CN104211168B - 使用沸石-斜发沸石在上流式厌氧消化器与污泥床中对废水进行厌氧消化的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及这样的方法：在上流式厌氧反应器与污泥床(UASB)中使用斜发沸石型沸石以获得颗粒状活性污泥，从而提高污泥的密度并因而改进其沉降特性，以及通过微生物的固定化提高反应器内的生物量，以实现与迄今为止使用的不含沸石的相同类型反应器相比有机材料去除效率的提高并且生物气产生(60％至70％甲烷)提高超过20％，使得可以使用这样的反应器来处理含有高浓度的蛋白质、氨基酸和其他含氮化合物的废水，其通过使用沸石‑斜发沸石防止对该过程有害的氮积累，即氨氮与在斜发沸石晶体结构的特定点中存在的碱金属及碱土金属的交换，以及还防止产生丝状细菌，所述丝状细菌难以容纳在反应器内并降低其效率。

Description

使用沸石-斜发沸石在上流式厌氧消化器与污泥床中对废水 进行厌氧消化的方法
技术领域
本发明涉及一种通过添加负责有机物质之厌氧降解的活性沸石-斜发沸石(zeolite-clinoptilolite)污泥在上流式厌氧消化器与污泥床(upflow anaerobicdigester and sludge blanket，UASB)中进行厌氧消化的方法。该沸石以占浆料总体积的15％至23％的比例添加，该量足以在反应器中实现较好的污泥停留以及所需量的氮的去除以防止由该化合物导致的抑制过程。所用沸石必须是斜发沸石型，因为斜发沸石由于其作为离子交换剂的特性而具有较高的去除氨氮的能力。
背景技术
上流式厌氧消化器和覆层(mantle)广泛用于处理来自不同领域(feature)的废水，例如生活污水或餐饮业污水(served sewage)，来自蒸馏间(distillery)的废水，来自制糖产业、罐头产业、咖啡产业(benefit 0f coffee)、乳制品、软饮料、药物生产、填埋场渗出物(landfill leachate)、淀粉生产、酵母生产、酿酒以及纸张生产的废水。在这些情况下，已经获得了较高的有机物质去除效率，其值为70％至85％。然而，该方法在应用于含有高浓度蛋白质或铵的废水(例如，在鱼加工产业、畜牧设施、肉类制品加工厂、动物的屠宰、氮肥的生产等中产生的那些)时失效，因为这些高浓度蛋白质或铵妨碍所产生的丝状结构中颗粒的形成(Sanchez等，1995；Hulshoff等，2004；Tada等，2005；Montalvo等，2012)。这导致不良的污泥沉降特性和低去除效率。在另一方面，高浓度的有机氮和铵导致厌氧消化的抑制，这直接影响有机物质的低去除效率和低甲烷产生。
有一些报道表明，当氨氮的浓度超过1000mg/l时，颗粒状污泥的形成受到严重影响。当废水具有高蛋白质浓度并且化学需氧量(chemical oxygen demand，COD)比例：氮(N)低于30∶1时，还发生抑制过程(Sanchez等，1995；Hulshoff等，2004；Tada等，2005；Montalvo等，2012)。
沸石斜发沸石已被用于控制含有高浓度有机氮的废水中氨氮的形成 (BernalM.P.，López-Real J.M.1993.Natural zeolites and sepiolites as ammonium andammonia adsorbent materials.Bioresource Technology.43，27-33；Bernal M.P.，López-Real J.M.，Scott K.M.1993.Application of natural zeolites for thereduction of ammonia emissions during the composting of organic wastes in alaboratory composting simulator Bioresource Technology.43，35-39；Borja R.，Sánchez E.，Weiland P.， Travieso L.1993.Effect of ionic exchanger addition onthe anaerobic digestion of cow manure.Environmental Technology.14，891-896；Borja R.，Sánchez E.，Weiland P.，Travieso L.，Martín A.1993.Effect of naturalzeolite support on the kinetics of cow manure anaerobic digestión.Biomass andBioenergy.5，395-400；Borja R.，Sánchez E.，Weiland P.，Travieso L.，MartínA.1994.Kinetics of anaerobic digestion of cow manure with biomass inmobilizedon zeolite.Biochemical Engineering Journal.54，B9-B14；Sánchez E.，Milán Z.