CN106966498B

CN106966498B - 短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺及控制方法

Info

Publication number: CN106966498B
Application number: CN201710204926.6A
Authority: CN
Inventors: 周鑫; 张泽乾; 张鑫爱
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: CN106966498A

Abstract

本发明公开了一种短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺及控制方法，包括如下步骤：（1）、采用填充聚氨酯海绵的SBBR反应器，载体填充率控制在50%~60%；SBBR反应器底部设有微孔曝气盘，曝气由空气压缩泵提供，并连接气体转子流量计调节进气量，内部设置混合泵保证水、微生物和氧气三者充分的混合搅拌；反应器设置温度、pH、DO、ORP多参数在线监测仪。本发明工艺克服了单独厌氧氨氧化和同步亚硝化厌氧氨氧化反硝化对COD去除效果不好的难题。

Description

短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺及控制方法

技术领域

本发明属于废水生物处理领域，具体为一种短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺及控制方法。

背景技术

氮的过量排放是造成水体缺氧、恶臭以及富营养化的重要原因之一。生物脱氮是废水氮去除应用最广泛的技术。然而由于很多高氨氮低碳氮比废水导致以缺氧/好氧（A/O）为核心的传统生物脱氮工艺脱氮效率偏低而能耗和运行成本偏高等不足。开发工艺运行费用少的节能高效型生物脱氮新技术对于高浓度氨氮低C/N比废水处理具有研究价值和意义。

厌氧氨氧化（Anaerobic Ammonium Oxidation, ANAMMOX）是A.Mulder等在利用流化床反应器进行反硝化研究时发现并正式命名的一种新型脱氮工艺，该工艺是由氨氮和亚硝酸盐在厌氧氨氧化菌的作用下生成氮气和少部分硝酸盐而实现自养脱氮。厌氧氨氧化具有许多传统生物脱氮工艺不具备的优点：①无需额外碳源，能使能源节省60%以上；②可节省供氧量（氧化1g氨氮可节约4. 57g氧气）；③反应产酸少，无需酸碱中和；④污泥产量少，节省污泥处理费用；⑤运行费用低（其处理成本为€0.75/kg N，远低于生物脱氮工艺€2.5/kg N）。由于废水中亚硝酸盐是发生厌氧氨氧化的前提条件，如何实现亚硝酸盐氮的积累成为厌氧氨氧化工程化应用及推广的技术瓶颈之一。为此，众多学者将短程硝化与厌氧氨氧化相结合并进行了大量研究，相继开发了SHARON-ANAMMOX、CANON、OLAND等工艺。然而由于厌氧氨氧化不需要有机碳源，这些工艺不能有效去除有机物，大大限制了工艺应用。

近年来出现了一种同步亚硝化厌氧氨氧化反硝化新工艺（Simultaneous partialNitrification, Anammox and Denitrification，SNAD），可以用于垃圾渗滤液、厌氧消化液、化肥废水等高氨低碳氮比废水脱氮。它在一个反应器内通过短程硝化-厌氧氨氧化及反硝化协同作用达到同时去除氨氮和COD而引起广泛关注。然而这种工艺，由于厌氧氨氧化消耗了大量的亚硝酸盐而仅生成了一小部分硝酸盐，使后续发生反硝化去除的COD效率很低，一般仅为20-60%；另外由于有机物对厌氧氨氧化菌产生明显抑制作用，导致该工艺不能处理含较高浓度COD的有机废水，对于处理一些同时含有高浓度的COD和氨氮的废水（如焦化废水、制革废水、制药废水和煤气化废水）等中低C/N比废水该工艺的脱氮效率和COD去除效率依然有限。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺以实现同时含有高浓度COD和氨氮废水高效处理。

本发明的另一目的之一在于提供一种短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺控制方法，以实现同时去除废水中的有机物和氨氮。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺及控制方法，包括如下步骤：

（1）、采用填充聚氨酯（PU）海绵的SBBR反应器，载体填料的填充率控制在50%~60%；填料为高分子合成亲水性聚氨酯生物填料，边长2.5cm，并经过氧气、氢气双重爆炸而成，孔径2~7mm，相互贯通。

SBBR反应器底部设有微孔曝气盘，曝气由空气压缩泵提供，并连接气体转子流量计调节进气量，内部设置混合泵保证水、微生物和氧气三者充分的混合搅拌。反应器内部设置温度、pH、DO、ORP多参数在线监测仪。

