CN105347618A

CN105347618A - 高氨氮废水的生物脱氮系统

Info

Publication number: CN105347618A
Application number: CN201510775569.XA
Authority: CN
Inventors: 邓良伟; 郑丹
Original assignee: Biogas Institute of Ministry of Agriculture
Current assignee: Biogas Institute of Ministry of Agriculture
Priority date: 2015-11-15
Filing date: 2015-11-15
Publication date: 2016-02-24

Abstract

本发明属于污水处理领域内的一种高氨氮废水的生物脱氮系统，由前处理单元、脱氮单元和后处理单元依次连接而成，脱氮单元中加有零价铁、二价铁离子或三价铁离子，加入好氧或厌氧污泥作为接种污泥，培养具有硝化、自养反硝化、Fe³⁺还原和Fe²⁺氧化的多功能微生物混合污泥；脱氮单元采用间歇供氧，供氧期间脱氮单元中的高氨氮废水溶解氧浓度不高于1.5mg/L。本发明克服了现有生物脱氮工艺脱氮效果差，不能实现完全脱氮，耗时较长的技术缺陷，提供的高氨氮废水的生物脱氮系统全程完全自养脱氮，脱氮效率高，费用低。

Description

高氨氮废水的生物脱氮系统

技术领域

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种高氨氮废水的生物脱氮系统。

背景技术

高氨氮高浓度有机废水一般采用厌氧处理去除有机物，厌氧处理出水则为高氮低碳废水，针对高氮低碳废水，传统的生物脱氮主要采用硝化-反硝化法，分为2个阶段，首先是自养的硝化菌在好氧的条件下将氨氮氧化为NO₃ ^--N、NO₂ ^--N，然后通过异养的反硝化菌在缺氧的条件下利用有机碳源将NO₃ ^--N、NO₂ ^--N还原为氮气。硝化-反硝化法对生活污水、食品加工废水等低氨氮废水有较好的脱氮效果，对于高氮低碳废水的脱氮效果差，主要是因为反硝化过程需要易降解有机物，高氮低碳废水缺乏易降解有机物。另外硝化过程产生酸度，使混合液pH值降低，影响微生物活性和处理系统效能，因此需要加碱中和，增加了处理费用。荷兰Delft工业大学于1997年提出并开发了一种新型脱氮工艺（短程硝化-厌氧氨氧化）受到了国内外广泛重视。其基本原理是：先在有氧的条件下，利用氨氧化菌将氨氧化成NO₂ ^-，然后在厌氧或缺氧条件下，厌氧氨氧化菌以NO₂ ^-作为电子受体，直接将NH₄ ⁺氧化为N₂。在厌氧氨氧化过程中，将NH₄ ⁺和NO₂ ^-转化为N₂的过程为完全自养，且NH₄ ⁺-N的氧化无需分子态氧的参与，而NO₂ ^--N的还原也无需有机物的参与。所以，与传统硝化-反硝化生物脱氮工艺相比，厌氧氨氧化工艺工艺可以节省62.5%的供氧量，而且不需要外加碳源，因而可以大幅度地降低脱氮的基建投资和运行成本。但是，由于厌氧氨氧化菌生长缓慢、细胞产率低，在工程上很难培养出足够数量的厌氧氨氧化污泥，并且厌氧氨氧化菌对温度敏感，最适温度是30~40℃，工程上很少有废水具有这个温度，还有，控制短程硝化也是一大难点。因此，短程硝化-厌氧氨氧化工艺在实际工程应用还很少。另外，短程硝化-厌氧氨氧化工艺还会产生一定量的NO₃ ^-，因此，总氮的去除效率也不是很高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有生物脱氮工艺脱氮效果差，不能实现完全脱氮，耗时较长的技术缺陷，为人们提供一种全程完全自养脱氮，脱氮效率高，费用低的高氨氮废水的生物脱氮系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的高氨氮废水的生物脱氮系统，由前处理单元、脱氮单元和后处理单元依次连接而成，高氨氮废水经过前处理单元去除有机物后进入脱氮单元，在脱氮单元去除氨氮后进入后处理单元，在后处理单元沉淀污泥，后处理单元出水达到排放标准后排放或回用，其特征在于脱氮单元中加有零价铁（Fe⁰）、二价铁离子（Fe²⁺）或三价铁离子（Fe³⁺），加入好氧或厌氧污泥作为接种污泥，培养具有硝化、自养反硝化、Fe³⁺还原和Fe²⁺氧化的多功能微生物混合污泥；脱氮单元采用间歇供氧，供氧与不供氧时间根据出水中NH₄ ⁺和NO₃ ^-、NO₂ ^-浓度调节，NH₄ ⁺浓度高时，延长供氧时间，缩短不供氧时间，NO₃ ^-、NO₂ ^-浓度高时，延长不供氧时间，缩短供氧时间；供氧期间脱氮单元中的高氨氮废水溶解氧浓度不高于1.5mg/L。