，Borja R.，Weiland P.，Rodriguez X.1995.Pigggery waste treatment by anaerobicdigestion and nutrient removal by ionic Exchange.Resources，Conservation andRecycling.15，235-244；Borja R.，Sánchez E.，Durán M.M.1996.Effect of the claymineral zeolite on ammonia inhibition of anaerobic thermophilic reactorstreating cattle manure.1996.Journal of Environmental Science and Health.A31(2)，479-500；Milán Z.，Sánchez E.，Weiland P.，de Las Pozas C.，Borja R.，MayaríR.，Rovirosa N.1997.Ammonia removal from anaerobically treated piggery manure byion exchange in columns packed with homoionic zeolite.The chemicalEngineering Journal.66，65-71；Milán Z.，Sánchez E.，Borja R.，Ilangovan K.，PellonA.，Rovirosa N.，.Weiland P.，Escobedo R.1999.Deep bed filtration of anaerobiccattle manure effluents with natural zeolite.Journal of Environmental Scienceand Health.B34(2)，305-332；Fernández N.，Fernández-Polanco F，Montalvo SJ，Toledano D.2001.Use of activated carbon and natural zeolite assupportmaterials，in an anaerobic fiuidized bed reactor，for vinasse treatment.WaterScience and 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wastewater)进行了类似的研究，结果与用牛排泄物获得的那些结果非常相似(Sánchez E.，Milán z.，Borja R.，Weiland P.，Rodriguez X.1995.Pigggery waste treatment by anaerobicdigestion and nutrient removal by ionic Exchange.Resources，Conservation andRecycling.15，235-244)。对通过厌氧消化处理之后沸石去除猪和牛废水中氨氮的能力进行了研究，表明氨氮的去除效率为约90％(Milán Z.，Sánchez E.，Weiland P.，de LasPozas C.，Borja R.，MayaríR.，Rovirosa N.1997.Ammonia removal from anaerobicallytreated piggery manure by ion exchange in columns packed with homoioniczeolite.The chemical Engineering Journal.66，65-71；Milán Z.，Sánchez E.，BorjaR.，Ilangoban K.，Pellon A.，Rovirosa N.，.Weiland P.，Escobedo R.1999.Deep bedfiltration of anaerobic cattle manure effluents with natural zeolite.Journalof Environmental Science and Health.B34(2)，305-332；Milan Z.，Sánchez E.，BorjaR.，Weiland P.，Cruz M.2001.Synergistic effect of natural and modified zeoliteson the methanogenesis of acetate and methanol.Biotechnology Letters，23，559-562；Milán Z.，Sánchez E.，.Weiland P.，Borja R.，Martín A.，IlangobanK.2001.Influence of different natural zeolite concentrations on the anaerobicdigestion of piggery waste.Bioresource Technology.80，37-43；Milán Z，Villa P，Sánchez E，Montalvo S，Borja R，Ilangovan K.2003.Effect of natural and modifiedzeolite onanaerobic digestion of piggery waste.Water Science andTechnology48，263-9)。