CN107902850A

CN107902850A - 一种生物膜强化脱氮处理工艺

Info

Publication number: CN107902850A
Application number: CN201711429308.8A
Authority: CN
Inventors: 陈宏�; 王�泓; 韦燕霄; 杜春艳; 刘兵; 田红; 周璐; 甄广印; 郭延; 胡颖冰
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2018-04-13
Anticipated expiration: 2037-12-26
Also published as: CN107902850B

Abstract

本发明公开了一种生物膜强化脱氮处理工艺。生物膜强化脱氮处理工艺主要由生物膜强化脱氮装置、恒温系统、进水系统、曝气系统、搅拌系统、污泥回流系统组成。进水系统将含高氨氮废水从外筒进水口由外筒外侧的进水口经内腔I的底部中心位置泵入，混合液经过上层内循环后从内腔II的外侧四周流入下层，处理后再由内腔II的内部的出水立管流入沉淀池，最后从沉淀池上端出水管排出。本发明实现了脱氮装置内分层内循环、分区控制溶解氧和微生物种类及污泥浓度，有利于优化多种脱氮功能微生物空间分布和蓄积，并利用生物填料进一步优化微生态环境，能获得较好的脱氮效果，具有工艺流程短、分区明确、易于控制、占地面积小、运行费用低、环境友好等优点。

Description

一种生物膜强化脱氮处理工艺

技术领域

本发明涉及一种生物膜强化脱氮处理工艺，属于污废水脱氮技术领域。

背景技术

随着我国经济的快速发展和城镇化进程加速推进，水体富营养化问题受到了广泛关注。国家和地方已经制定了严格的标准，设定了氨氮和总氮等指标排放限值，严控生活污水和工业废水的氮排放问题。因此，污废水的生物脱氮技术得到了深入研究和广泛应用。

传统生物脱氮工艺一般采用厌氧好氧工艺，厌氧好氧工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起。在缺氧段，异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化游离出氨（NH₃、NH₄ ⁺），在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH₄-N氧化为NO₃ ^-，通过回流控制返回至缺氧池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO₃ ^-还原为N₂。为了提高脱氮效率，必须加大内循环比，还需要外加碳源，因而加大了运行费用，并且没有独立的污泥回流系统，从而不能培养出具有独特功能的污泥，脱氮效率不理想。

针对传统生物脱氮工艺的不足，一批新型生物脱氮工艺被开发出来。新工艺主要有短程硝化反硝化、同步硝化-反硝化工艺、厌氧氨氧化。短程硝化反硝化利用氨氧化菌将氨氧化成亚硝酸，再利用反硝化菌将亚硝酸还原成氮气；同步硝化-反硝化工艺是利用硝化细菌将氨氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，再利用反硝化细菌将硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气，通过氮素污染物的生物气化而实现废水脱氮；厌氧氨氧化是指在厌氧或缺氧的条件下，厌氧氨氧化菌以NO₂ ^-作电子供体，将NH₄ ⁺直接氧化为N₂的过程。然后上述工艺存在工艺流程长（硝化/反硝化工艺）、运行条件要求严格、溶解氧难以控制、悬浮污泥易流失、微生物量不足、长期运行性能不稳定等缺点。

为了维持较高污泥浓度，提高反应器微生物的量，简化运行操作，提高脱氮效果，本发明开发了一种填充生物填料结合反应器分区式设计，在填料内外部和反应器内形成相对好氧区和相对缺氧区，较好地控制溶解氧浓度，利用氨氧化菌、亚硝酸盐氧化菌、厌氧氨氧化菌和反硝化细菌等多种脱氮微生物的协同作用，提高脱氮效果。

发明内容

本发明要解决的问题在于：针对现有技术存在的工艺流程长、运行操作复杂、污泥浓度不够高、反应器内微生物量不足、溶解氧浓度难以较好地控制、长期脱氮性能不稳定等技术问题，本发明提供一种成本低廉、操作简单、易于控制、脱氮效果好且长期运行性能稳定的生物膜强化脱氮处理工艺。

