一种污水深度脱氮的系统的制作方法

1.本实用新型涉及水处理领域，特别是涉及一种污水深度脱氮的系统，耦合微生物代谢及纳米催化实现污水深度脱氮。


背景技术：

2.随着我国经济快速发展，水污染问题日益严重。2018年，我国污水产生总量已超700亿吨，其中生活污水占比超过70％，成为污水的主要来源。而生活污水往往富含氮类污染物及磷污染物，若排放不达标会引起自然水体富营养化。2015年，我国城镇生活污水中的氨氮排放总量便已达到134.1万吨，占所有类别污水排放总量的60％。因此，脱氮问题仍是我国污水处理事业的一大挑战。因此，污水高效脱氮除磷仍是我国污水处理行业的一大挑战。
3.目前国内污水处理厂主要采用的污水脱氮除磷工艺仍是a2o、sbr及氧化沟等传统生物处理工艺。此类传统生物处理工艺技术成熟，操作简便，但常常面临脱氮过程不稳定且深度脱氮能力有限的问题。尤其是，我国污水处理厂常面临污水cod不高的问题，由于脱氮过程需要消耗碳源，当污水自身碳源不足时需外加碳源，外加碳源不仅会增加处理成本，还会带来出水cod超标的风险问题。与城镇污水处理厂污染物排放标准(gb18918
‑
2002)相比，行业内近年提出的“准iv”类排放标准中总氮从15mg/l降至10mg/l、氨氮从5mg/l降至1.5mg/l，由此可见排放标准日益严苛。污水处理厂实现高标准排放是未来发展的重要趋势。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种污水深度脱氮的系统，实现短程硝化反硝化，使得污水经处理后总氮污染物去除率达95％，达到准四类水排放标准。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种污水深度脱氮的系统，包括：
6.用于将待处理水体进行膜基微生物处理的第一膜反应区，所述第一膜反应区内设有第一膜组件；所述第一膜组件中载体膜附着微生物；
7.用于将膜基微生物处理所得水体中亚硝氮还原为氮气的第二膜反应区，所述第二膜反应区内设有第二膜组件；所述第二膜组件中载体膜附着纳米金属；
8.所述第二膜反应区与所述第一膜反应区流体连通。
9.优选地，还包括如下技术特征中的一项：
10.1)所述第一膜反应区和所述第二膜反应区通过连通管道实现流体连通；
11.2)所述第一膜反应区和所述第二膜反应区通过一个以上导流隔墙实现流体连通，每个导流隔墙的一端设有过水孔(31)；
12.3)所述系统还包括回流管道，所述第二膜反应区经所述回流管道与所述第一膜反
应区流体连通；
13.4)所述系统还包括用于提供空气和/或氧气的第一供气管道单元，所述第一供气管道单元与所述第一膜组件连通；
14.5)所述系统还包括设于所述第一膜反应区内的溶解氧浓度检测器；
15.6)所述系统还包括设于所述第一膜反应区内的曝气单元；
16.7)所述系统还包括用于提供氢气的第二供气管道单元，所述第二供气管道单元与所述第二膜组件连通；
17.8)所述系统还包括设于所述第二膜反应区内的氢气浓度检测器；
18.9)所述系统还包括设于所述第二膜反应区内的总氮、氨氮和亚硝氮浓度的检测器。
19.更优选地，特征2)中，当两个以上导流隔墙实现流体连通时，相邻导流隔墙的过水孔在异端。
20.更优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：
21.31)特征3)中，所述系统还包括回流泵，所述回流泵设于所述回流管道上；
22.32)特征3)中，所述系统还包括回流阀门，所述回流阀门设于所述回流管道上；
23.41)特征4)中，所述系统还包括风机，所述风机与所述第一供气管道单元连通；
24.42)特征4)中，所述系统还包括第一供气阀门单元，所述第一供气阀门单元设于所述第一供气管道单元上；
25.43)特征4)中，所述第一供气管道单元包括第一供气第一管道和第一供气第二管道，所述第一供气第一管道和所述第一供气第二管道分别与所述第一膜组件的两端连通；
26.71)特征7)中，所述系统还包括气体发生器，所述气体发生器与所述第二供气管道单元连通；
27.72)特征7)中，所述系统还包括第二供气阀门单元，所述第二供气阀门单元设于所述第二供气管道单元上；
28.73)特征7)中，所述第二供气管道单元包括第二供气第一管道和第二供气第二管道，所述第二供气第一管道和所述第二供气第二管道分别与所述第二膜组件的两端连通。
29.进一步更优选地，特征43)中，所述系统还包括第一供气阀门单元，所述第一供气阀门单元包括第一供气第一阀门和第一供气第二阀门，所述第一供气第一阀门设于所述第一供气第一管道上，所述第一供气第二阀门设于所述第一供气第二管道上。
30.进一步更优选地，特征71)中，所述系统还包括气体发生阀门，所述气体发生器经所述气体发生阀门与所述第二供气管道单元连通。
31.进一步更优选地，特征73)中，所述系统还包括第二供气阀门单元，所述第二供气阀门单元包括第二供气第一阀门和第二供气第二阀门，所述第二供气第一阀门设于所述第二供气第一管道上，所述第二供气第二阀门设于所述第二供气第二管道上。
32.优选地，所述系统还包括控制单元，所述控制单元与选自所述溶解氧浓度检测器、所述氢气浓度检测器、所述总氮、氨氮和亚硝氮浓度的检测器、所述回流泵、所述回流阀门、所述第一供气阀门单元、所述第一供气第一阀门、所述第一供气第二阀门、所述第二供气阀门单元、所述第二供气第一阀门和所述第二供气第二阀门中的至少一项信号连接。
33.优选地，所述系统还包括进水口和出水口，所述进水口设于第一膜反应区的上部，
所述出水口设于第二膜反应区的上部。
