處理氨氮廢水的裝置及工藝，裝置包括原水箱、CASS反應(yīng)箱、投料裝置、蠕動(dòng)泵、排水泵、充氣泵、排污裝置、磁鐵、磁力感應(yīng)裝置和控制裝置；原水箱通過(guò)蠕動(dòng)泵與反應(yīng)箱連接；投料裝置設(shè)置在生物選擇區(qū)的箱壁上；排水泵設(shè)置在曝氣區(qū)；充氣泵與曝氣裝置連接；排污裝置包括污泥回流裝置和污泥處理裝置，污泥處理裝置與排淤閥、污泥區(qū)連接，污泥回流裝置與污泥回流管連接；控制裝置采用PLC控制器，控制裝置與電氣裝置連接；所述方法包括：反應(yīng)器內(nèi)接種及馴化；首次廢水處理；連續(xù)廢水處理；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，適合大量推廣。

權(quán)利要求書(shū)

1.一種處理氨氮廢水的裝置，其特征在于，主要包括原水箱（1）、CASS反應(yīng)箱（2）、投料裝置（3）、蠕動(dòng)泵（41）、排水泵（42）、充氣泵（5）、排污裝置（6）、磁鐵（7）、磁力感應(yīng)裝置（8）和控制裝置；

所述原水箱（1）上設(shè)置有進(jìn)水口（11）和排淤閥（12）；

所述CASS反應(yīng)箱（2）包括生物選擇區(qū)（21）、缺氧反應(yīng)區(qū)（22）、有氧反應(yīng)區(qū)（23）和連通管（24），所述缺氧反應(yīng)區(qū)（22）內(nèi)設(shè)置有攪拌裝置一（220），所述有氧反應(yīng)區(qū)（23）內(nèi)設(shè)置有曝氣裝置（231）、攪拌裝置二（232）、墊料層（233）和濾料層（234）；

所述原水箱（1）通過(guò)所述蠕動(dòng)泵（41）與所述生物選擇區(qū)（21）連接；所述缺氧反應(yīng)區(qū)（22）上端與生物選擇區(qū)（21）上端連接，所述有氧反應(yīng)區(qū)（23）通過(guò)所述連通管（24）與缺氧反應(yīng)區(qū)（22）連接，且連通管（24）較高的一端位于有氧反應(yīng)區(qū)（23）內(nèi)；所述曝氣裝置（231）設(shè)置在有氧反應(yīng)區(qū)（23）的靠下端位置，所述攪拌裝置二（232）設(shè)置在有氧反應(yīng)區(qū)（23）的靠上端位置，所述墊料層（233）設(shè)置在曝氣裝置（231）的上方，所述濾料層（234）設(shè)置在墊料層（233）的上端，墊料層（233）和濾料層（234）將有氧反應(yīng)區(qū)（23）從上至下分為反應(yīng)區(qū)、污泥區(qū)和曝氣區(qū)，污泥區(qū)上端設(shè)置有污泥回流管；

所述投料裝置（3）設(shè)置在生物選擇區(qū)（21）的箱壁上，投料裝置（3）內(nèi)部為碳源；

所述排水泵（42）設(shè)置在曝氣區(qū)；

所述充氣泵（5）與曝氣裝置（231）連接；

所述排污裝置（6）包括污泥回流裝置和污泥處理裝置，污泥處理裝置與排淤閥（12）、污泥區(qū)連接，污泥回流裝置與污泥回流管連接；

所述磁鐵（7）采用燒結(jié)釤鈷永磁，磁鐵（7）設(shè)置在有氧反應(yīng)區(qū)（23）內(nèi)，位于有氧反應(yīng)區(qū)（23）左側(cè)端，所述磁力感應(yīng)裝置（8）位于有氧反應(yīng)區(qū)（23）內(nèi)，位于有氧反應(yīng)區(qū)（23）右側(cè)端；

所述控制裝置采用PLC控制器，控制裝置與排淤閥（12）、攪拌裝置一（220）、攪拌裝置二（232）、投料裝置（3）、蠕動(dòng)泵（41）、排水泵（42）、充氣泵（5）、排污裝置（6）、磁力感應(yīng)裝置（8）連接；