本发明提出的一种生物膜强化脱氮处理工艺，其特征如下：该工艺主要由生物膜强化脱氮装置、恒温系统、进气系统、曝气系统、搅拌系统、污泥回流系统组成；所述生物膜强化脱氮装置主要由主反应器和沉淀池组成；所述主反应器主要由外筒、内腔I、内腔II和顶盖构成；所述外筒主要由顶部法兰、圆柱面、底板、出水立管、内侧支座、出水口和排泥口构成；所述外筒的内部上下分层；所述内腔I和内腔II为中心对称结构，且分别位于外筒内部的上层和下层；所述内腔I由中空圆柱面和外围固定支架构成；所述内腔II从下至下依次由侧壁开孔的上圆柱面、中空的倒圆锥台面和下圆柱面构成；所述顶盖由法兰接口、检测口、进气口、排气口、污泥回流口构成；所述生物膜强化脱氮处理工艺包括以下步骤：①在所述主反应器内部填充10%-30%倍体积的生物填料；②进水系统将含高氨氮废水从外筒进水口由外筒外侧的进水口经内腔I的底部中心位置泵入，混合液经过上层内循环后从内腔II的外侧四周流入下层，处理后再由内腔II的内部的出水立管流入沉淀池，最后从沉淀池上端出水管排出；③曝气系统将进气引入内腔II的上圆柱面的内部中心位置；④沉淀池底部的沉淀污泥通过污泥回流系统回流至内腔I的底部中心位置。

生物膜强化脱氮装置运行时，在所述主反应器内部填充10%-30%倍体积的生物填料；所述生物填料可以支撑生物膜附着生长，厌氧型脱氮微生物主要附着于生物填料的内部。

所述生物填料工作时可利用水力分选作用，由于搅拌强度和搅拌方式不同，比重较大的生物填料分布在内腔II的下部，容易附着更多的厌氧脱氮微生物；其中因负载所产生的氮气而比重变轻的生物填料经内腔II的内部空间上浮后经水力扰动后释放出气体，并经内腔II的外侧四周下沉至底部，以此不断往复循环；所述多孔材料的孔隙率大于60%、视密度小于320kg/m³、拉伸强度大于1000Pa、抗压强度大于5000Pa。

生物膜强化脱氮装置运行时，维持温度为20~40ºC，HRT为1~12小时，MLVSS为2~12g/L，容积负荷为0.5~10kgN/m³/d，控制内腔I的内部的DO值为0.1~0.5mg/L，内腔II的内部的DO值小于0.1mg/L。

搅拌系统所用潜水搅拌器安置于底板中心位置，其桨片位于内腔II的下方；所述桨片的直径为内腔II下圆柱面内径的1/4~3/8倍；所述桨片的搅拌速度控制为50~500 rad/min。

生物膜强化脱氮装置的工作模式设定为从装置上部进水、从内腔II的中部通过向外延伸的立管出水。

内腔I内部的混合液的上升流速控制为0.02~0.2m/s。

污泥回流系统的污泥回流比控制为0~1。

与现有生物脱氮工艺相比，本发明具有明显优势：1）本发明通过内腔I和内腔II的结构将装置进行分区，在内腔I和内腔II间中心位置曝气，形成上升气流，带动下部生物填料和悬浮污泥向上运动，进水在此混合后，经过上层内循环后从内腔II的外侧四周流入下层，形成混合液内循环的过程。2）此外，在装置内不用区域和生物填料内外层，由于溶解氧和基质浓度不同，可以优化微生物群落结构，同时利用培养氨氧化菌、亚硝酸盐氧化菌、反硝化细菌和厌氧氨氧化菌，强化不同种类微生物脱氮效果，有利于溶解氧浓度的控制。3）无需外加碳源，污泥不易流失，可进行污泥回流，能维持较高污泥浓度。 4）本发明维持较高污泥浓度，提高反应器内微生物的量，简化工艺运行操作，强化脱氮效果，因此具有工艺流程短、分区明确、易于控制、占地面积小、运行费用低、环境友好等优点。综上，本发明实现了脱氮装置内分层内循环、分区控制溶解氧和微生物种类及污泥浓度，有利于优化多种脱氮功能微生物空间分布和大量蓄积、充分发挥其活性，并利用生物填料进一步优化微生态环境，进而获得较好的脱氮效果，因此具有工艺流程短、分区明确、易于控制、占地面积小、运行费用低、环境友好等优点。

