CN107043197A - 一种蓝藻联合canon处理氨氮废水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓝藻联合CANON处理氨氮废水的方法，属于含氮废水生物处理技术领域。将氨氮废水作为处理原水，先经过CANON反应器处理；将CANON反应器的出水通向藻类光生物反应器，向藻类光生物反应器中间歇性补充新鲜蓝藻，蓝藻定期收割留用；藻类光生物反应器的出水分为两个支路：一个支路回流至CANON反应器，另一个支路通入沉淀池，再次富集蓝藻并收割；将收割的蓝藻送入LIPP罐厌氧消化产沼气，沼气经脱硫脱CO₂净化后，将生物天然气甲烷并入城市燃气管网，CO₂通入藻类光生物反应器为藻类提供碳源，反应产生的厌氧消化液通入CANON反应器作为原水补充。

Description

一种蓝藻联合CANON处理氨氮废水的方法

技术领域

本发明公开了一种蓝藻联合CANON处理氨氮废水的工艺，属于含氮废水生物处理技术领域，特别涉及到一种蓝藻资源化运用以及在污水处理中实现副产物循环利用的处理工艺。

背景技术

由于环境中氮的任意排放，引发了很多污染问题，如氮、磷的富营养化问题，而且氨对水体生物是有毒的，尤其是对鱼类等高等生物。近几年出现了很多关于污水中氮去除的研究。目前，很多关于氮、磷去除的研究都基于生物处理过程以及不同的好氧、厌氧、缺氧区的组合，例如Bardenpho,A²O,UCT,SBR以及他们的模拟组合工艺^【1】。[1]余秋阳.人工藻类系统对污水中N、P及有机物去除试验研究[D].重庆大学,2014.然而，传统的微生物深度处理技术面临有机碳源不足的问题，且常规的物理化学技术又存在能耗高、成本昂贵、环境副作用大、潜在营养物质丢失严重等弊端^【2】。[2]邓芳,赵磊.不同藻类膜对城市污水深度净化的效果研究[J].资源节约与环保,2016,(06):70-71.

相对于传统的硝化反硝化脱氮技术，CANON(completely autotrophic nitr ogenremovalover nitrite，CANON)工艺以其无添加碳源、脱氮速率高、污泥产率低、节约能源等优点越来越受到人们的关注。CANON工艺是在同一反应器中通过好氧氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(AnAOB)的协同作用达到自养脱氮的目的，AOB利用溶解氧把部分NH₄ ⁺氧化为NO₂ ^-，AnAOB利用剩余的NH₄ ⁺和生成的NO₂ ^-通过厌氧氨氧化技术进行脱氮。在这个过程中，提供溶解氧是实现亚硝化产生NO₂ ^-的前提，但是溶解氧同时也会对AnAOB产生抑制作用^【3】。[3]完颜德卿,袁怡,李祥,毕贞.一种CANON工艺处理低氨氮废水的新模式[J].环境科学,2017,03:1-11.CANON工艺之所以采用限制曝气，一是因为AOB相比NOB在低氧条件下能较好地生长，二是因为AnAOB是严格的厌氧菌，需要AOB消耗掉几乎所有的溶解氧。从生态位角度来看，AOB通常位于污泥(如颗粒污泥或生物膜)外层，消耗氧气防止其毒害污泥絮体内层的AnAOB。也就是说，虽然反应器通入了一定量的氧气，但由于传质限制原因，AnAOB所在的微环境实际上呈缺氧状态。一段式的CANON工艺作为厌氧氨氧化的代表工艺之一正被国际上多家研究机构深入研究和跟踪报道，其工艺的稳态运行仍是研究焦点^【4】。[4]王亚宜,黎力,马骁,林喜茂,潘绵立,戴晓虎.厌氧氨氧化菌的生物特性及CANON厌氧氨氧化工艺[J].环境科学学报,2014,06:1362-1374.

与湖泊富营养化相伴随的一个普遍现象就是许多浮游植物，尤其是那些具有浮力或运动能力的蓝藻类，通常会过度生长，形成蓝藻水华。大规模的蓝藻水华降低了水资源利用效能，限制了人类对饮用、工业、农业和景观、娱乐等用水需要，引起严重的生态破坏及巨大的经济损失，因此有必要对大量堆积的蓝藻水华进行有效的清除^【5】。[5]王震宇.基于能源化和资源化利用的太湖蓝藻厌氧发酵的研究[D].安徽农业大学,2008.大量研究表明，藻类对生活污水、工、农业废水等污水中的氮、磷等营养物质除的作用和效果十分显著。因此，以实现污水中N、P深度处理和养分再利用的藻类污水处理系统将是一项具有吸引力的技术。微型藻类对于氮、磷的去除存在着很大的潜力，利用藻类处理污水，能够大幅度降低水中氮磷含量，脱氮除磷的同时可固定CO₂而无需投加外部碳源，且减少污泥排放，节约水资源和营养物质消耗，同时收获的藻类生物质也是一种清洁可再生能源的理想原材料。作为一种二级处理或深度处理污水替代或弥补的方法，利用藻类脱氮除磷已经引起社会广泛关注。

