CN106966500A - 短程硝化与厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理装置及工艺 - Google Patents

短程硝化与厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理装置及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于环境保护废水处理技术领域，公开了短程硝化与厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理装置及工艺。所述装置包括依次串联的好氧反应装置和厌氧氨氧化反应器，所述好氧反应装置内部填充有附着好氧硝化生物膜的填料层，所述填料层的填料为能够吸附氨氮的材料；所述好氧反应装置的出水口与厌氧氨氧化反应器的进水口连接；所述好氧反应装置的底部设有曝气装置。本发明的装置能够实现高效稳定的氨氮废水亚硝化反应和亚硝酸氮浓度的积累，可减少硝化反应所需的曝气量，降低能耗；短程硝化和厌氧氨氧化达到脱氮目的，可节约有机碳源的消耗，进一步降低工艺运行成本。本发明操作简易，设备占地面积小，适用于各类氨氮废水的脱氮处理。

Description

短程硝化与厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理装置及 工艺
技术领域
本发明属于环境保护废水处理技术领域，特别涉及一种短程硝化与厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理装置及工艺。
背景技术
传统生物脱氮是利用硝化细菌和反硝化细菌的硝化和反硝化作用来脱除废水中的氨氮，硝化细菌通常分为两类，一类是氨氧化细菌，另一类是亚硝酸氮氧化细菌，在好氧条件下氨氮首先被氨氧化细菌氧化成亚硝酸氮，接着亚硝酸盐氧化菌将亚硝酸氮氧化成硝酸氮，此过程即为硝化过程。反硝化过程则在反硝化菌的作用下将硝酸氮转化为氮气。新型脱氮技术短程硝化是通过选择性抑制亚硝酸氮氧化菌活性，将氨氮氧化控制为亚硝酸氮阶段为止，不进行后续的亚硝酸氮氧化过程。厌氧氨氧化消耗氨氮和亚硝酸氮，反应产物主要为氮气，整个过程无需碳源而且污泥产量低。由于短程硝化的产物亚硝酸氮是厌氧氨氧化菌的生长代谢基质，因此将短程硝化与厌氧氨氧化耦合，将会是废水生化脱氮处理的新思路和技术开发导向。与传统的硝化反硝化过程相比，短程硝化与厌氧氨氧化的结合不仅可节省曝气量，而且无需碳源，污泥产量极低，占地面积少，是一种极为经济高效的生物脱氮过程。
而短程硝化-厌氧氨氧化技术的关键是获得持续稳定的亚硝酸氮积累作为厌氧氨氧化的进水基质。目前有关短程硝化的研究主要集中在利用活性污泥法对氨氮废水的处理，已经进入工程化应用阶段，如比利时Gent实验室开发的OLAND工艺，荷兰Delft大学开发的SHARONA工艺。但因亚硝酸氮的积累难持久稳定，亚硝酸氮短程硝化的大规模推广应用仍受到极大的限制。在现有技术中，对于短程硝化存在着以下问题：通过控制高温获得短程硝化的能耗极高，而低溶解氧下活性污泥法容易发生污泥膨胀问题，且活性污泥法的停留时间较长，占地面积大。因而，开发出一种可高效稳定地实现氨氮废水亚硝化，并与厌氧氨氧化工艺联合起来的组合装置，将为氨氮废水的脱氮处理提供新的技术选择。
发明内容
为实现氨氮废水的高效稳定亚硝化，促进废水通过厌氧氨氧化反应的方式达到脱氮的目标，降低氨氮废水处理过程中的运行成本，本发明保护了一种短程硝化与厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理装置，该装置由含有氨氮吸附功能填料的好氧反应床和厌氧氨氧化反应器组成，其中好氧反应床前置，厌氧氨氧化反应器后置。
本发明利用含有氨氮吸附功能填料的好氧反应床实现氨氮废水的高效稳定亚硝化反应，得到可用于后续厌氧氨氧化反应的出水。出水进入厌氧氨氧化反应器后，发生厌氧氨氧化反应，达到去除废水中氮元素的目的。
本发明解决了如何确保氨氮废水高效稳定亚硝化的难题，并联合厌氧氨氧化脱氮工艺实现经济高效去除废水中的氮元素，是各类氨氮废水，如石化、化肥工业、印染工业、电路板行业和垃圾渗滤液等废水脱氮处理的经济有效方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理装置，包括依次串联的好氧反应装置和厌氧氨氧化反应器，所述好氧反应装置内部填充有附着好氧硝化生物膜的填料层，所述填料层的填料为能够吸附氨氮的材料；所述好氧反应装置的出水口与厌氧氨氧化反应器的进水口连接；所述好氧反应装置的下端或底部设有曝气装置。
