CN104692525A - 一种连续流一体式硝酸盐氮和氨氮同步去除的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种连续流一体式硝酸盐氮和氨氮同步去除的装置和方法，属于废水生物处理技术领域。该方法采用上流式污泥床反应器，将其从下到上分成短程反硝化反应区、中间水区和厌氧氨氧化反应区，短程反硝化反应区接种附着有短程反硝化生物膜的轻质悬浮填料，厌氧氨氧化反应区接种厌氧氨氧化颗粒污泥。废水中硝酸盐氮和氨氮在短程反硝化区以进水中有机碳源为电子供体将硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮，经过中间水区后，亚硝酸盐氮和氨氮在厌氧氨氧化反应区得到去除，实现污水高效脱氮。本发明可以在单级反应器内连续有效地处理含有硝酸盐氮和氨氮废水，出水总氮浓度低，且能够有效持留污泥，具有运行操作简单，脱氮效率高的优势。

Description

一种连续流一体式硝酸盐氮和氨氮同步去除的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种利用短程反硝化和厌氧氨氧化技术在单级连续流反应器内处理硝酸盐氮和氨氮废水的装置与方法，属于废水生物脱氮技术领域，具体采用上流式污泥床反应器，将其从下到上分成短程反硝化反应区、中间水区和厌氧氨氧化反应区，废水中硝酸盐氮在短程反硝化区以进水中有机碳源为电子供体将硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮，经过中间水区后，亚硝酸盐氮和氨氮在厌氧氨氧化反应区得到去除，实现污水脱氮。

背景技术

工业废水中往往含有大量的硝酸盐氮，如炸药、肥料、果胶、金属加工等工业废水含有超过1000mg/L的硝酸盐氮。此外，核工业的核燃料循环过程中会产生含高浓度硝酸盐氮的废水。核武器制造行业的放射性金属生产过程中，大量硝酸被用来清洗金属，所以排出废水中硝酸盐氮浓度高达50000mg/L。因此，硝酸盐氮的去除是处理这类废水不可避免的过程。去除硝酸盐氮的方法很多，如化学脱氮、反渗透脱氮及离子交换法脱氮等。但目前国内外应用最为广泛的、最有前景的是生物脱氮法，即通过投加有机碳源，利用异养反硝化菌将硝酸盐氮还原为氮气。

近来，厌氧氨氧化脱氮技术的发展，使人们将目光逐渐转移到这一新的脱氮技术。厌氧氨氧化是指在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌以亚硝酸氮为电子受体，氨氮为电子供体，将亚硝酸氮和氨氮同时转化为氮气的过程，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。

NH₄ ⁺+1.32NO₂ ^-+0.066HCO₃ ^-+0.13H⁺→0.066CH₂O_0.5N_0.15+1.02N₂+0.26NO₃ ^--N+2.03H₂O       (1)

另外，在硝酸盐氮还原的反硝化过程中可以获取很高的亚硝酸盐积累。本课题组对反硝化过程亚硝酸的积累特性进行了一系列试验。采用SBR反应器，利用人工配水，以乙酸钠为碳源，最终亚硝酸盐的积累率达到80％以上，并且这种高亚硝酸积累特性能够稳定的维持，即可以实现短程反硝化(硝酸盐还原为亚硝酸盐过程)。之后将短程反硝化技术用于厌氧氨氧化出水的深度脱氮，获得了理想的效果。

因此，对于含硝酸盐氮废水，可将其与含氨氮的污水按一定比例混合(如城市生活污水)，硝酸盐氮通过短程反硝化工艺转化为亚硝酸盐氮，再通过厌氧氨氧化技术进行脱氮，即可同步去除含硝酸盐氮和氨氮的废水，可减少反硝化过程中碳源的使用量，并且可以降低活性污泥的产量，与此同时还可以对含氨氮废水进行同步处理。

