CN105110472A - 一种厌氧氨氧化与反硝化耦合全过程脱氮工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种厌氧氨氧化与反硝化耦合全过程脱氮工艺，属于废水处理技术领域。通过硝化过程由NO₃ ^—N提供氮源，解决了污水原水中亚硝氮浓度低，难于控制NO2的高效积累，不能够提供稳定的NO2--N/NH4+-N比值出水。氧氨氧化菌在反硝化菌的协同作用下对含氮有机废水的高效脱氮，节省能源消耗，减少污泥排放量，节约建筑占地面积。试验进水为人工配水，反应系统装置内温度控制范围在30～35℃，pH控制范围在6.5～8.5，有机碳源浓度在208.8mg/L，无机碳源为0.75g/L。进水装置I、II皆为氨态氮，装置II中进水通过曝气，氨态氮转化成硝态氮，并与装置I中氨态氮的浓度达到一定比，浓度比控制在1:1.1～1.32，耦合系统氨态氮与亚硝态氮的浓度比在1:1.1～1.2，使厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮处理工艺稳定运行。

Description

一种厌氧氨氧化与反硝化耦合全过程脱氮工艺

技术领域

本发明属于污水生物处理技术领域，特别是涉及一种厌氧氨氧化与反硝化耦合全过程脱氮工艺。

背景技术

厌氧氨氧化(ANAMMOX)是指在厌氧条件下,微生物以NH₄ ⁺为电子供体,NO₂ ^-为电子受体,将NH₄ ⁺、NO₂ ^-转化成N₂的生物氧化过程。由于ANAMMOX工艺具有能耗低、不需外加碳源等优点，在国内外研究者的广泛关注，但ANAMMOX菌属于自养厌氧菌,生长速率缓慢,倍增时间长。

实际含氮废水中的有机污染物会对ANAMMOX菌产生影响，研究表明，在有机物存在条件下，厌氧氨氧化和反硝化能够共存和协同脱氮，按一定化学计量比(小于传统厌氧氨氧化进水NH₄ ⁺和NO₂ ^－比例1:1.32)为投加含有NH₄ ⁺和NO₂ ^－的水质，能够有效脱氮。

但是厌氧氨氧化过程需投加亚硝氮，一般水厂进原水亚硝氮浓度低甚至没有，需外加亚硝氮，目前开发利用厌氧氨氧化工艺在厌氧氨氧化工艺前置1个半亚硝化工艺,这就是半亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺,废水中的氨氮首先在好氧反应器中部分(约50％)转化为亚硝酸氮,随后废水中剩余的氨氮和生成的亚硝酸氮在后继的反应器中进行厌氧氨氧化,达到脱氮的目的。近年来单独对匹配厌氧氨氧化的部分亚硝化工艺的研究还较少，主要是进行亚硝化厌氧氨氧化组合工艺的试验研究。目前匹配厌氧氨氧化的稳定亚硝化主要是采用无污泥回流的恒化反应器的工艺，通过控制反应器的溶解氧淘汰掉亚硝酸盐氧化细菌，实现亚硝化，然后通过控制水力停留时间使得亚硝化程度符合厌氧氨氧化进水的要求。但是实际运行过程中发现，通过条件调节难于控制NO₂的高效积累，亚硝化反应器不能够提供稳定的NO₂ ^--N/NH₄ ⁺-N比值出水。

以氨态氮进水进行曝气，生物法处理氨态氮可以在两类自养细菌(亚硝酸菌和硝酸菌)的作用下,逐步被氧化为硝酸盐,硝化菌在氧化氨的同时获得一定能量来维持自身的代谢和进行生长繁殖,反应式所示:

NH₄ ⁺+2O₂→NO₃ ^-+2H⁺+H₂O(1)

可以看出,生物硝化是一个好氧过程,且在氨的氧化过程,氨的硝化是由两类独立的细菌完成,氨容易转化成硝态氮。

综上所述，开发新的厌氧氨氧化与反硝化脱氮系统实现氧氨氧化菌在反硝化菌的协同作用下对含氮有机废水的高效脱氮,则对生物脱氮技术的发展具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种厌氧氨氧化与反硝化耦合全过程脱氮工艺。主要包含NH₄ ⁺全硝化与厌氧氨氧化反硝化耦合两个过程。在含有机物的废水中，通过NH₄ ⁺全硝化阶段硝化过程提供氮源硝态氮(NO₃ ^—N)，与原水氨氮(NH₄ ⁺-N)混合为厌氧氨氧化和反硝化耦合系统进水氮源，实现厌氧系统中反硝化菌的生物作用与厌氧氨氧化过程相互协助，达到耦合工艺的稳定程度，以提高脱氮效率、节约能耗、减少污泥产量和节约占地面积。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明厌氧氨氧化与反硝化耦合全过程脱氮工艺，包括如下步骤：