已表明，天然沸石的添加降低氮的浓度并且有助于通过多种废物的厌氧消化生产甲烷，即使对于具有高浓度氮的废物亦如此(Milan Z.，Sánchez E.，BorjaR.，Weiland P.，Cruz M.2001.Synergistic effect of natural and modified zeoliteson the methanogenesis of acetate and methanol.Biotechnology Letters，23，559-562；Milán Z，Villa P，Sánchez E，Montalvo S，Borja R，Ilangovan K.2003.Effect ofnatural and modified zeolite onanaerobic digestion of piggery waste.WaterScience and Technology.48，263-9；Tada C.，Yang Y.，Hanaoka T.，Sonoda A.，Ooi K.，Sawayama S.2005.Effect of natural zeolite on methane production fromanaerobic digestion of ammonium rich organic sludge.Bioresurce Technology.96，459-464；Kotsopoulos，T.A.，Karamanlis，X.，Dotas，D.，Martzopoulos，G.G.2008.Theimpact ofdifferent natural zeolite concentrations on the methane productionin thermophilicanaerobic digestion of pig waste.Biosystems Engineering99，105-111；WeiβS.，Tauber M.，Somitsch W.，Meincke R.，Müller H.，Berg G.，Guebitz G.M.，2010.Enhancement of biogas production by addition of hemicellulolyticbacteria immobilizedon active zeolite.Water Research44，1970-1980；Weiβ，S.，Zankel，A.，Lebuhn，M.，Petrak，S.，Somitsch，W.，Guebitz，G.M.2011.Investigation ofmicroorganisms colonizing activated zeolites during anaerobic biogásproduction from grass silage.Bioresource Technology102，4353-4359；Montalvo S.，Guerrero L.，Borja R.，Sánchez E.，Milán Z.，Cortés I.，Angeles de la RubiaM.2012.Application of natural zeolites in anaerobic digestion process：AReview.2012.Apply Clay Science.58，125-133)。
文献Mery C.，Guerrero L.，Alonso-Gutierrez J.，Figueroa M.，Lema J.M.，Montalvo S.，Borja R.2012.Evaluation of zeolite as microorganism supportmedium in nitrifying batch reactors：Influence of zeolite particlesize.Journal of Environmental Science and Health.A47，420-427.Research.62，71-76比较了具有不同粒径的沸石的离子交换能力，并且示出最佳尺寸范围为0.5mm至1mm。在这些情况下，就较大的粒径而言达到了大于64％的氨氮去除效率。Montalvo S.，GuerreroL.，Borja R.Sánchez E.，Milán Z.，Cirtés I.，Angeles de la RubiaM.2012.Application of natural zeolites in anaerobic digestion process：AReview.2012.Apply Clay Science.58，125-133对沸石在多种类型废水的厌氧消化期间防止氨的抑制中的应用进行了综述。在这篇文章中证实了沸石在控制所述抑制中的有效性能及其固定化厌氧微生物的能力。
