CN115477388B

CN115477388B - 一种硝酸铵废水处理装置及其方法

Info

Publication number: CN115477388B
Application number: CN202211294402.8A
Authority: CN
Inventors: 王保贵; 蔺洪永; 刘玉婷; 冯闪闪; 杜莉莉; 张玲敏; 薛啸; 蔡广强; 杨静丹
Original assignee: Central Plains Environmental Protection Co ltd
Current assignee: Central Plains Environmental Protection Co ltd
Priority date: 2022-10-21
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2023-06-09
Anticipated expiration: 2042-10-21
Also published as: CN115477388A

Abstract

本发明涉及硝酸铵废水处理技术领域，具体涉及一种硝酸铵废水处理装置及其方法，包括碳源储罐、调节池、厌氧氨氧化反应器、OA反应器以及沉淀池。高浓度硝酸铵废水在调节池内用回流清水稀释，而后用输送泵输送至厌氧氨氧化反应器，厌氧氨氧化反应器出水进入OA反应器，而后进入沉淀池进行泥水分离，上清液外排或回流至调节池。本发明采用一体化厌氧氨氧化装置处理硝酸铵废水，该装置结构简单，运行维护方便，实现低碳源投加下硝酸铵的高效去除，总氮去除率可达95％以上，较传统脱氮工艺节省碳源60％以上，节省曝气量75％以上；厌氧氨氧化反应器内无需气体和液体回流，采用间歇搅拌、间歇投加碳源模式，有效降低能耗并能够大幅降低脱氮过程中N₂O的产生。

Description

一种硝酸铵废水处理装置及其方法

技术领域

本发明涉及硝酸铵废水处理技术领域，具体涉及一种硝酸铵废水处理装置及其方法。

背景技术

硝酸铵废水主要来源于硝酸铵化肥生产过程中冷凝水，其主要污染物为氨氮和硝酸盐氮，氨氮浓度和硝酸盐氮浓度接近且均较高，呈强酸性，现有针对该废水的处理方法主要有吹脱法、化学沉淀法、电渗析法和生化法。

吹脱法是在碱性条件下通入空气，空气与废水接触将氨吹脱出来，该方法需要曝气能耗较大，且无法去除硝酸盐氮。化学沉淀法是通过投加镁的化合物和磷酸根生成鸟粪石(磷酸铵镁)从而去除氨氮，该方法无法去除硝酸盐氮，同时鸟粪石结晶回收并再利用的难度高。电渗析是在直流电场的作用下以电位差为驱动力，通过荷电膜将溶液中的带电离子与不带电组分分离的过程，该方法流程复杂，设备多，固定资产投资和药耗电耗均较大。传统生物法是在好氧阶段通过曝气，硝化微生物将氨氮氧化为硝酸盐氮，然后在缺氧阶段，反硝化微生物利用外碳源将硝酸盐氮转化成氮气后排入大气。传统生物法技术成熟、运行简单，但是由于硝酸铵废水中氨氮和硝酸盐氮的浓度均较高且成强酸性，需要投加碱进行中和，而且由于需要大量曝气和外碳源，该方法能耗和药耗较高；如果直接接入城市污水处理厂，则会对原有污水处理系统造成巨大冲击；该方法会产生大量剩余污泥，增加污泥处置难度；此外，传统生化法会排放大量N₂O温室气体。

