CN102745810B - 一种废水同步脱氮除碳方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污水处理技术领域，涉及一种ASBBR厌氧氨氧化反硝化废水同步脱氮除碳的生物处理方法，采用厌氧消化污泥或者反硝化污泥作为接种污泥，将其接种到反应器内，控制其污泥混合液浓度；通过投加氯化铵、亚硝酸钠和碳酸钠的人工配水方式实现厌氧氨氧化菌和反硝化菌的富集培养；在厌氧氨氧化菌富集培养成功的基础上开始富集培养厌氧氨氧化菌和反硝化菌的混合菌群，采用葡萄糖调节COD浓度，混合菌群对氨氮、亚硝态氮和COD均具有去除效果，厌氧氨氧化菌和反硝化菌协同的混合菌群富集培养成功，实现对废水的同步脱氮除碳；其脱氮除碳一步完成，工艺简单，无需曝气和投加外碳源，节约成本，污泥产量低和处理费用低，环境友好。
Description
技术领域：
本发明属于污水处理技术领域，涉及一种ASBBR厌氧氨氧化反硝化废水同步脱氮除碳的生物处理工艺，特别是一种废水同步脱氮除碳方法。
背景技术：
目前，各类工业废水和生活污水中普遍含有大量的含氮污染物和各种有机物，如果不能够使这些污染物有效去除则必然会导致水体的富营养化，严重危害生态环境。传统的硝化反硝化脱氮技术需要在硝化阶段补充碱度而在反硝化阶段提供足够的碳源以保证较高的脱氮效率，这无疑增加了废水处理的成本。此外，在硝化过程中，氨氮先转化成亚硝态氮，然后又继续被氧化成硝态氮；而在反硝化过程中，硝态氮先被还原成亚硝态氮，再被进一步还原为氮气从废水中去除，无论是反应历程还是工艺技术路线均十分冗长。随着厌氧氨氧化微生物于上世纪90年代被首次发现，厌氧氨氧化工艺作为一种新型高效的脱氮工艺应运而生，与传统脱氮工艺相比，厌氧氨氧化工艺具有显著优点：一是厌氧氨氧化菌为自养菌，反应过程中不需额外添加有机碳源；二是厌氧氨氧化菌为严格厌氧菌，反应过程中不需要曝气，大大节省了动力消耗；三是厌氧氨氧化反应每氧化1mol氨仅消耗0.13mol的H+，反应过程中产碱量为零，可以节省大量的中和试剂；四是厌氧氨氧化反应的污泥产量少，可以节省大量的污泥处理费用；但是，在厌氧氨氧化过程中，必须要提供足够的二氧化碳作为无机碳源才能保证厌氧氨氧化菌对氨氮和亚硝态氮的去除，并且反应过程中会产生一定量的硝态氮；而在反硝化过程中，反硝化菌会以有机物作为电子供体，以硝态氮作为电子受体，在将硝态氮还原为氮气的同时将废水中的有机物去除掉，此外，在反硝化过程中还会产生一定量的二氧化碳，可以为厌氧氨氧化反应提供无机碳源，有利于厌氧氨氧化的进行。因此，如果能采用适当的工艺将二者进行耦合，则可以发挥各自的优点，实现废水的同步脱氮除碳。
中国专利号为2007100783653公开了一种实现厌氧氨氧化与甲烷化反硝化耦合的废水生物处理方法；中国专利号为2011100000915公开了一种协同去除污水碳氮磷的方法；中国专利号为2010100176053公开了一种基于可甲烷化厌氧氨氧化和反硝化耦合过程的厌氧脱磷方法；中国专利号为200710026418X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，另外，中国专利号为2011200570473公开了一种厌氧氨氧化甲烷化反硝化的UASB装置；等等。对上述公开的技术方案进行分析可知，现有技术的处理方法和装置普遍存在着工艺相对复杂，处理成本高，浪费能量资源，处理效果不易达标，耦合作用差，不易同步进行脱氮除碳等缺点。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，针对废水中普遍含有碳和氮的问题，寻求设计提供一种同步脱氮除碳的废水处理方法，在单个一体化反应器内完成，具有效率高、成本低的特点，在废水处理中具有良好的应用前景。
为了实现上述目的，本发明包括以下步骤：
（1）采用厌氧消化污泥或者反硝化污泥作为接种污泥，将其接种到反应器内，控制其混合液污泥浓度为2000-8000mg/L；
（2）通过投加氯化铵、亚硝酸钠和碳酸钠的人工配水方式实现厌氧氨氧化菌和反硝化菌的富集培养，其中，厌氧氨氧化菌的富集培养分为三个阶段，其各个阶段的废水水质如表1所示；