所述碳源為葡萄糖、蛋白胨、乙酸鈉按照質(zhì)量比1:1:1.7的混合物，且所投碳源與原水中的氮元素的碳氮比為15；

所述CASS反應(yīng)箱（2）的有氧反應(yīng)區(qū)（23）設(shè)置有箱門(mén)（20），且箱門(mén)（20）處設(shè)置有密封裝置；

所述墊料層（233）與有氧反應(yīng)區(qū)（23）的箱殼活動(dòng)連接，墊料層（233）從箱門(mén)（20）處自由出進(jìn)，墊料層（233）包括小孔鐵網(wǎng)（2331）、棉麻布（2332）和粗砂（2333），所述棉麻布（2332）包裹在粗砂（2333）外，所述小孔鐵網(wǎng)（2331）包裹在棉麻布（2332）外，小孔鐵網(wǎng)孔徑為2-5mm；

所述棉麻布（2332）為雙層；

所述箱門(mén)（20）處設(shè)置有密封裝置；

利用上述處理氨氮廢水的裝置處理廢水的方法，包括以下步驟：

步驟一：反應(yīng)器內(nèi)接種及馴化

將處理原水通過(guò)進(jìn)水口（11）、蠕動(dòng)泵（41）引至CASS反應(yīng)箱（2）內(nèi)，再由排水泵（42）流出，使得污泥處理裝置中充滿污泥，再由污泥回流裝置將污泥通入CASS反應(yīng)箱（2）內(nèi)，然后接種活性污泥，控制污泥濃度在3000mg/L；接種后在CASS反應(yīng)箱（2）內(nèi)進(jìn)行悶曝處理；期間，通過(guò)曝氣裝置（231）和充氣泵（5）進(jìn)行曝氣，使得出水水質(zhì)穩(wěn)定后增加原水比例，由最初的50%，增加到75%，最終到100%；

步驟二：首次廢水處理

將原水從進(jìn)水口（11）通入原水箱（1）中，通過(guò)蠕動(dòng)泵（41）將原水箱（1）中的水引至CASS反應(yīng)箱（2）內(nèi)，同時(shí)，打開(kāi)投料裝置（3）原水中投入碳源，在缺氧反應(yīng)區(qū)（22）進(jìn)行缺氧攪拌；待缺氧反應(yīng)區(qū)（22）中的污水到達(dá)一定高度，污水會(huì)從連通管（24）到達(dá)有氧反應(yīng)區(qū)（23），通過(guò)曝氣裝置（231）和充氣泵（5）進(jìn)行曝氣，曝氣量為50L/h；水力停留時(shí)間為1.5h；

步驟三：連續(xù)廢水處理

打開(kāi)排水泵（42），按照步驟二進(jìn)行連續(xù)廢水處理；每隔20d，通過(guò)污泥處理裝置將原水箱（1）和CASS反應(yīng)箱（2）中的污泥排出，再由污泥回流裝置將污泥通入CASS反應(yīng)箱（2）內(nèi)，經(jīng)由污泥回流管進(jìn)入生物選擇區(qū)，污泥回流率為20%，在進(jìn)水的同時(shí)進(jìn)行污泥回流。

說(shuō)明書(shū)

一種處理氨氮廢水的裝置及方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種處理氨氮廢水的裝置及其運(yùn)行方法。

背景技術(shù)

氧化亞氮(N2O)是大氣中含量?jī)H次于CO2和CH4的溫室氣體，在7～13μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)有強(qiáng)烈的紅外吸收，溫室效應(yīng)約為CO2的300倍，在大氣中的壽命長(zhǎng)達(dá)131年之久，對(duì)全球溫室效應(yīng)有重要貢獻(xiàn)。大氣中N2O含量增加1倍，全球地表溫度上升0.3℃。另外，N2O進(jìn)入平流層后，可以迅速轉(zhuǎn)化為NO和NO2，在紫外光的照射下，可以快速地分解臭氧為氧氣，嚴(yán)重破壞臭氧層。N2O被認(rèn)為是人為排放破壞臭氧層的首要物質(zhì)。N2O在平流層生成的NOx可轉(zhuǎn)化為硝酸，硝酸進(jìn)入對(duì)流層后形成酸雨，從而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害。