已经对添加沸石对微生物固定化的影响进行了研究，并且在需氧过程和厌氧过程二者中都获得了令人满意的结果(Borja y col.，2003；Fernández N.，Fernández-PolancoF，Montalvo SJ，Toledano D.2001.Use of activated carbon and natural zeolite assupport materials，in an anaerobic fluidized bed reactor，for vinassetreatment.Water Science and Technology44，1-6；He S.B.，Xue，G.，KongH.N.2006.Zeolite powder addition to improve the performance of submergedgravitation-filtration membrane bioreactor.Journal ofEnvironmental.Science.18，242-247；He S.B.，Xue G.，Kong H.N.，Li X.2007.Improvingthe performance of sequencing batch reactor(SBR)by the addition of zeolitepowder.Journal of Hazard Materials.142，493-499；，O.，Nikolaeva，S.，Sánchez，E.，Borja，R.，Raposo，F.2008.Treatment of screened dairy manure by upflowanaerobic fixed bed reactors packed with waste tyrerubber and a combinationof waste tyre rubber and zeolite：effect of the hydraulic retentiontime.Bioresource Technology99，7412-7417；Nikolaeva，S.，Sánchez，E.，Borja，R.，Raposo，F.，Colmenarejo，M.F.，Montalvo，S.，Jiménez-Rodríguez，A.M.2009.Kinetics ofanaerobic degradation of screened dairy manureby upflow fixed bed digesters：effect of natural zeolite addition.Journal of Environmental.Science andHealth.Part A44，146-150；Jiang Y.F.，Liu D.H.，Sun T.X.，Chen J.M.2010.Processcharacteristics of zeolite media biological aerated filter for treatingaquaculture wastewater.Huanjing Kexue/Environmental Science.31，703-708；WeiβS.，Tauber M.，Somitsch W.，Meincke R.，Müller H.，Berg G.，Guebitz G.M.，2010.Enhancement of biogas production by addition of hemicellulolyticbacteria immobilizedon active zeolite.Water Research44，1970-1980；Weiβ，S.，Zankel，A.，Lebuhn，M.，Petrak，S.，Somitsch，W.，Guebitz，G.M.2011.Investigation ofmicroorganisms colonizing activated zeolites during anaerobic biogásproduction from grass silage.Bioresource Technology102，4353-4359；Mery y col.，2011；Montalvo S.，Guerrero L.，Borja R.，Sánchez E.，Milán Z.，Cortés I.，Angelesde la Rubia M.2012.Application of natural zeolites in anaerobic digestionprocess：A Review.2012.Apply Clay Science.58，125-133)。
前述文献综述披露，尚没有与在作为公知位置(例如UASB制品)的上流式厌氧消化器与覆层中使用斜发沸石型沸石相关的文献，也没有任何与诸如本发明的方法相关的专利。
发明内容
本发明涉及一种通过添加负责有机物之厌氧降解的颗粒状沸石-斜发沸石活化的污泥来在上流式厌氧消化器与污泥床(UASB)中进行厌氧消化的方法。该沸石以占浆料总体积的15％至23％的比例添加，该量足以在反应器中获得较好的污泥停留以及所需量的氮的去除以防止由该化合物导致的抑制量过程。所用沸石必须是斜发沸石型，因为斜发沸石因其作为离子交换剂的性能而具有高的去除氨氮的能力。