所述好氧反应装置包括承托填料层的承托层；
所述好氧反应装置包括进水口，所述的进水口设置在好氧反应装置的下端；所述好氧反应装置的出水口设置在好氧反应装置一侧的上端。
所述好氧反应装置的进水口位于填料层的下方，所述出水口位于填料层的上方。
进水从好氧反应装置的进水口进入依次经过承托层、填料层，然后从出水口流出排放。
所述填料层上附着的好氧硝化生物膜是通过以下方法得到：采用硝化污泥在填料层进行接种闷曝，其中污泥投加质量与反应器体积比为0.2～50g/L,反应器内溶解氧浓度为0.1～7.0mg/L,温度为15～40℃下进行闷曝，闷曝时间为1～5天；然后连续进水培养，直至出水氨氮去除率超过90％，并且在连续进水培养的过程中控制反应器内溶解氧浓度为0.1～7.0mg/L,温度为15～40℃。
所述填料为天然沸石、人工合成沸石或麦饭石中的一种或一种以上。
所述厌氧氨氧化反应器中厌氧氨氧化菌是以污泥的形式投加至反应器中，污泥的投加量为8000～15000mg/L。
所述厌氧氨氧化反应器，包括出水口、搅拌器，所述出水口设置在厌氧氨氧化反应器一侧的上端。
所述厌氧氨氧化反应器的进水口设置在厌氧氨氧化反应器的下端或底部。
一种短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理工艺，包含以下具体步骤：
(1)好氧反应装置进行短程硝化处理：氨氮废水进入好氧反应装置中，与附着硝化细菌生物膜的填料层接触，在溶解氧条件下，废水中氨氮与硝化细菌生物膜中氨氧化细菌进行亚硝化反应，出水，用于后续的厌氧氨氧化脱氮处理；所述亚硝化反应中水力停留时间为水力停留时间为1.0-20.0h，优选1～8h；
(2)厌氧氨氧化反应器进行厌氧氨氧化处理：在搅拌和厌氧的条件下，将经过短程硝化处理的废水送至厌氧氨氧化反应器中，与厌氧氨氧化反应器中的厌氧氨氧化菌污泥接触，废水中的氨氮和亚硝酸氮与厌氧氨氧化菌发生厌氧氨氧化反应，出水，从而实现氨氮废水生化脱氮处理；所述厌氧氨氧化反应中水力停留时间为8-24.0h，优选10～16h。
步骤(1)中所述废水为氨氮废水，氨氮废水为各种类型的含氨氮废水，如垃圾渗滤液原水或其经生化预处理后的出水、无机氨氮废水或其他类型的氨氮废水中的一种；
步骤(1)中所述废水中氨氮浓度为100-1000mg/L；
步骤(1)中所述废水的pH为7.0-9.0；
步骤(1)中所述废水的水温为15-40℃；
步骤(1)中所述填料为天然沸石、人工合成沸石或麦饭石中的一种或一种以上。
步骤(1)中所述填料层装填高度为1.5-4.0m。
步骤(1)中所述溶解氧的浓度为0.1-7.0mg/L；
步骤(1)中所述出水中亚硝酸氮浓度远大于硝酸盐氮浓度，且亚硝酸氮浓度与氨氮浓度的质量比为1:2-2:1。出水中氨氮和亚硝酸氮浓度比例基本满足厌氧氨氧化反应进水要求。
步骤(2)中所述废水中的氨氮和亚硝酸氮与厌氧氨氧化菌发生厌氧氨氧化反应是指废水中的氨氮和亚硝酸氮转化为氮气和硝酸盐氮，硝酸盐氮在出水中的浓度为10-70mg/L。
本发明原理为：在氨氮废水进入装置后，首先在好氧反应装置中，利用具有氨氮吸附性能的填料对氨氮的吸附作用，大幅度的降低进水氨氮浓度对好氧反应床中亚硝化细菌为主的生物膜的冲击负荷，随后通过利用填料对氨氮吸附解吸保持游离氨浓度的平衡来有效抑制硝酸氮氧化菌的活性，促进氨氧化菌进行亚硝化反应和成为优势的硝化菌种，从而实现高效稳定的出水中亚硝酸氮浓度积累；随后，好氧反应装置中含有亚硝酸氮和氨氮的出水进入后续的厌氧氨氧化反应器，在该反应器中进行厌氧氨氧化反应，实现高效经济的脱氮处理，以达到废水氮元素的去除。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明首先实现高效稳定的氨氮废水亚硝化反应和亚硝酸氮浓度的积累，随后进行厌氧氨氧化反应达到废水脱氮的目标，可减少硝化反应所需的曝气量，降低能耗；同时通过厌氧氨氧化途径达到脱氮目的，可节约有机碳源的消耗，进一步降低工艺运行成本；
(2)本发明操作相对简易，所需设备占地面积小，所需设备较少，适用于各类氨氮废水的脱氮处理。
附图说明