一、NH₄ ⁺全硝化过程

1)含有NH₄ ⁺的原水进入曝气反应器内，在有氧的条件下，自养型亚硝酸菌将NH₄ ⁺转化为NO₂ ^﹣，再由自养型硝酸菌将NO₂ ^﹣转化为NO₃ ^﹣，反应式表示为

NH₄ ⁺+1.5O₂→NO₂ ^﹣+H₂O+2H^-(1)

NO₂ ^﹣+0.5O₂→NO₃ ^﹣(2)

2)控制曝气反应器内溶解氧DO为2-5mg/L，氨氮转化为亚硝氮，再转化为硝态氮，充入氧气量为：1gNH₄ ⁺转化为硝态氮充填氧气4.6g；

3)反应温度为15～35℃；

4)通过添加NaHCO₃调节pH控制在6.5～8.5；

二、厌氧氨氧化与反硝化耦合过程：

1)第一步过程反应出含NO₃ ^﹣的水与含NH₄ ⁺的原水同时进入厌氧氨氧化与反硝化耦合反应器，

2)控制耦合反应器进水NH₄ ⁺与NO₃ ^﹣比为1:1.1～1.5，即

(cNH₄ ⁺·QNH₄ ⁺):(cNO₃ ^﹣·QNO₃ ^﹣)＝1:1.1～1.5

cNH₄ ⁺、cNO₃ ^﹣表示NH₄ ⁺、NO₃ ^﹣的浓度，

QNH₄ ⁺、QNO₃ ^﹣表示NH₄ ⁺、NO₃ ^﹣的流量；

3)在厌氧氨氧化与反硝化耦合缺氧反应器内，控制进水有机碳源，由反硝化菌将进水NO₃ ^﹣转化为NO₂ ^﹣，再由厌氧氨氧化菌以NH₄ ⁺为电子供体，NO₂ ^﹣为电子受体将NH₄ ⁺和NO₂ ^-转化为N₂，以下为反应式：

NH₄ ⁺+NO₃ ^—→N₂+H₂O。

本发明的有益效果是：

本发明具有以提高脱氮效率、节约能耗、减少污泥产量和节约占地面积，操作条件简单等优点，由于硝态氮的稳定性好，克服了亚硝态氮难于积累的弊端，在有机碳的存在下，促进反硝化与厌氧氨氧化的耦合协同作用，使脱氮效果得以提高，并逐步趋于稳定的程度。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为进水中氨态氮经过曝气后进入反应器的示意图。

图中：1、中间水箱，2、水浴套，3、计量泵，4、氮气罐，5、循环泵，6、水浴箱，7、温控仪，8、三相分离器，9、气体收集瓶，10、反应器，Ⅰ、水浴循环装置，Ⅱ、排气装置，Ⅲ、曝气装置；

a、氨态氮，b、硝态氮；c、N₂，d、有机碳源。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步阐述。

实施例：如图1所示，本发明一种厌氧氨氧化与反硝化耦合全过程脱氮工艺，包括如下步骤：

一、NH₄ ⁺全硝化过程

1)含有NH₄ ⁺的原水进入曝气反应器内，在有氧的条件下，自养型亚硝酸菌将NH₄ ⁺转化为NO₂ ^﹣，再由自养型硝酸菌将NO₂ ^﹣转化为NO₃ ^﹣，反应式表示为

NH₄ ⁺+1.5O₂→NO₂ ^﹣+H₂O+2H^-(1)

NO₂ ^﹣+0.5O₂→NO₃ ^﹣(2)

2)控制曝气反应器内DO(溶解氧)为2-5mg/L，氨氮转化为亚硝氮，再转化为硝态氮需要氧气，1gNH₄ ⁺转化为硝态氮需要4.6g氧，其中60％是在亚硝化反应阶段消耗；

