技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及污
水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種污水脫氮反應(yīng)器及其控制方法。
背景技術(shù)
[0002]
水體中的氮、磷
營養(yǎng)元素是引起
水體富營養(yǎng)化的主要誘因。其中，水體中的氮主要來自排入水體的污水。因此，去除污水中的氮是改善水環(huán)境的重要途徑。
[0003] 目前，
污水處理脫氮的主流工藝采用缺
氧-好氧
生物脫氮方法，其主要包括三個步驟：第一步，含氮有機化合物在
微生物的作用下首先分解轉(zhuǎn)化為
氨態(tài)氮，即“氨化反應(yīng)”；第二步，在好氧條件下，硝化菌把氨氮轉(zhuǎn)化為
硝酸鹽，即“硝化反應(yīng)”；第三步，在缺氧條件下，反硝化菌以污水中的有機物(
碳源)為
電子受體，把硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮氣，從污水中去除，即“反硝化反應(yīng)”。根據(jù)生物脫氮的原理，當(dāng)待處理的污水中的碳氮比不足時，需要加入有機碳源，才能有效脫氮。常見的有機碳源包括乙酸鈉、
葡萄糖、甲醇等藥劑。其不足首先在于，投加的購置藥劑增大了污水處理的運行成本。其次，為了充分脫氮，有機碳源的投加往往存在投加過量的
風(fēng)險，造成出水COD或BOD超標(biāo)。
[0004] 甲烷是一種值得關(guān)注的
溫室氣體，其
溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍。污水、
污泥及其他有機廢棄物的生物處理過程是甲烷氣體的重要人為排放源，值得關(guān)注。甲烷的利用途徑主要是作為
燃料，直接利用其燃燒產(chǎn)生的
熱能或進一步轉(zhuǎn)化為
電能。但其規(guī)?；猛枰欢ㄒ?guī)模，并需要昂貴的提純設(shè)備和高昂的運行成本。
[0005] 近年來，研究人員通過厭氧甲烷氧化反硝化的富集物，證實了自然界存在厭氧甲烷氧化反硝化過程。該過程為污水的脫氮處理提供了一條理論上可行的工藝路線，但該領(lǐng)域目前仍處于機理和小試研究階段，尚無可靠的脫氮反應(yīng)器及運行方法。其困難至少包括：厭氧甲烷氧化微生物對厭氧環(huán)境要求較為嚴(yán)格，常規(guī)工藝富集困難，甲烷在液相中傳質(zhì)不足等。
發(fā)明內(nèi)容
[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種污水脫氮反應(yīng)器及其控制方法，用以解決
現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。
[0007] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0008] 污水脫氮反應(yīng)器，包括脫氧池和脫氮池，所述脫氧池中設(shè)置海綿
鐵濾床，所述脫氧池的出水口與脫氮池的進水口通過排放管路連接，使脫氧池中經(jīng)過海綿鐵濾床脫除了溶解氧后的污水進入所述脫氮池中；所述脫氮池中包括設(shè)置于池內(nèi)上部的
接觸濾床，和設(shè)置于池內(nèi)底部膜池中的
超濾膜，所述脫氮池的頂部開設(shè)甲烷氣體進氣口，使進入所述脫氮池內(nèi)的污水以甲烷氣體為碳源和電子供體，經(jīng)過所述接觸濾床和超濾膜后對污水進行脫氮。
[0009] 進一步地，所述脫氧池內(nèi)還包括內(nèi)循環(huán)管路、溶解氧
傳感器和第一液位計，所述溶解氧傳感器對脫氧池內(nèi)污水中的氧氣含量進行采集，所述第一液位計對脫氧池內(nèi)的液位信息進行采集，所述內(nèi)循環(huán)管路上設(shè)置循環(huán)