发明内容

本发明基于短程反硝化技术(硝酸盐还原为亚硝酸盐过程)和厌氧氨氧化技术，提供了一种在单级反应器内对含硝酸盐氮和氨氮废水连续处理的装置及方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种连续流一体式硝酸盐氮和氨氮同步去除的装置，其特征在于：包括进水箱(1)、碳源储备箱(2)和上流式污泥床UASB反应器(3)；进水箱(1)通过第一蠕动泵(1.1)与上流式污泥床反应器底部第一进水口(1.2)相连；碳源储备箱(2)通过第二蠕动泵(2.1)与上流式污泥床反应器底部第二进水口(2.2)相连；上流式污泥床反应器(3)从下到上依次设有第一排泥口(3.1)、布水盘(3.2)、中间挡板(3.4)、第二排泥口(3.6)、承托板(3.7)、三相分离器(3.9)、溢流堰(3.10)、排水口(3.11)、排气口(3.12)、第一回流口(3.13)、和第二回流口(3.15)；第一回流口(3.13)通过第三蠕动泵(3.14)与第二回流口相连；上流式污泥床反应器(3)被中间挡板(3.4)和承托板(3.7)分隔成短程反硝化区(3.3)、中间水区(3.5)和厌氧氨氧化反应区(3.8)；布水盘(3.2)中设有直径为2～6mm的圆形小孔；中间挡板(3.4)中设有分布均匀的直径为4～8mm的圆形小孔；承托板(3.7)设有分布均匀的直径为2～4mm的圆形小孔。

应用所述装置进行一种连续流一体式硝酸盐氮和氨氮同步去除的方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)接种附着有短程反硝化污泥的轻质悬浮填料于UASB反应器的短程反硝化区，该轻质悬浮填料比重介于0.5～0.9g/cm³，孔隙率为80～95％，填料上短程反硝化污泥浓度MLSS为3000～6000mg/L，填充比为60～80％；接种厌氧氨氧化颗粒污泥于UASB反应器的厌氧氨氧化反应区，控制接种后污泥浓度MLSS为8000～30000mg/L；调节第三蠕动泵使厌氧氨氧化区回流比为100％～400％；

2)进水箱中含硝酸盐氮和氨氮废水通过第一蠕动泵由UASB反应器的第一进水口进入反应器，同时还有来自碳源储备箱中的有机碳源经过第二蠕动泵由UASB反应器的第二进水口进入反应器；