N2O的來(lái)源分為自然源和人為源兩類(lèi)，人類(lèi)活動(dòng)引起的N2O釋放量增加是大氣中N2O濃度逐漸上升的主要原因。N2O釋放的人為源包括農(nóng)業(yè)種植、牲畜養(yǎng)殖、生物質(zhì)的燃燒、化石燃料燃燒、污染治理等。

污水生物處理過(guò)程是N2O重要的人為釋放源之一，且其釋放量有日益增高的趨勢(shì)。美國(guó)環(huán)保署的報(bào)告稱(chēng)，污水處理過(guò)程中釋放的N2O占總釋放量的3％。根據(jù)Khalil和Rasmussen的估計(jì)，污水處理過(guò)程N(yùn)2O的年釋放量為0.3-3.0Tg/yr，占全球N2O總釋放量的2.5％-25％。IPCC報(bào)告中指出，污水處理廠污水處理過(guò)程中大約0.05-25％的氮被轉(zhuǎn)化成N2O形式釋放，約占全球N2O總排放量的1.2％。Kampschreur等總結(jié)前人的研究結(jié)果指出，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的污水處理過(guò)程中有0-90％的氮轉(zhuǎn)化成N2O釋放，而在污水處理廠的處理過(guò)程中有0-14.6％的氮轉(zhuǎn)化為N2O。Foley等在七個(gè)污水處理廠中檢測(cè)到的N2O轉(zhuǎn)化率為0.6-25.3％。Law等預(yù)測(cè)全球污水處理過(guò)程N(yùn)2O排放量從2005年到2020年預(yù)期增長(zhǎng)13％。周興等統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，以CO2排放當(dāng)量計(jì)，從2003年至2009年我國(guó)生活污水處理過(guò)程中釋放的N2O占溫室氣體總釋放量的一半以上。Daelman等對(duì)一個(gè)城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行十六個(gè)月的連續(xù)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，N2O的排放量占溫室氣體排放總量的四分之三。隨著各國(guó)環(huán)保部門(mén)對(duì)污水氮排量控制的日益嚴(yán)格，越來(lái)越多的污水處理廠已經(jīng)加入脫氮工序，這將進(jìn)一步提高N2O的釋放量。因此深入了解污水處理過(guò)程中N2O的產(chǎn)生機(jī)理和減量控制具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供了一種能夠減少N2O排放量的處理氨氮廢水的裝置，本發(fā)明解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供了一種能夠減少N2O排放量的處理氨氮廢水的方法。