閥。
[0010] 進一步地，所述脫氮池內(nèi)還包括循環(huán)布水管路和第二液位計，所述循環(huán)布水管路連通所述脫氮池的出水口和進水口，所述脫氮池的進水口連接布水管，使進入所述脫氮池內(nèi)的污水均勻分布至所述接觸濾床上，且循環(huán)布水管路上設(shè)置循環(huán)布水
泵，使進入所述脫氮池內(nèi)的污水在脫氮池內(nèi)反復(fù)循環(huán)布水；所述第二液位計對脫氮池內(nèi)的液位信息進行采集；
[0011] 所述脫氮池內(nèi)還設(shè)置壓
力計，并在所述甲烷氣體進氣口上配設(shè)壓力調(diào)節(jié)閥，使進入所述脫氮池的甲烷氣體的絕對壓力保持在1個
大氣壓。
[0012] 進一步地，所述脫氮池內(nèi)還包括循環(huán)曝氣管路，所述循環(huán)曝氣管路上設(shè)置循環(huán)曝氣泵，所述循環(huán)曝氣管路的進氣端位于所述接觸濾床上方的甲烷氣體進氣口處，出氣端設(shè)置曝氣器，且曝氣器位于所述膜池內(nèi)的超濾膜下方，使所述接觸濾床上方的甲烷混合氣體通過曝氣器實現(xiàn)膜池的曝氣和對超濾膜的吹掃。
[0013] 進一步地，還包括出水池，所述出水池進水口與所述脫氮池的出水口通過出水管路連通，且出水管路上設(shè)置產(chǎn)水泵；
[0014] 所述出水池的出水口連接出水管，所述出水管上設(shè)置出水閥；所述出水池內(nèi)還設(shè)置第三液位計，所述第三液位計對出水池內(nèi)的液位信息進行采集。
[0015] 進一步地，還包括反洗管道，所述反洗管道的進液端位于所述出水池內(nèi)，出液端位于所述脫氮池內(nèi)的接觸濾床下方，且反洗管道上設(shè)置反洗閥；所述脫氮池內(nèi)設(shè)置甲烷傳感器，且池內(nèi)頂部開設(shè)排氣口。
[0016] 本發(fā)明還提供一種如前述的污水脫氮反應(yīng)器的控制方法，包括，將曝氣和硝化后的尾水通入脫氧池中，經(jīng)過海綿鐵濾床的處理后，其中溶解氧的含量達到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的污水進入脫氮池，并在脫氮池內(nèi)反復(fù)循環(huán)，使經(jīng)過膜池內(nèi)超濾膜的污水反復(fù)回流通過進水口分布到接觸濾床上，經(jīng)過接觸濾床及其內(nèi)部表面的微生物，以甲烷氣體為碳源和電子供體，將污水中的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣，完成脫氮，最后將脫氮池內(nèi)的污水排至出水池。
[0017] 進一步地，還包括，在所述脫氧池內(nèi)，當(dāng)所述溶解氧傳感器采集到的氧氣含量超過設(shè)定
閾值時，循環(huán)閥開啟，所述脫氧池中的污水通過所述內(nèi)循環(huán)管路從出水口回流至進水口，使污水反復(fù)經(jīng)過海綿鐵濾床，以降低污水中的溶解氧含量；當(dāng)所述溶解氧傳感器采集到的氧氣含量低于設(shè)定閾值時，所述循環(huán)管路上的循環(huán)閥關(guān)閉，設(shè)置于所述排放管路上的脫氮池排放閥開啟，污水進入所述脫氮池。
[0018] 進一步地，還包括：
[0019] 在所述脫氮池中，當(dāng)所述脫氮池內(nèi)的液位超過所述第二液位計的設(shè)定最高液位時，所述產(chǎn)水泵啟動，使膜池內(nèi)的污水經(jīng)過超濾
膜過濾后，排入所述出水池中；
[0020] 在所述出水池中，當(dāng)所述出水池內(nèi)的水位超過所述第三液位計的設(shè)定最高液位時，所述出水閥開啟，出水池中的水通過出水管排出，至水位下降至所述第三液位計的設(shè)定最低液位。
[0021] 進一步地，還包括反洗步驟：