相较于传统生物法处理技术，中国发明专利公开了一种硝酸铵废水生化处理装置及运行方法(CN104176824B)，采用厌氧氨氧化的技术利用自养的厌氧氨氧化菌实现硝酸铵废水处理：硝酸铵废水经pH调节后，首先进行进入生物滤池进行短程反硝化实现亚硝酸盐积累，然后进入升流式污泥床反应器进行厌氧氨氧化反应。该方法采用两步式处理工艺，流程复杂；反硝化滤池容易堵塞，需要设置反冲洗系统，并定期进行反冲洗，反冲洗容易导致填料表面的生物膜脱落，降低系统效能，造成系统效能周期性波动；升流式污泥床反应器结构复杂，需要必要的空气或水流循环来保持颗粒污泥的流动，增加能耗；此外，由于厌氧氨氧化反应会产生硝酸盐氮，因此该方法的出水仍含有一定量的硝酸盐氮，直接排放仍会增加接纳水体富营养化的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种硝酸铵废水处理装置及其方法，以解决现有的硝酸铵废水处理流程复杂，设备成本以及能耗高的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种硝酸铵废水处理装置，包括碳源储罐、硝酸铵废水调节池、厌氧氨氧化反应器、OA反应器、沉淀池以及储水池，所述的OA反应器包括好氧池与缺氧池，碳源储罐与厌氧氨氧化反应器以及缺氧池相连接，调节池一端与硝酸铵废水管以及回流水管相连接，调节池另一端与厌氧氨氧化反应器底部相连接，厌氧氨氧化反应器上方与好氧池上方相连接，缺氧池的上方与沉淀池相连接。

进一步地，所述的调节池与厌氧氨氧化反应器底部之间通过稀释废水管相连通，稀释废水管上安装有硝酸盐氮在线监测仪，碳源储罐与厌氧氨氧化反应器底部通过碳源进管A相连接，在碳源进管A上安装有流量计。

进一步地，所述的厌氧氨氧化反应器中装填有固定填料，并在液面上布置有海绵层，厌氧氨氧化反应器内安装有搅拌器。

进一步地，所述的OA反应器与厌氧氨氧化反应器之间的出水管A上安装有氨氮在线监测仪和总氮在线监测仪。

进一步地，所述的沉淀池上方与储水池相连接，储水池与回流水管相连接，沉淀池底部设置有污泥回流管与污泥外排管，污泥回流管与好氧池相连接。

进一步地，一种硝酸铵废水处理方法，包括以下步骤：

1)取固定填料(42)填充到厌氧氨氧化反应器(4)中并向厌氧氨氧化反应器(4)中投加厌氧氨氧化菌；

2)在调节池(3)中将氨氮和亚硝酸氮配制成一定比例的混合液作为进水，通过稀释废水管(33)通入到厌氧氨氧化反应器(4)中，水力停留时间为12h；

3)待处理装置的TN(总氮)去除率达到80％，并稳定运行1～2周时，向厌氧氨氧化反应器(4)内补充适量活性污泥，并将调节池(3)中的进水换做稀释后的硝酸铵废水，通过稀释废水管(33)引入到厌氧氨氧化反应器(4)中，采用间歇投加碳源的方式向厌氧氨氧化反应器(4)中投加碳源，开始投加碳源时厌氧氨氧化反应器(4)中同时启动搅拌；

4)待处理装置中TN(总氮)去除率达到80％且稳定运行1～2周以上时，缩短水力停留时间为8h，并根据硝酸铵废水的进水流量调整每次碳源投加量和时间间隔；

5)待处理装置中TN(总氮)去除率再次达到80％且稳定运行1～2周以上时，再次缩短水力停留时间为6h，并根据硝酸铵废水的进水流量调整每次碳源投加量和时间间隔；

6)待处理装置中TN(总氮)去除率再次达到80％且稳定运行1～2周以上时，再次缩短水力停留时间为4h，并根据硝酸铵废水的进水流量调整调整每次碳源投加量和时间间隔，此时不再缩短水力停留时间，开始持续稳定运行；

7)运行过程中，定期监测系统进出水氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等指标浓度，核算TN(总氮)去除率与厌氧氨氧化贡献率。

进一步地，所述的步骤1)中固定填料为聚氨酯填料或聚乙烯环填料，固定填料的填充比为30％～50％，投加厌氧氨氧化菌后厌氧氨氧化反应器内厌氧氨氧化菌的浓度为1000～3000mg/L。