上述方案中，所述前处理单元为厌氧生物处理单元、沉淀单元或自然处理单元，以去除有机物、悬浮物和对脱氮微生物有抑制作用的物质。

上述方案中，所述后处理单元为絮凝单元、沉淀单元，以去除污泥，同时达到去除磷和难降解有机物的作用。

上述方案中，所述接种污泥为硝化污泥、反硝化污泥和厌氧氨氧化污泥中的一种或多种。

上述方案中，所述二价铁离子或三价铁离子与氨氮浓度的摩尔比为1.0~6.0﹕1；零价铁与氨氮浓度的摩尔比为2~20﹕1。

上述方案中，所述零价铁为铁粉、废铁渣、铁刨花和废钢铁中的一种或多种。

上述方案中，所述脱氮单元中高氨氮废水的pH值为6.5~8.5，在15~35^oC下，高氨氮废水在反应器中停留0.5~5天，然后进入后处理单元。

上述方案中，所述高氨氮废水的氨氮浓度为10~1000mgN/L。

本发明所涉及的生物反应为：

4Fe+3O₂+6H₂O=4Fe(OH)₃（化学反应）

3Fe(OH)₃+5H⁺+NH₄ ⁺→3Fe²⁺+9H₂O+0.5N₂（生物反应，厌氧铁氨氧化）

4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃（化学反应）

在硝化微生物作用下，O₂氧化NH₄ ⁺生成NO₃ ^-、NO₂ ^-；零价铁与水中的溶解氧经过系列氧化反应后生成Fe³⁺，在铁还原微生物作用下，Fe³⁺氧化NH₄ ⁺生成氮气（N₂）、NO₃ ^-、NO₂ ^-和Fe²⁺；在铁氧化微生物作用下，Fe²⁺还原NO₃ ^-、NO₂ ^-生产氮气（N₂）和Fe³⁺；在另一类铁氧化微生物作用下，剩余的Fe²⁺被氧气氧化生成Fe³⁺。整个脱氮单元具有循环脱氮作用。

本发明所用的接种污泥范围广泛，包括一般性的好氧或厌氧污泥，可选择一种污泥单独接种或多种污泥同时混合接种。

运试表明，本发明的高氨氮废水的生物脱氮系统能处理的氨氮浓度高达1000mg/L，出水氨氮浓度可达到15mg/L以下，氨氮去除率高达99%，出水总氮浓度可达到25mg/L以下，总氮去除率高达95%。