[0022] 所述反洗步驟包括，當(dāng)所述甲烷傳感器檢測到脫氮池內(nèi)的甲烷氣體濃度低于設(shè)定閾值時，關(guān)閉所述出水管上的出水閥，開啟所述反洗管道上的反洗閥，通過反洗管道將出水池中的水回流至脫氮池內(nèi)，同時開啟所述排氣口，關(guān)閉所述甲烷氣體的進氣口，將脫氮池內(nèi)的低純度甲烷氣體排出，同時脫氮池內(nèi)的液位上升，對所述接觸濾床進行反洗；
[0023] 當(dāng)所述脫氮池內(nèi)的液位升高至所述第二液位計的設(shè)定最高液位時，開啟脫氧池內(nèi)的循環(huán)閥和所述排放管路上的脫氮池排放閥，使反洗的污水回流至脫氧池，當(dāng)從所述脫氮池回流至脫氧池內(nèi)的液位超過所述第一液位計的設(shè)定最高液位時，關(guān)閉所述反洗閥，完成反洗過程。
[0024] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0025] (1)能利用污水、污泥及其他有機廢棄物的厭氧反應(yīng)過程產(chǎn)生的低品位甲烷氣體作為碳源，實現(xiàn)污水的脫氮，減少了溫室氣體甲烷的排放。
[0026] (2)減少了常規(guī)有機碳源的投加量或不需要再投加常規(guī)碳源，降低了運行碳源藥劑成本。
[0027] (3)以甲烷作為碳源不存在常規(guī)碳源投加過量，造成出水COD(或BOD)超標(biāo)的風(fēng)險。
[0028] (4)以超濾膜為出水，能夠顯著控制因懸浮物、大分子物質(zhì)對出水水質(zhì)的影響，進一步改善出水水質(zhì)。
附圖說明
[0029] 為了更清楚地說明本發(fā)明
實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0030] 圖1是本發(fā)明的污水脫氮反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及工藝示意圖；
[0031] 圖2是本發(fā)明在反洗過程即將結(jié)束時的狀態(tài)圖；
[0032] 圖3本發(fā)明在反洗完成重新充氣時的狀態(tài)圖。
具體實施方式
[0033] 下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0034] 根據(jù)圖1-3所示，說明本發(fā)明的污水脫氮反應(yīng)器，包括脫氧池1和脫氮池2，所述脫氧池1中設(shè)置海綿鐵濾床11，所述脫氧池1的出水口與脫氮池的進水口通過排放管路16連接，使脫氧池1中經(jīng)過海綿鐵濾床11脫除了溶解氧后的污水進入所述脫氮池2中；所述脫氮池2中包括設(shè)置于池內(nèi)上部的接觸濾床22，和設(shè)置于池內(nèi)底部膜池23中的超濾膜23a，所述脫氮池2的頂部開設(shè)甲烷氣體進氣口21e，使進入所述脫氮池2內(nèi)的污水以甲烷氣體為碳源和電子供體，經(jīng)過所述接觸濾床22和超濾膜23a后對污水進行脫氮，其中，脫氧池1的進水為經(jīng)過曝氣和硝化的尾氣，如好氧池及二沉池的出水。
[0035] 本發(fā)明中，該污水脫氮反應(yīng)器中的脫氧池1用于對脫氮反應(yīng)器的進水進行處理，使得進入脫氮池2的污水溶解氧滿足缺氧環(huán)境要求，通過循環(huán)脫氧系統(tǒng)，實現(xiàn)了污水中溶解氧的去除，保障了后續(xù)脫氮的溶解氧環(huán)境。脫氮池2用于以甲烷氣體為碳源和電子供體，對污水進行脫氮。具體的，通過利用超濾膜23a在液相中截留并富集甲烷厭氧反硝化菌，提高微生物濃度，強化脫氮反應(yīng)；同時，采用以甲烷為氣相的滴濾系統(tǒng)，加強了甲烷到液相的傳質(zhì)，克服了甲烷在水中
溶解度偏低的不足，單純在液相中曝氣傳質(zhì)不足的問題；另外，通過采用一種序批方式運行的反應(yīng)器系統(tǒng)，每個周期內(nèi)對反應(yīng)器中的甲烷進行循環(huán)利用，保障了甲烷的利用效率。
