所述回流污泥的流量调节前置抑制区1内的氨氮浓度为200～500mg/L，所述pH值和氨氮浓度分别由在线pH测定仪1.3和在线氨氮测定仪1.4实时监测；
(2)由前置抑制区1处理后的废水进入厌氧氨氧化系统2，在第二曝气系统2.1的作用下，氨氧化菌将废水中的NH4 +-N转化为NO2 --N，附着在固定化填料层2.2上的厌氧氨氧化菌利用NH4 +-N和NO2 --N反应后生成氮气和NO3 --N；
(3)由厌氧氨氧化系统2处理后的废水进入O1AO2脱氮区3，在曝气一区3.1中第三曝气系统3.4的作用下，将厌氧氨氧化系统2中剩余的NH4 +-N硝化为NO2 --N；
曝气一区3.1流出的处理废水进入缺氧区3.2，通过碳源投加系统3.7向缺氧区3.2中投加有机碳源，将NO2 --N与NO3 --N反硝化成氮气；
缺氧区3.2流出的处理废水进入曝气二区3.3，在第四曝气系统3.6的作用下将缺氧区3.2中剩余的有机碳源去除；
(4)由曝气二区3.3处理后的废水进入单污泥沉淀池系统4，在沉淀池4.1中进行泥水分离，分离后的污泥部分回流至前置抑制区1，其余由污泥排放口排出，分离出的上清液由出水口4.3排出。
本发明将待处理工业废水进入前置抑制区1，与由沉淀池4.1经污泥回流口回流至至前置抑制区1的回流污泥在第一曝气系统1.1的作用下混合，通过加碱系统1.2投加碱性物质调节前置抑制区1内的pH值为7.5～8.2，所述回流污泥的流量调节前置抑制区1内的氨氮浓度为200～500mg/L，所述pH值和氨氮浓度分别由在线pH测定仪1.3和在线氨氮测定仪1.4实时监测，使回流污泥中的亚硝酸盐氧化菌得到抑制，氨氧化菌得到增殖。在本发明中，所述待处理工业废水优选为高氨氮污水，所述高氨氮污水的氨氮浓度优选大于等于500mg/L。在本发明中，所述碱性物质优选为氢氧化钠，所述前置抑制区1内的pH值优选为7.8～8.0；所述前置抑制区1的氨氮浓度优选为300～400mg/L；本发明通过控制前置抑制区1内的pH值和氨氮浓度对沉淀池回流的悬浮污泥进行菌种优化，抑制(NOB)的活性，促进脱氮功能菌(AOB)的生长。
在本发明中，当所述由污泥回流口回流至前置抑制区1的回流污泥的流量不足以将待处理工业废水的氨氮浓度稀释至所述范围值内时，本发明还优选将由曝气二区3.3处理后的废水经出水回流口部分回流至前置抑制区1，即通过污泥回流和由曝气二区3.3处理后的混合液回流共同调节前置抑制区1内的氨氮浓度。
在本发明中，所述前置抑制区1的水力停留时间优选为30～60min，更优选为40～50min；所述前置抑制区1内的温度优选为28～32℃，更优选为29～31℃。
在本发明中，所述氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)在系统运行初期是从外部(如一般城市污水厂或其他工业废水的活性污泥)接种至系统内(如接种至前置抑制区1或缺氧区3.2内)，在系统内逐渐富集培养和优化。
前置抑制区1处理完成后，本发明将由前置抑制区1处理后的废水进入厌氧氨氧化系统2，在第二曝气系统2.1的作用下，氨氧化菌将废水中的NH4 +-N转化为NO2 --N，附着在固定化填料层2.2上的厌氧氨氧化菌利用NH4 +-N和NO2 --N反应后生成氮气和NO3 --N(NO3 --N为少量生成，厌氧氨氧化作用约产生11％的NO3 --N)。在本发明中，所述厌氧氨氧化系统2内的溶解氧优选小于等于0.5mg/L。厌氧氨氧化系统2通过自养脱氮能够实现80～85％TN(总氮)的去除。
单污泥系统的短程硝化难以控制(NH4 +-N难以稳定的转化为NO2 --N)，因此传统的系统均为双污泥系统；本发明在厌氧氨氧化系统前端设置前置抑制区，通过进水中的物质对微生物进行抑制及淘洗，抑制非脱氮功能菌，维持氨氧化菌的增殖，实现厌氧氨氧化系统稳定的短程硝化效果，厌氧氨氧化系统无需设置污泥沉淀系统。
厌氧氨氧化系统2处理完成后，本发明将由厌氧氨氧化系统2处理后的废水进入O1AO2脱氮区3，在曝气一区3.1中第三曝气系统3.4的作用下，将厌氧氨氧化系统2中剩余的NH4 +-N硝化为NO2 --N。在本发明中，所述曝气一区3.1内的氨氮浓度优选小于等于5mg/L。
