CN101139134A - 一种对高氨氮低c/n比的废水处理工艺及用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种对高氨氮低C/N比的废水处理工艺及用途，该工艺采用“预处理+固定化微生物－曝气生物滤池组合工艺”。废水首先进入组合工艺的S段，去除废水中的大部分悬浮物和部分COD，防止废水中的悬浮物堵塞IBAF中的滤料，保证后续IBAF工艺的稳定运行。S段的出水进入IBAF生物处理工艺，去除废水中的大部分氨氮和COD，出水可直接外排或经适当深度处理后回用。本发明优点是：与传统的处理工艺相比，S－IBAF工艺简单、脱氮效果好、占地面积小、运行费用低、污泥产量少且运行管理方便。本发明用途是：不但对合成氨和氮肥工业废水、煤制甲醇工业废水、皮革废水、食品行业的玉米深加工、味精工业等废水处理及改造具有独特效果，而且也适用于其它高氨氮低C/N比废水的处理和回用。

Description

一种对高氨氮低C/N比的废水处理工艺及用途
技术领域
本发明涉及废水处理领域，更具体地说，是涉及一种用于对高氨氮低C/N比废水进行处理的方法及用途，具体行业包括合成氨和氮肥工业废水、煤制甲醇工业废水、皮革废水、食品行业(如玉米深加工、味精工业等)废水处理及改造等。
背景技术
目前氨氮废水的处理方法有物理法、化学法和生物法等。物理方法有反渗透、蒸馏、土壤灌溉；化学法有离子交换法、空气吹脱、化学沉淀法、折点氯化法、电渗析、电化学处理、催化裂解。由于物理和化学方法存在运行费用高等特点，其应用仅限于部分行业和领域，目前大部分脱氮工艺以生物处理为主或生物处理和物理化学方法相结合。在生物脱氮方面，目前采用的生物方法有多种形式，其中主要有以下几个方面的脱氮技术。
传统硝化反硝化
传统硝化反硝化工艺脱氮处理过程，包括硝化和反硝化两个阶段。在将有机氮转化为氨氮的基础上，硝化阶段是将污水中的氨氮氧化为亚硝酸盐氮或硝酸盐氮的过程；反硝化阶段是将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原成氮气的过程。只有当废水中的氮以亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的形态存在时，仅需反硝化一个阶段。A/O、SBR、CASS、MBR、氧化沟等工艺就属于传统脱氮工艺，都可实现生物硝化和反硝化。尽管传统硝化反硝化工艺脱氮在废水脱氮方面起到了一定的作用，但仍存在以下问题：①硝化菌群增殖速度慢且难以维持较高生物浓度，特别是在低温冬季。因此造成系统总水力停留时间(HRT)长，有机负荷较低，增加了基建投资和运行费用；②硝化过程是在有氧条件下完成的，需要大量的能耗；③反硝化过程需要一定的有机物，废水中的COD经过曝气有一大部分被去除，因此反硝化时往往要另外加入碳源(例如甲醇)；④系统为维持较高生物浓度及获得良好的脱氮效果，必须同时进行污泥回流和硝化液回流，增加了动力消耗及运行费用；⑤抗冲击能力弱，高浓度氨氮和亚硝酸盐进水会抑制硝化菌的生长；⑥为中和硝化过程产生的酸度，需要加碱中和，增加了处理费用。由于传统硝化反硝化具有一些弊端，国内外一些学者研究的热点集中在如何改进传统的硝化反硝化工艺。近年来研究成果主要有短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、同时硝化反硝化、反硝化除磷等，以下将就这些问题做简单的论述。
短程硝化反硝化
短程硝化反硝化又称亚硝化反硝化，把硝化反应过程控制在氨氧化产生NO2-的阶段，阻止NO2 -进一步氧化，直接以NO2 -作为菌体呼吸链氢受体进行反硝化。此过程减少了亚硝酸盐氧化成硝酸盐，然后硝酸盐再还原成亚硝酸盐两个反应的发生，降低了需氧量、反硝化过程中有机碳的投入量，降低了能耗和运行费用。短程硝化反硝化与传统的生物脱氮相比具有以下优点：①对于活性污泥法，可以节省25％的供氧量，降低能耗；②节省反硝化所需碳源40％，在C/N一定的情况下可提高总氮(TN)的去除率；③减少污泥量可达50％；④减少碱耗；⑤提高反应速率，缩短反应时间，减少反应器容积。实现短程硝化与反硝化的关键是抑制硝化菌的活性而使NO2 -得到累积。影响硝化菌活性及NO2 -累积的因素有自由氨、pH、DO、温度等。
完全的短程硝化反硝化尚处于机理研究阶段，由于受控制条件限制，目前在应用上尚处于实验室研究或小试阶段，在工程应用上目前尚无报道。
