CN101357806B

CN101357806B - 禽畜养殖废水亚硝化-厌氧氨氧化处理方法及设备

Info

Publication number: CN101357806B
Application number: CN200810198364XA
Authority: CN
Inventors: 黄瑞敏; 林德贤; 秦四海; 罗刚
Original assignee: GUANGZHOU JIAJING WATER TREATMENT TECHNICAL ENGINEERING Co Ltd; South China University of Technology SCUT
Current assignee: GUANGZHOU JIAJING WATER TREATMENT TECHNICAL ENGINEERING Co Ltd; South China University of Technology SCUT
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2028-09-05
Also published as: CN101357806A

Abstract

本发明公开了一种禽畜养殖废水亚硝化-厌氧氨氧化处理方法及设备，该处理方法先将废水中的部分氨氮在好氧菌的作用下转化为NO₂ ^-，然后在Anammox自养菌的作用下废水中的氨氮和生成的NO₂ ^-发生化学反应，生成氮气而从水中脱离。设备包括一容器，容器分为上下两层，上层装有软性填料，为好氧生物膜生长黏附的场所，下层装有陶粒，在其上生长厌氧生物膜，厌氧滤层底部设有穿孔隔板，隔板下方设有取样口、温度计；好氧生物膜与厌氧滤层之间有间隙，并设有曝气管，所述容器顶部设有进水口，底部设有出水口。本发明可节省供气量25％左右，节省动力消耗；缩短水力停留时间，减少设备的体积；具有良好的沉降性能和较高的生物相浓度。

Description

禽畜养殖废水亚硝化-厌氧氨氧化处理方法及设备

技术领域

本发明涉及到高氨氮、低C/N比的工业废水处理技术，具体涉及一种亚硝化-厌氧氨氧化处理方法及设备。

背景技术

亚硝化-厌氧氨氧化：2001年Van Dongen U.(Van Dongen，M.S.M.Jetten，M.C.MVan Loosdrecht.The SHARON-ANAMMOX process for treatment of ammonium richwastewater[J].Wat.Sci.Tech.，2001，44(1):153-160)等人以荷兰鹿特丹污水处理厂的污泥上清液作为组合工艺的进水，SHARON反应器采用CSTR形式，体积为10L，污泥停留时间等于水力停留时间，均为1d。ANAMMOX反应器采用颗粒污泥SBR形式。试验结果表明，在氮负荷为1.2kgN/(m³·d)时SHARON反应器中53％NH₄ ⁺被氧化成NO₂ ^-，且无NO₃ ^-生成。ANAMMOX反应器能去除所有的NO₂ ^--N。在试验期间氮负荷可达0.75kgN/(m³·d)。在氮负荷为1.2kgN/(m³·d)时超过80％的NH₄ ⁺被转化为N₂。

叶建锋(叶建锋，何校初，陈峰.亚硝酸型硝化—厌氧氨氧化工艺运行性能的研究[J].工业水处理，2006，26(7)：19-22)等人均以总容积2.5L的透明玻璃放水瓶作为亚硝酸盐硝化反应器和厌氧氨氧氧化反应器，在两个反应器成功启动的基础上，得出反应器容积负荷率过大时，厌氧氨氧化反应器的去除能力未能同步的得到提高；脱氮系统总的NH₄ ⁺-N平均去除率达95％以上，系统的容积氨氮去除率为20.1mg/(L·d)，有机物的总去除率稳定在90％左右。

吴永明(吴永明.亚硝化一厌氧氨氧化联合工艺及其处理高氨氮废水的研究[D].长沙:湖南大学环境科学与工程系，2005)以总容积3.25L的连续完全混合反应器(CSTR)作为亚硝化反应器，总容积为2.5L的三角玻璃锥形瓶作为厌氧氨氧化反应器，恒温水浴自动控制反应器温度，组成亚硝化—厌氧氨氧化联合工艺，在进水氨氮浓度约为600mg/L的情况下，出水的氨氮、亚硝态氮、硝态氮平均浓度分别为40mg/L、27mg/L、56.5mg/L，氨氮平均去除率为93.3％，总无机氮平均去除率为79.2％。