為解決上述第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種處理氨氮廢水的裝置，主要包括原水箱、CASS反應(yīng)箱、投料裝置、蠕動(dòng)泵、排水泵、充氣泵、排污裝置、磁鐵、磁力感應(yīng)裝置和控制裝置；所述原水箱上設(shè)置有進(jìn)水口和排淤閥；所述CASS反應(yīng)箱包括生物選擇區(qū)、缺氧反應(yīng)區(qū)、有氧反應(yīng)區(qū)和連通管，所述缺氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置有攪拌裝置一，所述有氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置有曝氣裝置、攪拌裝置二、墊料層和濾料層；所述原水箱通過(guò)所述蠕動(dòng)泵與所述生物選擇區(qū)連接；所述缺氧反應(yīng)區(qū)上端與生物選擇區(qū)上端連接，所述有氧反應(yīng)區(qū)通過(guò)所述連通管與缺氧反應(yīng)區(qū)連接，且連通管較高的一端位于有氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)；所述曝氣裝置設(shè)置在有氧反應(yīng)區(qū)的靠下端位置，所述攪拌裝置二設(shè)置在有氧反應(yīng)區(qū)的靠上端位置，所述墊料層設(shè)置在曝氣裝置的上方，所述濾料層設(shè)置在墊料層的上端，墊料層和濾料層將有氧反應(yīng)區(qū)從上至下分為反應(yīng)區(qū)、污泥區(qū)和曝氣區(qū)，污泥區(qū)上端設(shè)置有污泥回流管；所述投料裝置設(shè)置在生物選擇區(qū)的箱壁上，投料裝置內(nèi)部為碳源；所述排水泵設(shè)置在曝氣區(qū)；所述充氣泵與曝氣裝置連接；所述排污裝置包括污泥回流裝置和污泥處理裝置，污泥處理裝置與排淤閥、污泥區(qū)連接，污泥回流裝置與污泥回流管連接；所述磁鐵采用燒結(jié)釤鈷永磁，燒結(jié)釤鈷永磁是一種優(yōu)越的永磁材料，即具有很高測(cè)磁性能，同時(shí)又有很強(qiáng)的防腐蝕性、抗氧化性、溫度系數(shù)低、居里溫度高、能在較高環(huán)境下使用，磁鐵設(shè)置在有氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)，位于有氧反應(yīng)區(qū)左側(cè)端，所述磁力感應(yīng)裝置位于有氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)，位于有氧反應(yīng)區(qū)右側(cè)端；所述控制裝置采用PLC控制器，控制裝置與排淤閥、攪拌裝置一、攪拌裝置二、投料裝置、蠕動(dòng)泵、排水泵、充氣泵、排污裝置、磁力感應(yīng)裝置連接。

進(jìn)一步地，碳源為葡萄糖、蛋白胨、乙酸鈉按照質(zhì)量比1:1:1.7的混合物，且所投碳源與原水中的氮元素的碳氮比為15；充足的碳源供應(yīng)有利于可還原N2O的反硝化菌Zoogloea的生長(zhǎng)繁殖，提高反硝化功能基因nosZ、nirS和nirK的豐度，增強(qiáng)完全反硝化作用，減少反硝化過(guò)程N(yùn)2O的產(chǎn)生；碳源為乙酸鈉時(shí)，CASS感應(yīng)器脫氮效果優(yōu)異，反硝化過(guò)程幾乎不產(chǎn)生N2O，但在硝化過(guò)程中較高的氨氧化速率促進(jìn)羥胺氧化途徑產(chǎn)生N2O，使N2O的釋放速率提高；以葡萄糖為碳源時(shí)，反硝化過(guò)程N(yùn)2O的產(chǎn)生增加，硝化過(guò)程N(yùn)2O釋放速率降低；同時(shí)投加三種碳源時(shí)N2O排放最少；乙酸鈉更容易被微生物利用于反硝化反應(yīng)，促進(jìn)Dechloromonas、Zoogloea等反硝化菌群和反硝化基因nosZ和nirS的增加；而硝化過(guò)程N(yùn)2O排放增加的原因可能是其較大的氨氧化速率促進(jìn)羥胺氧化途徑產(chǎn)生N2O。

進(jìn)一步地，CASS反應(yīng)箱的有氧反應(yīng)區(qū)設(shè)置有箱門(mén)，且箱門(mén)處設(shè)置有密封裝置，能夠定期對(duì)墊料層和濾料層進(jìn)行更換，避免因?yàn)槲勰嗟拈L(zhǎng)期附著無(wú)法排除，影響處理效果，同時(shí)也方便后期的觀察維修等。

進(jìn)一步地，墊料層與有氧反應(yīng)區(qū)的箱殼活動(dòng)連接，墊料層可以從箱門(mén)處自由出進(jìn)，墊料層包括小孔鐵網(wǎng)、棉麻布和粗砂，所述棉麻布包裹在粗砂外，所述小孔鐵網(wǎng)包裹在棉麻布外，小孔鐵網(wǎng)孔徑為2-5mm；棉麻布和粗砂能夠有效的對(duì)污泥進(jìn)行阻隔，又因?yàn)槊蘼椴季哂辛己玫耐笟狻⑼杆?，能夠有效的進(jìn)行污水曝氣處理；同時(shí)，小孔鐵網(wǎng)的包裹一方面能夠更易塑形，便于連接設(shè)置，另一方面，能夠有效的緩解外部所帶來(lái)的壓力對(duì)棉麻布和的沖擊。

