CN100526233C - 一种垃圾渗滤液厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾渗滤液厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮的方法。该方法先将待处理垃圾废水和含硝氮水混合，使待处理废水成为含有COD、NH₄ ⁺、NO₂ ^-和NO₃ ^-的有机废水，然后将有机废水进入引入活性污泥和垃圾渗滤液进行厌氧氨氧化菌和反硝化菌富集与驯化的厌氧污泥床，对有机废水中的COD、NH₄ ⁺、NO₂ ^-或NO₃ ^-通过厌氧氨氧化菌与反硝化菌的协同作用，同步去脱COD、氨氮和硝氮，厌氧污泥床处理废水的温度控制为26～36℃。本发明在有机环境下，可成功实现厌氧氨氧化反应的同时，也成功实现反硝化反应，使多余的硝态氮通过反硝化变成氮气，既完全脱除了氮，又可去除一部分COD，具有重要的工程应用价值。

Description

一种垃圾渗滤液厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮的方法

技术领域

本发明涉及一种垃圾渗滤液厌氧氨氧化与反硝化协同作用脱氮方法，具体是采用改进的厌氧污泥床反应器，通过垃圾渗滤液同时好氧厌氧活性污泥驯化后，直接将垃圾填埋渗滤液通入生物反应器，通过微生物体系的厌氧氨氧化与反硝化协同作用，来促进生物反应器中的厌氧氨氧化去除NH₄ ⁺和NO₂ ^-，并通过反硝化作用去除厌氧氨氧化产生的NO₃ ^-和有机污染物(COD)。

背景技术

1977年，Broda根据热力学反应自由能计算，推测自然界中可能存在两种自养微生物可以将NH₄ ⁺氧化成N₂。1994年，Mulder等人发现荷兰Deflt大学一个污水脱氮流化床反应器存在NH₄ ⁺消失，且随NH₄ ⁺和NO₃ ^-的消耗，有N₂生成。因为氨氮是在厌氧条件下被氧化，因此被称作厌氧氨氧化(ANAMMOX-Anaerobic AMoniaOxidation)。随后的试验通过N平衡和氧化还原平衡证实发生了以NH₄ ⁺作电子供体、NO₃ ^-为电子受体的氧化还原反应，从而证实了Broda的推测。

迄今，国外及国内有关ANAMMOX反应过程的研究文献有数十篇，见报道的计量方程式由Vander Heijiden等人于1994年通过对近200天的ANAMMOX试验数据进行衡算得到，如式(1)所示：

NH₄ ⁺+1.32NO₂ ^-+0.0066HCO₃ ^-+0.13H⁺→0.0066CH₂O_0.5N_0.15+1.02N₂↑

                              +0.26NO₃ ^-+2.03H₂O           (1)

式中，CH₂O_0.5N_0.15为ANAMMOX菌的细胞分子式(经验式)。

发明人采用自创的电子计量学方法，以NH₄ ⁺为电子供体、以NO₂ ^-为电子受体，设ANAMMOX菌的细胞分子式为C_αH_βO_εN_δ，设电子供体用于细胞合成的分量为f_s合成氮源为NO₂ ^-，推导出厌氧氨氧化反应的电子计量方程式为：

与传统的硝化反硝化工艺或同时硝化反硝化工艺相比，厌氧氨氧化具有突出的优点。主要表现在：(1)无需外加有机物作电子供体，既可节省费用，又可防止二次污染；(2)硝化反应每氧化1mol NH₄ ⁺耗氧2mol，而在厌氧氨氧化反应中，每氧化1molNH₄ ⁺只需要0.75mol氧，耗氧下降62.5％(不考虑细胞合成时)，所以，可使耗氧能耗大为降低；(3)传统的硝化反应氧化1molNH₄ ⁺可产生2molH⁺，反硝化还原1molNO₃ ^-或NO₃ ^-将产生1molOH^-，而厌氧氨氧化的生物产酸量大为下降，产碱量降至为零，可以节省可观的中和试剂。

反硝化反应是在厌氧条件下，反硝化菌以有机物(含氮有机物C_aH_bO_cN_d、碳氢化合物C_aH_bO_c、有机酸C_aH_bO_c ^-等)为电子供体，以NO₃ ^-、NO₂ ^-为电子受体，将硝态氮最终转变为N₂的过程。其电子计量学反发应通式为：