藻类在污水处理中的运用已有了数十年的发展，处理形式有高效藻类塘、生物稳定塘、水力藻类床、藻类光生物反应器和固定化藻类系统等。其中各种不同类型的光生物反应器(PBR)近几年已经得到了很好的发展，根据反应器的几何形状可以分为垂直柱状、管式和平板式光生物反应器。另一种是不同形状的螺旋型垂直型PBR，这是介于水平和垂直PBR之间的一种混合反应器。目前，UK和澳大利亚的Biocoil小试污水处理厂采用的都是这种模型来处理污水。

但在其产业化开发过程中，蓝藻脱水脱毒已逐渐成为蓝藻资源化利用的瓶颈。而将剩余蓝藻作为生物质原料进行厌氧发酵产沼气既可以大规模处理，又无需对其进行脱水(含固率3～8％即可)，且发酵过程中藻毒素也得到一定程度地降解。董诗旭等进行了滇池新鲜蓝藻批量发酵产沼气的研究。研究结果表明：将直接从滇池打捞的蓝藻液静置分层除去60％(V/V)清水后，蓝藻的TS为3.39％，VS为93.72％。在平均温度为20.2℃的发酵环境中，发酵66d，蓝藻TS产气潜力为487.3m L/g，VS产气潜力为491.0mL/g，甲烷的平均含量可达64.91％，蓝藻TS利用率为54.02％，VS利用率为57.33％。仅以滇池蓝藻年产5000t(干藻量)计算，每年可产生200多万m³沼气，可供给1万户城镇家庭使用。因此，利用蓝藻产沼气是可行的研究方向^【6】。[6]胡萍.蓝藻厌氧发酵产沼气的研究[D].江南大学,2009.

发明内容

本发明针对目前蓝藻资源化技术和污水生物处理技术的不足，提出了一种蓝藻联合CANON处理氨氮废水的工艺。该工艺对氮磷脱除效果好，无需曝气，能耗小，副产物可循环利用，能够实现蓝藻资源化利用和微生物深度处理可持续的目标。

本发明的技术方案：

一种蓝藻联合CANON处理氨氮废水的方法，步骤如下：

(1)将氨氮废水作为处理原水，先经过CANON反应器的处理，CANON反应器内温度为30～35℃，DO控制在0.1～2.53mg/L；

(2)将CANON反应器的出水通向藻类光生物反应器，向藻类光生物反应器中间歇性补充新鲜蓝藻，设置光照条件2500～3000Lux，温度25～30℃，pH值8.5～9，并控制水力停留时间，蓝藻定期收割留用；

(3)藻类光生物反应器的出水分为两个支路：一个支路回流至CANON反应器，另一个支路通入沉淀池；再次富集蓝藻并收割；

(4)将步骤(2)和(3)收割的蓝藻送入LIPP罐厌氧消化产沼气，沼气经脱硫脱CO₂净化后，将生物天然气甲烷并入城市燃气管网，CO₂通入藻类光生物反应器为藻类提供碳源，反应产生的厌氧消化液通入CANON反应器作为原水补充。

本发明的有益效果：

(1)选取对氨氮去除效率高的CANON工艺和对TP去除效率高的藻类相结合，在保证TN去除效果的同时，解决了微生物对TP去除效果差的问题；

(2)光合生物反应器出水回流至CANON反应器，可以通过控制回流比提供CANON反应器所需的DO从而无需曝气，且蓝藻可促进AOB菌的生长且有利于反硝化作用的进行；

(3)将剩余的蓝藻生物质进行厌氧发酵，一方面可以实现资源利用最大化，另一方面可以有效的降解蓝藻藻毒素，实现无害化处理；

(4)厌氧发酵的副产物可进入工艺循环利用，强化工艺的产能。

附图说明

图1为氮磷比对铜绿微囊藻生物量的影响，其中，■、●、▲、分别代表氮磷比为5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1时铜绿微囊藻的生长情况。

图2为氮磷比对铜绿微囊藻脱氮效果的影响，其中，■、●、▲、 分别代表氮磷比为5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1时铜绿微囊藻对N元素的去除情况。

图3为氮磷比对铜绿微囊藻除磷效果的影响，其中，■、●、▲、 分别代表氮磷比为5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1时铜绿微囊藻对P元素的去除情况。

图4为CO₂浓度对铜绿微囊藻生物量的影响，其中，■、●、▲、分别代表CO₂浓度为0％、5％、10％、15％、20％时铜绿微囊藻的生长情况。

图5为CO₂浓度对铜绿微囊藻脱氮效果的影响，其中，■、●、▲、分别代表CO₂浓度为0％、5％、10％、15％、20％时铜绿微囊藻对N元素的去除情况。

图6为CO₂浓度对铜绿微囊藻除磷效果的影响，其中，■、●、▲、分别代表CO₂浓度为0％、5％、10％、15％、20％时铜绿微囊藻对P元素的去除情况。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1：不同氮磷比条件下蓝藻的生长情况和脱氮除磷效果