进一步地，所述的步骤2)中氨氮和亚硝酸氮的混合液中氨氮和亚硝酸氮的比例为1:1～1.5。

进一步地，所述的步骤3)中补充的活性污泥为实际污水处理厂的活性污泥，补充后活性污泥在厌氧氨氧化反应器内浓度为1000～2000mg/L。

进一步地，所述的步骤3)中稀释后的硝酸铵废水中硝酸盐氮浓度为100～200mg/L，碳源采用乙酸钠溶液或以乙酸钠为主要成分的复合碳源，碳源的COD当量为10～30g/L，碳源投加时间间隔为0.25～1h，每次搅拌1～10min，碳源投加量与硝酸盐氮含量比为C:N＝2.0～2.8:1。

本发明的有益效果：采用一体化厌氧氨氧化装置处理硝酸铵废水，该装置结构简单，运行维护方便，实现低碳源投加下硝酸铵的高效去除，总氮去除率可达95％以上，与传统生物法相比可节省碳源60％以上，减少曝气量75％以上，厌氧氨氧化反应器内无需气体和液体回流，采用间歇搅拌、间歇投加碳源模式，有效降低能耗并能够大幅降低脱氮过程中N₂O的产生。

附图说明

图1是本发明整体流程示意图。

图中各标记对应的名称：

1、碳源储罐；11、碳源进管A；111、流量计；12、碳源进管B；2、硝酸盐氮在线监测仪；3、调节池；31、硝酸铵废水管；32、回流水管；33、稀释废水管；4、厌氧氨氧化反应器；41、搅拌器A；42、固定填料；43、海绵层；44、出水管A；45、氨氮在线监测仪；46、总氮在线监测仪；5、OA反应器；51、好氧池；511、曝气装置；512、隔板；513、连通口；52、缺氧池；521、搅拌器B；522、出水管B；6、沉淀池；61、清水管；62、污泥回流管；63、污泥外排管；7、储水池；71、排水管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，硝酸铵废水管31与调节池3相连通，调节池3通过稀释废水管33与厌氧氨氧化反应器4相连通，在稀释废水管33上安装有硝酸盐氮在线监测仪2以及控制阀，碳源储罐1通过碳源进管A11与厌氧氨氧化反应器4相连通，并在碳源进管A11上安装有流量计111以及控制阀，厌氧氨氧化反应器4中填充有固定填料42，并加设有搅拌器A41，厌氧氨氧化反应器4的液面上布置有海绵层43，厌氧氨氧化反应器4出水通过出水管A44与OA反应器5相连通，出水管A44上安装有氨氮在线监测仪45以及总氮在线监测仪46，OA反应器5中设置有好氧池51以及缺氧池52，二者之间设置有隔板512，并在隔板512的下方设置有连通口513，好氧池51中设置有曝气装置511，缺氧池52中设置有搅拌器B521，并设置有碳源储罐1通过碳源进管B12与缺氧池52相连通，缺氧池52出水通过出水管B522与沉淀池6相连通，出水管B522延伸池沉淀池6的中部，沉淀池6底部设置污泥回流管62与污泥外排管63，污泥回流管62中安装有泵机以及控制阀并与好氧池51相连通，污泥外排管63上安装泵机以及控制阀并外排，同时沉淀池6上方通过清水管61与蓄水池7相连通，蓄水池7与排水管71相连通，排水管71上安装有控制阀。

本发明原理为：在实际污水处理过程中，最开始处理时，由于体系为生物反应器，需要对整个体系进行试运行，从而提高生物活性以及活性污泥的量，试运行过程中先将氨氮和亚硝酸氮配制成一定比例的混合液作为进水，其中氨氮和亚硝酸氮的比例为1:1～1.5，体系运行稳定后进水换做稀释后的硝酸铵废水，并向厌氧氨氧化反应器4中投加活性污泥，此活性污泥为污水处理厂的普通活性污泥，无需特殊培养，并使得投加后，活性污泥含量在1000～2000mg/L，此时待体系稳定后逐步的调节水力停留的时间，直至体系能够稳定连续的运行即可，此时的脱氮效率可以达到人们的需求，实现对硝酸铵废水的连续处理。