反应需要的COD/N比分别为：

$\frac{\mathrm{COD}}{N-{\mathrm{NO}}_3}=\frac{2.86}{1-1.628Y}---\left(5\right)$

$\frac{\mathrm{COD}}{N-{\mathrm{NO}}_2}=\frac{1.714}{1-1.628Y}---\left(6\right)$

迄今，国内外研究ANAMMOX生物脱氮大多用氨盐和亚硝酸盐人工配水进行小规模试验，取得成功和较高的处理效率，但由于实际的含氮废水大都含有有机污染物，且用NH₄ ⁺和NO₂ ^-配水进行的ANAMMOX过程均会产生一定量的NO₃ ^-，所以，在有机环境下，可能同时存在厌氧氨氧化与反硝化两种主要的厌氧脱氮反应。

通过对ANAMMOX反应与反硝化反应的电子计量学分析可知：ANAMMOX反应消耗无机碳源CO₂，并产生一定量的NO₃ ^-；而反硝化反应消耗有机碳源(COD)，但产生CO₂，可为ANAMMOX反应提供一定的碳源，有利于ANAMMOX的进行。因此，如能在同一反应器系统中实现厌氧氨氧化与反硝化脱氮的协同作用，则对生物脱氮新技术的开发具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对国内外厌氧氨氧化研究主要限于用氨盐和亚硝酸盐人工配水进行小规模试验的缺点，提供一种垃圾渗滤液厌氧氨氧化与反硝化协同作用脱氮方法。

为达到上述发明目的，本发明采取了如下技术方案：

一种垃圾渗滤液厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮的方法：先将待处理垃圾废水和含硝氮水混合，使待处理废水成为含有COD、NH₄ ⁺、NO₂ ^-和NO₃ ^-的有机废水，然后将有机废水进入引入活性污泥和垃圾渗滤液进行厌氧氨氧化菌和反硝化菌富集与驯化的厌氧污泥床，对有机废水中的COD、NH₄ ⁺、NO₂ ^-或NO₃ ^-通过厌氧氨氧化菌与反硝化菌的协同作用，同步去脱COD、氨氮和硝氮，厌氧污泥床处理废水的温度控制为26～36℃。

先对于现有技术本发明具有的优点：

本发明向生物反应器中加入活性污泥和垃圾渗滤液配制的废水，与迄今国内外已有报道的技术明显不同的是：现有技术研究的废水基本不含有机物，而本发明的试验用水含有大量有机物-COD(这样更能符合环境工程的实际要求)。本发明采用特殊处理的污泥驯化，在有机环境下，在厌氧污泥床反应器中可以实现了垃圾渗滤液的厌氧氨氧化与反硝化的协同作用。在厌氧氨氧化活性稳定阶段(120d开始)，氨氮和亚硝氮的平均去除率分别为94.79％和98.17％；COD最高去除率可达51.68％，在厌氧氨氧化活性稳定阶段，COD平均去除率为23.51％，相应的平均容积去除负荷分别为84.53mg/(L.d)。进入稳定运行阶段后，在第19日到第57日，亚硝氮去除量和氨氮去除量的比值在2.77～7.67之间波动，平均比值为4.17，比文献报道的1.32大为增加，说明存在较强的反硝化反应。在第58日到第125日，亚硝氮去除量和氨氮去除量的比值在1.17～3.28之间波动，平均比值为2.03，仍高于文献报道的1.32，存在一定的反硝化反应。在第128日到第202日，亚硝氮去除量和氨氮去除量的比值在1.22到1.64之间波动，平均比值为1.37，与文献报道的无机环境下的1.32相当接近。说明在有机环境下，厌氧氨氧化反应器可成功实现厌氧氨氧化反应的同时，也成功实现反硝化反应，使多余的硝态氮通过反硝化变成氮气，既完全脱除了氮，又可去除一部分COD。解决了国际上在该领域的难题，具有重要的工程应用价值。

