CN104291528B - 厌氧氨氧化/部分反硝化工艺深度处理高基质废水装置与方法 - Google Patents

厌氧氨氧化/部分反硝化工艺深度处理高基质废水装置与方法 Download PDF

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Abstract

厌氧氨氧化/部分反硝化工艺深度处理高基质废水装置及方法，属于废水生物处理技术领域。其装置由进水箱、厌氧氨氧化反应器、中间水箱、碳源储备箱和部分反硝化反应器构成，其运行方法是高基质废水进入厌氧氨氧化反应器，将进水中的亚硝酸盐氮和大部分的氨氮去除，含有过量硝酸盐氮和氨氮的废水进入部分反硝化反应器，在乙酸钠电子供体的存在下，将硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮，其出水再回流到厌氧氨氧化反应器进行脱氮。本发明能够大大降低高基质废水厌氧氨氧化反应出水的氮素浓度，实现高基质废水深度脱氮的目的，另外，本发明操作方便，控制简单，并能够降低高浓度亚硝酸盐氮对厌氧氨氧化菌的抑制作用。

Description

厌氧氨氧化/部分反硝化工艺深度处理高基质废水装置与方法
技术领域：
本发明属于废水生物处理技术领域，具体涉及一种高基质废水深度脱氮工艺的装置及方法。
背景技术
厌氧氨氧化是指在厌氧或缺氧条件下，厌氧氨氧化菌以亚硝酸盐氮为电子受体，直接与氨氮发生反应转化为氮气的生物过程，如式(1)所示。该过程因其无需有机碳源、污泥产量低和无需曝气，可以大大减少污水处理工程的运行费用和污泥的处置费用；另外，其对废水的最大总氮去除率远高于传统硝化-反硝化过程的去除率，因此，自从20世纪90年代发现这种现象以来，该工艺受到人们的广大关注。
NH4 ++1.32NO2 -+0.066HCO3 -+0.13H+→0.066CH2O0.5N0.15+1.02N2+0.26NO3 --N+2.03H2O(1)
当前，厌氧氨氧化技术主要应用在高浓度氨氮废水的处理，如污泥消化液和脱水液、垃圾渗滤液、焦化废水等。这主要是由于该技术中需要亚硝酸盐氮作为电子受体将氨氮氧化，而低浓度氨氮废水(如城市生活污水)在氨氮氧化过程中容易生成硝酸盐氮，而难以产生稳定的亚硝酸盐氮积累；高浓度氨氮废水因其在硝化过程中较高的游离氨与游离亚硝酸盐对亚硝酸盐氧化菌的抑制作用容易实现稳定的亚硝酸盐氮积累。
另外，从式(1)可以看出厌氧氨氧化过程虽然具有较高的氮素去除率，但其在消耗1摩尔的氨氮会产生0.26摩尔的硝酸盐氮，因此该工艺在处理高氨氮废水时出水会含有大量的硝酸盐氮，其仍然需要后续处理才能达到国家排放标准。
反硝化过程也可以实现亚硝酸盐氮的积累，我们之前的试验证明，在一定条件下，硝酸盐氮的还原过程中可以获得较高的亚硝酸盐氮积累，即实现部分反硝化(硝酸盐氮还原过程只进行到亚硝酸盐氮)，并且反应过程控制简单，能够长期稳定实现。
基于厌氧氨氧化反应的巨大优势，本发明在厌氧氨氧化反应器后串联一部分反硝化反应器，利用具有高亚硝酸盐氮积累率的反硝化污泥，将高氨氮废水厌氧氨氧化出水过量的硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮，再回流到厌氧氨氧化反应器去除，降低出水氮素浓度。试验证明，该工艺能够显著提高处理效果，大大降低出水氮素浓度，并且能够有效避免高浓度亚硝酸盐氮对厌氧氨氧化菌的抑制问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种厌氧氨氧化/部分反硝化工艺深度处理高基质废水的装置和方法。具体是将含有大量硝酸盐氮的高基质废水厌氧氨氧化反应出水泵入部分反硝化反应器，使硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮，再将含有亚硝酸盐氮的出水回流到厌氧氨氧反应器中进行深度脱氮。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种厌氧氨氧化/部分反硝化工艺深度处理高基质废水的装置，其特征在于，包括进水箱1、高基质厌氧氨氧化反应器2、第一中间水箱3、碳源储备箱4、部分反硝化反应器5和第二中间水箱6。