本发明的优点表现在以下几方面：

（1）铁既是电子供体又作电子受体，在反应体系中以还原态Fe（Ⅱ）与氧化态Fe（Ⅲ）这两种形式交替转换，同时带动体系中的含氮化合物持续脱除，具有双重脱氮功能；

（2）全程完全自养脱氮，不需要外加碳源，节省运行费用；

（3）氧的利用率明显提高，体系耗氧量少，进而能耗费用低；

（4）脱氮单元碱度得到平衡，不用加碱维持系统碱度；

（5）剩余污泥少，节省污泥处理处置费用；

（6）同时具有除磷作用；

（7）运行费用比传统脱氮除磷技术降低40%以上。

本发明适合于处理高氨氮有机废水，尤其适合于处理低碳氮比、高氨氮浓度的有机废水，如厌氧消化上清液、垃圾渗滤液、养殖废水、制药废水、光电废水等。

因此，本发明克服了现有生物脱氮工艺脱氮效果差，不能实现完全脱氮，耗时较长的技术缺陷，提供的高氨氮废水的生物脱氮系统全程完全自养脱氮，脱氮效率高，费用低。

具体实施方式

下面通过实施例进一步详述本发明，但本发明不仅限于所述实施例。

实施例一

本例的高氨氮废水的生物脱氮系统由前处理单元、脱氮单元和后处理单元依次连接而成，高氨氮废水经过前处理单元去除有机物后进入脱氮单元，在脱氮单元去除氨氮后进入后处理单元，在后处理单元沉淀污泥，后处理单元出水达到排放标准后排放或回用；脱氮单元中加有零价铁（Fe⁰），加入好氧或厌氧污泥作为接种污泥，培养具有硝化、自养反硝化、Fe³⁺还原和Fe²⁺氧化的多功能微生物混合污泥；脱氮单元采用间歇供氧，每隔0.5~2小时供氧0.5~2小时，供氧与不供氧时间根据出水中NH₄ ⁺和NO₃ ^-、NO₂ ^-浓度调节，NH₄ ⁺浓度高于15mg/L，延长供氧时间，缩短不供氧时间，NO₃ ^-、NO₂ ^-浓度高于15mg/L，延长不供氧时间，缩短供氧时间；供氧期间脱氮单元中的高氨氮废水溶解氧浓度不高于1.5mg/L。

前处理单元为厌氧生物处理单元，以去除有机物、悬浮物和对脱氮微生物有抑制作用的物质。后处理单元为絮凝单元，以去除污泥，同时达到去除磷和难降解有机物的作用。接种污泥为硝化污泥。零价铁与氨氮浓度的摩尔比为2~20﹕1。零价铁为铁粉。

脱氮单元中高氨氮废水的pH值为6.5~8.5，在15~35^oC下，高氨氮废水在反应器中停留0.5~5天，然后进入后处理单元。高氨氮废水的氨氮浓度为10~1000mgN/L。

本例对氨氮去除率可达到99%，容积去除负荷达到0.1~0.5kgN/(m³·d)。

实施例二

本例中，前处理单元为沉淀单元，后处理单元为絮凝单元。接种污泥为厌氧氨氧化污泥。零价铁为铁刨花。其余同实施例一。

实施例三

本例中，前处理单元为自然处理单元，后处理单元为沉淀单元。接种污泥为反硝化污泥。零价铁为废铁渣。其余同实施例一。

实施例四

本例中，前处理单元为自然处理单元，后处理单元为絮凝单元。接种污泥为硝化污泥和厌氧氨氧化污泥。零价铁为铁刨花和废钢铁。其余同实施例一。

实施例五

本例中，零价铁为铁粉、铁刨花和废钢铁。其余同实施例一。

实施例六

本例中，脱氮单元中加有二价铁离子（Fe²⁺）或三价铁离子（Fe³⁺），没有零价铁，二价铁离子或三价铁离子与氨氮浓度的摩尔比为1.0~6.0﹕1；其余同实施例一。

Claims

1.一种高氨氮废水的生物脱氮系统，由前处理单元、脱氮单元和后处理单元依次连接而成，高氨氮废水经过前处理单元去除有机物后进入脱氮单元，在脱氮单元去除氨氮后进入后处理单元，在后处理单元沉淀污泥，后处理单元出水达到排放标准后排放或回用，其特征在于脱氮单元中加有零价铁（Fe⁰）、二价铁离子（Fe²⁺）或三价铁离子（Fe³⁺），加入好氧或厌氧污泥作为接种污泥，培养具有硝化、自养反硝化、Fe³⁺还原和Fe²⁺氧化的多功能微生物混合污泥；脱氮单元采用间歇供氧，供氧与不供氧时间根据出水中NH₄ ⁺和NO₃ ^-、NO₂ ^-浓度调节，NH₄ ⁺浓度高时，延长供氧时间，缩短不供氧时间，NO₃ ^-、NO₂ ^-浓度高时，延长不供氧时间，缩短供氧时间；供氧期间脱氮单元中的高氨氮废水溶解氧浓度不高于1.5mg/L。

2.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物脱氮系统，其特征在于所述前处理单元为厌氧生物处理单元、沉淀单元或自然处理单元。

3.根据权利要求1或2所述的高氨氮废水的生物脱氮系统，其特征在于所述后处理单元为絮凝单元、沉淀单元。

4.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物脱氮系统，其特征在于所述接种污泥为硝化污泥、反硝化污泥和厌氧氨氧化污泥中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物脱氮系统，其特征在于所述二价铁离子或三价铁离子与氨氮浓度的摩尔比为1.0~6.0﹕1；零价铁与氨氮浓度的摩尔比为2~20﹕1。

6.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物脱氮系统，其特征在于所述零价铁为铁粉、废铁渣、铁刨花和废钢铁中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物脱氮系统，其特征在于所述脱氮单元中高氨氮废水的pH值为6.5~8.5，在15~35^oC下，高氨氮废水在反应器中停留0.5~5天，然后进入后处理单元。

8.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物脱氮系统，其特征在于所述高氨氮废水的氨氮浓度为10~1000mgN/L。