曝气一区3.1处理完成后，本发明将曝气一区3.1流出的处理废水进入缺氧区3.2，通过碳源投加系统3.7向缺氧区3.2中投加有机碳源，将NO2 --N与NO3 --N反硝化成氮气。在本发明中，所述有机碳源优选包括乙酸钠和/或甲醇，所述有机碳源为反硝化过程提供碳源，作为反硝化菌的电子供体；所述有机碳源的加入量优选为NO2 --N去除量(浓度量)的1.71倍或NO3 --N去除量的2.86倍。
缺氧区3.2处理完成后，本发明将缺氧区3.2流出的处理废水进入曝气二区3.3，在第四曝气系统3.6的作用下将缺氧区3.2中剩余的有机碳源去除。在本发明中，所述曝气二区3.3的溶解氧(DO)优选小于等于2.0mg/L。
传统的双污泥系统，深度脱氮依靠传统硝化反硝化脱氮，一般为AO系统，其硝化过程将NH4 +-N转化为NO3 --N，反硝化过程将NO3 --N还原为氮气；本发明设置O1AO2脱氮区，为短程硝化反硝化脱氮过程，短程硝化过程将NH4 +-N转化为NO2 --N，反硝化过程将NO2 --N还原为氮气。
曝气二区3.3处理完成后，本发明将由曝气二区3.3处理后的废水进入单污泥沉淀池系统4，在沉淀池4.1中进行泥水分离，分离后的污泥部分回流至前置抑制区1，其余由污泥排放口排出，分离出的上清液由出水口4.3排出。在本发明中，所述污泥的回流比优选为0.5～1。在本发明中，所述由曝气二区3.3处理后的混合液还经出水回流口部分回流至前置抑制区1以进一步调节前置抑制区1内的氨氮浓度。本发明仅设置一个沉淀池，为单污泥系统，相对于传统的双污泥系统，可节省沉淀池、与沉淀池配套的污泥回流、排泥、配水系统以及配套水泵、管道、控制系统及仪表等设备，仅需1套沉淀系统即可实现深度脱氮。
本发明提供了一种工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的方法，采用本发明提供的方法对工业废水进行厌氧氨氧化深度脱氮，总氮(TN)的去除率在97％以上，对于大部分的工业污水，经所述装置处理后即可满足排放标准。
下面结合实施例对本发明提供的工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的装置和方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
某煤制乙二醇废水，水量为4000m3/d，氨氮浓度为500～1000mg/L，COD浓度为500～1500mg/L，属于典型的低C/N工艺废水。
将该煤化工废水首先进入高负荷曝气池，在高负荷曝气池内实现难降解有机物的去除，高负荷曝气池出水采用图2所示的装置进行深度脱氮厌氧氨氧化，过程如下：
进水(即高负荷曝气池出水)与由沉淀池4.1流出的回流污泥进入前置抑制区1内在第一曝气系统1.1的作用下混合，污泥回流为4000～8000m3/d，前置抑制区1的氨氮浓度控制为200mg/L，未设置硝化液回流系统(即仅通过回流污泥调节前置抑制区的氨氮浓度)，前置抑制区1设置自动加碱系统1.2，由加碱系统1.2投加氢氧化钠控制前置抑制区1内的pH值为8.0左右，水力停留时间为30min，温度为30～32℃；
前置抑制区的混合液流经厌氧氨氧化系统2，该区安装固定化填料层2.2，填料上附着生长厌氧氨氧化菌(Ca.Brocadia、Ca.Kuenenia和Ca.Anammoxoglobus，Ca.Brocadia为主)，该区设置第二曝气系统2.1，DO(溶解氧)控制在0.5mg/L以下，氨氧化菌(Nitrosomonas，亚硝化单胞菌属)将混合液中的NH4 +-N转化为NO2 --N，附着在固定化填料层2.2上的厌氧氨氧化菌利用NH4 +-N和NO2 --N反应后生成氮气和少量NO3 --N；
厌氧氨氧化系统2的混合液进入O1AO2脱氮区3，在曝气一区3.1内将厌氧氨氧化系统2剩余的NH4 +-N转化为NO2 --N，氨氮浓度控制在小于5mg/L；在缺氧区3.2投加少量外碳源(甲醇)，将NO2 --N与NO3 --N反硝化成氮气；最后在曝气二区3.3内将过量投加的碳源通过曝气去除，溶解氧控制小于2.0mg/L，完成系统的深度脱氮；