同时硝化反硝化
传统硝化反硝化生物脱氮法认为硝化过程在好氧条件下由自养菌完成，反硝化过程在厌/缺氧条件下由异养菌完成，两个过程条件的要求不同，一般不能同时发生，只能序列式进行。一些研究表明：生物脱氮过程中硝化过程不仅由自养菌完成，某些异养菌也可以参与；某些微生物在好氧条件下可以同时进行硝化和反硝化。因而，硝化过程和反硝化过程可以在同一反应器中、相同操作条件下同时发生，并能达到两个过程的动力学平衡，即同时硝化反硝化(Simultaneous Nitrification-Denitrification，简称SND)，这将大大简化生物法脱氮工艺。与传统硝化反硝化生物脱氮法相比，SND过程具有以下优点：
(1)硝化过程和反硝化过程可以在一个反应器内同时进行，则可节省更多的占地面积；(2)避免NO2 -氧化成NO3 -及NO3 -再还原成NO2 -这两个多余的反应，从而可节省约25％的O2和40％以上的补充碳源；(3)碱度消耗减少。
厌氧氨氧化
厌氧氨氧化(Anaerobic ammonia oxidation，简称ANAMMOX)是指在厌氧条件下，以Planctomycetalessp为代表的微生物直接以NH4 +为电子供体，以NO2 -或NO3 -为电子受体，将NH4 +、NO2 -或NO3 -转变成N2的生物氧化过程。该过程利用独特的生物机体以硝酸盐作为电子供体把氨氮转化为N2，最大限度的实现了N的循环厌氧硝化，这种耦合的过程对于从厌氧硝化的废水中脱氮具有很好的前景，对于高氨氮低COD的污水由于硝酸盐的部分氧化，大大节省了能源。目前推测厌氧氨氧化有多种途径。其中一种是羟氨和亚硝酸盐生成N2O的反应，而N2O可以进一步转化为氮气，氨被氧化为羟氨。另一种是氨和羟氨反应生成联氨，联氨被转化成氮气并生成4个还原性[H]，还原性[H]被传递到亚硝酸还原系统形成羟氨。第三种是：一方面亚硝酸被还原为NO，NO被还原为N2O，N2O再被还原成N2；另一方面，NH4 +被氧化为NH2OH，NH2OH经N2H4，N2H2被转化为N2。厌氧氨氧化工艺的优点：可以大幅度地降低硝化反应的充氧能耗；免去反硝化反应的外源电子供体；可节省传统硝化反硝化反应过程中所需的中和试剂；产生的污泥量极少。厌氧氨氧化的不足之处是：到目前为止，厌氧氨氧化的反应机理、参与菌种和各项操作参数不明确。
综上所述，氨氮去除方法有多种，不同方法有各自的优势与不足之处，有时需要采取多种技术的联合处理，才能取长补短达到较好的处理效果。而且由于不同废水性质上的差异，我们必须针对不同工业废水的性质，以及它所含的成分进行深入系统的研究，选择和确定处理技术及其工艺。与此同时，我们还要尽可能的选择高效、经济、稳定的方法处理氨氮废水，避免二次污染。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，而提供了一种新型的高氨氮低C/N比废水处理组合工艺。
本发明目的可以通过如下措施来实现：采用“预处理+固定化微生物-曝气生物滤池组合工艺”(以下简称S-IBAF组合工艺)处理高氨氮低C/N比废水。高氨氮低C/N比废水首先进入组合工艺的S段，在此去除废水中的大部分悬浮物(SS)和部分COD，防止废水中的SS堵塞IBAF中的滤料，以保证后续IBAF工艺的稳定运行。S段的出水进入IBAF生物处理工艺单元，在此去除废水中的大部分氨氮和COD，其出水可直接外排或经适当深度处理后回用。
其中：
在S段预处理阶段，采用曝气预氧化、沉淀或气浮工艺，通过强化预处理，使得废水中的大部分SS得以去除，防止废水中SS堵塞后段IBAF工艺中的滤料，确保IBAF生物处理工艺的连续稳定运行。
在IBAF段，采用固定化微生物-曝气生物滤池可去除废水中大部分的氨氮和COD，其出水可直接外排或经深度处理后回用。
在IBAF段，通过调节各段IBAF水体中的溶解氧，形成好氧-缺氧-好氧的工艺条件，并通过在缺氧进水前端补充适量有机碳源，可实现氨氮和总氮的同时去除；好氧段溶解氧为3-5mg/l；缺氧段溶解氧为0.5-1.0mg/L；氨氮去除率为90-99％，总氮去除率为70-85％。
IBAF中采用固定化微生物技术，使用了高效悬浮大孔载体(CN2004100625771)，其中所采用的微生物为工程菌，工程菌群的原始菌种由美国的BIC-SYSTEMS公司提供，其网址如下http://www.biobugs.com。