（3）步骤（2）所述的第一个培养阶段氨氮、亚硝态氮和总氮的浓度分别为30mg/L、39.6mg/L和69.6mg/L，无COD存在，控制pH值为7-8，培养过程中搅拌机转速为50－200r/min，水力停留时间为8－18h，经过50－150天的培养氨氮和亚硝态氮的去除率达到90%；
（4）步骤（2）所述的第二个培养阶段氨氮、亚硝态氮和总氮的浓度分别为60mg/L、79.2mg/L和139.2mg/L，无COD存在，控制pH值为7-8，培养过程中搅拌机转速为50－200r/min，水力停留时间为8－18h，经过50－150天的培养氨氮和亚硝态氮的去除率达到90%；
（5）步骤（2）所述的第三个培养阶段氨氮、亚硝态氮和总氮的浓度分别为90mg/L、118.8mg/L和208.8mg/L，无COD存在，控制pH值为7-8，培养过程中搅拌机转速为50－200r/min，水力停留时间为8－18h，经过50－150天的培养氨氮和亚硝态氮的去除率达到90%；
（6）通过步骤（3）、（4）和（5），污泥由接种时的黑色絮体状变为红褐色颗粒状；通过扫描电镜观察发现污泥中具有漏斗状缺口的球菌，具有典型的厌氧氨氧化菌形态特征，实现厌氧氨氧化菌富集培养；
（7）在厌氧氨氧化菌富集培养成功的基础上开始富集培养厌氧氨氧化菌和反硝化菌的混合菌群，采用葡萄糖调节COD浓度；该混合菌群的富集培养也分为三个阶段，其各个阶段的废水水质如表2所示；
（8）步骤（7）所述的第一个培养阶段氨氮、亚硝态氮和总氮的浓度分别为90mg/L、145mg/L和235mg/L，COD浓度为100mg/L，控制pH值为7-8，培养过程中搅拌机转速为50－200r/min，水力停留时间为8－18h，经过50－150天的培养COD、氨氮和亚硝态氮的去除率达到90%；
（9）步骤（7）所述的第二个培养阶段氨氮、亚硝态氮和总氮的浓度分别为90mg/L、155mg/L和245mg/L，COD浓度为150mg/L，控制pH值为7-8，培养过程中搅拌机转速为50－200r/min，水力停留时间为8－18h，经过50－150天的培养COD、氨氮和亚硝态氮的去除率达到90%；
（10）步骤（7）所述的第三个培养阶段氨氮、亚硝态氮和总氮的浓度分别为90mg/L、165mg/L和255mg/L，COD浓度为200mg/L，控制pH值为7-8，培养过程中搅拌机转速为50－200r/min，水力停留时间为8－18h，经过50－150天的培养COD、氨氮和亚硝态氮的去除率达到90%；
（11）通过步骤（8）、（9）和（10），混合菌群对氨氮、亚硝态氮和COD均具有去除效果，厌氧氨氧化菌和反硝化菌协同的混合菌群富集培养成功，该混合菌群能够实现对废水的同步脱氮除碳。
表1：厌氧氨氧化菌富集培养过程中各阶段废水水质。
表2：厌氧氨氧化菌和反硝化菌混合菌群富集培养过程中废水水质。
本发明所述的反应器为厌氧序批式生物膜反应器（ASBBR），反应器的主体结构包括反应器壳体、组合填料、搅拌器、排气管、密封夹套、加热器、探头、温度控制仪、阀门和固定支架；反应器壳体内设有放置生物膜填料的固定支架，由生物膜为主构成的组合填料填充式安装于固定支架上，组合填料的填充率为40-50%，反应器壳体外部设置有环筒状密封夹套，密封夹套内的两侧中的顶端处分别制有电加热式加热器和探头，加热器对反应器壳体内进行加热升温，反应运行期间反应器壳体内温度控制在30-40℃，反应器壳体的顶部设有排气管以收集和排出反应过程中所产生的气体，采用锡箔纸对整个反应器壳体外侧进行包裹以达到避光的效果；反应器壳体的外侧处安装制有温度控制仪，温度控制仪与加热器和探头电信息连通，实现温度控制与调节；反应器壳体的内腔中心处上下贯通式并串过组合填料制有搅拌器；反应器壳体的底部两侧面上分别制有六个相同结构和功能的阀门，其中，反应器壳体的同侧面处上下均匀分布制有五个相同结构和功能的阀门。
本发明与现有技术相比，其脱氮除碳一步完成，工艺简单，无需曝气和投加外碳源，节约成本，污泥产量低，污泥处理费用低，环境友好。
附图说明：
图1为本发明所采用的ASBBR反应器的结构原理示意图。
图2为本发明富集培养的厌氧氨氧化菌的SEM图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图进一步详述本发明的技术方案。
实施例：
