CN103172175A

CN103172175A - 一种同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化的方法及装置

Info

Publication number: CN103172175A
Application number: CN2013100934312A
Authority: CN
Inventors: 姚宏; 田盛; 王珏楷; 左陆珅; 许建民
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: BEIJING TANSI ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2033-03-22
Also published as: CN103172175B

Abstract

本发明公开了一种同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化方法与装置，包括以下步骤：污水进入进水箱，调节pH至7.5-8.5；污水进入同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器，与污泥接触反应；其中，同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器先投加短程硝化污泥，并控制反应器温度在30-34℃，溶解氧0.9-1.4mg/L；在出水亚硝酸盐累积率>70%时，加入厌氧氨氧化污泥填料，然后减小溶解氧，使得溶解氧浓度为0.5-0.8mg/L；反应器出水进入沉淀池，经沉淀后出水；沉淀池污泥回流，回流比在80%-120%。本发明还提供了一种同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化装置。本发明的工艺和装置，相对于传统脱氮装置，能够大大节省占地面积及能源消耗，节省运行费用，污泥产量少，操作管理简单。

Description

一种同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化的方法及装置

技术领域

本发明属于环境保护、污水治理领域，涉及一种同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化的方法与装置，具体说是一种将短程硝化技术与生物膜式厌氧氨氧化技术同步在一个反应器中对废水进行高效脱氮处理的方法与装置。

背景技术

当前，水体富营养化已日益成为影响水资源环境、制约经济与社会可持续发展的重要因素。去除氨氮是当今废水处理系统中的一个重要问题，国家也出台了新的规定标准对工业生产出水中的氨氮含量进行进一步限制。传统生物脱氮途径一般包括硝化和反硝化两个阶段，硝化和反硝化反应分别由硝化菌和反硝化菌作用完成。硝化反应发生在好氧条件下，借助硝化菌的作用，将氨氮氧化为硝酸盐氮；反硝化反应则是一个厌氧反应，在无氧条件下，反硝化菌把硝酸盐氮还原为氮气。由此发展而来的生物脱氮工艺是将缺氧区与好氧区分开的分级硝化反硝化工艺，以便硝化与反硝化能够独立地进行。

传统硝化反硝化生物脱氮工艺在废水脱氮方面起了相当重要的作用。前置反硝化利用废水中部分快速易降解有机物做反硝化所需碳源，节约了反硝化阶段外加碳源的费用，后置反硝化充分保证了出水中氮的含量。但这些工艺明显存在各自的不足。前置反硝化对氮的去除不完全，不能保证出水中亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的含量，若想获得较高的氮去除率，必须加大内循环比，这样相应地能耗也就大大提高。后置反硝化则有赖于快速易降解有机碳源的投加，这又使得出水受到有机物的二次污染，使出水有机物水质不能得到保证，因此，传统工艺存在诸多问题。

荷兰Delft技术大学利用硝化菌在较高温度下生长速率明显低于亚硝化菌生长速率的特点，通过控制温度和停留时间，开发了将硝化控制在NO₂ ^-阶段的短程反硝化SHARON工艺。其基本原理可用方程式1和方程式2表示，即碱度充足的有氧条件下，污水中50%的氨氮被亚硝化菌氧化为NO₂ ^-，然后在缺氧条件下，以有机物为电子供体，将亚硝酸盐反硝化，生成氮气。

0.5NH₄ ⁺+0.75O₂→0.5NO₂ ^-+H⁺+0.5H₂O (1)

NO₂ ^-+3[H]→0.5N₂+2H₂O (2)

厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应是在厌氧条件下，以NH₄ ⁺-N为电子供体，以NO₂ ^--N或NO₃ ^--N为电子受体，将NH₄ ⁺-N、NO₂ ^--N或NO₃ ^--N转变成N₂的生物氧化过程。参与厌氧氨氧化的细菌是自养菌，因此不需要添加有机物来维持反硝化，其反应的可能途径如图1，可能发生的反应方程式及反应自由能变化见表1。