3)反应温度为15～35℃；

4)硝化反应对于pH很敏感，通过NaHCO₃调节pH控制在6.5～8.5；

二、厌氧氨氧化与反硝化耦合过程：

1)第一步过程反应出含NO₃ ^﹣的水与含NH₄ ^+的原水同时进入厌氧氨氧化与反硝化耦合反应器，

2)控制耦合反应器进水NH₄ ⁺与NO₃ ^﹣比为1:1.1～1.5，即

(cNH₄ ⁺·QNH₄ ⁺):(cNO₃ ^﹣·QNO₃ ^﹣)＝1:1.1～1.5

cNH₄ ⁺、cNO₃ ^﹣表示NH₄ ⁺、NO₃ ^﹣的浓度，

QNH₄ ⁺、QNO₃ ^﹣表示NH₄ ⁺、NO₃ ^﹣的流量；

3)在厌氧氨氧化与反硝化耦合缺氧反应器内，控制进水有机碳源，由反硝化菌将进水NO₃ ^﹣转化为NO₂ ^﹣，再由厌氧氨氧化菌以NH₄ ⁺为电子供体，NO₂ ^﹣为电子受体将NH₄ ⁺和NO₂ ^-转化为N₂，以下为反应式：

NH₄ ⁺+NO₃ ^—→N₂+H₂O

如图1、图2所示，为本发明使用的反应装置，包括反应器10、进水装置Ⅲ、氮气罐4、水浴循环装置Ⅰ、排气装置Ⅱ及曝气装置Ⅲ，所述反应器10进口端连接进水装置和氮气罐4，曝气装置Ⅲ和氮气罐还连接进水装置的中间水箱1；出口端连接排气装置Ⅱ，在反应器10外周设有水浴套2，水浴套2连接水浴循环装置Ⅰ。

所述进水装置包括中间水箱1和计量泵3，中间水箱1的出水口通过计量泵3连接反应器10进口端，反应器10内进行厌氧氨氧化与反硝化耦合反应。

所述水浴循环装置Ⅰ包括循环泵5、水浴箱6和温控仪7，水浴箱6通过循环泵5连接反应器10的水浴套2进水口，水浴套2的回水口通过回流管路连接水浴箱6，在水浴箱6内还设置有温控仪7。

反应时，所述曝气装置2内充入氨态氮，经曝气装置处理后的硝态氮及有机碳源、氨态氮进入到反应器10，在反应器10内进行NH₄ ⁺全硝化过程。

所述反应器10为UASB反应器，其内设置三相分离器8，UASB反应器外周设置水浴套6。

所述排气装置Ⅱ为气体收集瓶9，反应器10和三相分离器8的出气口分别通过管道连接气体收集瓶9。

Claims (1)

1.一种厌氧氨氧化与反硝化耦合全过程脱氮工艺，其特征在于：包括如下步骤：

一、NH₄ ⁺全硝化过程

1)含有NH₄ ⁺的原水进入曝气反应器内，在有氧的条件下，自养型亚硝酸菌将NH₄ ⁺转化为NO₂ ^﹣，再由自养型硝酸菌将NO₂ ^﹣转化为NO₃ ^﹣，反应式表示为

NH₄ ⁺+1.5O₂→NO₂ ^﹣+H₂O+2H^-(1)

NO₂ ^﹣+0.5O₂→NO₃ ^﹣(2)

2)控制曝气反应器内溶解氧DO为2-5mg/L，氨氮转化为亚硝氮，再转化为硝态氮，充入氧气量为：1gNH₄ ⁺转化为硝态氮充填氧气4.6g；

3)反应温度为15～35℃；

4)通过添加NaHCO₃调节pH控制在6.5～8.5；

二、厌氧氨氧化与反硝化耦合过程：

1)第一步过程反应出含NO₃ ^﹣的水与含NH₄ ⁺的原水同时进入厌氧氨氧化与反硝化耦合反应器，

2)控制耦合反应器进水NH₄ ⁺与NO₃ ^﹣比为1:1.1～1.5，即

(cNH₄ ⁺·QNH₄ ⁺):(cNO₃ ^﹣·QNO₃ ^﹣)＝1:1.1～1.5

cNH₄ ⁺、cNO₃ ^﹣表示NH₄ ⁺、NO₃ ^﹣的浓度，

QNH₄ ⁺、QNO₃ ^﹣表示NH₄ ⁺、NO₃ ^﹣的流量；

3)在厌氧氨氧化与反硝化耦合缺氧反应器内，控制进水有机碳源，由反硝化菌将进水NO₃ ^﹣转化为NO₂ ^﹣，再由厌氧氨氧化菌以NH₄ ⁺为电子供体，NO₂ ^﹣为电子受体将NH₄ ⁺和NO₂ ^-转化为N₂，以下为反应式：

NH₄ ⁺+NO₃ ^—→N₂+H₂O。