本实施例采用带有循环水浴加热的ASBBR反应器同步去除废水中的碳和氮，ASBBR反应器壳体1的有效容积为10L。在反应器壳体1的中上部装填有生物组合填料2，其填充率为50%，反应器壳体1外部设有密封夹套5，运行过程中采用循环水浴的方式进行加热，保持反应器壳体1内部泥水混合液的温度恒定在35°C；以厌氧消化污泥作为接种污泥开始厌氧氨氧化菌的富集培养，反应器壳体1的初始污泥浓度为3500mg/L，通过投加氯化铵、亚硝酸钠和碳酸钠的方式进行人工配水；培养过程中使pH值恒定在7.5，通过改变氨氮以及亚硝态氮的浓度逐步实现厌氧氨氧化菌的富集培养，该富集培养过程共分为三个阶段，其中，第一阶段氨氮和亚硝态氮的浓度分别为30mg/L和39.6mg/L；第二阶段氨氮和亚硝态氮的浓度分别为60mg/L和79.2mg/L；第三阶段氨氮和亚硝态氮的浓度分别为90mg/L和118.8mg/L，当氨氮和亚硝态氮去除率均达到90%时进入下一阶段的培养；整个富集培养过程共经历129天，污泥由初始时的深黑色变为红褐色，通过电子扫描电镜观察发现污泥中几乎全部是具有漏斗状缺口的球菌，具有典型的厌氧氨氧化菌形态特征，说明厌氧氨氧化菌已经富集培养成功；然后，在厌氧氨氧化菌富集培养成功的基础上开始富集培养厌氧氨氧化菌和反硝化菌协同的混合菌群；培养过程中保持氨氮和亚硝态氮浓度分别为90mg/L和118.8mg/L，控制pH值恒定在7.5；采用投加不同数量葡萄糖的方式来实现废水中COD浓度的不同，该富集培养阶段也分为三个阶段，其中，第一阶段废水中COD的浓度为100mg/L；第二阶段废水中COD的浓度为150mg/L；第三阶段废水中COD的浓度为200mg/L；当COD、氨氮和亚硝态氮的去除率均达到90%时进入下一阶段的富集培养；整个富集培养过程经历58天，混合菌群对氨氮、亚硝态氮和COD均具有很好的去除效果，厌氧氨氧化菌和反硝化菌协同的混合菌群富集培养成功；采用该富集有厌氧氨氧化菌和反硝化菌协同的ASBBR反应器处理投加了亚硝酸盐的生活污水，其废水水质如表3所示；将该废水投加到上述ASBBR反应器中，控制水力停留时间为18小时，其COD、氨氮、亚硝态氮以及总氮去除率分别为92%、96%、99%和95%；经过长时间的运行反应器仍保持良好的运行稳定性；污泥产量很低，运行过程中无需排泥，反应器中污泥浓度保持在3500mg/L到4000mg/L，本实施实例实现了废水的同步脱氮除碳。
表3：投加亚硝酸盐的生活污水水质特点
本实施例采用厌氧序批式生物膜反应器（ASBBR）实现废水的同步脱氮除碳，反应器的主体结构包括反应器壳体1、组合填料2、搅拌器3、排气管4、密封夹套5、加热器6、探头7、温度控制仪8、阀门9和固定支架10；反应器壳体1内设有放置生物膜填料的固定支架10，由生物膜为主构成的组合填料2填充式安装于固定支架10上，组合填料2的填充率为40-50%，反应器壳体1外部设有环筒状密封夹套5，密封夹套5内的两侧中的顶端处分别制有电加热式加热器6和探头7，加热器6对反应器壳体1内进行加热升温，反应运行期间反应器壳体1内温度控制在35℃，反应器壳体1的顶部设有排气管4以收集和排出反应过程中所产生的气体，采用锡箔纸对整个反应器壳体1外侧进行包裹以达到避光的效果；反应器壳体1的外侧处安装制有温度控制仪8，温度控制仪8与加热器6和探头7电信息连通，实现温度控制与调节；反应器壳体1的内腔中心处上下贯通式并串过组合填料2制有搅拌器3；反应器壳体1的底部两侧面上分别制有六个相同结构和功能的阀门9，其中，反应器壳体1的同一侧面处上下均匀分布制有五个相同结构和功能的阀门9。
Claims (2)
1.一种废水同步脱氮除碳方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）采用厌氧消化污泥或者反硝化污泥作为接种污泥，将其接种到反应器内，控制其污泥混合液浓度为2000-8000mg/L；
（2）通过在污泥混合液中投加氯化铵、亚硝酸钠和碳酸钠的人工配水方式实现厌氧氨氧化菌和反硝化菌的富集培养，其中，厌氧氨氧化菌的富集培养分为三个阶段，其各阶段的废水水质如表1所示；
（3）步骤（2）所述的第一个培养阶段氨氮、亚硝态氮和总氮的浓度分别为30mg/L、39.6mg/L和69.6mg/L，无COD存在，控制pH值为7.5，培养过程中搅拌机转速为50－200r/min，水力停留时间为8－18h，经过50－150天的培养氨氮和亚硝态氮的去除率达到90%；