进水箱1通过第一蠕动泵2.1与厌氧氨氧化反应器底部第一进水口2.2相连；厌氧氨氧化反应器2为UASB反应器，该反应器设有第一取样口2.12、三相分离器2.3、集气口2.6、出水口2.8、回流口2.4及第一排泥口2.11，集气口2.6与集气瓶2.7相连，回流口2.4通过第二蠕动泵2.5与第一中间水箱3相连；进一步地，第一中间水箱3再通过第三蠕动泵5.1与部分反硝化反应器5的第一进水口5.2相连；部分反硝化反应器5为间歇式SBR反应器，设有搅拌器5.5、pH/ORP插口5.6、第二取样口5.7、排水口5.8和第二排泥口5.9；碳源储备箱4通过第四蠕动泵5.3与部分反硝化反应器的第二进水口5.4相连；部分反硝化反应器排水口5.8与第二中间水箱6相连；进一步地，第二中间水箱6再通过第五蠕动泵2.9与厌氧氨氧化反应器2的第二进水口2.10相连。
本发明中厌氧氨氧化/部分反硝化工艺深度处理高基质废水的方法是按下述步骤进行的：
(1)厌氧氨氧化反应器的启动调试：将厌氧氨氧化污泥投入UASB反应器内，进水箱中的氨氮和亚硝酸盐氮废水泵入UASB反应器中，使其通过厌氧氨氧化作用转化为氮气从系统内排出，当UASB反应器出水亚硝酸盐氮浓度小于1mg/L或去除率达到95％以上，厌氧氨氧化反应器启动调试完成；
(2)厌氧氨氧化UASB反应器启动成功后，将部分反硝化污泥投入SBR反应器内，然后打开第二蠕动泵，使UASB反应器的出水排入第一中间水箱，再通过第三蠕动泵将第一中间水箱内的废水泵入部分反硝化SBR反应器内；
(3)SBR反应器进水结束后，打开第四蠕动泵，将碳源储备箱内的有机物泵入SBR反应器内，同时开启搅拌器，反应完毕，沉淀，出水排入第二中间水箱；
(4)开启第五蠕动泵，将第二中间水箱内的废水泵入UASB反应器内，通过厌氧氨氧化作用去除。
所述的厌氧氨氧化/部分反硝化工艺深度处理高基质废水的方法，其特征是：所述的步骤(1)中的厌氧氨氧化启动调试成功前，第二蠕动泵处于关闭状态；
所述的厌氧氨氧化/部分反硝化工艺深度处理高基质废水的方法，其特征是：所述的步骤(2)中的部分反硝化污泥亚硝酸盐氮积累率大于80％，投入SBR反应器后，污泥浓度MLSS控制在2000～4000mg/L；
所述的厌氧氨氧化/部分反硝化工艺深度处理高基质废水的方法，其特征是：所述的步骤(3)中碳源储备箱内有机物为乙酸钠溶液，碳源投加量控制在搅拌开始时SBR反应器内COD与硝酸盐氮质量浓度之比为2.4～3.2，搅拌时间为30～60分钟，反应结束，沉淀25分钟排水，进入闲置阶段；
所述的厌氧氨氧化/部分反硝化工艺深度处理高基质废水的方法，其特征是：所述的步骤(4)中的第五蠕动泵的流量与第二蠕动泵相同。
所述的厌氧氨氧化/部分反硝化工艺深度处理高基质废水的方法，其特征是：进水箱中的氨氮与亚硝酸盐氮的质量浓度之比为0.8～1.2。
本发明提供的厌氧氨氧化/部分反硝化工艺深度处理高基质废水的装置和方法，具有以下优势和特点：
1)该工艺可以实现对高基质废水的深度脱氮，出水氮素浓度大大降低，无需后处理即可直接排放；
2)相比后置完全反硝化对厌氧氨氧化出水中硝酸盐氮的脱氮处理方式，该工艺能够减少碳源的耗量，从而节约运行成本，另外还能减少反硝化过程温室气体的排放量及污泥产量；
3)部分反硝化SBR反应器操作方便，控制简单，亚硝酸盐氮积累稳定；
4)厌氧氨氧化反应器出水经过部分反硝化反应器后再回流到厌氧氨氧化反应器底部，降低了UASB反应器中亚硝酸盐氮的浓度，减少了厌氧氨氧化菌被高浓度亚硝酸盐氮的抑制作用。
附图说明
