CN103193320B - 一种生物滤池的高效自养脱氮方法 - Google Patents

Abstract

一种生物滤池高效的自养脱氮方法属于废水自养脱氮领域。步骤为：接种CANON工艺生物膜，通过先厌氧后好氧的启动方式成功启动自养脱氮生物滤池；反应器启动成功后，通过控制进水流量和曝气量，增加反应器的气水比，即曝气量与进水流量之比，不断提高反应器的去除负荷。当反应器的氨氮去除率大于99%时，提高进水流量；当出水亚硝酸盐氮的浓度小于30mg/L时，增大曝气量；最终反应器总氮去除率达到80%～89%，总氮去除负荷达到1.0～3.11kgN·m^-3·d^-1，实现了高效的自养脱氮。本发明解决了全程自养脱氮反应器处理负荷较低的问题，提供了一种生物滤池全程自养脱氮的高效运行方法。

Description

一种生物滤池的高效自养脱氮方法

技术领域

本发明属于废水自养脱氮领域。具体涉及生物滤池全程自养脱氮工艺的高效运行方法。

背景技术

近年来，随着我国经济的快速增长，工业化和城市化进程不断推进，水污染日益加剧，造成水质性缺水和原本的资源性缺水彼此重叠，越来越多地影响到人们的正常生产和生活。其中，氮素污染是主要的一项危害。然而，传统的硝化/反硝化生物脱氮工艺不但存在流程长、供氧量高、需要外加碳源、污泥产量高等先天性不足。因此，各国学者纷纷开展了各种新型生物脱氮技术和工艺的研究。

1997年，德国Hannover大学的Hippen等人在研究一个垃圾填埋厂处理渗滤水的生物转盘时，发现在限氧（DO=0.8mg/L）和偏碱性的（pH=8.0～8.5）条件下，且无明显的NO₂ ^--N和NO₃ ^--N的累积的情况下，有大约60%的NH₄ ⁺-N转化为N₂脱除。由于反应器进水的可溶性有机碳浓度和C/N值都很低，且反应器的COD损失也较小，反应器中溶解氧一直存在，所以氮损失不是由异养反硝化引起的，即NH₄ ⁺-N去除现象是自养过程。这种在同一个反应器中，由自养的氨氧化菌和厌氧氨氧化菌协调作用，将NH₄ ⁺-N转化为N₂去除的现象被称为全程自养脱氮。

全程自养脱氮工艺基于的亚硝化和厌氧氨氧化是目前已知的最为简便的脱氮途径。但由于在同一反应器中起作用的好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌对外界环境的要求有所不同。而整个反应器的处理效果又由这两类细菌所决定。充分发挥两种不同菌群的微生物的活性，是提高反应器处理效能的关键。目前生物滤池全程自养脱氮工艺存在脱氮负荷小等瓶颈，因此如何提高反应器的处理效能具有现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物滤池的高效自养脱氮方法，包括如下内容：

（1）启动期，接种CANON工艺的生物膜，接种污泥浓度为1～3g/L；采用先厌氧后好氧的方式启动生物滤池，生物滤池温度控制在25～35℃，进水pH值维持在7.69～8.49之间；厌氧期进水氨氮浓度与亚硝酸盐氮浓度质量浓度之比为1:1.3，氨氮浓度为200～400mg/L，亚硝酸盐氮浓度为260～520mg/L，水力停留时间8～15h，当总氮去除率达到50%以上，继续维持运行20～40d；好氧期进水氨氮浓度为350～450mg/L，曝气强度为0.3～2.0L/min，水力停留时间5～8h，当总氮的去除率达到80%以上，总氮去除负荷达到1.0kgN·m^-3·d^-1以上，标志着CANON工艺启动成功；

（2）运行期，通过控制进水流量和曝气量，增加生物滤池的气水比，气水比即曝气量与进水流量之比，不断提高生物滤池的去除负荷；生物滤池温度控制在25～35℃，进水pH值维持在7.69～8.49之间；当生物滤池的氨氮去除率大于99%时，提高进水流量，水力停留时间由4～5h降低到1～2h；当出水亚硝酸盐氮的浓度小于30mg/L，增大曝气量，曝气量由1.0～2.0L/min增加到7.0～8.0L/min；生物滤池的气水比由9.0～11.0增加到39.0，生物滤池总氮去除率为80%～89%，总氮去除负荷为1.0～3.11kgN·m^-3·d^-1，实现了高效的自养脱氮。

本发明中采用了生物滤池作为CANON工艺的反应器形式。在反应器的启动和高效运行中主要优势是：（1）微生物的截留能力强，有利于反应器的启动；（2）反应器的处理负荷比现有的文献报道的都要高，反应器利用生物膜的厚度所产生的溶解氧浓度梯度，在生物膜外层为好氧的氨氧化菌层，进行氨氧化反应，逐渐消耗溶解氧，产生亚硝酸盐氮；在生物膜的内层形成了适合厌氧氨氧化菌生长的缺氧环境，亚硝酸盐氮和剩余的氨氮向内传递，发生厌氧氨氧化反应。（3）由于滤池滤料的保护作用，可以使得反应器器在高曝气高溶解氧条件下高效运行。

附图说明

图1是本发明中具体实例的生物滤池试验装置示意图，其中1为进水泵，2为空气泵，3为承托层，4为滤料层，5为取样口，6为取料口，7为pH/DO探头，8为加热棒。

图2（a）为本发明中具体实例的氨氮变化图，图2（b）为本发明中具体实例的亚硝酸盐氮变化图，图2（c）为本发明中具体实例的硝酸盐氮变化图，图2（d）为本发明中具体实例的总氮变化图。