在曾使用沸石的其他反应器(厌氧过滤器和流化过滤器)中未曾旨在处理具有高水平氮的废水，也未曾获得具有生物肥料特性的残余物，更不必提在反应器中获得较好的污泥成粒，其中成粒是UASB反应器的显著特性。
此外，本专利的目的是解决UASB反应器由于未能形成沉淀以及因进行微生物的洗涤而使效率降低从而无法用于含有高浓度蛋白质和/或氨氮的废水的难题。
与应用于废水的任何其他类型的反应器相比，UASB反应器以较低的停留时间运行，因此，将UASB反应器的结果与其他反应器的结果进行 比较是不可能或不实际的。
附图说明
图1示出上流式厌氧消化器与污泥床的图，其中(1)是生物气，(2)是沸石，(3)是流出物，(4)是流入物，(5)是生物气导流器，(6)是沉降分离器生物气以及(7)是经消化的污泥。
图2和3示出电子显微镜显微图，其中在不同方式的沸石颗粒的内部和表面上观察到了大量的微生物，突显出球菌形成的成束或成簇形态。
具体实施方式
本发明涉及一种通过添加负责有机物质之厌氧降解的颗粒状沸石-斜发沸石活化的污泥来在上流式厌氧消化器与污泥床(UASB)中进行厌氧消化的方法。该沸石以占浆料总体积的15％至23％的比例添加，该量足以在反应器中获得较好的污泥停留以及所需量的氮的去除以防止由该化合物导致的抑制量过程。所用沸石必须是斜发沸石型，因为斜发沸石因其作为离子交换剂的性能而具有高的去除氨氮的能力。
所用沸石-斜发沸石的粒径为0.5mm至2mm。
通过从如图1所示的消化器的底部添加所需量的材料将反应器中沸石-斜发沸石的浓度维持在恒定比例。
随着沸石的添加，氮的去除效率持续降低，而生物气的产生提高。
如下表1所示，就具有高浓度氨氮的废水而言，氮的去除效率为50％至80％不等。
表1
*UASB反应器；合成的残余液体；残余流(流入物)：100l/天；升速：0.5-2m/小时。
**认为的厌氧过程的抑制浓度
如表1和2所示，与未添加斜发沸石型沸石的UASB消化器相比，上述比例的天然沸石的添加导致有机物的去除效率以及生物气的产生提高20％至30％。
表2
*UASB反应器；合成的残余液体；残余流(流入物)：100l/天；升速：0.5-2m/小时。
**低于检出限。
如表3所示，与未添加沸石的UASB消化器相比，添加有沸石的UASB消化器中的水力停留时间(hydraulic retention time)降低20％至30％。
表3
＊UASB反应器；从猪饲喂设施中流出；残余流(流入物)：100l/天；升速：0.5-2m/小时。
＊＊TRH：水力停留时间
对于添加有沸石的UASB消化器，在厌氧消化器UASB中使用沸石-斜发沸石作为添加剂的优点在于如下：
-参见表4，通过提高污泥龄(sludge age)和导致微生物的更佳适应获得了消化器中活性细菌提高的停留。
表4
1UASB反应器；从猪饲喂设施中流出；残余流(流入物)：100l/天；升速：0.5-2m/小时；
COD流入物20g/l；流入物氨氮1500mg/l；流出物总磷：300mg/l。
2SVS：挥发性混悬固体(生物量的测量)
3UASB反应器中的粒径
4固体停留时间或污泥龄
5污泥和有机材料稳定的沸石中磷和氮(营养物)的存在特别是这些特征中的缓慢释放特征提供生物肥料和土壤调节剂。该污泥具有95％至98％的水分，因此在营养物浓度高得多时进行干燥。
6用电子显微镜进行观察使得能够观察到在不同形式的沸石颗粒的内部和表面上的许多微生物，突显出成簇或成八叠球的球形形态，与甲烷八叠球菌(Methanosarcinassarcinas)相似，参见图2和图3。
-污泥龄的提高导致有机物质的去除效率以及生物气之产生的提高。
-因为水力停留时间降低，所以消化器所需容积降低，并且实现了与未添加沸石的UASB消化器相比投资成本的节约。
-参见表1和表4，实现了氮的高去除，基于此，通过降低氨的累积获得了该方法的潜在抑制，而这是未添加沸石的消化器无法实现的。
-UASB消化器中沸石的添加扩展了其在含有高浓度氮和/或蛋白质的废水中的潜在用途。
-参见表4，该方法中产生的过量污泥具有高浓度的营养物，并且导致缓慢释放的肥料营养物。
一旦设计并构建好了用于处理含有高浓度氮或蛋白质之废水的UASB消化器，则以由废水的特定性质确定的比例向其中添加接种物。在该接种物中添加有相对于污泥的总体积为15体积％至23体积％的沸石，斜发沸石型沸石的平均粒径为0.5mm至2mm。向所得浆料中添加逐渐提高体积量的待处理废水直至其达到最终运行条件。一旦建立了决定消化器运行以去除有机物质的稳定运行条件，则对消化器中氮的去除和该浓度进行监测。除此之外，还监测生物气的产生及其甲烷浓度。UASB消化器流出物中氮浓度的提高使去除效率降低，有机材料去除效率的降低和生物气产生的降低决定沸石的新添加，这与颗粒状活性污泥累积相同，如图1所示。
消化器中污泥的体积必须保持恒定在相对于消化器的总容积为20％的比例。
从消化器的底部提取所产生的过量污泥，并通过使用阳光或其他过程使之脱水以获得水分浓度为20％至30％的材料。该材料是在农业中非常有用的缓慢释放的肥料营养物。