O1AO2脱氮区3的出水进入沉淀池4.1进行泥水分离，分离后的污泥部分回流至前置抑制区1，其余由污泥排放口排出，分离出的清水由清水出口4.3排出。
Nitrosomonas(氨氧化菌，亚硝化单胞菌属)为AOB菌属，也是短程硝化工艺的主要功能菌，AOB主要功能是将NH4 +-N转化为NO2 --N，AOB为优势菌种的系统，说明该系统拥有良好的短程硝化效果。通过对运行稳定系统中微生物进行检测，前置抑制区1内悬浮泥样品中Nitrosomonas的丰度为8.3％～10.6％，平均丰度为9.5％；固定化填料层2.2上Nitrosomonas的丰度远远小于1％。即悬浮泥样品中Nitrosomonas的丰度远远大于固定化填料层上，这一结果表明，通过前置抑制区的设置，有效淘洗了NOB(亚硝酸盐氧化菌)在系统内的增殖，促进了Nitrosomonas菌等优势菌群在系统内的稳定增殖，实现了稳定的短程硝化效果。
同时，在该系统厌氧氨氧化系统固定化填料层上Ca.Brocadia的丰度为1.9％～23.2％，平均丰度为9.1％，在处理煤制乙二醇废水的过程中，厌氧氨氧化菌属Ca.Brocadia富集在海绵填料上，形成优势菌种，而悬浮泥中的含量较少。悬浮泥样品中Ca.Kuenenia的丰度为0.9％～2.5％，平均丰度为1.9％；固定化填料层上Ca.Kuenenia的丰度为1.6％～10.5％，平均丰度为5.0％；Ca.Anammoxoglobus菌属在悬浮泥和填料上的分布并没有明显的差异，丰度为1.1％～13.2％，Ca.Brocadia、Ca.Kuenenia及Ca.Anammoxoglobus等代表性厌氧氨氧化菌属在系统内大量富集，通过厌氧氨氧化途径将氨氮与亚硝态氮转化为氮气，实现系统的自养脱氮。
系统稳定运行期间，进水氨氮浓度为500～1000mg/L，厌氧氨氧化脱氮负荷为0.3～0.5kg/m3/d，ΔNO3 --N/ΔNH4 +-N始终低于0.11，厌氧氨氧化末端混合液氨氮浓度小于30mg/L，硝态氮浓度为50～80mg/L，亚硝态氮浓度为30～50mg/L；深度脱氮单元(即O1AO2脱氮区)的出水氨氮浓度小于5mg/L，硝态氮浓度小于5mg/L，亚硝态氮浓度小于3mg/L，TN小于15mg/L，平均总氮去除率大于97％。
由以上实施例可以看出，本发明提供的装置为单污泥沉淀系统，在降低工艺复杂性和运行成本的同时能够保证系统的稳定性，采用本发明提供的装置对工业废水进行深度脱氮厌氧氨氧化，总氮(TN)去除率在97％以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的装置，其特征在于，包括：
前置抑制区(1)，所述前置抑制区(1)包括进水端(1.5)与出水端(1.6)，所述前置抑制区(1)内底部设置有第一曝气系统(1.1)，所述前置抑制区(1)连通有加碱系统(1.2)；所述前置抑制区(1)中还设置有在线pH测定仪(1.3)和在线氨氮测定仪(1.4)，所述在线pH测定仪(1.3)同时与加碱系统(1.2)通过信号线连接；
进水端与所述前置抑制区(1)的出水端(1.6)连通的厌氧氨氧化系统(2)，所述厌氧氨氧化系统(2)内由下向上依次设置有第二曝气系统(2.1)和固定化填料层(2.2)，所述固定化填料层(2.2)上附着有厌氧氨氧化菌；
进水端与所述厌氧氨氧化系统(2)的出水端连通的O1AO2脱氮区(3)，所述O1AO2脱氮区(3)包括顺次串联相通的曝气一区(3.1)、缺氧区(3.2)和曝气二区(3.3)；所述曝气一区(3.1)与所述厌氧氨氧化系统(2)的出水端连通，所述曝气一区(3.1)和曝气二区(3.3)内底部分别设置有第三曝气系统(3.4)和第四曝气系统(3.6)；所述缺氧区(3.2)连通有碳源投加系统(3.7)；所述曝气二区(3.3)设置有出水口；
