CN104355404B - 一种快速实现生物滤池厌氧氨氧化的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
一种快速实现生物滤池厌氧氨氧化的方法与装置，属于污水处理技术领域。包括圆筒型反应装置、进水箱、曝气盘、集水槽、反冲洗进水管、反冲洗出水管、反冲洗水泵、反冲洗进气管、压力表；整个反应过程的温度在控制在30‑33℃；氨氮与亚硝态氮的比例为1:1.32；控制系统滤速为1.5‑2.0m/h；并通过基于压力制值变化特征点控制厌氧氨氧化生物滤池的反冲洗周期和强度。本发明具有有利于经济有效地控制水体氮素污染，提高污水深度脱氮效率和回用水水质。
Description
技术领域
本发明涉及一种含氮废水生物处理工艺的快速实现方法，与传统硝化—反硝化脱氮工艺相比能够节省约62.5％的供氧量、100％的外加碳源，污泥产量可减少70～80％。适用于污泥消化液、垃圾渗滤液和污水处理厂二级水的深度处理，有利于经济有效地控制水体氮素污染，提高污水深度脱氮效率和回用水水质，并降低回用水处理成本，属于污水处理技术领域。
背景技术
随着社会经济的飞速发展，环境问题也日益受到人类的关注，其中水体的富营养化现象(指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象)逐渐引起人们的高度重视。生物硝化反硝化是目前普遍采用的污水脱氮方法。传统硝化作用分两步进行。首先，氨氮在氨氧化菌(AOB)的作用下转化为亚硝酸盐；随后，亚硝酸盐通过亚硝酸氧化菌(NOB)转化为硝酸盐。反硝化作用是在缺氧及存在有机碳源的条件下，由反硝化菌将硝酸盐还原为亚硝酸盐并进一步还原为氮气。但当处理低氨氮废水(如某些以居民生活污水为主的城市污水)时，由于碳源不足或水温波动等原因，脱氮效率较低。
厌氧氨氧化生物脱氮技术是在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌以亚硝酸盐氮或硝酸盐氮为电子受体，直接将氨氧化并生成氮气的过程。与传统的硝化反硝化工艺或同时硝化反硝化工艺相比，厌氧氨氧化为自养微生物过程，并具有不需要外加有机碳源、污泥产量少、不需曝气、节省运行费用、不需要酸碱中和剂、无二次污染等优点，适用于低碳氮比废水的处理。实现厌氧氨氧化对于提高脱氮效率、节省能源和碳源具有重要的意义，但目前该工艺的应用多集中于高氨氮废水的处理问题上，对于处理低C/N比的生活污水或城市污水过程，尚未有行之有效的实现厌氧氨氧化深度脱氮的方法。
生物滤池是生物膜法处理污水的传统工艺，于19世纪末发展起来，先于活性污泥法。生物滤池具有微生物种类丰富、生物量大、食物链长、剩余污泥产量少、等优点，适合低浓度污水处理，但到目前为止对生物滤池污染物去除机理尚不十分明确，未能充分发挥其处理潜力；同时如何进一步强化其生物作用等问题还没有进行系统深入的研究。因此研究厌氧氨氧化生物滤池的快速实现方法及稳定性问题具有重要的理论意义和应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速实现生物滤池厌氧氨氧化的方法，通过施加各种有利于实现厌氧氨氧化生物滤池的调控方法，给出最优的环境控制参数，达到快速实现厌氧氨氧化生物滤池深度脱氮的效果。
