CN105540841B - 一种好氧/厌氧生物滤池生物脱氮方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种好氧/厌氧生物滤池生物脱氮方法和设备，本发明通过向生物滤池内间歇式进水，脱氮过程分为硝化和短程反硝化—厌氧氨氧化耦合两个过程：将一半待处理废水泵入生物滤池内曝气硝化，实现氨氮转化为硝氮，同时去除废水中的大部分COD，减轻后续反应有机负荷；在硝化过程结束后，停止曝气，再泵入原废水进入生物滤池，引入的可降解有机物和氨氮分别为短程反硝化和厌氧氨氧化提供电子供体和反应基质，在缺氧/厌氧条件下，滤池内反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌协同脱氮。本发明克服了传统生物脱氮技术碳源不足问题，使用本发明的低C/N比废水生物脱氮方法，污泥产量少，不需添加外碳源，没有二次污染，氮去除率能够达到90％以上。
Description
技术领域
本发明属于环境工程废水脱氮处理技术领域，具体涉及低碳氮比废水的生物脱氮处理方法和装置，适用于生活废水、垃圾渗滤液等含高氮低碳废水的生物处理。
技术背景
废水中含氮物质的超标排放易引起自然水体的富营养化，藻类植物生长过快，造成鱼类等水生生物大量死亡，河道黑臭等严重的水环境污染问题。生活污水、垃圾渗滤液等含氮废水需经过严格脱氮处理方可排入自然水体。国家颁布的《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(GB18918-2002)、《生活垃圾填埋场污染控制标准》(16889-2008)对废水中含氮物质(总氮、氨氮)的排放制定了严格要求，传统废水生物脱氮技术对碳源需求量高、污泥产量大，已不再满足现阶段废水脱氮处理要求，废水生物脱氮处理面临严峻挑战，迫切需要发展新的废水生物脱氮处理技术。
自1995年荷兰学者Mulder发现厌氧氨氧化生物脱氮的新途径以来，后人在此基础上不断改进和优化。2006年Kalyuzhnyi等人提出反硝化氨氧化DEAMOX(DEnitrifyingAMmonium OXidation)脱氮途径，其是在厌氧条件下，利用有限COD将废水中硝氮还原为亚硝氮，作为后续氨氧化阶段反应基质的联合脱氮过程。SNAD(Simultaneous partialNitrification,Anammox and Denitrification)技术就是运用NRBC(Non-woven RotatingBiological Contactor)反应器，实现硝化细菌、反硝化细菌、厌氧氨氧化细菌的在同一反应器中共同存在脱氮过程，但其仍需严格控制短程硝化阶段，为厌氧氨氧化提供NO2 —-N反应基质，在实际应用过程中较难稳定维持。
发明内容
本发明的目的旨在提出一种高效低耗，易于控制，操作简便，能够同时实现硝化、短程反硝化以及厌氧氨氧化反应的新型生物脱氮方法和装置。
本发明是通过以下技术方案来实现的。
一种好氧/厌氧生物滤池生物脱氮设备，包括集水装置和生物滤池装置；所述集水装置包括废水储槽、第一流量计、蠕动泵；所述生物滤池装置包括生物滤池、软性填料、曝气装置、布水装置、回流泵、第二流量计、出水阀、风机和气体流量计；废水储槽用于储存废水，蠕动泵通过管道连接废水储槽和生物滤池，将废水输送到生物滤池进行硝化反应，第一流量计记录和控制泵入生物滤池的废水水量；所述生物滤池底部设有曝气装置，曝气装置与风机相连通，气体流量计记录和控制曝气量；所述补水装置均匀设置于生物滤池的顶部，并与进水管道相连；所述回流泵将混合废水从生物滤池底部抽出回流至生物滤池顶部，促进废水混合；第二流量计记录并控制回流流量，所述软性填料均匀填充于生物滤池内，为微生物生长提供场所。
所述的生物滤池的侧壁上设置有数个出水阀。
一种好氧/厌氧生物滤池生物脱氮方法，步骤如下：
所处理含氮废水BOD5/TN≤3，向生物滤池内间歇式进水，脱氮过程分为硝化和短程反硝化—厌氧氨氧化耦合两个过程：
1)硝化过程：将一半(50％)待处理废水泵入生物滤池内曝气硝化，实现氨氮转化为硝氮，同时去除废水中的大部分COD，减轻后续反应有机负荷；