添加到厌氧消化UASB中的沸石决定了与未添加沸石的UASB消化器相比，效率提高20％至30％，并且生物气产生提高20％至30％，并且 氨氮浓度降低50％至80％，这在未添加沸石的UASB消化器中未能实现。最后，与未添加沸石的UASB消化器相比，实现了20％至30％的消化器容积降低。
沸石的添加使得可以将UASB污水消化器应用于含有高浓度氮或蛋白质的污水，例如农业废水源和食品工业废水源。
实施例
开发了在养猪厂产生的废水和来自乳制品厂的废水：对应于两种不同类型废水的两个实施例。
实施例1
向含有来自养猪厂的废水的UASB消化器中添加沸石-斜发沸石。之前以实验室规模通过两个UASB消化器研究了猪排泄物的处理。一个消化器被用作对照，而另一个消化器中添加了沸石-斜发沸石(实际容积的10％)。
用丙烯酸类塑料构建这两个消化器，其有效容积为10升，总容积为12升，具有以下尺寸：长度和宽度为l5cm，总高度为53cm；有效高度为44cm。
两个消化器以1至5天的相似水力停留时间运行。
所用猪排泄物的特征归纳于表5中：
表5.实验中所用猪排泄物的特征。
参数 范围 样品数
DQO 8.0-40.1g/l 20
SST 1.5-5.9g/l 20
有机氮 278-716mg/l 20
氨氮 198-790mg/l 18
磷 329-696mg/l 18
碱度 1155-2550mg/l 20
挥发性酸 1257-5400mg/l 16
pH 5.9-6.9 20
用4升良好消化的污泥接种消化器。向该消化器中添加沸石，即添加1Kg的沸石-斜发沸石，其粒径为0.5mm至2mm。在所研究的每次停留时间之后，更换沸石并采用相同的经适应的(acclimated)污泥。
该实验持续所用水力停留时间10倍。
在实验期间，测量以下参数：COD、SST、有机氮和氨氮、磷(正磷酸盐)、碱度、挥发性脂肪酸、pH、气体产生和甲烷浓度。
表6示出在所研究的不同水力停留时间获得的结果。
表6.在实验中获得的结果
在所研究的每次停留时间结束时，获取消化器的沸石样品并确定其氮浓度，结果示于下表7中。
表7.在所研究的每次沸石TRH结束时氮的浓度
TRH(天) 氮浓度(％)
1 4.4
2 4.9
3 5.8
4 6.4
5 7.6
考虑到当沸石上的N的浓度达到按重量计25％时，沸石是饱和的。在56天的运行之后达到了就一天的水力停留时间而言的沸石饱和。就2天的水力停留时间而言，沸石饱和将在102天达到。就3天的水力停留时间而言，将在129天后达到饱和。就4天的停留时间而言，沸石将在156天后达到饱和。而就5天的HRT而言，最终将需要164天。
对应于所获得的最高效率，添加有沸石的消化器中的生物气产生较高。
表8中示出了在不同水力停留时间中应用的每个消化器中的生物气产生和甲烷浓度。
表8.两个消化器中的生物气产生
鉴于以实验规模获得的结果，对大规模的操作条件进行评估：
对于具有以下特征的废水：
废物的体积＝100m3/天。
COD＝20-30g/l
生物化学需氧量5天(BOD5)＝10-15g/l
碱度＝3-4g/l
pH＝6.7-7.3
总固体(TS)＝16-25g/l
总凯氏氮(Kjeldahl nitrogen)＝0.5-1g/l
总磷＝0.3-0.5g/l
替选A：未添加沸石-斜发沸石的UASB消化器
所需消化器容积：170m3
水力停留时间：1-2天
施用于COD的有机负荷体积：11-18Kg/m3/天
COD去除效率：50-60％
流出物中氨氮的浓度：450-850mg/l
生物气产生：600-700m3/天
甲烷浓度：55-65％
接种物的量：25-35m3
污泥龄：50-70天
替选B：添加有沸石-斜发沸石的消化器
所需消化器容积：120m3
水力停留时间：0.7至1.5天
施用于COD的有机负荷体积：16-25Kg DQO/m3/天
COD去除效率：65-78％
流出物中氨氮的浓度：90-170mg/l
生物气产生：700-900m3/天
甲烷浓度：65-70％
接种物的量：20-30m3
待添加沸石-斜发沸石的量：4-6m3
污泥龄：70-90天
实施例2
进行了实验研究以比较在乳制品厂废水的处理中添加沸石的有效性。使用了两个UASB消化器。将一个消化器用作对照，而另一个消化器添加有沸石-斜发沸石(实际容积的15％)。
用丙烯酸类塑料构建这两个消化器，其有效容积为10升，总容积为12升。其具有以下尺寸：长度和宽度为15cm，总高度为53cm；有效高度为44cm。两个消化器运行类似的1至5天的水力停留时间。每次停留时间研究相当于相应停留时间的10倍的一段时间。
实验中所用乳制品厂废水的其余特征示于表9中。
表9.实验中所用乳制品厂废水的特性
参数 范围 样品数
DQO 32-46g/l 15
ST 40-56g/l 18
SV 30-38g/l 18
有机氮 1200-1400mg/l 18
氮氮 2000-3000mg/l 18
磷 540-780 18
碱度(mg./l) 7800-11400 20
AGV(mg./l) 3540-4740 15
pH 6.9-7.9 20
用4升良好消化的污泥接种UASB消化器，并向该消化器中添加沸石，即添加1.5Kg的沸石-斜发沸石，其粒径为0.5mm至2mm。
在实验期间，测量以下参数：COD、SST、有机氮和氨氮、磷(正磷酸盐)、碱度、挥发性脂肪酸、pH、气体产生和甲烷浓度。