图3是本发明中具体实例的去除负荷的变化图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例：

本发明反应器为有机玻璃柱加工而成，内径250mm，填充高度1300mm，底部设有20mm的河卵石承托层，其中安放有盘式膜曝气装置，反应区总体积40L。本试验选用火山岩作为滤料，其内外平均孔隙率为80%，粒径介于4.0～6.0mm，表观密度1.60-1.80kg/m³，堆积密度0.7-0.9kg/m³。滤料装填高度为900mm，填料的填充率为100%，初始有效容积21L。反应器采用上向流的进水方式，原水和曝气由底部进入，出水由上部出水口流出。试验期间，利用包裹在反应区外的套筒的水浴加热控制反应器温度，由转子流量计控制其曝气量。滤柱上方设有在线pH、DO数据采集系统，检测反应器的出水pH、温度及DO值。

启动期，接种CANON工艺的生物膜，接种污泥浓度为1.89g/L接种量为10L。采用先厌氧后好氧的方式启动反应器，反应器温度控制在25～35℃，进水pH值维持在7.69～8.49之间。厌氧期进水氨氮浓度与亚硝酸盐氮浓度之比为1:1.3，氨氮浓度为200～400mg/L，亚硝酸盐氮浓度为260～520mg/L，水力停留时间8～15h，从第59天开始反应器总氮去除率达到63.04%，继续维持运行32天，整个厌氧期历时91天。好氧期进水氨氮浓度为350～450mg/L，曝气强度为0.3～2.0L/min，水力停留时间3～8h，第114天总氮去除率83.25%，总氮负荷达到1.10kgN·m^-3·d^-1，标志着CANON工艺启动成功，整个好氧期历时23天。

运行期，通过控制进水流量和曝气量，增加反应器的气水比（曝气量与进水流量之比），不断提高反应器的去除负荷。反应器温度控制在25～35℃，进水pH值维持在7.69～8.49之间。当反应器的氨氮去除率大于99%时，提高进水流量，水力停留时间逐渐由4.6h降低到1.6h；当出水亚硝酸盐氮的浓度小于30mg/L，增大曝气量，曝气量由0.8L/min增加到8.0L/min；反应器的由气水比10.4逐渐增加到39.0。反应器的氨氮平均去除率为93.55%，总氮平均去除率为80.40%，氨氮最大去除率为100%，总氮最大去除率为89.48%，出水总氮浓度最低为41.13mg/L。反应器氨氮平均去除负荷为2.48kgN·m^-3·d^-1，总氮平均去除负荷为2.21kgN·m^-3·d^-1，氨氮最大去除负荷3.30kgN·m^-3·d^-1，总氮最大去除负荷为3.11kgN·m^-3·d^-1。

表1不同CANON反应器的总氮去除负荷对比

近年来，国内外研究者利用不同类型的反应器对CANON工艺进行研究，相应的去除负荷如表1所示。从表中可以看出，无论进水方式是连续流，还是间歇流，微生物形态是活性污泥法，还是生物膜法，均未达到较高的去除负荷。本发明所用滤料为火山岩，其具有良好的截留生物膜以及大量的内部孔隙等优势，当进水负荷较高，既需要较多的溶解氧也产生了较厚的外层氨氧化细菌层，这为厌氧氨氧化细菌提供了保护，使得反应器能在高溶解氧高负荷下较好运行。本发明通过直接提高进水负荷和曝气量，提高反应器的去除负荷，总氮的去除负荷比已有文献的负荷都高。因此，本发明中方法可有效提高自养脱氮的效率，是一种高效的自养脱氮方法。

Claims (2)

1.一种生物滤池的高效自养脱氮方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）启动期，接种CANON工艺的生物膜，接种污泥浓度为1～3g/L；采用先厌氧后好氧的方式启动生物滤池，生物滤池温度控制在25～35℃，进水pH值维持在7.69～8.49之间；厌氧期进水氨氮浓度与亚硝酸盐氮浓度质量浓度之比为1:1.3，氨氮浓度为200～400mg/L，亚硝酸盐氮浓度为260～520mg/L，水力停留时间8～15h，当总氮去除率达到50%以上，继续维持运行20～40d；好氧期进水氨氮浓度为350～450mg/L，曝气强度为0.3～2.0L/min，水力停留时间5～8h，当总氮的去除率达到80%以上，总氮去除负荷达到1.0kgN·m^-3·d^-1以上，标志着CANON工艺启动成功；

（2）运行期，通过控制进水流量和曝气量，增加生物滤池的气水比，气水比即曝气量与进水流量之比，不断提高生物滤池的去除负荷；生物滤池温度控制在25～35℃，进水pH值维持在7.69～8.49之间；当生物滤池的氨氮去除率大于99%时，提高进水流量，水力停留时间由4～5h降低到1～2h；当出水亚硝酸盐氮的浓度小于30mg/L，增大曝气量，曝气量由1.0～2.0L/min增加到7.0～8.0L/min；生物滤池的气水比由9.0～11.0增加到39.0，生物滤池总氮去除率为80%～89%，总氮去除负荷为1.0～3.11kgN·m^-3·d^-1，实现了高效的自养脱氮。

2.按照权利要求1所述一种生物滤池的高效自养脱氮方法，其特征在于：生物滤池的滤料为火山岩生物滤料。

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