一种快速实现生物滤池厌氧氨氧化的装置，其特征在于，包括圆筒型反应装置、进水箱、曝气盘、集水槽、反冲洗进水管、反冲洗出水管、反冲洗水泵、反冲洗进气管、压力表；圆筒型反应装置(18)的外部为一层水浴加热装置(17)，水浴加热装置内设有加热棒，加热棒和外部的温控装置(6)连接用于控制水浴加热的温度；圆筒型反应装置的侧面设有多个突出水浴加热装置表面的取样口(14)；圆筒型反应装置(18)内设有反应器滤料层，在反应器滤料层的顶部和底部分别安装有压力表P1和P2，圆筒型反应装置(18)的底部为底部装置，底部装置的底部安装有曝气盘，底部装置与圆筒型反应装置(18)连通，圆筒型反应装置(18)的顶部安装有出水槽(19)，出水槽(19)的顶部开有排气口(9)，出水槽(19)通过出水管(16)与出水箱/反冲洗进水箱(15)连接，出水箱/反冲洗进水箱(15)通过反冲洗进水管(13)经由反冲洗水泵(12)、第一玻璃转子流量计(11)、阀门与底部装置连通；出水槽(19)通过反冲洗出水管(8)与反冲洗出水箱(7)连接；空气压缩机(2)通过反冲洗进气管(10)经由第二玻璃转子流量计、阀门与底部装置连通；进水箱(1)通过进水管(3)经由进水蠕动泵(4)和进水阀门与底部装置连通。
反应器滤料层的滤料为膨胀粘土，优选FILTRALITE HR3-6mm(挪威，膨胀粘土)。
本发明采用上述装置进行生物滤池厌氧氨氧化深度脱氮的方法，特征在于，采用连续进水的运行方式，反应器滤料层接种成熟的厌氧氨氧化污泥，将待处理的二级水(短程硝化—反硝化出水)以1.5-2m/h滤速流过滤床，在整个反应过程中，始终控制系统内温度保持在30-33℃范围内，具体过程包括如下步骤：
将成熟厌氧氨氧化污泥接种到生物滤池中，调节待处理的二级水，使得二级水中进水氨氮：亚硝态氮质量浓度比维持在1:1.32，用进水蠕动泵将二级水以从底部装置泵入到圆筒型反应器中，使其通过反应器滤料层，在厌氧氨氧化菌的作用下，氨态氮与亚硝态氮反应生成氮气，从反应器顶部排气口排出，净化水从出水管排放；
具体操作步骤为：
1)启动阶段:将反应器水浴加热装置的水浴套中加满水，打开温控装置，温度控制在30-33℃；将厌氧氨氧化污泥从反应器取样口泵入到反应器滤料层中；打开进水阀门，打开进水蠕动泵，至少使水填满圆筒型反应器，一般调节使滤速维持在0.5-1m/h，运行3d，进入到正常运行阶段；
2)正常运行阶段：打开进水阀门，然后打开进水蠕动泵，调节转速使滤速维持在1.5-2.0m/h，待处理的二级水由反应器底部连续进入到生物滤池中，通过滤料层，在厌氧氨氧化菌的作用下，氨态氮与亚硝态氮反应生成氮气，从反应器顶部排气口排出，净化水从出水口排放至出水箱；
3)反冲洗运行阶段：当反应器滤料层系统中压力差即反应器滤料层底部和顶部的压力差P大于等于1.6PΘ时，即P＝P2-P1≥1.6PΘ时，其中PΘ为滤料未接种污泥前反应器滤料层底部和顶部的水压力差，关闭进水阀门及蠕动泵，进行反冲洗，模式为：先进行气冲，然后气水联合冲，再进行水冲，待滤料层系统中压力为1.2PΘ≤P≤1.6 PΘ，停止水冲，否则应继续气水联合冲；
4)反冲洗结束后返回至步骤2)，即正常运行阶段。
厌氧氨氧化生物脱氮工艺的实现条件在本质上是厌氧氨氧化细菌菌群结构的形成及优化，即尽可能淘汰系统中其它菌种(如氨氧化菌、亚硝酸盐氧化菌、异养菌)，保留厌氧氨氧化细菌。
本发明所提供的快速实现生物滤池厌氧氨氧化深度脱氮的方法是将提高厌氧氨氧化菌生长速率，抑制其它菌种生长速率，即最有利于富集厌氧氨氧化细菌、淘汰其它菌种的因素综合在一起的，具体包括：
1)温度。将反应器系统运行温度控制在30-33℃之间，有利于富集厌氧氨氧化细菌。温度主要是通过影响微生物体内酶的活性来发挥作用，在30℃以上温度条件下，厌氧氨氧化细菌的生长速率大于亚硝酸氧化细菌和异养菌的生长速率，长期在这种条件下运行，有利于富集厌氧氨氨氧化细菌。
2)pH。将反应器系统pH控制在7.5-8.5，有利于厌氧氨氧化细菌的生长。pH值对厌氧氨氧化过程的影响主要表现在2个方面:1pH值会影响细胞内的电解质平衡,直接影响微生物的活性甚至其能否存活；2pH值还会影响溶液中基质或抑制物的浓度,而间接影响微生物的活性。