表10示出在所研究的不同水力停留时间获得的结果。
表10.在实验中获得的结果
在所研究的每次停留时间结束时，获取消化器的沸石样品并确定其氮浓度，结果示于下表11中。
表11.沸石中的氮浓度
考虑到当沸石上的N浓度达到按重量计25％时，沸石是饱和的。在25天的运行之后达到了就一天的水力停留时间而言的沸石饱和。就2天的水力停留时间而言，沸石饱和将在41天后达到。就3天的水力停留时间而言，将在55天后达到饱和。就4天的停留时间而言，沸石将在66天后达到饱和。而就5天的HRT而言，最终将需要68天。
对应于消化器中所获得的最高效率，添加有沸石的消化器中的生物气产生较高。
表12中示出了在不同水力停留时间中应用的每个消化器中的生物气产生和甲烷浓度。
表12.两种消化器中的生物气产生
如在表12中可见，与对照相比，添加有沸石的消化器中的生物气产生较高。结果允许对这样较大的规模进行计算，如下所述。
向含有来自乳制品厂的废水的UASB消化器中添加沸石-斜发沸石。
对于具有以下特征的废水：
废物体积＝100m3/天。
COD＝32-46g/l
pH＝7.3-7.6
ST＝40-56g/l
SV＝30-38g/l
总氮＝3.2-4.4g/l
氨氮＝2.0-2.5g/l
总磷＝0.5-0.8g/l
替选A：未添加沸石-斜发沸石的UASB消化器
所需消化器容积：300m3
水力停留时间：3-4天
施用于COD的有机负荷体积：9-12Kg/m3/天
COD去除效率：45-55％
流出物中的氨氮浓度：3.0-3.1mg/l
生物气产生：700-800m3/天
甲烷浓度：61-64％
接种物的量：45-65m3
污泥龄：50-70天
替选B：添加有沸石-斜发沸石的消化器
所需消化器容积：210m3
水力停留时间：2-3天
施用于COD的有机负荷体积：13-19Kg DQO/m3/天
COD去除效率：72-76％
流出物中的氨氮浓度：0.4-6g/l
生物气产生：950-1100m3/天
甲烷浓度：65-70％
接种物的量：35-52m3
待添加的沸石-斜发沸石的量：10-15m3
污泥龄：70-90天
向含有来自乳制品厂的废水的UASB消化器中添加沸石-斜发沸石。
对于具有以下特征的废水：
废物体积＝100m3/天。
COD＝38-46g/l
pH＝7.3-7.6
ST＝31-43g/l
挥发性固体(VS)＝22-32g/l
总凯氏氮(Total Kjeldahl nitrogen)＝2.2-2.6g/l
氨氮＝1.0-1.2g/l
总磷＝0.3-0.5g/l
替选A：未添加沸石-斜发沸石的UASB消化器
所需消化器容积：300m3
水力停留时间：3-4天
施用于COD的有机负荷体积：12-16Kg/m3/天
COD去除效率：45-55％
流出物中的氨氮浓度：2.0-2.5mg/l
生物气产生：1000-1200m3/天
甲烷浓度：50-55％
接种物的量：45-65m3
污泥龄：50-70天
替选B：添加有沸石-斜发沸石的消化器
所需消化器容积：210m3
水力停留时间：2-3天
施用于COD的有机负荷体积：18-22Kg DQO/m3/天
COD去除效率：59-72％
流出物中的氨氮浓度：0.4-0.6g/l
生物气产生：1300-1700m3/天
甲烷浓度：65-70％
接种物的量：35-52m3
待添加的沸石-斜发沸石的量：10-15m3
污泥龄：70-90天

Claims (4)

1.用于通过微生物的固定化和受控铵抑制在上流式厌氧消化器与污泥床(UASB)中对含有高浓度的氨氮或有机氮的废水进行厌氧消化的方法，其中所述方法包括以下步骤：
a)用经良好消化的污泥接种包含在所述消化器中的含有高浓度的氮的废水；
b)向来自步骤a)的残余经接种废水中添加平均粒径为0.5mm至2mm的斜发沸石，斜发沸石体积为污泥总体积的15体积％至23体积％；
c)向从步骤b)得到的颗粒状活化污泥中添加体积逐渐提高的含有高浓度的氮的废水，以达到稳定的预定运行条件；
d)在步骤c)的预定稳定运行条件下监测所述消化器的运行，对消化器流出物中有机物质和氨氮的去除、所述消化器中的氮的浓度、消化器流出物中的生物气产生以及所述生物气中甲烷的浓度进行定量；
e)在所述消化器中累积的颗粒状活化污泥中再次添加斜发沸石以检测至少所述消化器的所述流出物中氨氮浓度的提高、去除效率的降低、有机材料的去除效率的降低或生物气产生的降低，将所述消化器中污泥的体积维持恒定在基于所述消化器的总体积的20％的比例；任选地，
f)从所述消化器的底部除去所产生的过量的污泥，并通过使用阳光或替代方法使其脱水，使得获得含有营养物的高浓度材料，所述材料的水分浓度为20％至30％，其可用作生物肥料或缓慢释放的肥料营养物。
2.权利要求1的方法，其中所述含有高浓度氨氮或有机氮的废水选自农业废水或食品工业的废水。
3.权利要求2的方法，其中家畜来源的所述含有高浓度氨氮或有机氮的废水选自在养猪厂中产生的废水或来自乳制品厂的废水。
4.权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述有机氮为蛋白质。
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