卢俊平(卢俊平.亚硝化一厌氧氨氧化生物脱氮工艺研究[D].北京：中国农业大学资源与环境学院，2005)用有机玻璃制成高1.6m，直径9.25cm，总有效容积61L的亚硝化反应器，用CSTR反应器作为厌氧氨氧化反应器，对亚硝化—厌氧氨氧化生物脱氮工艺进行了研究，试验研究结果表明，以纯氨氮人工配水为处理对象，在TN容积负荷为0.358kg/(m3·d)的条件下，亚硝化一厌氧氨氧化组合工艺成功实现了高氨氮废水高效生物脱氮。试验运行期间，最高NH₄ ⁺-N、TN去除率分别为99.9％、90.8％，平均NH₄ ⁺-N、TN去除率分别为96.1％、76.1％。组合工艺的脱氮效率受限于前级亚硝化反应器NH₄ ⁺、NO₂ ^-出水浓度比例。当厌氧氨氧化反应比例控制在[0.62，0.77]区间时，组合工艺的脱氮效率为60％左右；当反应比例控制在[0.77，1.33]区间时，组合工艺的脱氮效率为80％左右。

传统厌氧氨氧化反应器具有结构相对复杂，有的采用UASB及EGSB反应器，装有复杂的三相分离系统，而本发明采用厌氧生物滤池作为厌氧氨氧化的载体，具有生物量大，废水与微生物接触充分等优点；传统的厌氧氨氧化反应器采用专一厌氧形式，而本发明采用厌氧与好氧相结合的方式，好氧接触作为氨氮被氧化为NO₂ ^-途径，有利于亚硝酸盐的积累，去除效率高；氧传递效率高，曝气量小，运行成本低；且停留时间短，约24h，节省了占地面积。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提出禽畜养殖废水亚硝化-厌氧氨氧化处理方法及设备。针对某些高氨氮、低C/N比工业废水的特点，传统的好氧、厌氧处理诸如养猪废水、养狗废水等高氨氮废水，都很难达标排放，为了解决这一难题，通过如下技术方案来实现本发明的目的：

一种禽畜养殖废水亚硝化-厌氧氨氧化处理方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)亚硝化阶段，将废水中的68％～76％氨氮在生物膜接触氧化的作用下转化为NO₂ ^-，其中一部分亚硝酸盐氮被氧化为硝酸盐氮；(2)在厌氧氨氧化细菌的作用下废水中的氨氮和生成的NO₂ ^-发生化学反应，生成氮气而从水中脱离。

上述方法中，亚硝化阶段的废水的pH值为7.8～8.0，用曝气管曝气的方法将DO浓度控制在1.5～3.5mg/L，同时控制该阶段的废水停留时间和废水温度；厌氧氨氧化反应时亚硝酸盐氮与氨氮的比值为3:2；。

上述方法中，亚硝化阶段的废水停留时间为24h和废水温度为30℃。

用于实现上述方法的设备，包括一容器，容器分为两层，上层装有好氧软性填料，形成好氧生物膜；下层装有陶粒填料，形成厌氧滤层；厌氧滤层底部设有穿孔隔板，隔板下方设有排水口并装有温度计；好氧生物膜与厌氧滤层之间有间隙，作为好氧与厌氧的过度区域；在好氧生物膜与厌氧滤层之间设有曝气管，好氧生物膜与厌氧滤层下方均设有一取样口，所述容器顶部设有进水口，底部设有出水口。

上述设备中，所述容器还通过导气管与一鼓风机相连，导气管从容器顶部伸入并与放置于好氧生物膜与厌氧滤层之间的曝气管的一端相连，曝气管的另一端装有堵头，曝气管上开有若干小孔，通过鼓风机往容器中鼓风，所述鼓风机的风量输出端还设有流量计。

上述设备中，所述进水口与提升泵的输出端连接，提升泵的另一端与储水池连接。

上述设备中，所述容器为圆筒形，所述厌氧滤层与好氧生物膜的高度比为3：4。

与传统的生物脱氮(即完全硝化反硝化)工艺相比，亚硝化—厌氧氨氧化组合工艺具有如下优点：

传统的脱氮过程一般为完全硝化反硝化，即脱氮过程为：NH₄ ⁺→NO₂ ^-→NO₃ ^-→N₂；而短程硝化反硝化则是将氨氮的硝化控制在亚硝酸盐阶段，随后进行反硝化，即脱氮过程为：NH₄ ⁺→NO₂ ^-→N₂。通过这一途径脱氮，优点是十分明显的：(1)硝化控制在亚硝化阶段，可节省供气量25％左右，节省动力消耗；(2)可以缩短水力停留时间(HRT)，减少反应器的体积和占地面积；(3)传统脱氮工艺的反硝化过程需要外加碳源，联合工艺几乎不需要外加碳源；(4)具有良好的沉降性能和较高的生物相浓度，避免了污泥膨胀。