反应条件：本试验研究中，选取了太湖蓝藻中的优势种群铜绿微囊藻作为研究对象，实验为期15天，考察了光暗比为12h:12h，温度为25℃，光照强度为2900lux，pH为8.9，TP浓度为10mg/L，TN浓度分别为50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L、250mg/L、300mg/L下铜绿微囊藻的生长情况与对人工污水中氮元素和磷元素的去除效果。

铜绿微囊藻的生长情况结果如图1所示，随着天数增长，铜绿微囊藻在第2～4天进入对数增长期，15天后的藻干物质量从1g/L增长到3～4.5g/L。结合相关生长参数的计算，可以得知，在氮磷比为10:1和15:1时，铜绿微囊藻的生长情况较好，因此光生物反应器内的氮磷比在10:1～15:1的情况下，对铜绿微囊藻生长最有利。

表1不同氮磷比条件下铜绿微囊藻的生长参数

氮磷比	5:1	10:1	15:1	20:1	25:1	30:1
							μ(d-1)	0.092371	0.107164	0.10738	0.094178	0.099175	0.102665
K(d-1)	0.041696	0.064839	0.063271	0.059264	0.060912	0.060629
							G(d)	7.218896	4.642256	4.757332	5.078956	4.941564	4.964597

铜绿微囊藻对N、P的去除情况结果如图2、图3所示。由图2可知，12d后，铜绿微囊藻对TN去除率达到20％～50％不等，经计算后发现，铜绿微囊藻对TN的消耗量在氮磷比为10:1～20:1的区间内较高；由图3可知，12d后，铜绿微囊藻对TP去除率达到20％～40％不等，去除率同样在氮磷比为10:1～20:1的区间内较高。因此光生物反应器内的氮磷比在10:1～20:1的情况下，铜绿微囊藻对N和P的去除效果最好。

实施例2：不同曝气条件下蓝藻的生长情况和脱氮除磷效果

反应条件：本试验研究中，选取了太湖蓝藻中的优势种群铜绿微囊藻作为研究对象，实验为期11天，考察了光暗比为12h:12h，温度为25℃，光照强度为2900lux，pH为8.9，TP浓度为10mg/L，TN浓度为150mg/L，曝气量为0.6L/min，曝气条件分别为0％CO₂，5％CO₂，10％CO₂，15％CO₂，20％CO₂的情况下铜绿微囊藻的生长情况与对人工污水中氮元素和磷元素的去除效果。

铜绿微囊藻的生长情况结果如图4所示，由图可知，当CO₂的浓度为0～10％时，铜绿微囊藻的生长情况还基本良好，能够在第4～6天进入对数增长期，11天后的藻干物质量从1g/L增长到2.5～3.5g/L；而当CO₂的浓度更大时，铜绿微囊藻基本长期处于适应期，生长迟缓。结合相关生长参数的计算，可以得知，当CO₂的浓度为0％和5％时，铜绿微囊藻的生长情况较好，因此如果向光生物反应器内通入CO₂进行曝气，CO₂的浓度在0％和5％的条件下，对铜绿微囊藻生长最有利。

表2不同CO₂浓度条件下铜绿微囊藻的生长参数

铜绿微囊藻对N、P的去除情况结果如图5、图6所示。由图5可知，12d后，铜绿微囊藻对TN去除率达到5％～20％不等，铜绿微囊藻对TN的去除率在CO₂浓度为0～5％的区间内较高；由图6可知，12d后，铜绿微囊藻对TP去除率达到50％～80％不等，去除率同样在CO₂浓度为0～5％的区间内较高。因此光生物反应器内的CO₂浓度为0～5％的情况下，铜绿微囊藻对N和P的去除效果最好。

Claims (1)

1.一种蓝藻联合CANON处理氨氮废水的方法，其特征在于步骤如下：

(1)将氨氮废水作为处理原水，先经过CANON反应器处理，CANON反应器内温度为30～35℃，DO控制在0.1～2.53mg/L；

(2)将CANON反应器的出水通向藻类光生物反应器，向藻类光生物反应器中间歇性补充新鲜蓝藻，设置光照条件2500～3000Lux，温度25～30℃，pH值8.5～9，并控制水力停留时间，蓝藻定期收割留用；

(3)藻类光生物反应器的出水分为两个支路：一个支路回流至CANON反应器，另一个支路通入沉淀池，再次富集蓝藻并收割；

(4)将步骤(2)和(3)收割的蓝藻送入LIPP罐厌氧消化产沼气，沼气经脱硫脱CO₂净化后，将生物天然气甲烷并入城市燃气管网，CO₂通入藻类光生物反应器为藻类提供碳源，反应产生的厌氧消化液通入CANON反应器作为原水补充。