（2）、SBBR反应器运行前，首先进行微生物培养和反应器启动。采用城市污水处理厂曝气池硝化良好的活性污泥，通过排泥挂膜法接种到生物载体填料上，经过闷曝和间歇小流量进水，进水为不含COD的高氨氮废水，并通过氮源及磷源投加控制N/P比为5:1~8:1；其中，氮源为氯化铵、硫酸铵或尿素；磷源为磷酸二氢钾或磷酸氢钾。培养成熟时生物膜MLSS：2.5~3g/L，此时氨氮去除率为65~70%以上，亚硝酸盐积累率85%以上，培养时间需要10~20d。

（3）、之后，SBBR反应器采用进水-曝气反应-排水的运行方式，1天运行1~2个周期，换水比1/3~1/2。其中，进水15min，曝气反应时间根据水质浓度控制在11.5~23.5h，排水15min。

（4）、COD原水由调节水箱通过蠕动泵进入反应器；在稳定运行过程中逐步加入COD原水，使C/N比从0逐步提高到2~5，目的使不同功能菌群适应水质，需要维持15~20个反应周期；原水的COD可以为葡萄糖或乙酸钠或甲醇等小分子有机物。

（5）、之后，采用实际含氮有机废水作为进水，COD：600~1200mg/L；氨氮：250~400mg/L。

反应过程中通过恒温棒控制反应器内水温25±1℃，投加适量碱度控制进水pH7.7~8.0。

（6）、通过空气流量计调节曝气量，初始曝气量为50mL/min，采用逐步增加曝气量的方式增加DO，每次增加量为30~50mL/min，维持时间为6~20个反应周期。最终将曝气量控制在 220~320mL/min，此时DO（溶解氧）控制在0.8~1.5mg/L，ORP（氧化还原电位）控制在120~220mv。

（7）、达到目标工艺所需要100~140个反应周期，期间工艺运行良好的标志是污泥表面及内部生物膜呈现红色，最终出水氨氮在20~30mg/L，出水亚硝氮和硝氮均在10mg/L以下，总氮去除率在80~85%，COD去除率90%以上。

本发明具有以下有益效果：

1、采用填充多孔海绵的SBBR反应器可以实现在一个反应器同时发生短程硝化、反硝化和厌氧氨氧化，可以有效处理同时含有高浓度的COD和氨氮废水。

2、操作较简单，控制参数少，仅通过温度、pH、DO和ORP控制可实现对工艺的稳定运行。

3、工艺脱氮除碳效率高，COD去除率90%以上，TN去除率80-85%，可有效处理中等C/N比废水。

4、无需要排泥；不需要外加有机碳源，所需要的曝气量很低，DO仅为0.8~1.2 mg/L且污水和污泥易于分离，不会发生污泥厌氧和膨胀现象。

本发明工艺主要通过反应器和操作条件的控制，使得氨氧化菌和反硝化菌在生物膜外层由于DO和C/N较高而首先发生短程硝化反硝化，随着底物进入生物膜内层，C/N比和DO大幅降低，残留的部分氨氮和亚硝酸盐在厌氧氨氧化菌的作用下发生厌氧氨氧化实现自养脱氮，即控制氨氧化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌在生物膜不同位置优势共存。

本发明工艺及控制方法设计合理，克服了单独厌氧氨氧化和同步亚硝化厌氧氨氧化反硝化对COD去除效果不好的难题，具有很好的推广应用价值。

附图说明

图1表示SBBR反应器的结构示意图。

图中：1-进出水箱，2-蠕动泵，3-温控棒，4- pH、DO、ORP在线监测仪，5-PU海绵填料，6-曝气盘，7-混合泵，8-气体流量计，9-空气压缩泵。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施例进行详细说明。

实施例1

（1）、采用填充聚氨酯（PU）海绵填料5的SBBR反应器，载体填料的填充率控制在50%~60%；其中，填料为高分子合成亲水性聚氨酯生物填料，边长2.5cm，并经过氧气、氢气双重爆炸而成，孔径2~7mm，相互贯通。

SBBR反应器结构如图1所示，底部设有微孔曝气盘6，曝气由空气压缩泵9提供，并连接气体转子流量计8调节进气量，内部设置混合泵7保证水、微生物和氧气三者充分的混合搅拌。反应器内部设置温控棒3及pH、DO、ORP在线监测仪4。

（2）、SBBR反应器运行前，首先进行微生物培养和反应器启动。采用城市污水处理厂曝气池活性污泥，通过排泥挂膜法接种到生物载体填料上，经过闷曝和间歇小流量进水，进水为不含COD的高氨氮废水，并通过氮源及磷源投加控制N/P比为5:1~8:1；其中，氮源为氯化铵、硫酸铵或尿素；磷源为磷酸二氢钾或磷酸氢钾。培养成熟时生物膜MLSS：2.5~3g/L，此时氨氮去除率为65~70%以上，亚硝酸盐积累率85%以上，培养时间需要10~20d。