2)短程反硝化—厌氧氨氧化耦合过程：在硝化过程结束后，停止曝气，再泵入原废水进入生物滤池，引入的可降解有机物和氨氮分别为短程反硝化和厌氧氨氧化提供电子供体和反应基质，在缺氧/厌氧条件下，滤池内反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌协同脱氮。
更为具体的步骤是：
(1)向生物滤池中加入厌氧氨氧化污泥、反硝化污泥和硝化污泥的混合污泥进行微生物的接种；滤池内软性填料作为接种污泥生物的附着载体；作为上述各种脱氮功能微生物提供附着场所；
(2)滤池内软性填料形成外侧好氧层附着硝化细菌、内侧厌氧层附着厌氧氨氧化细菌和反硝化细菌的生物膜；
(3)从废水储槽中将一半废水泵入生物滤池，通过布水装置均匀布水，同时开启曝气装置，使得溶解氧浓度控制在1-2mg/L，使废水中COD好氧降解，废水中氨氮发生硝化反应生成硝酸盐；
(4)上述硝化过程结束后，关闭曝气装置，将剩余废水泵入生物滤池，开启回流促进废水混匀充分，在缺氧/厌氧条件下，混合废水在生物滤池内因碳源不足发生短程反硝化，同时厌氧氨氧细菌利用氨氮和亚硝氮进行厌氧氨氧化化反应，去除废水中COD和氮，出水排放；
(5)通过半连续批式运行好氧/缺氧生物滤池，可使得废水中的总氮达到理想的去除效果。
通过间歇式进水将整个脱氮过程分为两个步骤，均在同一反应池内进行。生物滤池内温度维持在30℃左右，pH值为7～8。
本发明的原理在于，生物滤池内软性填料附着大量微生物类群和生物量，其上的生物膜从外到里生长有不同类型的功能微生物：硝化细菌，反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌等，这些微生物在不同的水质条件下发生不同的作用[1,2]。1)硝化过程：其外侧好氧层附着硝化细菌，结合曝气过程中的氧气，将废水中的氨氮氧化为硝酸盐；2)短程反硝化—厌氧氨氧化过程：内侧厌氧层附着反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌，在废水中碳源不足的条件下，反硝化细菌优先利用碳源将硝氮还原为亚硝氮，造成废水中亚硝氮的积累[3,4]；随着有机碳源的不断消耗和亚硝氮的积累，在厌氧层内，厌氧氨氧化细菌利用短程反硝化过程中累积的亚硝氮和原废水中的氨氮，进行厌氧氨氧化反应，去除废水中的氨；该过程中两种厌氧细菌在厌氧层进行短程反硝化—厌氧氨氧化耦合反应，联合协同脱氮[5]。
生物硝化反应：
NH4 ++1.5O2→NO2 —+2H++H2O
NH4 ++2O2→NO3 —+2H++H2O
废水中氨氮和可降解有机物与氧气充分反应，COD好氧降解和被微生物利用，氨氮转化为硝氮，可使出水中氮主要以硝氮形式存在，可生物降解有机物被充分消耗，同时减轻了后续厌氧氨氧化反应的有机负荷。
短程反硝化、厌氧氨氧化反应：
NO3 -+2e—(COD)+2H+→NO2 —+H2O
NH4 ++NO2 —→N2+H2O
废水的脱氮过程主要由两阶段完成。阶段1：通过间歇式进水将原废水和硝化废水在生物滤池内混合，通过回流促进混合充分，在厌氧条件下，反硝化因碳源不足不完全反应，造成亚硝氮大量累积，废水中可生物降解有机物同时消耗，营造有利于厌氧氨氧化反应的基质和环境条件。阶段2：随着有机碳源的不断消耗和亚硝氮的积累，填料内部的厌氧氨氧化细菌利用阶段1中产生的亚硝氮和原废水中的氨氮，通过厌氧氨氧化反应去除废水中的氮，最终可使废水中总氮去除率达到90％以上。
本发明克服了传统生物脱氮技术碳源不足问题，使用本发明的低C/N比废水生物脱氮方法，污泥产量少，不需添加外碳源，没有二次污染，氮去除率能够达到90％以上；本发明的生物脱氮装置，流程简单，能够实现硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化技术在同一反应池内进行，占地面积小，运行费用低，具有高效低耗的特点。
附图说明
图1为本发明装置结构图；
图2为生物膜构造示意图；
图中，1—废水储槽，2—生物滤池，3—软性填料，4—曝气装置，5—布水装置，101、第一流量计 102—第二流量计，103—气体流量计，201、202—蠕动泵，301—风机，401—出水阀。
具体实施方式
以下将结合附图，对具体实施方式进行详细技术说明。