3)有机物。将进水COD浓度控制在40mg/L以下，有利于富集厌氧氨氧化细菌。厌氧氨氧化菌属于自养型细菌,其生长无需有机碳的参与,但有机物作为废水生物处理中常见的电子供体,易与亚硝酸氮发生反硝化反应。因此，较低浓度的有机物对厌氧氨氧化活性影响不大，而大量有机物则会抑制厌氧氨氧化活性。
本发明具有以下益效果：
1)脱氮效果好，氨氮和亚硝态氮去除率达到95％以上、总氮小于5mg/L，2002年国家颁布的排污标准中，对城镇污水最严格的排放标准为出水氨氮小于5mg/L、总氮小于15mg/L，本发明的出水氨氮和总氮远低于国家颁布的排污标准。
2)节能降耗效果好，由于厌氧氨氧化菌是自养菌,反硝化过程中直接以氨作为电子供体,因此反应无需外加有机碳源,既节省了运行成本,又可防止二次污染。
3)亚硝酸盐氮是厌氧氨氧化的关键性电子受体,硝化阶段只需将氧化为,这样可减62.5％的耗氧量,供氧能耗大幅下降。
4)厌氧氨氧化工艺的产酸量大为降低,产碱量更降至零,能够节约大量的中和试剂。
5)厌氧氨氧化细菌的世代时间为10-13d，工艺的污泥产量少,仅为传统生物脱氮工艺污泥产量的8％左右,无形中减少了污泥后续处理和处置的费用及环境压力，并且厌氧氨氧化生物滤池反冲洗周期时间长，使得系统的运行管理更为简便。
6)厌氧氨氧化工艺可有多种形式，如SHARON-ANAMMOX、CANNON等。
7)本发明可广泛应用于污水处理厂污泥消化液、垃圾渗滤液的处理，在二级水深度处理也有较深的应用前景。
附图说明
图1、实施例中快速实现生物滤池厌氧氨氧化深度脱氮方法的试验装置；
本装置外部构型和设备：本装置主体外部构型为圆柱形(外部有一层水浴加热)，1进水箱；2空气压缩机；3进水管；4进水蠕动泵；5压力表；6温控装置；7反冲洗出水箱；8反冲洗出水管；9排气口；10反冲洗进气管；11玻璃转子流量计；12反冲洗水泵；13反冲进水管；14取样口；15出水箱/反冲洗进水箱；16出水管；17水浴加热装置；18圆筒型反应装置；19出水槽.
图2为采用实施例1工艺出水效果图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，单本发明并不限于以下实施例。
实施例1
以某大学家属区处理后的二级出水(短程硝化—反硝化出水)作为实验对象。厌氧氨氧化生物滤池反应器有效容积16L，以FILTRALITE HR3-6mm(挪威，膨胀粘土)(优选)为滤料，滤料层高度为1.2m，承托层高0.2m，连续进水，进水滤速维持在0.5m/h,进水氨氮：亚硝态氮质量浓度比维持在1:1.32，浓度为18mg/L，浓度为24mg/L；通过温控装置控制反应温度在30-33℃范围内。
1)启动阶段：将反应器水浴套中加满水，打开温控装置，温度控制在30-33℃；用蠕动泵将待接种的成熟厌氧氨氧化污泥从反应器取样口泵入到反应器滤料层中；打开进水阀门，打开4-进水蠕动泵，调节转速使滤速维持在0.5m/h，运行3d后进入到阶段2，即正常运行阶段；
2)正常运行阶段：打开进水阀门，然后打开4-进水蠕动泵，调节转速使滤速维持在1.5-2.0m/h，待处理的二级水由反应器底部连续进入到生物滤池中，通过滤料层，在厌氧氨氧化菌的作用下，氨态氮与亚硝态氮反应生成氮气，从反应器顶部9-排气口排出，净化后出水从16-出水管排放至15-出水箱；
3)反冲洗运行阶段：当反应器滤料层系统中压力大于等于P＝P2-P1≥1.6PΘ(PΘ：滤料未接种污泥前滤料层底部和顶部的水压差)时，进行反冲洗：1)气冲：首先关闭进水阀门及4-进水蠕动泵，从反应器上部第二个取样口排水(此时第二个取样口的高度高于滤料层的顶高)，液位达到第二个取样口时停止排水；打开反冲洗进气阀门和2-空气压缩机,调节玻璃转子流量计，曝气量为10-20L/min(优选15L/min)，维持2min；2)气冲+水冲：再打开12-反冲洗进水泵，反冲洗进水阀门，调节玻璃转子流量计，流量为200-400L/h(优选300L/h)，维持3min；3)水冲：关闭反冲洗进气阀门和2-空气压缩机，调节玻璃转子流量计使水冲流量为400-500L/h(一般水冲阶段的水冲流量大于气冲+水冲阶段的水冲流量，优选400L/h)，待滤料层系统中压力为1.2PΘ≤P≤1.6PΘ，关闭12-反冲洗进水泵和反冲洗进水阀门，反冲洗结束。