附图说明

图1为本发明亚硝化-厌氧氨氧化一体化设备构造示意图。其中1为储水池，2为提升泵，4为曝气管，5为厌氧滤层，6为好氧填料，7为鼓风机，8为流量计，3、9为取样口。

图2为本发明设备处理养殖废水时，COD与停留时间关系图。是不同水力停留时间条件下的COD去除效果，曲线10表示平均进水COD(mg/L)，11表示平均出水COD(mg/L)，12表示COD平均去除率(％)。

图3为本发明设备处理养殖废水时，氨氮与停留时间关系图，表明了不同水力停留时间条件下各氮的浓度变化，13表示平均进水TN(mg/L)，14表示平均出水TN(mg/L)，15表示进水氨氮(mg/L)，16表示出水氨氮(mg/L)，17表示出水亚硝态氮(mg/L)。

图4为本发明设备处理养殖废水时，DO与COD去除关系图，不同DO浓度下COD去除效果，曲线18表示平均进水COD(mg/L)，19表示平均COD去除率，20表示平均出水COD(mg/L)。

图5为本发明设备处理养殖废水时，DO与出水氮含量关系图，不同DO浓度下各氮的浓度变化，21表示出水总氮(mg/L)，22表示进水氨氮(mg/L)，23表示出水TN(mg/L)，24表示出水氨氮(mg/L)，25表示出水亚硝态氮(mg/L)。

图6为本发明设备处理养殖废水时，pH、温度对氨氮去除关系图，曲线26、27、28为30℃、25℃、35℃时在不同pH下对氨氮去除率。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

如图1所示，一种亚硝化-厌氧氨氧化一体化设备，包括一圆筒形容器，圆筒形容器分为两层，上层装有好氧软性填料，形成好氧生物膜6；下层装有陶粒填料，形成厌氧滤层5；厌氧滤层5底部设有穿孔隔板，隔板下方设有排水口并装有温度计；好氧生物膜6与厌氧滤层5之间有间隙，作为好氧与厌氧的过度区域；在好氧生物膜6与厌氧滤层5之间设有曝气管4，厌氧滤层5下方设有取样口9，所述容器顶部设有进水口，底部设有出水口。圆筒形容器还通过导气管与一鼓风机7相连，导气管从容器顶部伸入并与放置于好氧生物膜与厌氧滤层之间的曝气管的一端相连，曝气管的另一端装有堵头，曝气管上开有若干小孔，通过鼓风机7往容器中鼓风，所述鼓风机的风量输出端还设有流量计8。进水口与提升泵2的输出端连接，提升泵2的另一端与储水池1连接。在厌氧生物膜与滤层之间设有15cm的间距间距，滤层与软性填料的高度设置为3；4。

实施例中，该设备高约3米，形状如圆筒结构，直径为400mm，进水口在筒体顶部，出水在底部，设置一取样口，距离出水口100mm；上部悬挂好氧接触填料，高度为1.3米，在距离筒体底部1.55米处设有一曝气管，底部装有陶粒填料高约1.5米，

应用本发明的亚硝化-厌氧氨氧化一体化设备处理养殖废水，废水从反应器的上部流入，然后在生物膜的作用下，废水中的氨氮一部分转化为NO₂ ^-，然后在厌氧氨氧化菌的作用下氨氮与NO₂ ^-反应生成氮气从废水中脱离。亚硝化-厌氧氨氧化反应器的因素和运行结果如附图所示：

以养猪废水为例，有关影响因素及实施效果如下所示：

1、停留时间与氨氮转化、COD去除率的关系

设备运行稳定后，分别考察了水力停留时间为6h、8h、10h、12h、15h、18h、24h时的一体化反应器对养猪废水中污染物的去除效果，不同停留时间下的进、出水COD及平均COD去除率见图2，进水NH₄ ⁺-N、TN、出水NH₄ ⁺-N、TN、NO₂ ^--N见图3，TN、氨氮去除率及取样口的亚硝酸盐积累率及NH₄ ⁺-N/NO₂ ^--N见图4。

从图2可以看出，在COD平均进水浓度为200mg/L左右时，出水COD基本上在100mg/L以下。当HRT(停留时间)在12h以上时，COD去除率稳定在70％以上；当HRT为24h达到最大，平均去除率为85％，此时平均进水COD浓度为200mg/L，平均出水COD浓度为30mg/L。