图1为本发明的短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理装置的示意图；其中，1-好氧反应装置，2-厌氧氨氧化反应器，3-好氧反应装置上进水口的进水方向，4-曝气口的曝气方向，5-填料层，6-承托层，7--搅拌器，8-厌氧氨氧化反应器上出水口的出水方向；好氧反应装置与厌氧氨氧化反应器之间的箭头方向表示的是废水从好氧反应装置的出水口出水，然后从厌氧氨氧化反应器的进水口进入厌氧氨氧化反应器中。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步地详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
一种短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理装置，包括依次串联的好氧反应装置1和厌氧氨氧化反应器2，所述好氧反应装置内部填充有附着好氧硝化生物膜的填料层5，所述填料层的填料为能够吸附氨氮的材料；所述好氧反应装置的出水口与厌氧氨氧化反应器的进水口连接；所述好氧反应装置的一侧的下端设有曝气口(曝气方向4)。
所述好氧反应装置包括承托填料层的承托层6，进水口3；所述的进水口设置在好氧反应装置的下端；所述好氧反应装置的出水口设置在好氧反应装置一侧的上端。所述好氧反应装置的进水口位于填料层的下方，所述出水口位于填料层的上方。
所述填料层上附着的好氧硝化生物膜是通过以下方法得到：采用硝化污泥在填料层进行接种闷曝，其中污泥投加质量与反应器体积比为0.2～50g/L,反应器内溶解氧浓度为0.1～7.0mg/L，温度为15～40℃下进行闷曝，闷曝时间为1～5天；然后连续进水培养，直至出水氨氮去除率超过90％，并且在连续进水培养的过程中控制反应器内溶解氧浓度为0.1～7.0mg/L，温度为15～40℃。
所述厌氧氨氧化反应器中厌氧氨氧化菌是以污泥的形式投加至反应器中，污泥的投加量为8000～15000mg/L。
所述厌氧氨氧化反应器，包括出水口(出水方向8)、搅拌器7，所述出水口设置在厌氧氨氧化反应器一侧的上端。
所述厌氧氨氧化反应器的进水口设置在厌氧氨氧化反应器的下端或底部。
实施例1
一种短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理工艺，包含以下具体步骤：
(1)好氧反应装置进行短程硝化处理：氨氮废水(氨氮浓度为197.2mg/L，pH为7.35，水温为18.3℃)进入好氧反应装置中，与附着硝化细菌生物膜的填料层(填料床层高度为2.0m)接触，在溶解氧条件下(6.0-7.0mg/L)，废水中氨氮与硝化细菌生物膜中氨氧化细菌进行亚硝化反应(水力停留时间为2h)，出水(氨氮浓度为72.7mg/L，亚硝酸氮浓度为125.3mg/L)，用于后续的厌氧氨氧化脱氮处理；
(2)厌氧氨氧化反应器进行厌氧氨氧化处理：在搅拌和厌氧的条件下，将经过短程硝化处理的废水送至厌氧氨氧化反应器中，与厌氧氨氧化反应器中的厌氧氨氧化菌污泥接触(污泥的浓度为8500mg/L)，废水中的氨氮和亚硝酸氮与厌氧氨氧化菌发生厌氧氨氧化反应(水力停留时间为12h)，出水，从而实现氨氮废水生化脱氮处理；出水中亚硝酸氮浓度为29.5mg/L，硝酸氮浓度为19.0mg/L，总氮去除率为75.4％。
所述填料层上附着的好氧硝化生物膜是通过以下方法得到：采用硝化污泥在填料层进行接种闷曝，其中污泥投加质量与反应器体积比为2g/L，反应器内溶解氧浓度为6～7.0mg/L，温度为18.3℃下进行闷曝，闷曝时间为4天；然后连续进水培养，直至出水氨氮去除率超过90％，并且在连续进水培养的过程中控制反应器内溶解氧浓度为6.0～7.0mg/L，温度为18.3℃。
实施例2
一种短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理工艺，包含以下具体步骤：
(1)好氧反应装置进行短程硝化处理：氨氮废水(氨氮浓度为574.2mg/L，pH为7.85，水温为38.3℃)进入好氧反应装置中，与附着硝化细菌生物膜的填料层(填料床层高度为3.0m)接触，在溶解氧条件下(3.0-4.0mg/L)，废水中氨氮与硝化细菌生物膜中氨氧化细菌进行亚硝化反应(水力停留时间为10h)，出水(氨氮浓度为250.3mg/L，亚硝酸氮浓度为324.5mg/L)，用于后续的厌氧氨氧化脱氮处理；