（4）步骤（2）所述的第二个培养阶段氨氮、亚硝态氮和总氮的浓度分别为60mg/L、79.2mg/L和139.2mg/L，无COD存在，控制pH值为7.5，培养过程中搅拌机转速为50－200r/min，水力停留时间为8－18h，经过50－150天的培养氨氮和亚硝态氮的去除率达到90%；
（5）步骤（2）所述的第三个培养阶段氨氮、亚硝态氮和总氮的浓度分别为90mg/L、118.8mg/L和208.8mg/L，无COD存在，控制pH值为7.5，培养过程中搅拌机转速为50－200r/min，水力停留时间为8－18h，经过50－150天的培养氨氮和亚硝态氮的去除率达到90%；
（6）通过步骤（3）、（4）和（5），污泥由接种时的黑色絮体状变为红褐色颗粒状；通过扫描电镜观察发现污泥中具有漏斗状缺口的球菌，具有典型的厌氧氨氧化菌形态特征，实现厌氧氨氧化菌富集培养；
（7）在厌氧氨氧化菌富集培养成功的基础上开始富集培养厌氧氨氧化菌和反硝化菌的混合菌群，采用葡萄糖调节COD浓度；该混合菌群的富集培养也分为三个阶段，其各个阶段的废水水质如表2所示；
（8）步骤（7）所述的第一个培养阶段氨氮、亚硝态氮和总氮的浓度分别为90mg/L、145mg/L和235mg/L，COD浓度为100mg/L，控制pH值为7.5，培养过程中搅拌机转速为50－200r/min，水力停留时间为8－18h，经过50－150天的培养COD、氨氮和亚硝态氮的去除率达到90%；
（9）步骤（7）所述的第二个培养阶段氨氮、亚硝态氮和总氮的浓度分别为90mg/L、155mg/L和245mg/L，COD浓度为150mg/L，控制pH值为7.5，培养过程中搅拌机转速为50－200r/min，水力停留时间为8－18h，经过50－150天的培养COD、氨氮和亚硝态氮的去除率达到90%；
（10）步骤（7）所述的第三个培养阶段氨氮、亚硝态氮和总氮的浓度分别为90mg/L、165mg/L和255mg/L，COD浓度为200mg/L，控制pH值为7.5，培养过程中搅拌机转速为50－200r/min，水力停留时间为8－18h，经过50－150天的培养COD、氨氮和亚硝态氮的去除率达到90%；
（11）通过步骤（8）、（9）和（10），混合菌群对氨氮、亚硝态氮和COD均具有去除效果，厌氧氨氧化菌和反硝化菌协同的混合菌群富集培养成功，该混合菌群能够实现对废水的同步脱氮除碳；
表1：厌氧氨氧化菌富集培养过程中各阶段废水水质
表2：厌氧氨氧化菌和反硝化菌混合菌群富集培养过程中废水水质。
2.根据权利要求1所述的废水同步脱氮除碳方法，其特征在于所述的反应器为厌氧序批式生物膜反应器，反应器的主体结构包括反应器壳体、组合填料、搅拌器、排气管、密封夹套、加热器、探头、温度控制仪、阀门和固定支架；反应器壳体内设有放置生物膜填料的固定支架，由生物膜为主构成的组合填料填充式安装于固定支架上，组合填料的填充率为40-50%，反应器壳体外部设置有环筒状密封夹套，密封夹套内的两侧中的顶端处分别制有电加热式加热器和探头，加热器对反应器壳体内进行加热升温，反应运行期间反应器壳体内温度控制在30-40℃，反应器壳体的顶部设有排气管以收集和排出反应过程中所产生的气体，采用锡箔纸对整个反应器壳体外侧进行包裹以达到避光的效果；反应器壳体的外侧处安装制有温度控制仪，温度控制仪与加热器和探头电信息连通，实现温度控制与调节；反应器壳体的内腔中心处上下贯通式并串过组合填料制有搅拌器；反应器壳体的底部两侧面上分别制有六个相同结构和功能的阀门，其中，反应器壳体的同侧面处上下均匀分布制有五个相同结构和功能的阀门。
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Inventor after: Song Wei Inventor before: Li Jin Inventor before: Yu Deshuang Inventor before: Zhang Peiyu |
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Granted publication date: 20131204 Termination date: 20200720 |