当体系运行稳定后，在调节池3中通过硝酸铵废水管31向其中添加硝酸铵废水，同时将处理后的清水通过回流水管32回流至调节池3，过程中调节硝酸铵废水中氨氮和硝酸盐氮浓度分别为100～200mg/L，其中硝酸盐氮的浓度通过硝酸盐氮在线监测仪2进行检出，由于氨氮在进行厌氧氨氧化反应时不消耗有机碳源，于是只需要根据硝酸盐氮的浓度调节碳源进管A11中的碳源添加量，过程中碳源选择乙酸钠溶液或以乙酸钠为主要成分的复合碳源，其中碳源的当量COD含量为10～30g/L，于是根据废水中硝酸盐氮的含量即可得到碳源的添加量，过程中碳源投加量与硝酸盐氮含量比为C:N＝2.0～2.8:1，其中通过控制阀门开度，并通过流量计111对碳源的添加量进行把握。

经过调节池3调节的废水输送至厌氧氨氧化反应器4中，过程中添加碳源乙酸钠或以乙酸钠为主要成分的复合碳源，厌氧氨氧化反应器4中填充固定填料，固定填料的填充比30％～50％，并投加厌氧氨氧化菌，投加厌氧氨氧化菌后厌氧氨氧化反应器4内厌氧氨氧化菌的浓度为1000～3000mg/L，此时废水中的硝酸盐氮在低有机碳源的作用下发生短程反硝化，产生亚硝酸盐氮积累，厌氧氨氧化菌以产生的亚硝酸盐氮和进水中的氨氮为底物，完成厌氧氨氧化反应，实现脱氮，但是由于进水中氨氮和硝酸盐氮的比例、厌氧氨氧化反应的原理的限制，厌氧氨氧化反应器出水中仍会有一定浓度氨氮和硝酸盐氮，于是需要进一步的反应，经过厌氧氨氧化反应器4的废水通入到OA反应器5的好氧池51中，此时废水在好氧池51中进行好氧反应，将废水中的氨氮经硝化反应生成硝酸盐氮，经过好氧池51的废水通过连通口513通入到缺氧池52中，在缺氧池52中进行反硝化反应，将废水中的硝酸盐氮反硝化生产氮气排放，从而完成整个废水的脱氮过程，由于在出水管A44上氨氮在线监测仪45以及总氮在线监测仪46，从而实现对OA反应器5中好氧池51(O段)曝气量和缺氧池52(A段)的碳源投加量的把握，在缺氧池52中进行反硝化反应需要补充的碳源，通过碳源进管12进行补充，实际处理过程中碳源添加量按照当量COD与总氮之比为3.5～5.5:1。

厌氧氨氧化反应器4中液面上布置有海绵层43，起到了截留反应器内微生物的作用，能够有效降低厌氧氨氧化菌及活性污泥的流失，保证反应的效率，经过缺氧池52处理的废水排至沉淀池6中，进入到沉淀池6中的废水，其中的污泥在沉淀池6中完成沉淀，其上清液通过清水管61排至储水池7中，沉淀池6底部的污泥一部分外排，一部分通过污泥回流管62回流至好氧池51中，维持OA反应器中活性污泥的浓度为3000～4500mg/L，从而保证脱氮的效率。

实施例1

硝酸铵废水原水用自来水稀释后加入微量元素，然后按照HRT＝12小时进行运行，厌氧氨氧化反应器4内装聚氨酯填料，填料填充比为35％，厌氧氨氧化菌的接种浓度为3000mg/L，接种污水处理厂活性污泥投加量1500mg/L，碳源采用乙酸钠溶液，乙酸钠溶液当量COD含量为20g/L，按照COD：NO₃ ^--N为2.5:1进行投加，运行30余天，在厌氧氨氧化反应器4的出水口取样检测，数据如下：