(2)厌氧氨氧化反应器进行厌氧氨氧化处理：在搅拌和厌氧的条件下，将经过短程硝化处理的废水送至厌氧氨氧化反应器中，与厌氧氨氧化反应器中的厌氧氨氧化菌污泥接触(污泥的浓度为12000mg/L)，废水中的氨氮和亚硝酸氮与厌氧氨氧化菌发生厌氧氨氧化反应(水力停留时间为16h)，出水，从而实现氨氮废水生化脱氮处理；出水中亚硝酸氮浓度为36.9mg/L，硝酸氮浓度为56.7mg/L，总氮去除率为78.1％。
所述填料层上附着的好氧硝化生物膜是通过以下方法得到：采用硝化污泥在填料层进行接种闷曝，其中污泥投加质量与反应器体积比为2g/L，反应器内溶解氧浓度为3～4.0mg/L，温度为38.3℃下进行闷曝，闷曝时间为4天；然后连续进水培养，直至出水氨氮去除率超过90％，并且在连续进水培养的过程中控制反应器内溶解氧浓度为3.0～4.0mg/L，温度为38.3℃。
实施例3
一种短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理工艺，包含以下具体步骤：
(1)好氧反应装置进行短程硝化处理：氨氮废水(氨氮浓度为361.9mg/L，pH为8.68，水温为26.4℃)进入好氧反应装置中，与附着硝化细菌生物膜的填料层(填料床层高度为1.5m)接触，在溶解氧条件下(0.1-1.0mg/L)，废水中氨氮与硝化细菌生物膜中氨氧化细菌进行亚硝化反应(水力停留时间为8h)，出水(氨氮浓度为126.3mg/L，亚硝酸氮浓度为234.5mg/L)，用于后续的厌氧氨氧化脱氮处理；
(2)厌氧氨氧化反应器进行厌氧氨氧化处理：在搅拌和厌氧的条件下，将经过短程硝化处理的废水送至厌氧氨氧化反应器中，与厌氧氨氧化反应器中的厌氧氨氧化菌污泥接触(污泥的浓度为10000mg/L)，废水中的氨氮和亚硝酸氮与厌氧氨氧化菌发生厌氧氨氧化反应(水力停留时间为16h)，出水，从而实现氨氮废水生化脱氮处理；出水中亚硝酸氮浓度为67.2mg/L，硝酸氮浓度为28.4mg/L，总氮去除率为73.6％。
所述填料层上附着的好氧硝化生物膜是通过以下方法得到：采用硝化污泥在填料层进行接种闷曝，其中污泥投加质量与反应器体积比为1.5g/L，反应器内溶解氧浓度为0.1～1.0mg/L，温度为26.4℃下进行闷曝，闷曝时间为4天；然后连续进水培养，直至出水氨氮去除率超过90％，并且在连续进水培养的过程中控制反应器内溶解氧浓度为0.1～1.0mg/L，温度为26.4℃。
实施例4
一种短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理工艺，包含以下具体步骤：
(1)好氧反应装置进行短程硝化处理：氨氮废水(氨氮浓度为942.8mg/L，pH为8.28，水温为32.4℃，将厌氧氨氧化反应器出水回流至好氧反应床进水处对进水进行稀释，控制稀释后的进水氨氮浓度为560mg/L)进入好氧反应装置中，与附着硝化细菌生物膜的填料层(填料床层高度为3.5m)接触，在溶解氧条件下(4.5-5.0mg/L)，废水中氨氮与硝化细菌生物膜中氨氧化细菌进行亚硝化反应(水力停留时间为15h)，出水(氨氮浓度为376.3mg/L，亚硝酸氮浓度为214.5mg/L)，用于后续的厌氧氨氧化脱氮处理；
(2)厌氧氨氧化反应器进行厌氧氨氧化处理：在搅拌和厌氧的条件下，将经过短程硝化处理的废水送至厌氧氨氧化反应器中，与厌氧氨氧化反应器中的厌氧氨氧化菌污泥接触(污泥的浓度为15000mg/L)，废水中的氨氮和亚硝酸氮与厌氧氨氧化菌发生厌氧氨氧化反应(水力停留时间为15h)，出水，从而实现氨氮废水生化脱氮处理；出水中亚硝酸氮浓度为215.2mg/L，硝酸氮浓度为56.8mg/L，总氮去除率为71.1％。
所述填料层上附着的好氧硝化生物膜是通过以下方法得到：采用硝化污泥在填料层(天然沸石)进行接种闷曝，其中污泥投加质量与反应器体积比为3.5g/L，反应器内溶解氧浓度为4.5～5.0mg/L，温度为32.4℃下进行闷曝，闷曝时间为4天；然后连续进水培养，直至出水氨氮去除率超过90％，并且在连续进水培养的过程中控制反应器内溶解氧浓度为4.5～5.0mg/L，温度为32.4℃。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但是本发明的实施方式不受上述实例限制，其他的任何未背离本发明精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均为等效。