表1：

表1厌氧氨氧化可能发生的反应方程式及自由能变化

管短程硝化技术可以通过控制温度和水力停留时间等条件，使氨氮氧化控制在亚硝化阶段，从而取得较好的脱氨氮效果，但由于反硝化过程仍然需要消耗有机碳源，因此，该技术仅节省25%的供氧量和40%的碳源。目前，很多研究是以短程硝化为硝化反应器，以ANAMMOX作为反硝化反应器来进行生物脱氮组合技术的研究。通常情况下，通过优化反应条件使短程硝化技术控制在亚硝化阶段，使出水中的NH₄ ⁺-N与NO₂ ^--N的比例为1:1，从而可以作为ANAMMOX工艺的进水，组成一个新型的生物脱氮工艺，其反应如式3至5所示:

0.5NH₄ ⁺+0.75O₂→0.5NO₂ ^-+H⁺+0.5H₂O (3)

0.5NH₄ ⁺+0.5NO₂ ^-→0.5N₂+H₂O (4)

NH₄ ⁺+0.75O₂→0.5N₂+H⁺+1.5H₂O (5)

本发明即是将上述短程硝化与厌氧氨氧化技术结合起来，在一个反应器内实现同步进行，有效地去除水中的氨氮。

发明内容

鉴于现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种减小占地面积，节省基建及运行费用，低成本的，可有效去除废水中氨氮的方法和装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种结合短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化技术的方法和装置，在保证出水水质的前提下，节省基建投资和运行成本。

为实现上述发明目的，本发明提供的具体实施方法如下：一种同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化的方法，包括以下步骤：

（1）污水进入进水箱，调节pH至7.5-8.5；

（2）污水进入同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器，与污泥接触反应；其中，同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器先投加短程硝化污泥，并控制反应器温度在30-34℃，溶解氧0.9-1.4mg/L；在出水亚硝酸盐累积率>70%时，加入厌氧氨氧化污泥填料，然后减小溶解氧，使得溶解氧浓度为0.5-0.8mg/L；

（3）反应器出水进入沉淀池，经沉淀后出水；

（4）沉淀池污泥回流，回流比在80%-120%。

所述的步骤（2）中，短程硝化污泥的投加量为5-10gMLSS/L，厌氧氨氧化污泥填料的填充比为同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器的有效容积的30%-60%。

为实现本发明的目的，本发明还提供了一种同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化的装置，包括依次顺序连接的进水箱、进水泵、同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器、沉淀池，沉淀池的排泥管通过回流泵连接至同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器，同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器还连接有气泵，所述的同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器包括一壳体，壳体顶部设有顶盖，壳体内并列设有多列格室，其中，奇数列格室的进水口在格室下部，出水口在对应上部；偶数格室的进水口在格室上部，出水口在对应下部，使得废水在反应器内折返推流流动；其中第一个格室底部设有污泥回流口，第一个格室顶部设有溢流口；最后一个格室设有出水口。

所述的格室为两排或以上设置。

所述的每个格室底部设有取样口，格室的顶部设有挡板，格室内设有温控加热棒、曝气头以及搅拌器。

所述的顶盖为不透光材质，顶盖外层包有黑色保温棉。

本发明的有益效果是：

1、因为该工艺无需加入COD，这样就消除了传统脱氮工艺中COD和脱氮之间复杂的折中；

2、和传统硝化反硝化相比，该工艺系统节省了50%的需氧量，10%的外加碳源并且减少CO2的排放；

3、该工艺大大减少污泥产量，节省了污泥处理费用。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1是厌氧氨氧化反应的可能途径；

图2为本发明提供的同步亚硝化与生物膜式厌氧氨氧化装置简图；

图3为同步亚硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器左视图；

图4为同步亚硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器前视图；

图5为同步亚硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器俯视图；

图6为同步亚硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器格室示意图；

图中：1、进水箱；2、进水泵；3、气泵；4、同步亚硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器；5、沉淀池；6、排泥管；7、污泥回流泵；8、污泥回流口；9、进水口；10、取样口；11、出水口；12、挡板；13、反应器顶盖；14、溢流口；15、加热棒；16、搅拌器；17、曝气头；18、壳体。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施例进行说明。

参照附图，本实施例首先详细介绍同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化的装置，然后结合装置具体介绍本发明的同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化的方法。

如图2所示，本发明的同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化的装置，包括依次顺序连接的进水箱1、进水泵2、同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器4、沉淀池5，沉淀池5的排泥管6通过回流泵7连接至同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器4，同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器4还连接有气泵3。