34.更优选地，所述系统还包括溢流堰，所述溢流堰与所述出水口连通。
35.上述技术方案具有如下有益效果：
36.1)本实用新型可实现污水总氮去除率达到95％，稳定达到准四类排放标。
37.2)本实用新型适用水质范围广，占地紧凑，设备投资成本低。
38.3)本实用新型具有操作简便、自动化程度高及运行维护便利等优点。
39.4)本实用新型通过第二膜反应区的纳米催化作用影响微生物种群组成，污水中亚硝氮迅速被还原为氮气，亚硝氮的快速消耗会抑制亚硝酸盐氧化菌(nob)生长，促进第一膜反应区的氨氧化菌(aob)的生长，快速获得稳定短程硝化反硝化作用。微生物/纳米催化耦合能够快速获得稳定高效的短程硝化
‑
纳米催化反硝化作用，实现强化深度生物脱氮。
40.5)本实用新型系统可根据检测器的检测结果动态调控气体压力和内循环比，快速实现短程硝化反硝化。
附图说明
41.图1显示为本实用新型一种污水深度脱氮的系统示意图。
42.附图标记
[0043]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一膜反应区
[0044]
101
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第一膜组件
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第二膜反应区
[0046]
201
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第二膜组件
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导流隔墙
[0048]
31
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过水孔
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回流管道
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第一供气管道单元
[0051]
51
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第一供气第一管道
[0052]
52
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第一供气第二管道
[0053]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
溶解氧浓度检测器
[0054]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
曝气单元
[0055]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二供气管道单元
[0056]
81
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第二供气第一管道
[0057]
82
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第二供气第二管道
[0058]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
氢气浓度检测器
[0059]
10
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总氮、氨氮、硝态氮和亚硝氮中至少一种浓度的检测器
[0060]
11
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回流泵
[0061]
12
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回流阀门
[0062]
13
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风机
[0063]
141
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第一供气第一阀门
[0064]
142
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第一供气第二阀门
[0065]
15
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气体发生器
[0066]
161
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第二供气第一阀门
[0067]
162
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第二供气第二阀门
[0068]
17
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气体发生阀门
[0069]
18
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控制单元
[0070]
19
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进水口
[0071]
20
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出水口