Claims (10)

1.一种短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理装置，其特征在于：包括依次串联的好氧反应装置和厌氧氨氧化反应器，所述好氧反应装置内部填充有附着好氧硝化生物膜的填料层，所述填料层的填料为能够吸附氨氮的材料；所述好氧反应装置的出水口与厌氧氨氧化反应器的进水口连接；所述好氧反应装置的下端或底部设有曝气装置。
2.根据权利要求1所述短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理装置，其特征在于：所述好氧反应装置包括承托填料层的承托层；所述好氧反应装置包括进水口，所述进水口设置在好氧反应装置的下端；所述好氧反应装置的出水口设置在好氧反应装置一侧的上端；所述出水口位于填料层的上方。
3.根据权利要求1所述短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理装置，其特征在于：所述填料层上附着的好氧硝化生物膜是通过以下方法得到：采用硝化污泥在填料层进行接种闷曝，其中污泥投加质量与反应器体积比为0.2～50g/L，反应器内溶解氧浓度为0.1～7.0mg/L，温度为15～40℃下进行闷曝，闷曝时间为1～5天；然后连续进水培养，直至出水氨氮去除率超过90％，并且在连续进水培养的过程中控制反应器内溶解氧浓度为0.1～7.0mg/L，温度为15～40℃。
4.根据权利要求1所述短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理装置，其特征在于：所述填料为天然沸石、人工合成沸石或麦饭石中的一种以上。
5.根据权利要求1所述短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理装置，其特征在于：所述厌氧氨氧化反应器，包括进水口、出水口、搅拌器，所述出水口设置在厌氧氨氧化反应器一侧的上端；所述厌氧氨氧化反应器的进水口设置在厌氧氨氧化反应器的下端或底部；
所述厌氧氨氧化反应器中厌氧氨氧化菌是以污泥的形式投加至反应器中。
6.一种利用权利要求1～5任一项所述装置实现短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理工艺，其特征在于：包含以下具体步骤：
(1)好氧反应装置进行短程硝化处理：氨氮废水进入好氧反应装置中，与附着硝化细菌生物膜的填料层接触，在溶解氧条件下，废水中氨氮与硝化细菌生物膜中氨氧化细菌进行亚硝化反应，出水，用于后续的厌氧氨氧化脱氮处理；所述亚硝化反应中水力停留时间为1.0-20.0h；
(2)厌氧氨氧化反应器进行厌氧氨氧化处理：在搅拌和厌氧的条件下，将经过短程硝化处理的废水送至厌氧氨氧化反应器中，与厌氧氨氧化反应器中的厌氧氨氧化菌污泥接触，废水中的氨氮和亚硝酸氮与厌氧氨氧化菌发生厌氧氨氧化反应，出水，从而实现氨氮废水生化脱氮处理；所述厌氧氨氧化反应中水力停留时间为8-24.0h。
7.根据权利要求6所述短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理工艺，其特征在于：步骤(1)中所述废水中氨氮浓度为100-1000mg/L；步骤(1)中所述废水的pH为7.0-9.0；步骤(1)中所述废水的水温为15-40℃。
8.根据权利要求6所述短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理工艺，其特征在于：步骤(1)中所述填料层装填高度为1.5-4.0m；步骤(1)中所述溶解氧的浓度为0.1-7.0mg/L；所述亚硝化反应中水力停留时间为1-8h。
9.根据权利要求6所述短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理工艺，其特征在于：步骤(2)中所述厌氧氨氧化反应器中厌氧氨氧化菌是以污泥的形式投加至反应器中，污泥的投加量为8000-15000mg/L。
10.根据权利要求6所述短程硝化和厌氧氨氧化结合的氨氮废水生化脱氮处理工艺，其特征在于：步骤(2)中所述厌氧氨氧化反应中水力停留时间为10～16h。
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