4)反冲洗结束后返回至步骤2，即正常运行阶段。
采用上述工艺出水效果见图2。
Claims (1)
1.一种快速实现生物滤池厌氧氨氧化的方法，其特征在于，装置包括圆筒型反应装置、进水箱、曝气盘、出水槽、反冲洗进水管、反冲洗出水管、反冲洗水泵、反冲洗进气管、压力表；圆筒型反应装置(18)的外部为一层水浴加热装置(17)，水浴加热装置内设有加热棒，加热棒和外部的温控装置(6)连接用于控制水浴加热的温度；圆筒型反应装置的侧面设有多个突出水浴加热装置表面的取样口(14)；圆筒型反应装置(18)内设有反应器滤料层，在反应器滤料层的顶部和底部分别安装有压力表P1和P2，圆筒型反应装置(18)的底部为底部装置，底部装置的底部安装有曝气盘，底部装置与圆筒型反应装置(18)连通，圆筒型反应装置(18)的顶部安装有出水槽(19)，出水槽(19)的顶部开有排气口(9)，出水槽(19)通过出水管(16)与出水箱/反冲洗进水箱(15)连接，出水箱/反冲洗进水箱(15)通过反冲洗进水管(13)经由反冲洗水泵(12)、第一玻璃转子流量计(11)、阀门与底部装置连通；出水槽(19)通过反冲洗出水管(8)与反冲洗出水箱(7)连接；空气压缩机(2)通过反冲洗进气管(10)经由第二玻璃转子流量计、阀门与底部装置连通；进水箱(1)通过进水管(3)经由进水蠕动泵(4)和进水阀门与底部装置连通；
反应器滤料层的滤料为挪威膨胀粘土FILTRALITE HR3-6mm；
采用连续进水的运行方式，反应器滤料层接种成熟的厌氧氨氧化污泥，将待处理的二级水以1.5-2m/h滤速流过滤床，在整个反应过程中，始终控制系统内温度保持在30-33℃范围内，将反应器系统pH控制在7.5～8.5，进水COD浓度控制在40mg/L以下，具体过程包括如下步骤：
将成熟厌氧氨氧化污泥接种到生物滤池中，调节待处理的二级水，使得二级水中进水氨氮：亚硝态氮质量浓度比维持在1:1.32，用进水蠕动泵将二级水以从底部装置泵入到圆筒型反应器中，使其通过反应器滤料层，在厌氧氨氧化菌的作用下，氨态氮与亚硝态氮反应生成氮气，从反应器顶部排气口排出，净化水从出水管排放；
具体操作步骤为：
1)启动阶段:将反应器水浴加热装置的水浴套中加满水，打开温控装置，温度控制在30-33℃；将厌氧氨氧化污泥从反应器取样口泵入到反应器滤料层中；打开进水阀门，打开进水蠕动泵，至少使水填满圆筒型反应器；
2)正常运行阶段：打开进水阀门，然后打开进水蠕动泵，调节转速使滤速维持在1.5-2.0m/h，待处理的二级水由反应器底部连续进入到生物滤池中，通过滤料层，在厌氧氨氧化菌的作用下，氨态氮与亚硝态氮反应生成氮气，从反应器顶部排气口排出，净化水从出水口排放至出水箱；
3)反冲洗运行阶段：当反应器滤料层系统中压力差即反应器滤料层底部和顶部的压力差P大于等于1.6PΘ时，即P＝P2-P1≥1.6PΘ时，其中PΘ为滤料未接种污泥前反应器滤料层底部和顶部的水压力差，关闭进水阀门及蠕动泵，进行反冲洗，模式为：先进行气冲，然后气水联合冲，再进行水冲，待滤料层系统中压力为1.2PΘ≤P≤1.6PΘ，停止水冲，否则应继续气水联合冲；
4)反冲洗结束后返回至步骤2)，即正常运行阶段。
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