附图说明

图1为本发明所用的厌氧污泥床生物反应器结构示意图与流程；

图2为本发明所用方法对氨氮的快速去除效果；

图3为本发明所用方法对NO₂ ^--N的去除效果；

图4为本发明所用方法对NO₂ ^--N的NO₂ ^--N/NH₄ ⁺-N比变化情况；

图5为本发明所用方法对垃圾废水COD的去除效果。

具体实施方式

以下结合说明书附图来对本发明作进一步说明，但本发明所要求保护的范围并不局限于具体实施方式中所描述的范围。

本发明采用的试验装置如附图1所示，厌氧氨氧化反应器包括圆筒形的反应器筒体1，筒体1内的下部设有厌氧污泥床2，筒体1底部有进水口7、进水口7通过泵6与配水池5连通，筒体上部设有出水口3，厌氧氨氧化反应器外侧，位于厌氧污泥床2周围设置恒温控制系统4。该装置改成圆形，并在上部取消三相分离器，在厌氧污泥床外部设置了恒温控制系统。厌氧污泥床2是向反应器中加入活性污泥和垃圾渗滤液，通过厌氧驯化，培养厌氧氨氧化菌和反硝化菌所得。

试验废水取自广东某垃圾填埋场投配池，为缓解立即配水对活性污泥的冲击，在第18日前采用填埋场渗滤液及其SBR反应池(1500m³)出水混合作为厌氧氨氧化反应器进水，使之既含有NH₄ ⁺，又含有COD和NO₂ ^-与NO₃ ^-，第19日后以自来水稀释垃圾渗滤液至反应器适宜氨氮浓度，配以适量的亚硝酸钠以提供厌氧氨氧化所需的电子受体。该试验采取低浓度、低负荷的启动方法进行驯化，厌氧污泥床处理废水的温度控制为30℃，运行了203天，反应器启动与运行结果如图2-5所示。

污泥取自广东某垃圾填埋场处理渗滤液的同时好氧厌氧处理活性污泥。此污泥为红褐色，普通光学显微镜镜检显示污泥结构细碎，有钟虫、楯纤虫和轮虫，丝状菌少。MLSS为15.4g/L，接种量为1-3L，为反应器有效容积的65％。

实施效果：

1、厌氧氨氧化反应的脱氮效果

附图2、图3显示：在厌氧氨氧化活性稳定阶段(120d开始)，氨氮和亚硝氮的平均去除率分别高达94.79％和98.17％。说明生物反应器内出现了明显的厌氧氨氧化现象。由图4可见，进入稳定运行阶段后，在第19日到第57日，亚硝氮去除量和氨氮去除量的比值在2.77～7.67之间波动，平均比值为4.17，比文献报道的1.32大为增加，说明存在较强的反硝化反应。在第58日到第125日，亚硝氮去除量和氨氮去除量的比值在1.17～3.28之间波动，平均比值为2.03，仍高于文献报道的1.32，存在一定的反硝化反应。在第128日到第202日，亚硝氮去除量和氨氮去除量的比值在1.22到1.64之间波动，平均比值为1.37，与文献报道的无机环境下的1.32相当接近。

2、反硝化脱氮反应

图5显示：试验过程中，COD最高去除率可达51.68％，整个反应的平均去除率仅为26.28％。，在厌氧氨氧化活性稳定阶段，COD平均去除率为23.51％，相应的平均容积去除负荷分别为110.50mg/(L.d)和84.53mg/(L.d)。说明在有机环境下，厌氧氨氧化反应器可成功实现厌氧氨氧化反应的同时，也成功实现反硝化反应，使多余的硝态氮通过反硝化变成氮气，既完全脱除了氮，又可去除一部分COD。解决了国际上在该领域的难题，具有重要的工程应用价值。

Claims (2)

1、一种垃圾渗滤液厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮的方法，其特征在于先将待处理垃圾渗滤液和含硝氮水混合，使待处理垃圾渗滤液成为含有COD、NH₄ ⁺、NO₂ ^-和NO₃ ^-的有机废水，然后将有机废水引入活性污泥和垃圾渗滤液进行厌氧氨氧化菌和反硝化菌富集与驯化的厌氧污泥床，配以适量的亚硝酸钠以提供厌氧氨氧化所需的电子受体，对有机废水中的COD、NH₄ ⁺、NO₂ ^-和NO₃ ^-通过厌氧氨氧化菌与反硝化菌的协同作用，同步去脱COD、氨氮和硝氮，厌氧污泥床处理有机废水的温度控制为26～36℃。

2、根据权利要求1所述的垃圾渗滤液厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮的方法，其特征在于厌氧污泥床处理废水的温度控制为30℃。

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