IBAF中的高效悬浮大孔载体装填在多面空心球内，可增加传质效果、提高氧气利用率、防止沟流、降低大孔载体的磨损率，同时，由于IBAF池中装填多面空心球，可有效防止滤池堵塞，确保工艺的连续稳定运行。
IBAF中的多面空心球为聚丙烯材料，其直径在50-150mm之内，球表面网格距离为5-10mm。
本组合工艺不但对合成氨和氮肥工业废水、煤制甲醇工业废水、皮革废水、食品行业(如玉米深加工、味精工业等)废水处理及改造具有独特效果，而且也适用于其它高氨氮低C/N比废水的处理和回用。
本发明与传统工艺相比具有如下优点：整体工艺简单、脱氮效果好、可实现氨氮和总氮的同时去除、占地面积小、运行费用低、污泥产量少、无臭味、不需要频繁的反冲洗、运行管理方便等；而且，S-IBAF组合工艺可以与废水回用处理工艺(如反渗透脱盐)实现高效耦合，特别适合将来废水回用处理中膜技术的预处理工艺，实现水资源的循环利用和企业污水“零排放”，达到节能减排的目的。
附图说明
图1：本发明的工艺流程图
图中说明：
——————      水路
------------      泥路
气路
具体实施方式
下面列举3个实施例，结合附图，对本发明加以进一步说明，但本发明不只限于这3个实施例。
实施例1
某淀粉厂以玉米为原料生产优质淀粉，日排放污水量1300m3/d，现有的污水处理工艺为“UASB(厌氧)+SBR(好氧)+生物接触氧化”。UASB工艺运行稳定，处理效果较好。在进水COD为8000-12000mg/L时，出水COD一般为800mg/L左右，SBR的出水COD为300-400mg/L，但接触氧化工艺的运行效果较差，出水COD≥180mg/L，NH3-N超标严重，无法达到相关出水排放标准。采用以S-IBAF为主体工艺在现场进行小试实验，实验进水流量为4L/h，IBAF反应罐的有效体积为80L，水力停留时间为20h，载体装填量为60％(高效载体堆积体积为48L)，接种微生物为工程菌。实验进水为该淀粉厂污水处理车间出水，进水COD浓度为198.0mg/L至241.0mg/L，出水COD浓度为36.0mg/L至47.0mg/L；进水NH3-N浓度为246.0mg/L至432.0mg/L，出水NH3-N浓度为1.1mg/L至3.8mg/L。
实施例2
某味精厂以玉米淀粉为原料生产味精，日排放污水量8000m3/d，现有的污水处理工艺为“UASB(厌氧)+SBR(好氧)”。SBR的出水COD为100-200mg/L，NH3-N超标严重，无法达到相关出水排放标准。采用以S-IBAF为主体工艺在现场进行小试实验，实验进水流量为4L/h，IBAF反应罐的有效体积为60L，水力停留时间为15h，载体装填量为60％(高效载体堆积体积为36L)，接种微生物为工程菌，实验进水为污水处理厂出水，进水为COD浓度在104.0mg/L至164.0mg/L，出水COD浓度在13.71mg/L至35.78mg/L；进水NH3-N浓度在154.3mg/L至361.6mg/L，出水NH3-N浓度在0.01mg/L至0.21mg/L。
实施例3
某化工有限公司是河北省最大的小氮肥企业，主要产品生产能力为年产合成氨13.5万吨、尿素20万吨、甲醇3万吨，企业在生产过程中，每天排放高氨氮终端废水约2000m3。采用S-IBAF组合工艺进行终端废水处理，预处理工艺为辐流式沉淀池，IBAF有效容积为2250m3，水力停留时间为27h，载体装填量为53％(高效载体堆积体积为1200m3)，接种微生物为工程菌。截止2007年8月初已连续稳定运行3个月，在进水CODcr为500-800mg/L、BOD5为300-500mg/L、SS为300-1000mg/L、NH3-N为500-700mg/L情况下，出水水质中CODcr为81-108mg/L、BOD5为8-15mg/L、SS为40-70mg/L、NH3-N为4.8-12mg/L，可连续稳定达到《合成氨工业水污染物排放标准》(GB13458-2001)中一级排放标准。
由上述实例可以看到，本发明对于不同水质的高氨氮低C/N比废水，均具有良好的处理效果，最终出水可达到污水综合排放标准中的一级或二级排放标准(GB8978-1996)；而且，由于S-IBAF出水氨氮浓度很低，在此基础上组合适当的深度处理工艺，出水完全可以满足相关回用水的水质要求，实现废水资源化，达到企业节能减排的目的。