[0036] 在一種優(yōu)選的實施方式中，所述脫氧池1內(nèi)還包括內(nèi)循環(huán)管路15和溶解氧傳感器13，所述溶解氧傳感器13對脫氧池1內(nèi)污水中的氧氣含量進行采集，所述內(nèi)循環(huán)管路15上設(shè)置循環(huán)閥15a，具體的，上述內(nèi)循環(huán)管路15和排放管路16上設(shè)置
循環(huán)水泵12；當(dāng)所述溶解氧傳感器13采集到的氧氣含量超過設(shè)定閾值時，水泵啟動，循環(huán)閥15a開啟，所述脫氧池1中的污水通過所述內(nèi)循環(huán)管路15從出水口回流至進水口，使污水反復(fù)經(jīng)過海綿鐵濾床11，以降低污水中的溶解氧含量；當(dāng)所述溶解氧傳感器13采集到的氧氣含量低于設(shè)定閾值時，所述內(nèi)部循環(huán)管路15上的循環(huán)閥15a關(guān)閉，設(shè)置于所述排放管路16上的脫氮池排放閥16a開啟，污水進入所述脫氮池2。
[0037] 在一種優(yōu)選的實施方式中，所述脫氮池2內(nèi)還包括循環(huán)布水管路，所述循環(huán)布水管路連通所述脫氮池2的出水口和進水口，且循環(huán)布水管路上設(shè)置循環(huán)布水泵21b，使經(jīng)過所述膜池23內(nèi)超濾膜23a的污水反復(fù)回流通過進水口分布到接觸濾床22上，經(jīng)過接觸濾床22及其內(nèi)部表面的微生物，以甲烷氣體為碳源和電子供體，將污水中的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣，實現(xiàn)脫氮。
[0038] 本實施方式中，脫氮池2采用序批的工作方式。優(yōu)化地，首次運行前向脫氮池2中投加厭氧污泥至污泥濃度不少于4000mg/L，或投入經(jīng)過富集的厭氧甲烷氧化菌，以加快啟動。另外，上述脫氮池2除進水、出水、進氣和排氣。脫氮池2均不與外部連通，以確保脫氮池2內(nèi)甲烷氣體不會泄露到大氣中，也不會使大氣中的氧氣進入脫氮池2。且由于接觸濾床22的表面積大，提高了甲烷氣體向污水的傳質(zhì)效率。
[0039] 在一種優(yōu)選的實施方式中，所述脫氮池2內(nèi)還包括循環(huán)曝氣管路，所述循環(huán)曝氣管路上設(shè)置循環(huán)曝氣泵23b，所述循環(huán)曝氣管路的進氣端位于所述接觸濾床22上方的甲烷氣體進氣口21e處，出氣端設(shè)置曝氣器23c，且曝氣器23c位于所述膜池23內(nèi)的超濾膜23a下方。
[0040] 在脫氮池2工作時，通過循環(huán)曝氣泵23b，使所述接觸濾床22上方的甲烷混合氣體通過曝氣器23c實現(xiàn)膜池23的曝氣和對超濾膜23a的吹掃。
[0041] 在一種優(yōu)選的實施方式中，還包括出水池3，所述出水池3進水口與所述脫氮池2的出水口通過出水管路連通，且出水管路上設(shè)置產(chǎn)水泵23d，所述脫氮池2內(nèi)還設(shè)置第二液位計21g，當(dāng)所述脫氮池2內(nèi)的液位超過所述第二液位計21g的設(shè)定最高液位時，所述產(chǎn)水泵23d啟動，使膜池23內(nèi)的污水經(jīng)過超濾膜23a過濾后，排入所述出水池3中。
[0042] 本實施方式中，出水池3用于暫存經(jīng)過過濾的出水、將暫存的水排出本脫氮反應(yīng)器，或?qū)捍娴乃亓髦撩摰?。當(dāng)脫氮池2需要進行下一輪循環(huán)操作時，進水前(如脫氧池1完成脫氧)，或需要排水時(如脫氮池2液位較高)，產(chǎn)水泵23d啟動，膜池23內(nèi)的污水經(jīng)超濾膜23a過濾后，排入后續(xù)出水池3。