如图1所示的一种好氧/厌氧生物滤池生物脱氮设备，包括集水装置和生物滤池装置；所述集水装置包括废水储槽1、第一流量计101、蠕动泵201；所述生物滤池装置包括生物滤池2、软性填料3、曝气装置4、布水装置5、回流泵202、第二流量计102、出水阀401、风机301和气体流量计103；废水储槽1用于储存废水，蠕动泵201通过管道连接废水储槽1和生物滤池2，将废水输送到生物滤池2进行硝化反应，第一流量计101记录和控制泵入生物滤池2的废水水量；所述生物滤池2底部设有曝气装置4，曝气装置4与风机301相连通，气体流量计103记录和控制曝气量；所述补水装置5均匀设置于生物滤池2的顶部，并与进水管道相连；所述回流泵202将混合废水从生物滤池2底部抽出回流至生物滤池2顶部，促进废水混合；第二流量计102记录并控制回流流量，所述软性填料3均匀填充于生物滤池2内，为微生物生长提供场所。
所述的生物滤池2的侧壁上设置有数个出水阀401。
使用时，向生物滤池2加入厌氧氨氧化污泥、反硝化污泥和硝化污泥的混合污泥进行接种，滤池内软性填料3作为接种污泥生物的附着载体。滤池内软性填料形成外侧好氧层附着硝化细菌、内侧厌氧层附着厌氧氨氧化细菌和反硝化细菌的生物膜(如图2)。从废水储槽1中将一半废水泵入生物滤池2，通过布水装置5均匀布水曝气过程中溶解氧浓度控制在1-2mg/L，使废水中COD好氧降解，同时使得废水中氨氮发生硝化反应生成硝酸盐；上述硝化过程结束后，关闭曝气装置4，从废水储槽1中将废水泵入生物滤池2，开启回流202促进废水混匀充分，在缺氧/厌氧条件下，混合废水在生物滤池2内因碳源不足发生短程反硝化和厌氧氨氧细菌结合氨氮和亚硝氮进行厌氧氨氧化化反应，去除废水中COD和氮，处理出水从出水阀401排出；通过半连续运行好氧/缺氧生物滤池，可获得理想的脱氮效果。
本发明主要采用新型的生物脱氮技术去除含氮废水中的含氮物质，克服了传统生物脱氮技术因碳源不足的限制，为含氮废水的除氮提供了一种高效低耗的途径。
上述本发明的实施例不用于限制本发明的保护范围，在不背离本发明的技术要点的前提下，本领域技术人员对本发明的优化应落入本发明权利要求所限定范围之内。
Claims (4)
1.一种好氧/厌氧生物滤池生物脱氮设备，其特征在于：包括集水装置和生物滤池装置；所述集水装置包括废水储槽、第一流量计、蠕动泵；所述生物滤池装置包括生物滤池、软性填料、曝气装置、布水装置、回流泵、第二流量计、出水阀、风机和气体流量计；废水储槽用于储存废水，蠕动泵通过管道连接废水储槽和生物滤池，将废水输送到生物滤池进行硝化反应，第一流量计记录和控制泵入生物滤池的废水水量；所述生物滤池底部设有曝气装置，曝气装置与风机相连通，气体流量计记录和控制曝气量；所述布水装置均匀设置于生物滤池的顶部，并与进水管道相连；所述回流泵将混合废水从生物滤池底部抽出回流至生物滤池顶部，促进废水混合；第二流量计记录并控制回流流量，所述软性填料均匀填充于生物滤池内，为微生物生长提供场所。
2.根据权利要求1所述的一种好氧/厌氧生物滤池生物脱氮设备，其特征在于：所述的生物滤池的侧壁上设置有数个出水阀。
3.一种使用权利要求1所述好氧/厌氧生物滤池生物脱氮设备进行废水处理的方法，其特征在于：所处理含氮废水BOD5/TN≤3，向生物滤池内间歇式进水，具体步骤为：
(1)向生物滤池中加入厌氧氨氧化污泥、反硝化污泥和硝化污泥的混合污泥进行微生物的接种；滤池内软性填料作为接种污泥生物的附着载体，为上述各种脱氮功能微生物提供附着场所；
(2)滤池内软性填料形成外侧好氧层附着硝化细菌、内侧厌氧层附着厌氧氨氧化细菌和反硝化细菌的生物膜；
(3)从废水储槽中将一半废水泵入生物滤池，通过布水装置均匀布水，同时开启曝气装置，使得溶解氧浓度控制在1-2mg/L，使废水中COD好氧降解，废水中氨氮发生硝化反应生成硝酸盐；
(4)上述硝化过程结束后，关闭曝气装置，将剩余废水泵入生物滤池，开启回流促进废水混匀充分，在缺氧/厌氧条件下，混合废水在生物滤池内因碳源不足发生短程反硝化，同时厌氧氨氧细菌利用氨氮和亚硝氮进行厌氧氨氧化化反应，去除废水中COD和氮，出水排放；
(5)通过半连续批式运行好氧/缺氧生物滤池，可使得废水中的总氮达到理想的去除效果。
4.根据权利要求3所述的方法，所述生物滤池内温度维持在30℃，pH值为7-8。
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