表1采用聚氨酯填料厌氧氨氧化反应器总氮去除效果

上述表格1中数据是投加碳源后的数据，从中可以看出，经过厌氧氨氧化反应器4后，废水中总氮被部分去除，但由于初始运行阶段，反应器中微生物活性不稳定，反应器没有达到最大的运行效率，对于总氮的去除，初始时去除率较低，可以看出，一开始只有60％左右，但随着时间的增加，总氮的去除率得到明显的提升，在第四天时，总氮去除率达到了80％，随着反应时间的继续延长，总氮去除率一直在70％～80％左右波动，由于水样的变化，对于生物反应器而言，存在一定的波动是不可避免的，但总体来说，在反应器稳定后，总氮的去除能达到80％左右，效果良好，对于厌氧氨氧化贡献率，用于核算厌氧氨氧化对于整个总氮削减的贡献，厌氧氨氧化贡献率由下式求得：

厌氧氨氧化贡献率＝氨氮削减量*2.06÷总氮削减量×100％

其中，在厌氧氨氧化反应器4中只有厌氧氨氧化能够去除氨氮，此时一个氨氮削减对应1.32个亚硝氮削减和0.26个硝氮生产，因此厌氧氨氧化的贡献相当于1+1.32-0.26＝2.06，进而得到上式，上述表格1中进水中虽然没有太多的亚硝氮，但是硝氮在碳源的作用下回转化成亚硝氮，进而参与厌氧氨氧化反应，实现脱氮过程。

可以看出，初始时，由于进水组分的波动及控制措施的问题，厌氧氨氧化的贡献率并不稳定，但当运行时间达到24天左右时，此值趋于稳定，此时厌氧氨氧化的贡献率稳定在80％左右，说明在厌氧氨氧化反应器4中厌氧氨氧化其对总氮的去除起主要作用。

对OA反应器5的出水口进行取样检测，数据如下：

表2聚氨酯填料时OA反应器总氮去除效果表

从表2可以看出，随着运行时间的增加，出水中总氮的去除率呈现增加的趋势，并在体系最终稳定后达到95％以上，废水处理效果良好。

实施例2

硝酸铵废水原水用自来水稀释后加入微量元素，然后按照HRT＝12小时进行运行，厌氧氨氧化反应器4内装聚乙烯环填料，填料填充比为35％，厌氧氨氧化菌的接种浓度为3000mg/L，接种污水处理厂活性污泥投加量1500mg/L，碳源采用乙酸钠溶液，乙酸钠溶液当量COD含量为20g/L，按照COD：NO₃ ^--N为2.5:1进行投加，运行30余天，在厌氧氨氧化反应器4的出水口取样检测，数据如下：

表3采用聚乙烯环填料厌氧氨氧化反应器总氮去除效果表

从表3可以看出，当厌氧氨氧化反应器4稳定后，剔除个别不稳定的数据，总氮的去除能达到80％以上，效果相对于聚氨酯填料时较好，同时对于厌氧氨氧化贡献率，在体系稳定后也稳定在80％左右，效果良好。

对OA反应器5的出水口进行取样检测，数据如下：

表4聚乙烯环填料时OA反应器总氮去除效果表

从表4可以看出，随着运行时间的增加，出水中总氮的去除率呈现增加的趋势，并在体系最终稳定后达到95％以上，虽然在厌氧氨氧化阶段效果较聚氨酯填料较好，但最终处理效果基本相当，都能达到很好的处理效果。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种硝酸铵废水处理装置，其特征在于：包括碳源储罐（1）、硝酸铵废水调节池（3）、厌氧氨氧化反应器（4）、OA反应器（5）、沉淀池（6）以及储水池（7），所述的OA反应器（5）包括好氧池（51）与缺氧池（52），碳源储罐（1）与厌氧氨氧化反应器（4）以及缺氧池（52）相连接，调节池（3）一端与硝酸铵废水管（31）以及回流水管（32）相连接，调节池（3）另一端与厌氧氨氧化反应器（4）底部相连接，厌氧氨氧化反应器（4）上方与好氧池（51）上方相连接，缺氧池（52）的上方与沉淀池（6）相连接，沉淀池（6）上方与储水池（7）相连接，储水池（7）与回流水管（32）相连接，沉淀池（6）底部设置有污泥回流管（62）与污泥外排管（63），污泥回流管（62）只与好氧池（51）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种硝酸铵废水处理装置，其特征在于：所述的调节池（3）与厌氧氨氧化反应器（4）底部之间通过稀释废水管（33）相连通，稀释废水管（33）上安装有硝酸盐氮在线监测仪（2），碳源储罐（1）与厌氧氨氧化反应器（4）底部通过碳源进管A（11）相连接，在碳源进管A（11）上安装有流量计（111）。