[0043] 在一種優(yōu)選的實施方式中，所述出水池3內(nèi)還設(shè)置第三液位計32，出水池3的出水口連接出水管31c，所述出水管31c上設(shè)置出水閥31a；當(dāng)所述出水池3內(nèi)的水位超過所述第三液位計32的設(shè)定最高液位時，所述出水閥31a開啟，出水池3中的水通過出水管31c排出，至水位下降至所述第三液位計32的設(shè)定最低液位。
[0044] 在一種優(yōu)選的實施方式中，還包括反洗管道31d，所述反洗管道31d的進液端位于所述出水池3內(nèi)，出液端位于所述脫氮池2內(nèi)的接觸濾床22下方，且反洗管道31d上設(shè)置反洗閥31b，具體地，出水管31c和反洗管道31d上均設(shè)有出水泵31。所述脫氮池2內(nèi)設(shè)置甲烷傳感器21a，且池內(nèi)頂部還開設(shè)排氣口21f，排氣口21f上設(shè)置排氣閥21d；當(dāng)所述甲烷傳感器21a檢測到脫氮池2內(nèi)的甲烷氣體濃度低于設(shè)定閾值時，關(guān)閉所述出水管31c上的出水閥31a，開啟所述反洗管道31d上的反洗閥31b，水泵啟動，通過反洗管道31d將出水池3中的水回流至脫氮池2內(nèi)，同時開啟所述排氣口21f，關(guān)閉所述甲烷氣體進氣口21e，將脫氮池2內(nèi)的低純度甲烷氣體排出，同時脫氮池2內(nèi)的液位上升，對所述接觸濾床22進行反洗；
[0045] 當(dāng)所述脫氮池2內(nèi)的液位升高至所述第二液位計21g的設(shè)定最高液位時，開啟脫氧池1內(nèi)的循環(huán)閥15a和所述排放管路16上的脫氮池排放閥16a，使反洗的污水回流至脫氧池1，所述脫氧池1內(nèi)設(shè)置第一液位計14，當(dāng)從所述脫氮池2回流至脫氧池1內(nèi)的液位超過所述第一液位計14的設(shè)定最高液位時，關(guān)閉所述反洗閥31b，水泵停止運行，完成反洗過程。
[0046] 本實施方式為該脫氮反應(yīng)器的反洗過程，具體如圖2-3所示，圖2是反洗過程即將結(jié)束時的狀態(tài)圖，圖3是反洗完成重新充氣時的狀態(tài)圖。其中優(yōu)選的，從脫氮池2內(nèi)排出的低純度甲烷氣體經(jīng)尾氣
燃燒器點燃再排入大氣。當(dāng)反洗完成，水泵停止運行后，開啟甲烷氣體進氣口21e，并關(guān)閉排氣口21f，通過啟動產(chǎn)水泵23d將脫氮池2內(nèi)的水排放至出水池3，通過甲烷氣體進氣口21e向脫氮池2內(nèi)充入新的甲烷氣體，進行下一次工作循環(huán)。
[0047] 在一種優(yōu)選的實施方式中，所述脫氮池2的進水口連接布水管21，使進入所述脫氮池2內(nèi)的污水均勻分布至所述接觸濾床22上。
[0048] 在一種優(yōu)選的實施方式中，所述脫氮池2內(nèi)還設(shè)置壓力計21h，并在所述甲烷氣體進氣口21e上配設(shè)壓力調(diào)節(jié)閥21c，使進入所述脫氮池2的甲烷氣體的絕對壓力保持在1個大氣壓。
[0049] 另外，優(yōu)選的，為了使脫氧池足以容納反洗時從出水池經(jīng)脫氮池回流來的水，上述脫氧池在第一液位計的高液位之上具有一定緩沖容積，該容積大于出水池在第三液位計的高液位和低液位之間的容積。
[0050] 為了使反洗時出水池回流至脫氮池的水足以達到脫氮池的第二液位計的最高液位，上述出水池在第三液位計的高液位和低液位之間的容積大于脫氮池中膜池液面上方的空余容積。
[0051] 以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉
本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)所述以
權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