[0072]
21
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溢流堰
具体实施方式
[0073]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0074]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0075]
此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0076]
一种污水深度脱氮的系统，如图1所示，包括：
[0077]
用于将待处理水体进行膜基微生物处理的第一膜反应区1，所述第一膜反应区1内设有第一膜组件101；所述第一膜组件101中载体膜附着微生物；
[0078]
用于将膜基微生物处理所得水体中亚硝氮还原为氮气的第二膜反应区2，所述第二膜反应区2内设有第二膜组件201；所述第二膜组件201中载体膜附着纳米金属；
[0079]
所述第二膜反应区2与所述第一膜反应区1流体连通。
[0080]
在一优选的实施方式中，所述第一膜反应区1和所述第二膜反应区2通过连通管道实现流体连通。
[0081]
在一优选的实施方式中，所述第一膜反应区1和所述第二膜反应区2通过一个以上导流隔墙3实现流体连通，每个导流隔墙3的一端设有过水孔31。
[0082]
在一优选的实施方式中，当两个以上导流隔墙3实现流体连通时，相邻导流隔墙的过水孔在异端。
[0083]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括回流管道4，所述第二膜反应区2经所述回流管道4与所述第一膜反应区1流体连通。
[0084]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括回流泵11，所述回流泵11设于所述回流管道4上。
[0085]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括回流阀门12，所述回流阀门12设于所述回流管道4上。
[0086]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括用于提供空气和/或氧气的第一供气管道单元5，所述第一供气管道单元5与所述第一膜组件101连通。
[0087]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括风机13，所述风机13与所述第一供气管道单元5连通。
[0088]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括第一供气阀门单元，所述第一供气阀门单元设于所述第一供气管道单元5上。
[0089]
在一优选的实施方式中，所述第一供气管道单元5包括第一供气第一管道51和第一供气第二管道52，所述第一供气第一管道51和所述第一供气第二管道52分别与所述第一膜组件101的两端连通；
[0090]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括第一供气阀门单元，所述第一供气阀门单元包括第一供气第一阀门141和第一供气第二阀门142，所述第一供气第一阀门141设于所述第一供气第一管道51上，所述第一供气第二阀门142设于所述第一供气第二管道52上。
[0091]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括设于所述第一膜反应区1内的溶解氧浓度检测器6。
[0092]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括设于所述第一膜反应区1内的曝气单元7。
[0093]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括用于提供氢气的第二供气管道单元8，所述第二供气管道单元8与所述第二膜组件201连通。
[0094]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括气体发生器15，所述气体发生器15与所述第二供气管道单元8连通。
[0095]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括气体发生阀门17，所述气体发生器15经所述气体发生阀门17与所述第二供气管道单元8连通。
[0096]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括第二供气阀门单元，所述第二供气阀门单元设于所述第二供气管道单元8上。
[0097]
在一优选的实施方式中，所述第二供气管道单元8包括第二供气第一管道81和第二供气第二管道82，所述第二供气第一管道81和所述第二供气第二管道82分别与所述第二膜组件201的两端连通。
[0098]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括第二供气阀门单元，所述第二供气阀门单元包括第二供气第一阀门161和第二供气第二阀门162，所述第二供气第一阀门161设于所述第二供气第一管道81上，所述第二供气第二阀门162设于所述第二供气第二管道82上。
[0099]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括设于所述第二膜反应区2内的氢气浓度检测器9。