Claims (9)

1.一种对高氨氮低C/N比的废水处理工艺，其特征在于：采用“S-IBAF组合工艺”对高氨氮低C/N比废水进行处理；其中S段代表预处理单元，IBAF段代表固定化微生物-曝气生物滤池单元；在S段预处理阶段，采用曝气预氧化、沉淀或气浮工艺，通过强化预处理，使得废水中的大部分悬浮物SS得以去除，防止废水中悬浮物SS堵塞后段IBAF工艺中的滤料，确保IBAF生物处理工艺的连续稳定运行。
2.按照权利要求1所述的对高氨氮低C/N比的废水处理工艺，其特征在于：在IBAF段，采用固定化微生物-曝气生物滤池可去除废水中大部分的氨氮和COD，其出水可直接外排或经深度处理后回用。
3.按照权利要求1所述的对高氨氮低C/N比的废水处理工艺，其特征在于：在IBAF段，通过调节各段IBAF水体中的溶解氧，形成好氧-缺氧-好氧的工艺条件，并通过在缺氧进水前端补充适量有机碳源，可实现氨氮和总氮的同时去除；好氧段溶解氧为3-5mg/l；缺氧段溶解氧为0.5-1.0mg/L；氨氮去除率为90-99％，总氮去除率为70-85％。
4.按照权利要求2所述的对高氨氮低C/N比的废水处理工艺，其特征在于：IBAF中采用固定化微生物技术，使用了高效悬浮大孔载体。
5.按照权利要求2所述的对高氨氮低C/N比的废水处理工艺，其特征在于：IBAF中采用固定化微生物技术，其中所采用的微生物为工程菌。
6.按照权利要求4所述的对高氨氮低C/N比的废水处理工艺，其特征在于：高效悬浮大孔载体装填在多面空心球内，可增加传质效果、提高氧气利用率、防止沟流、降低大孔载体的磨损率，同时，由于IBAF池中装填多面空心球，可有效防止滤池堵塞，确保工艺的连续稳定运行。
7.按照权利要求6所述的对高氨氮低C/N比的废水处理工艺，其特征在于：多面空心球为聚丙烯材料，其直径在50-150mm之内，球表面网格距离为5-10mm。
8.按照权利要求1所述的对高氨氮低C/N比的废水处理工艺，其特征在于：高氨氮低C/N比的废水处理工艺与废水回用处理工艺如反渗透脱盐实现高效耦合，适合废水回用处理中膜技术的预处理工艺，实现水资源的循环利用和企业污水零排放。
9.由权利要求1所述的对高氨氮低C/N比的废水处理工艺的用途，本组合工艺不但对合成氨和氮肥工业废水、煤制甲醇工业废水、皮革废水、食品行业的玉米深加工、味精工业废水处理及改造具有独特效果，而且也适用于其它高氨氮低C/N比废水的处理和回用。
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Assignor: Beijing Gaiya Techn Center Co., Ltd.

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Denomination of invention: Wastewater treatment process and application for high ammonia nitrogen low C/N ratio

Granted publication date: 20091028

License type: Exclusive License

Record date: 20140318

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Contract record no.: 2014110000011

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