3)含硝酸盐氮和氨氮废水首先经过短程反硝化区，再经过中间水区后进入厌氧氨氧化反应区，最后从排水口排出；

所述的步骤2)中的进水中硝酸盐氮与氨氮浓度之比在1.2～2.0之间；

所述的步骤2)中的进水有机负荷与硝酸盐氮负荷之比在2.5～4.0之间；

所述的步骤3)中的短程反硝化区污泥龄SRT控制在6～18天；

所述的步骤3)中的中间水区污泥浓度MLSS大于1000mg/L时，打开第二排泥口排出污泥，直至污泥浓度MLSS小于300mg/L，关闭第二排泥口；

所述的步骤3)中的厌氧氨氧化反应区与短程反硝化区的体积比为1.0～4.0，厌氧氨氧化反应区与中间水层的体积比为5.0～10.0；

所述的步骤3)中含硝酸盐氮和氨氮废水在UASB反应器内的水力停留时间HRT为0.5～3h。

本发明提供的一种连续流一体式硝酸盐氮和氨氮同步去除的装置和方法，具有以下优势和特点：

1)硝酸盐废水经过短程反硝化，再通过厌氧氨氧化自养脱氮技术进行去除，相比完全反硝化脱氮，降低了有机碳源的耗量，并且减少活性污泥的产量；

2)在对硝酸盐氮进行去除的同时，同步对氨氮废水进行了处理；

4)短程反硝化反应区设在厌氧氨氧化反应区下面，能够有效防止异养短程反硝化污泥在连续流反应器中出现的上浮现象；

3)短程反硝化和厌氧氨氧化两个反应过程在单一反应器内进行，提高反应器的利用率，有效节省占地面积。

附图说明

图1为一种连续流一体式硝酸盐氮和氨氮同步去除的装置结构图。

图1中1为进水箱、1.1为第一蠕动泵、1.2为第一进水口、2为碳源储备箱、2.1为第二蠕动泵、2.2为第二进水口、3为上流式污泥床反应器、3.1为第一排泥口、3.2为布水盘、3.3为短程反硝化反应区、3.4为中间挡板、3.5为中间水区、3.6为第二排泥口、3.7为承托板、3.8为厌氧氨氧化反应区、3.9为三相分离器、3.10为溢流堰、3.11为排水口、3.12为排气口、3.13为第一回流口、3.14为第三蠕动泵、3.15为第二回流口。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明做进一步说明：如图1所示，包括进水箱、碳源储备箱和上流式污泥床反应器；进水箱通过第一蠕动泵与上流式污泥床反应器底部第一进水口相连；碳源储备箱通过第二蠕动泵与上流式污泥床反应器底部第二进水口相连；上流式污泥床反应器从上到下依次设有排泥口、布水盘、中间挡板、取样口、承托板、三相分离器、溢流堰、排水口、排气口、第一回流口、和第二回流口；第一回流口通过第三蠕动泵与第二回流口相连；上流式污泥床反应器被中间挡板和承托板分隔成短程反硝化区、中间水区和厌氧氨氧化反应区；布水盘(3.2)中设有直径为2～4mm的圆形小孔；中间挡板(3.4)中设有分布均匀的直径为4～6mm的圆形小孔；承托板(3.7)设有分布均匀的直径为2～4mm的圆形小孔。

其特征是按下述步骤进行的：

1)接种附着有短程反硝化污泥的轻质悬浮填料于UASB反应器的短程反硝化区，该轻质悬浮填料比重介于0.5～0.9g/cm³，孔隙率为80～90％，填料上短程反硝化污泥浓度MLSS为4000～5000mg/L，填充比为65～80％；接种厌氧氨氧化颗粒污泥于UASB反应器的厌氧氨氧化反应区，控制接种后污泥浓度MLSS为1500～18000mg/L；调节第三蠕动泵使厌氧氨氧化区回流比为150％～300％；

2)进水箱中含硝酸盐氮和氨氮废水通过第一蠕动泵由UASB反应器的第一进水口进入反应器，同时还有来自碳源储备箱中的有机碳源经过第二蠕动泵由UASB反应器的第二进水口进入反应器；

3)含硝酸盐氮和氨氮废水首先经过短程反硝化区，再经过中间水区后进入厌氧氨氧化反应区，最后从排水口排出；

所述的步骤2)中的进水中硝酸盐氮浓度与氨氮浓度之比在1.4～2.0之间；

所述的步骤2)中的进水有机负荷与硝酸盐氮负荷之比在2.8～3.5之间；

所述的步骤3)中的短程反硝化区污泥龄SRT控制在8～12天；

所述的步骤3)中的中间水区污泥浓度MLSS大于1000mg/L时，打开第二排泥口排出污泥，直至污泥浓度MLSS小于300mg/L，关闭第二排泥口；

所述的步骤3)中的厌氧氨氧化反应区与短程反硝化区的体积比为1.5～3.0，厌氧氨氧化反应区与中间水层的体积比为6.0～8.0；

所述的步骤3)中含硝酸盐氮和氨氮废水在UASB反应器内的水力停留时间HRT为1.0～2.0h。

具体试验用水为模拟含硝酸盐氮和氨氮废水(氨氮浓度为40～50mg N/L,硝酸盐氮浓度为70～80mg N/L)，试验用UASB反应器有效容积为3.4L，其中短程反硝化反应区、中间水区和厌氧氨氧化反应区体积分别为0.9、0.3和2.2L；接种附着有短程反硝化污泥的轻质悬浮填料，该污泥在反硝化过程中亚硝酸盐积累率稳定保持在80％以上；接种的厌氧氨氧化颗粒污泥平均粒径为2mm，容积氮去除负荷为5～8kgN/m³/d，培养过程中温度为22～28℃。

具体运行过程如下：

1)接种附着有短程反硝化污泥的轻质悬浮填料于反应器的短程反硝化区，轻质悬浮填料上短程反硝化污泥浓度MLSS为4300mg/L，比重介于0.8g/cm³，孔隙率为85％，填充比在为70％；接种厌氧氨氧化颗粒污泥于反应器的厌氧氨氧化反应区，接种后其污泥浓度MLSS为16000mg/L；调节第三蠕动泵使厌氧氨氧化区回流比为200％；

2)进水箱中含硝酸盐氮和氨氮废水经过第一蠕动泵由第一进水口进入反应器，同时还有来自碳源储备箱中的有机碳源经过第二蠕动泵由第二进水口进入反应器，进水有机负荷与硝酸盐氮负荷之比为3.0；