[0100]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括设于所述第二膜反应区2内的总氮、氨氮和亚硝氮浓度的检测器10。该检测器可以同时检测总氮、氨氮和亚硝氮浓度，也可以包括三个检测单元，分别检测总氮浓度、氨氮浓度和亚硝氮浓度。
[0101]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括控制单元18，所述控制单元与选自所述溶解氧浓度检测器6、所述氢气浓度检测器9、所述总氮、氨氮、硝态氮和亚硝氮中至少一种浓度的检测器10、所述回流泵11、所述回流阀门12、所述第一供气阀门单元、所述第一供气第一阀门141、所述第一供气第二阀门142、所述第二供气阀门单元、所述第二供气第一阀门161和所述第二供气第二阀门162中的至少一项信号连接。
[0102]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括进水口19和出水口20，所述进水口19设于第一膜反应区1的上部，所述出水口20设于第二膜反应区2的上部。
[0103]
在一优选的实施方式中，所述系统还包括溢流堰21，所述溢流堰21与所述出水口20连通。
[0104]
使用时，待处理水体首先流经第一膜反应区，第一膜组件中载体膜附着微生物，供气气体为空气和/或氧气，微生物与污水中的含氮污染物充分接触，含氮污染物在微生物的作用下先是转化为氨氮，而后转化为亚硝态氮，由于本系统中第二膜反应区亚硝态氮(亚硝酸盐)还原速率显著高于第一膜反应区亚硝态氮(亚硝酸盐)氧化速率，因此本系统内几乎不产生硝态氮的积累。第一膜反应区内可设溶解氧浓度在线检测器，根据检测结果，系统自动调控空气和/或氧气供气压力，第一膜反应区内可设置曝气单元，用于定期冲刷第一膜组件中的载体膜。
[0105]
然后，处理后的水体再流经第二膜反应区，第二膜组件中载体膜附着纳米金属如钯，供气气体为氢气，在纳米钯/氢气催化作用下亚硝氮被快速还原为氮气，反应结束后排出，第二膜反应区内可设氢气浓度检测器，根据实时检测结果动态调控氢气供气压力，还可设置总氮、氨氮和亚硝氮浓度在线检测器，实时监控系统脱氮效果，同时系统根据检测结果动态调控第二膜反应区回流至第一膜反应区的流量(所述第二膜反应区经所述回流管道与所述第一膜反应区流体连通。)与待处理水体的进水流量的比值和氢气供气压力，快速有效实现污水深度脱氮。
[0106]
与常规污水生物处理工艺相比，本系统可实现污水经处理后总氮污染物去除率达95％。本实用新型具有污染物去除效果好、操作简便、能耗低等优点，可用于解决污水处理无法稳定达标排放的难题。
[0107]
实施例1
[0108]
实施例中所使用的污水深度脱氮的系统如图1所示，具体按下列步骤进行：
[0109]
(1)污水经预处理后，自第一膜反应区1上端进水口19排入污水深度脱氮的系统，进水总氮浓度为40mg/l；
[0110]
(2)污水进入污水深度脱氮的系统(微生物/纳米钯耦合)进行深度脱氮，首先流经第一膜反应区1，载体膜上微生物与污水中的含氮污染物充分接触并进行膜基微生物处理，以空气为供气气体，溶解氧浓度为1.5mg/l，气体供气压力为10psi，水力停留时间为8h，控制冲洗曝气冲刷强度为12l/(s
·
m2)，冲洗时间4min，频率为每月一次；检测溶解氧浓度，调控空气和/或氧气供气压力：若水体内溶解氧浓度>2mg/l，则降低空气和/或氧气供气压力，降低梯度为1psi，若水体中溶解氧浓度≤0.5mg/l，则增加空气和/或氧气供气压力，增加梯度为1psi；
[0111]
(3)污水自第一膜反应区1的三个导流隔墙3和三个过水孔31流入第二膜反应区2，在纳米钯/氢气催化作用下膜基微生物处理所得水体中亚硝氮被快速还原为氮气，第二膜
反应区氢气供气压力设置为5psi，水力停留时间为4h；检测氢气浓度，调控氢气供气压力：若氢气检测器能够检测到氢气浓度，则降低氢气供气压力，降低梯度为1psi；
[0112]
(4)将步骤3)获得水体的部分上层清液回流至步骤2)进行膜基微生物处理，回流至步骤2)进行膜基微生物处理的流量与污水进入污水深度脱氮的系统的流量的比值为5：1，在第二膜反应区2上端设置氨氮、总氮亚硝氮在线检测器，实时监控系统脱氮效果；检测亚硝氮浓度，调控氢气供气压力：在检测氢气浓度为零的条件下，若亚硝氮浓度高于10mg/l，则适当增加氢气供气压力，增加梯度为0.5psi；检测总氮和氨氮浓度，调控回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值：若总氮浓度大于10mg/l，或者氨氮浓度大于1.5mg/l，则增加回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度增加。若总氮浓度小于5mg/l，并且氨氮浓度小于0.5mg/l，则适当减小回流至步骤1)进行膜基微生物处理的流量与待处理水体的进水流量的比值，以待处理水体进水流量的0.5倍为梯度减少；
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(5)出水从溢流堰排水，测得出水氨氮浓度为0.5mg/l，总氮浓度为2mg/l，总氮去除率为95％。
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上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。