进水口与所述曝气二区(3.3)的出水口连通的单污泥沉淀池系统(4)，所述单污泥沉淀池系统(4)包括沉淀池(4.1)、设置在沉淀池(4.1)底部的污泥出口(4.2)和上部的出水口(4.3)，所述污泥出口(4.2)分支为污泥回流口与污泥排放口，所述污泥回流口与前置抑制区(1)的进水端连通。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缺氧区(3.2)内还设置有搅拌器(3.5)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定化填料层(2.2)为聚氨酯填料和/或聚丙烯填料；所述固定化填料层(2.2)的装填量为厌氧氨氧化系统(2)有效容积的40～60％。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝气二区(3.3)还设置有出水回流口，所述出水回流口与前置抑制区(1)的进水端连通；所述出水回流口与前置抑制区(1)的连接管路上设置有回流泵(6)，所述回流泵(6)与在线氨氮测定仪(1.4)通过信号线连接。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述污泥回流口与污泥排放口的管路上还分别设置有污泥回流泵(7)和排泥泵(8)；所述污泥回流泵(7)与在线氨氮测定仪(1.4)通过信号线连接。
6.一种工业废水厌氧氨氧化深度脱氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)待处理工业废水进入前置抑制区(1)，与由沉淀池(4.1)经污泥回流口回流至前置抑制区(1)的回流污泥在第一曝气系统(1.1)的作用下混合，通过加碱系统(1.2)投加碱性物质调节前置抑制区(1)内的pH值为7.5～8.2，所述回流污泥的流量调节前置抑制区(1)内的氨氮浓度为200～500mg/L，所述pH值和氨氮浓度分别由在线pH测定仪(1.3)和在线氨氮测定仪(1.4)实时监测；
(2)由前置抑制区(1)处理后的废水进入厌氧氨氧化系统(2)，在第二曝气系统(2.1)的作用下，氨氧化菌将废水中的NH4 +-N转化为NO2 --N，附着在固定化填料层(2.2)上的厌氧氨氧化菌利用NH4 +-N和NO2 --N反应后生成氮气和NO3 --N；
(3)由厌氧氨氧化系统(2)处理后的废水进入O1AO2脱氮区(3)，在曝气一区(3.1)中第三曝气系统(3.4)的作用下，将厌氧氨氧化系统(2)中剩余的NH4 +-N硝化为NO2 --N；
曝气一区(3.1)流出的处理废水进入缺氧区(3.2)，通过碳源投加系统(3.7)向缺氧区(3.2)中投加有机碳源，将NO2 --N与NO3 --N反硝化成氮气；
缺氧区(3.2)流出的处理废水进入曝气二区(3.3)，在第四曝气系统(3.6)的作用下将缺氧区(3.2)中剩余的有机碳源去除；
(4)由曝气二区(3.3)处理后的废水进入单污泥沉淀池系统(4)，在沉淀池(4.1)中进行泥水分离，分离后的污泥部分回流至前置抑制区(1)，其余由污泥排放口排出，分离出的上清液由出水口(4.3)排出。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述由曝气二区(3.3)处理后的废水还经出水回流口部分回流至前置抑制区(1)。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中前置抑制区(1)的水力停留时间为30～60min；所述前置抑制区(1)内的温度为28～32℃。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中厌氧氨氧化系统(2)内的溶解氧小于等于0.5mg/L。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中曝气一区(3.1)内的氨氮浓度小于等于5mg/L；所述缺氧区(3.2)中投加的有机碳源包括乙酸钠和/或甲醇；所述曝气二区(3.3)内的溶解氧小于等于2.0mg/L。
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