图3、图4、图5是同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器4的具体结构示意图，结合图3、图4、图5可以看出，同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器4包括一壳体18，壳体18顶部设有不透光材质顶盖13，顶盖13外层设有黑色保温棉（图中未示出），起到保温避光的作用。壳体18内并列设有多列格室19，格室19为两排或以上设置，本发明采用两排多列的设置，其中，奇数列格室19的进水口9在格室下部，出水口11在对应上部；偶数格室19的进水口9在格室上部，出水口11在对应下部，使得废水在反应器内折返推流流动；其中第一个格室19底部设有污泥回流口8，第一个格室19顶部设有溢流口11；最后一个格室19设有出水口11。

如图6所示，每个格室19的底部设有取样口10，格室19的顶部设有挡板12，格室19内设有温控加热棒15、曝气头17以及搅拌器16。

下面，具体介绍本发明同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化的方法。

实施例1：

对内蒙古某制药企业的实际生产的二级厌氧沉淀池出水进行处理。废水水质的具体指标如下：

二级厌氧沉淀池出水水质表1mg/L

项目	pH	COD	NO₂-N	NH₃-N	硫酸盐
						水质	7～8	600-800	0	250-450	300-500

首先，调节该出水水质pH至7.5～8.5，调节后的污水通过进水泵2输送至同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器4，同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器4先接种该制药厂污水厂CASS池硝化污泥，污泥浓度5g MLSS/L，控制污泥回流比为80%，维持温度32-34℃，溶解氧0.9mg/L的条件培养3周后，亚硝化累积率达到80%。然后接种北京某污水处理厂的厌氧氨氧化反应器内的厌氧氨氧化污泥，该污泥附着在海绵填料上，呈红色生物膜，填充率为有效容积的30%，总水力停留时间32h，并减小曝气量，控制溶解氧0.5mg/L，连续进水运行1个月，出水COD400-500mg/L，出水氨氮<50mg/L，基本不含亚硝酸盐氮，脱氮效率>80%。出水氨氮达到《发酵类制药工业水污染物排放标准》（GB21903-2008）中关于现有企业排放标准的限值。相比于原传统工艺，更有效率的达到总氮的去除，且污泥排放量少，运行成本不高。

实施例2：

二级厌氧沉淀池出水水质表1mg/L

项目	pH	COD	NO2-N	NH3-N	硫酸盐
						水质	7～9	750-1100	0	200-400	360-510

首先，调节该出水水质pH至7.5～8.5，调节后的污水通过进水泵2输送至同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器4，同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器4先接种该制药厂污水厂CASS池硝化污泥，污泥浓度10g MLSS/L，控制污泥回流比为100%，维持温度30-34℃，溶解氧1.4mg/L的条件培养3周后，亚硝化累积率达到80%。然后接种北京某污水处理厂的厌氧氨氧化反应器内的厌氧氨氧化污泥，该污泥附着在海绵填料上，呈红色生物膜，填充率为有效容积的60%，总水力停留时间32h，并减小曝气量，控制溶解氧0.8mg/L，连续进水运行1个月，出水COD400-500mg/L，出水氨氮<50mg/L，基本不含亚硝酸盐氮，脱氮效率>80%。出水氨氮达到《发酵类制药工业水污染物排放标准》（GB21903-2008）中关于现有企业排放标准的限值。

实施例3：

对河北某制药企业的实际生产的二级厌氧沉淀池出水进行处理。废水水质的具体指标如下：

二级厌氧沉淀池出水水质表1mg/L

项目	pH	COD	NO2-N	NH3-N	硫酸盐
						水质	8～9	700-900	0	300-500	250-400

首先，调节该出水水质pH至7.5～8.5，调节后的污水通过进水泵2输送至同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器4，同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器4先接种该制药厂污水厂CASS池硝化污泥，污泥浓度8g MLSS/L，控制污泥回流比为110%，维持温度30-34℃，溶解氧1.0mg/L的条件培养3周后，亚硝化累积率达到80%。然后接种河北某污水处理厂的厌氧氨氧化反应器内的厌氧氨氧化污泥，该污泥附着在海绵填料上，呈红色生物膜，填充率为有效容积的50%，总水力停留时间32h，并减小曝气量，控制溶解氧0.7mg/L，连续进水运行1个月，出水COD400-500mg/L，出水氨氮<50mg/L，基本不含亚硝酸盐氮，脱氮效率>80%。出水氨氮达到《发酵类制药工业水污染物排放标准》（GB21903-2008）中关于现有企业排放标准的限值。