進(jìn)一步地，棉麻布為雙層，能夠避免因?yàn)閱螌用蘼椴嫉钠茡p造成的外漏，不僅會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)效果，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致裝置的損壞。

進(jìn)一步地，濾料層與有氧反應(yīng)區(qū)的箱殼活動(dòng)連接，濾料層可以從箱門(mén)處自由出進(jìn)，濾料層為被鐵網(wǎng)包裹著的鵝卵石，所述鐵網(wǎng)孔徑為5-10mm，所述鵝卵石孔徑為15-30mm；利用15-30mm孔徑的鵝卵石能夠有效的進(jìn)行污泥的過(guò)濾；同時(shí)，采用比鵝卵石孔徑較小孔徑的鐵網(wǎng)不僅可以有效地將鵝卵石聚集起來(lái)，并且可以更為方便靈活的實(shí)現(xiàn)連接設(shè)置。

為解決上述第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種處理氨氮廢水的方法，包括以下步驟：

步驟一：反應(yīng)器內(nèi)接種及馴化

將處理原水通過(guò)原水入口、蠕動(dòng)泵引至CASS反應(yīng)箱內(nèi)，再由排水泵流出，使得污泥處理裝置中充滿污泥，再由污泥回流裝置將污泥通入CASS反應(yīng)箱內(nèi)，然后接種活性污泥，控制污泥濃度在3000mg/L；接種后在CASS反應(yīng)箱內(nèi)進(jìn)行悶曝處理；期間，通過(guò)曝氣裝置和空氣泵進(jìn)行曝氣，使得出水水質(zhì)穩(wěn)定后增加原水比例，由最初的50％，增加到75％，最終到100％；

步驟二：首次廢水處理

將原水從原水進(jìn)口通入原水箱中，通過(guò)蠕動(dòng)泵將原水箱中的水引至CASS反應(yīng)箱內(nèi)，同時(shí)，打開(kāi)投料裝置原水中投入碳源，在缺氧反應(yīng)區(qū)進(jìn)行缺氧攪拌；待缺氧反應(yīng)區(qū)中的污水到達(dá)一定高度，污水會(huì)從連通管到達(dá)有氧反應(yīng)區(qū)，通過(guò)曝氣裝置和空氣泵進(jìn)行曝氣，曝氣量為50L/h；水力停留時(shí)間為1.5h；

步驟三：連續(xù)廢水處理

打開(kāi)排水泵，按照步驟二進(jìn)行連續(xù)廢水處理；每隔20d，通過(guò)污泥處理裝置將原水箱和CASS反應(yīng)箱中的污泥排出，再由污泥回流裝置將污泥通入CASS反應(yīng)箱內(nèi)，經(jīng)由污泥回流管進(jìn)入生物選擇區(qū)，污泥回流率為20％，在進(jìn)水的同時(shí)進(jìn)行污泥回流。

與現(xiàn)有技術(shù)相比:

1、進(jìn)水段設(shè)置缺氧攪拌，脫氮效果最好，N2O轉(zhuǎn)化率也最低(3.98％)，分段進(jìn)水和延長(zhǎng)曝氣/連續(xù)進(jìn)水對(duì)CASS的脫氮和N2O減排也有一定的增強(qiáng)作用；這三種循環(huán)周期更有利于活性污泥中反硝化功能基因的表達(dá)，提高亞硝酸還原酶和N2O還原酶的活性；

2、同時(shí)投加蛋白胨、葡萄糖、乙酸鈉三種充足碳源，所造成的N2O排放最少；

3、采用50L/h高曝氣量；能夠在氣階段中，曝氣量增大使溶氧濃度增加，抑制硝化菌反硝化產(chǎn)生N2O，減少了N2O的排放；