3)含硝酸盐氮和氨氮废水首先经过短程反硝化区，将硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮，经过中间水区后进入厌氧氨氧化反应区进行脱氮，含硝酸盐氮和氨氮废水在UASB反应器内的水力停留时间HRT为1.5h，最后出水经溢流堰从排水口排出；

连续运行80天试验结果表明：工艺运行稳定期间，进水中硝酸盐氮浓度与氨氮浓度之比为1.4～2.0，短程反硝化污泥龄SRT控制在12天，水力停留时间在1.5h时，系统最终出水总氮浓度小于12mgN/L，实现在单级反应器中连续同步去除硝酸盐氮和氨氮的目的；上流式污泥床反应器无污泥上浮及流失现象，总氮去除率稳定。

以上对本发明所提供的一种连续流一体式硝酸盐氮和氨氮同步去除的装置和方法进行了详细介绍，并且应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式上均会有改变之处，因此，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种连续流一体式硝酸盐氮和氨氮同步去除的装置，其特征在于：包括进水箱(1)、碳源储备箱(2)和上流式污泥床UASB反应器(3)；进水箱(1)通过第一蠕动泵(1.1)与上流式污泥床反应器底部第一进水口(1.2)相连；碳源储备箱(2)通过第二蠕动泵(2.1)与上流式污泥床反应器底部第二进水口(2.2)相连；上流式污泥床反应器(3)从下到上依次设有第一排泥口(3.1)、布水盘(3.2)、中间挡板(3.4)、第二排泥口(3.6)、承托板(3.7)、三相分离器(3.9)、溢流堰(3.10)、排水口(3.11)、排气口(3.12)、第一回流口(3.13)、和第二回流口(3.15)；第一回流口(3.13)通过第三蠕动泵(3.14)与第二回流口相连；上流式污泥床反应器(3)被中间挡板(3.4)和承托板(3.7)分隔成短程反硝化区(3.3)、中间水区(3.5)和厌氧氨氧化反应区(3.8)；布水盘(3.2)中设有直径为2～6mm的圆形小孔；中间挡板(3.4)中设有分布均匀的直径为4～8mm的圆形小孔；承托板(3.7)设有分布均匀的直径为2～4mm的圆形小孔。

2.应用权利要求1所述装置进行一种连续流一体式硝酸盐氮和氨氮同步去除的方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)接种附着有短程反硝化污泥的轻质悬浮填料于UASB反应器的短程反硝化区，该轻质悬浮填料比重介于0.5～0.9g/cm³，孔隙率为80～95％，填料上短程反硝化污泥浓度MLSS为3000～6000mg/L，填充比为60～80％；接种厌氧氨氧化颗粒污泥于UASB反应器的厌氧氨氧化反应区，控制接种后污泥浓度MLSS为8000～30000mg/L；调节第三蠕动泵使厌氧氨氧化区回流比为100％～400％；

2)进水箱中含硝酸盐氮和氨氮废水通过第一蠕动泵由UASB反应器的第一进水口进入反应器，同时还有来自碳源储备箱中的有机碳源经过第二蠕动泵由UASB反应器的第二进水口进入反应器；

3)含硝酸盐氮和氨氮废水首先经过短程反硝化区，再经过中间水区后进入厌氧氨氧化反应区，最后从排水口排出；

所述的步骤2)中的进水中硝酸盐氮浓度与氨氮浓度之比在1.2～2.0之间；

所述的步骤2)中的进水有机负荷与硝酸盐氮负荷之比在2.5～4.0之间；

所述的步骤3)中的短程反硝化区污泥龄SRT控制在6～18天；

所述的步骤3)中的中间水区污泥浓度MLSS大于1000mg/L时，打开第二排泥口排出污泥，直至污泥浓度MLSS小于300mg/L，关闭第二排泥口；

所述的步骤3)中的厌氧氨氧化反应区与短程反硝化区的体积比为1.0～4.0，厌氧氨氧化反应区与中间水层的体积比为5.0～10.0；

所述的步骤3)中含硝酸盐氮和氨氮废水在UASB反应器内的水力停留时间HRT为0.5～3h。