图1是厌氧氨氧化/部分反硝化工艺深度处理高基质废水的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及有效效果更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解为此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的保护范围。
如图1所示，厌氧氨氧化/部分反硝化工艺深度处理高基质废水的装置，包括进水箱1、高基质厌氧氨氧化反应器2、中间水箱3、碳源储备箱4、部分反硝化反应器5和中间水箱6。
进水箱1通过第一蠕动泵2.1与厌氧氨氧化反应器底部第一进水口2.2相连；厌氧氨氧化反应器2为UASB反应器，该反应器设有第一取样口2.12、三相分离器2.3、集气口2.6、出水口2.8、回流口2.4及第一排泥口2.11，集气口2.6与集气瓶2.7相连，回流口2.4通过第二蠕动泵2.5与第一中间水箱3相连；进一步地，第一中间水箱3再通过第三蠕动泵5.1与部分反硝化反应器5的第一进水口5.2相连；部分反硝化反应器5为间歇式SBR反应器，设有搅拌器5.5、pH/ORP插口5.6、第二取样口5.7、排水口5.8和第二排泥口5.9；碳源储备箱4通过第四蠕动泵5.3与部分反硝化反应器的第二进水口5.4相连；部分反硝化反应器排水口5.8与第二中间水箱6相连；进一步地，第二中间水箱6再通过第五蠕动泵2.9与厌氧氨氧化反应器2的第二进水口2.10相连。
具体包括以下过程：
(1)厌氧氨氧化反应器的启动调试：将厌氧氨氧化污泥投入有效体积为3L的UASB反应器内，其中接种的厌氧氨污泥为稳定运行的用于处理高氮素废水的颗粒污泥(进水TN＝300mg/L左右)，氨氮和亚硝酸盐氮去除率达到95％以上，接种后UASB反应器内污泥浓度MLSS在4000mg/L左右；将进水箱中的氨氮和亚硝酸盐氮废水泵入UASB反应器中，使其通过厌氧氨氧化作用转化为氮气从系统内排出，进水箱中的氨氮与亚硝酸盐氮浓度分别为150mg/L和150mg/L，进水中过量的氨氮以防系统内亚硝酸盐氮积累对厌氧氨氧化菌的抑制，水力停留时间HRT为6h；经过10天的运行，UASB反应器中亚硝酸盐氮去除率达到95％以上，厌氧氨氧化反应器启动调试完成；
(2)厌氧氨氧化UASB反应器启动成功后，将部分反硝化污泥投入有效容积为6L的SBR反应器中，该污泥在反硝化过程中具有80～90％％的亚硝酸盐积累率，污泥投入后SBR反应器内污泥浓度MLSS在2800mg/L左右；然后打开第二蠕动泵，其流速为1L/h，连续运转；UASB反应器的出水排入第一中间水箱，第三蠕动泵将第一中间水箱内的废水泵入部分反硝化SBR反应器内，其中第三蠕动泵流速为0.5L/min，间歇运转，每次开启6min；
(3)SBR反应器进水结束后，打开第四蠕动泵，将碳源储备箱内的有机物泵入SBR反应器内，每次开启时间为1min，碳源投加量为在搅拌开始时SBR反应器内COD浓度与硝酸盐氮浓度之比为3.0，有机物投加完毕后，开启搅拌器，反硝化菌利用有机物作为电子供体，将进水中的硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮，反应结束，关闭搅拌器，沉淀排水，将3L的出水排到第二中间水箱，SBR反应器每天4周期，每一周期6h，其中进水5min、搅拌30min、沉淀30min、排水5min和闲置410min；
(4)开启第五蠕动泵，将第二中间水箱内的废水泵入UASB反应器内，使部分反硝化反应器产生的亚硝酸盐氮通过厌氧氨氧化作用去除，第五蠕动泵与第二蠕动泵采用相同的运行参数，且连续运行，流速为1L/h。
连续试验结果表明：在厌氧氨氧化UASB反应器与部分反硝化SBR反应器连接成功后，进水氨氮和亚硝酸盐氮质量浓度比为1.0，厌氧氨氧化出水回流到部分反硝化反应器的流量与进水流量比为2.0时，整个系统出水总氮浓度小于15mg/L，出水无需后处理可以直接排放；同时，部分反硝化反应器在长期连续运行过程中污泥增长缓慢，无需对系统进行排泥。