从图3可以看出，水力停留时间对出水氮氮和出水总氮浓度均有一定影响，出水的亚硝酸盐含量均在20mg/L以下，随着水力停留时间的延长，出水亚硝酸盐浓度有不同程度的下降。当HRT在18h以上时，出水亚硝酸盐浓度在10mg/L以下；当HRT大于15h时，出水氨氮浓度和总氮浓度随着水力停留时间的延长总体呈下降趋势；当HRT为24h时，平均进水氨氮浓度为159mg/L，总氨浓度为200mg/L，平均出水氨氮浓度为25mg/L，总氮浓度为60mg/L，亚硝酸盐氮浓度为8.97mg/L。

图3表明，不同的水力停留时间条件下，取样口的亚硝酸盐积累率基本都能稳定在90％以上，总氮和氨氮的平均去除率随着水力停留时间的延长，总体呈上升趋势，最大去除率发生在水力停留时间为24h时，其中平均氨氮去除率为74.28％，总氮平均去除率为60％，取样口的亚硝酸盐/氨氮的比值为3:2。

2、溶解氧浓度与出水COD，以及各氮含量关系

考察DO对一体化反应器的影响，实验表明主要影响亚硝化段的亚硝酸盐积累率及NH₄ ⁺-N/NO₂ ^--N，以及好氧段残留的DO可能对厌氧段的厌氧环境造成冲击。分别研究了DO浓度为0.5mg/L、1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L、3.0mg/L、3.5mg/L时的一体化反应器的去除效果。进、出水COD及平均COD去除率见图4。各氮去除率与DO关系见图5。

从图4可以看出，在不同的DO浓度下，对COD均有较好的去除效果。平均出水COD的都在90mg/L以下。当DO浓度为3.5mg/L时，平均进水COD浓度为206mg/L，平均出水COD浓度为25mg/L，平均去除率为87.86％。

从图5可以看出，随着DO含量的增加，各氮的出水含量先减小后增大的过程，当DO含量为2mg/L时，NH₄ ⁺-N转化率为68％，NO₂ ^-N/NH₄ ⁺-N为3:2，各氮出水含量最小。

3、pH、温度与各氮去除率的关系

在溶解氧浓度为1.5～3.5mg/L、HRT为24小时的情况下考察pH、温度对氨氮去除效率的影响，如图6所示。

选择反应器在温度25℃，30℃，35℃下在不同pH条件下的氨氮去除效率。从图6可以看出，在进水平均进水氨氮浓度为159mg/L的情况下，随着pH和温度的提升，氨氮去除率先增后降，当pH达到7～8，温度为30℃时，反应器对氨氮的去除率达到最大值，为94％，此时氨氮有76％转化为亚硝酸盐氮，其余为厌氧氨氧化去除；总出水氨氮为9.5mg/L，处理效果明显，基本达到排放要求。

Claims

1.一种禽畜养殖废水亚硝化-厌氧氨氧化处理方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)亚硝化阶段，将废水中的68％～76％氨氮在生物膜接触氧化的作用下转化为NO₂ ^-，其中一部分亚硝酸盐氮被氧化为硝酸盐氮；(2)在厌氧氨氧化细菌的作用下废水中的氨氮和生成的NO₂ ^-发生化学反应，生成氮气而从水中脱离；所述亚硝化阶段的废水的pH值为7.8～8.0，用曝气管曝气的方法将DO浓度控制在1.5～3.5mg/L，同时控制该阶段的废水停留时间和废水温度；厌氧氨氧化反应时亚硝酸盐氮与氨氮的比值为3∶2；亚硝化阶段的废水停留时间为24h和废水温度为30℃。

2.一种用于实现权利要求1所述方法的设备，其特征在于包括一容器，容器分为两层，上层装有好氧软性填料，形成好氧生物膜(6)；下层装有陶粒填料，形成厌氧滤层(5)；厌氧滤层(5)底部设有穿孔隔板，隔板下方设有排水口并装有温度计；好氧生物膜(6)与厌氧滤层(5)之间有间隙，作为好氧与厌氧的过度区域；在好氧生物膜(6)与厌氧滤层(5)之间设有曝气管(4)，好氧生物膜(6)与厌氧滤层(5)下方均设有一取样口(3、9)，所述容器顶部设有进水口，底部设有出水口；所述容器还通过导气管与一鼓风机(7)相连，导气管从容器顶部伸入并与放置于好氧生物膜与厌氧滤层之间的曝气管的一端相连，曝气管的另一端装有堵头，曝气管上开有若干小孔，通过鼓风机(7)往容器中鼓风，所述鼓风机的风量输出端还设有流量计(8)；所述进水口与提升泵(2)的输出端连接，提升泵(2)的另一端与储水池(1)连接；所述容器为圆筒形，所述厌氧滤层(5)与好氧生物膜(6)的高度比为3∶4。