（3）、之后，SBBR反应器采用进水-曝气反应-排水的运行方式，1天运行1~2个周期，换水比1/3-1/2。其中，进水15min，曝气反应时间根据水质浓度控制在11.5~23.5h，排水15min。

（4）、COD原水由调节水箱（进出水箱1）通过蠕动泵2进入反应器；在稳定运行过程中逐步加入COD原水，使C/N比从0逐步提高到2~5，目的使不同功能菌群适应水质，需要维持15~20个反应周期；原水的COD可以为葡萄糖或乙酸钠或甲醇等小分子有机物。

（5）、之后，采用实际含氮有机废水-焦化废水A作为进水，进水COD约为800~1200mg/L，氨氮：250~400mg/L。

反应过程中通过温控棒3控制反应器内水温25±1℃，投加适量碱度控制进水pH7.7~8.0。

（7）、达到目标工艺所需要100~140个反应周期，期间工艺运行良好的标志是污泥表面及内部生物膜呈现淡红色，最终出水氨氮在20~30mg/L，出水亚硝氮和硝氮均在10mg/L以下，COD去除率达到86%，氨氮去除率达到92%，总氮去除率可达81%。

实施例2

一种短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺及控制方法，步骤同实施例1，区别在于步骤（5）中处理预处理后的煤气化废水B，进水COD约为700mg/L，氨氮：320mg/L；步骤（7）中，经过处理COD去除率达到92%，氨氮去除率达到95%，总氮去除率可达86%。

实施例3

利一种短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺及控制方法，步骤同实施例1，区别在于步骤（5）中处理预处理后的屠宰废水C，进水COD约为1100mg/L，氨氮：220mg/L；步骤（7）中，经过处理COD去除率达到95%，氨氮去除率达到93%，总氮去除率可达85%。

实施例4

一种短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺及控制方法，步骤同实施例1，区别在于步骤（5）中处理预处理后的化肥废水D，进水COD约为800mg/L，氨氮约为：200mg/L；步骤（7）中，经过处理COD去除率达到92%，氨氮去除率达到90%，总氮去除率可达83%。

以上仅为本发明的具体实施例，但并不局限于此。任何以本发明为基础解决基本相同的技术问题，或实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，均属于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺，其特征在于：包括如下步骤：

（1）、采用填充聚氨酯海绵的SBBR反应器，载体填充率控制在50%~60%；

（2）、SBBR反应器运行前，首先进行微生物培养和反应器启动；采用城市污水处理厂曝气池活性污泥，通过排泥挂膜法接种到生物载体填料上，经过闷曝和间歇小流量进水，进水为不含COD的高氨氮废水，并通过氮源及磷源投加控制N/P比为5:1~8:1；培养成熟时生物膜MLSS：2.5~3g/L，此时氨氮去除率为65~70%，亚硝酸盐积累率85%以上，培养时间需要10~20d；

（3）、之后，SBBR反应器采用进水-曝气反应-排水的运行方式，1天运行1~2个周期，换水比1/3~1/2；

（4）、在稳定运行过程中，由调节水箱通过蠕动泵向SBBR反应器逐步加入COD原水，使C/N比从0逐步提高到2~5，维持15~20个反应周期；

（5）、之后，采用实际含氮有机废水作为进水，COD：600~1200mg/L；氨氮：250~400mg/L；反应过程中通过恒温棒控制SBBR反应器内水温25±1℃，控制进水pH 7.7~8.0；

（6）、通过空气流量计调节曝气量，初始曝气量为50mL/min，采用逐步增加曝气量的方式增加DO，每次增加量为30~50mL/min，维持时间为6~20个反应周期；最终将曝气量控制在220~320mL/min，此时DO控制在0.8~1.5mg/L，ORP控制在120~220mv；

（7）、达到目标工艺所需要100~140个反应周期，最终出水氨氮在20~30mg/L，出水亚硝氮和硝氮均在10mg/L以下，总氮去除率在80~85%，COD去除率90%以上。

2.根据权利要求1所述的短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺，其特征在于：步骤（1）中，填料为高分子合成亲水性聚氨酯生物填料，边长2.5cm，并经过氧气、氢气双重爆炸而成，孔径2~7mm，并相互贯通。

3.根据权利要求1所述的短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺，其特征在于：步骤（2）中，氮源为氯化铵、硫酸铵或尿素；磷源为磷酸二氢钾或磷酸氢钾。

4.根据权利要求1所述的短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺，其特征在于：步骤（3）中，进水15min，曝气反应时间控制在11.5~23.5h，排水15min。

5.根据权利要求1所述的短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺，其特征在于：步骤（4）中，COD原水为添加葡萄糖或乙酸钠或甲醇小分子有机物的水。