实施例4：

二级厌氧沉淀池出水水质表1mg/L

项目	pH	COD	NO2-N	NH3-N
					水质	7～8	800-1100	0	400-600

首先，调节该出水水质pH至7.5～8.5，调节后的污水通过进水泵2输送至同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器4，同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器4先接种该制药厂污水厂CASS池硝化污泥，污泥浓度6g MLSS/L，控制污泥回流比为120%，维持温度30-34℃，溶解氧.1.2mg/L的条件培养3周后，亚硝化累积率达到80%。然后接种北京某污水处理厂的厌氧氨氧化反应器内的厌氧氨氧化污泥，该污泥附着在海绵填料上，呈红色生物膜，填充率为有效容积的40%，总水力停留时间32h，并减小曝气量，控制溶解氧0.5mg/L，连续进水运行1个月，出水COD400-500mg/L，出水氨氮<50mg/L，基本不含亚硝酸盐氮，脱氮效率>80%。出水氨氮达到《发酵类制药工业水污染物排放标准》（GB21903-2008）中关于现有企业排放标准的限值。

实施例5：

对吉林某制药企业的实际生产的二级厌氧沉淀池出水进行处理。废水水质的具体指标如下：

二级厌氧沉淀池出水水质表1mg/L

项目	pH	COD	NO2-N	NH3-N	硫酸盐
						水质	7～9	850-1200	0	300-500	100-300

首先，调节该出水水质pH至7.5～8.5，调节后的污水通过进水泵2输送至同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器4，同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器4先接种该制药厂污水厂CASS池硝化污泥，污泥浓度9g MLSS/L，控制污泥回流比为110%，维持温度30-34℃，溶解氧1.1mg/L的条件培养3周后，亚硝化累积率达到80%。然后接种吉林某污水处理厂的厌氧氨氧化反应器内的厌氧氨氧化污泥，该污泥附着在海绵填料上，呈红色生物膜，填充率为有效容积的60%，总水力停留时间32h，并减小曝气量，控制溶解氧0.6mg/L，连续进水运行1个月，出水COD400-500mg/L，出水氨氮<50mg/L，基本不含亚硝酸盐氮，脱氮效率>80%。出水氨氮达到《发酵类制药工业水污染物排放标准》（GB21903-2008）中关于现有企业排放标准的限值。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）污水进入进水箱，调节pH至7.5-8.5；

（3）反应器出水进入沉淀池，经沉淀后出水；

（4）沉淀池污泥回流，回流比在80%-120%。

2.根据权利要求1所述的一种同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化的方法，其特征在于，所述的步骤（2）中，短程硝化污泥的投加量为5-10gMLSS/L，厌氧氨氧化污泥填料的填充比为同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器的有效容积的30%-60%。

3.一种同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化的装置，包括依次顺序连接的进水箱、进水泵、同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器、沉淀池，沉淀池的排泥管通过回流泵连接至同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器，同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器还连接有气泵，其特征在于，所述的同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化反应器包括一壳体，壳体顶部设有顶盖，壳体内并列设有多列格室，其中，奇数列格室的进水口在格室下部，出水口在对应上部；偶数格室的进水口在格室上部，出水口在对应下部，使得废水在反应器内折返推流流动；其中第一个格室底部设有污泥回流口，第一个格室顶部设有溢流口；最后一个格室设有出水口。

4.根据权利要求3所述的一种同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化的装置，其特征在于，所述的格室为两排或以上设置。

5.根据权利要求3所述的一种同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化的装置，其特征在于，所述的每个格室底部设有取样口，格室的顶部设有挡板，格室内设有温控加热棒、曝气头以及搅拌器。

6.根据权利要求3所述的一种同步短程硝化与生物膜式厌氧氨氧化的装置，其特征在于，所述的顶盖为不透光材质，顶盖外层包有黑色保温棉。