Claims (2)

1.一种厌氧氨氧化/部分反硝化工艺深度处理高基质废水的装置，其特征在于，包括进水箱(1)、厌氧氨氧化反应器(2)、第一中间水箱(3)、碳源储备箱(4)、部分反硝化反应器(5)和第二中间水箱(6)；
进水箱(1)通过第一蠕动泵(2.1)与厌氧氨氧化反应器底部第一进水口(2.2)相连；厌氧氨氧化反应器(2)为UASB反应器，该反应器设有第一取样口(2.12)、三相分离器(2.3)、集气口(2.6)、出水口(2.8)、回流口(2.4)及第一排泥口(2.11)，集气口(2.6)与集气瓶(2.7)相连，回流口(2.4)通过第二蠕动泵(2.5)与第一中间水箱(3)相连；进一步地，第一中间水箱(3)再通过第三蠕动泵(5.1)与部分反硝化反应器(5)的第一进水口(5.2)相连；部分反硝化反应器(5)为间歇式SBR反应器，设有搅拌器(5.5)、pH或者ORP插口(5.6)、第二取样口(5.7)、排水口(5.8)和第二排泥口(5.9)；碳源储备箱(4)通过第四蠕动泵(5.3)与部分反硝化反应器的第二进水口(5.4)相连；部分反硝化反应器排水口(5.8)与第二中间水箱(6)相连；进一步地，第二中间水箱(6)再通过第五蠕动泵(2.9)与厌氧氨氧化反应器(2)的第二进水口(2.10)相连。
2.应用如权利要求1所述装置进行厌氧氨氧化/部分反硝化工艺深度处理高基质废水的方法，其特征在于是按下述步骤进行的：
(1)厌氧氨氧化反应器的启动调试：将厌氧氨氧化污泥投入UASB反应器内，进水箱中的氨氮和亚硝酸盐氮废水泵入UASB反应器中，使其通过厌氧氨氧化作用转化为氮气从系统内排出，当UASB反应器出水亚硝酸盐氮浓度小于1mg/L或去除率达到95％以上，厌氧氨氧化反应器启动调试完成；
(2)厌氧氨氧化UASB反应器启动成功后，将部分反硝化污泥投入SBR反应器内，然后打开第二蠕动泵，使UASB反应器的出水排入第一中间水箱，再通过第三蠕动泵将第一中间水箱内的废水泵入部分反硝化SBR反应器内；
(3)SBR反应器进水结束后，打开第四蠕动泵，将碳源储备箱内的有机物泵入SBR反应器内，同时开启搅拌器，反应完毕，沉淀，出水排入第二中间水箱；
(4)开启第五蠕动泵，将第二中间水箱内的废水泵入UASB反应器内，通过厌氧氨氧化作用去除；
所述的步骤(1)中的厌氧氨氧化启动调试成功前，第二蠕动泵处于关闭状态；
所述的步骤(2)中的部分反硝化污泥亚硝酸盐氮积累率大于80％，投入SBR反应器后，污泥浓度MLSS控制在2000～4000mg/L；
所述的步骤(3)中碳源储备箱内有机物为乙酸钠溶液，碳源投加量控制在搅拌开始时SBR反应器内COD与硝酸盐氮质量浓度之比为2.4～3.2，搅拌时间为30～60分钟，反应结束，沉淀25分钟排水，进入闲置阶段；
所述的步骤(4)中的第五蠕动泵的流量与第二蠕动泵相同；
进水箱中的氨氮与亚硝酸盐氮的质量浓度之比为0.8～1.2。
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