3.根据权利要求1所述的一种硝酸铵废水处理装置，其特征在于：所述的厌氧氨氧化反应器（4）中装填有固定填料（42），并在液面上布置有海绵层（43），厌氧氨氧化反应器（4）内安装有搅拌器（41）。

4.根据权利要求1所述的一种硝酸铵废水处理装置，其特征在于：所述的OA反应器（5）与厌氧氨氧化反应器（4）之间的出水管A（44）上安装有氨氮在线监测仪（45）和总氮在线监测仪（46）。

5.根据权利要求1所述的处理装置的一种硝酸铵废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）取固定填料（42）填充到厌氧氨氧化反应器（4）中并向厌氧氨氧化反应器（4）中投加厌氧氨氧化菌；

2）在调节池（3）中将氨氮和亚硝酸氮配制成一定比例的混合液作为进水，通过稀释废水管（33）通入到厌氧氨氧化反应器（4）中，水力停留时间为12 h；

3）待处理装置的TN（总氮）去除率达到80%，并稳定运行1~2周时，向厌氧氨氧化反应器（4）内补充适量活性污泥，并将调节池（3）中的进水换做稀释后的硝酸铵废水，通过稀释废水管（33）引入到厌氧氨氧化反应器（4）中，采用间歇投加碳源的方式向厌氧氨氧化反应器（4）中投加碳源，开始投加碳源时厌氧氨氧化反应器（4）中同时启动搅拌；

4）待处理装置中TN（总氮）去除率达到80%且稳定运行1~2周以上时，缩短水力停留时间为8h，并根据硝酸铵废水的进水流量调整每次碳源投加量和时间间隔；

5）待处理装置中TN（总氮）去除率再次达到80%且稳定运行1~2周以上时，再次缩短水力停留时间为6h，并根据硝酸铵废水的进水流量调整每次碳源投加量和时间间隔；

6）待处理装置中TN（总氮）去除率再次达到80%且稳定运行1~2周以上时，再次缩短水力停留时间为4h，并根据硝酸铵废水的进水流量调整每次碳源投加量和时间间隔，此时不再缩短水力停留时间，开始持续稳定运行；

7）运行过程中，定期监测系统进出水氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的指标浓度，核算TN（总氮）去除率与厌氧氨氧化贡献率。

6.根据权利要求5所述的一种硝酸铵废水处理方法，其特征在于：所述的步骤1）中固定填料（42）为聚氨酯填料或聚乙烯环填料，固定填料（42）的填充比为30%~50%，投加厌氧氨氧化菌后厌氧氨氧化反应器（4）内厌氧氨氧化菌的浓度为1000~3000mg/L。

7.根据权利要求5所述的一种硝酸铵废水处理方法，其特征在于：所述的步骤2）中氨氮和亚硝酸氮的混合液中氨氮和亚硝酸氮的比例为1:1~1.5。

8.根据权利要求5所述的一种硝酸铵废水处理方法，其特征在于：所述的步骤3）中补充的活性污泥为实际污水处理厂的活性污泥，补充后活性污泥在厌氧氨氧化反应器（4）内浓度为1000~2000mg/L。

9. 根据权利要求5所述的一种硝酸铵废水处理方法，其特征在于：所述的步骤3）中稀释后的硝酸铵废水中硝酸盐氮浓度为100~200 mg/L，碳源采用乙酸钠溶液或以乙酸钠为主要成分的复合碳源，碳源的COD当量为10~30 g/L，碳源投加时间间隔为0.25~1 h，每次搅拌1~10min，碳源投加量与硝酸盐氮含量比为C:N=2.0~2.8:1。