附图说明

图1是一种生物膜强化脱氮工艺流程示意图。

图例说明

[1]主反应器
		[1-1]进水口	[1-2]出水口
[1-3]出水立管	[1-4]内腔I
		[1-5]内腔II	[1-6]阀门
[2]沉淀池
		[2-1]进水口	[2-2]出水口
[2-3]污泥排放口
		[3]恒温系统
[3-1]保温层	[3-2]恒温槽
		[4]进水系统
[4-1]基质桶	[4-2]进水泵
		[5]曝气系统
[5-1]进气泵	[5-2]流量计
		[6]搅拌系统
[6-1]电机	[6-2]搅拌桨
		[7]污泥回流系统
[7-1]污泥回流口	[7-2]污泥回流泵
		[8]生物填料

具体实施方式

下面以具体实施例的方式来对本发明进行详细阐述。

一种生物膜强化脱氮处理工艺，主要由生物膜强化脱氮装置、恒温系统、进水系统、曝气系统、搅拌系统、污泥回流系统组成，所述生物膜强化脱氮装置主要由主反应器和沉淀池（高320mm，长80mm，宽40mm）组成，所述主反应器主要由外筒（直径250mm，高340mm）、顶盖（直径250mm）、内腔I和内腔II构成。所述外筒的内部上下分层，所述内腔I和内腔II为中心对称结构，且分别位于外筒内部的上层和下层；所述内腔I由中空圆柱面（直径88mm）和外围固定支架（长36mm）构成，所述内腔II从下至下依次由侧壁开孔的上圆柱面（直径48mm）、中空的倒圆锥台面（上直径48mm，下直径128mm，高30mm）和下圆柱面（直径128mm）构成，下圆柱面的外侧面均布固定支架（长16mm）。装置有效容积为6.28L。所述生物膜强化脱氮处理工艺包括以下步骤。

向主反应器内填充20%倍体积的生物填料，所述生物填料材质为聚乙烯和聚氨酯，尺寸2~10mm、孔隙率大于60%、视密度小于320kg/m3、拉伸强度大于1000Pa，抗压强度大于5000Pa。

将活性污泥接种到主反应器内，开启进水泵从主反应器侧面上部进水口进水，体积为4L，启动电机和曝气泵，使活性污泥和生物填料充分混合，控制桨片搅拌速度为100rad/min。

氨氮废水调节pH值范围为7-7.5，其氨氮浓度为92.1~104.2mg/L，总氮浓度为98.2~109.7mg/L，废水泵入主反应器，混合后的混合液经过内腔I上层内循环后从内腔II的外侧四周流入下层，处理后再由内腔II的内部的出水立管进水口流入沉淀池。本装置运行时维持主反应器内温度为35ºC，HRT为12小时，调整曝气量使高区DO值为0.2mg/L，低区DO值小于0.1mg/L。

主反应器从出水立管从下部出水，出水进入沉淀池，经沉淀池沉淀后，由沉淀池上部出水。沉淀池底部的沉淀污泥通过污泥回流泵经管路回流至内腔I的底部中心位置。

分别采用纳氏试剂分光光度法和碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法检测进出水氨氮和总氮指标。连续运行90天后，氨氮和总氮去除率分别达到了74.3%和68.2%且氨氮和总氮去除率均保持稳定。

Claims

1.一种生物膜强化脱氮处理工艺，其特征在于主要由生物膜强化脱氮装置、恒温系统、进水系统、曝气系统、搅拌系统、污泥回流系统组成；所述生物膜强化脱氮装置主要由主反应器和沉淀池组成；所述主反应器主要由外筒、内腔I、内腔II和顶盖构成；所述外筒主要由顶部法兰、圆柱面、底板、出水立管、内侧支座、出水口和排泥口构成；所述外筒的内部上下分层；所述内腔I和内腔II为中心对称结构，且分别位于外筒内部的上层和下层；所述内腔I由中空圆柱面和外围固定支架构成；所述内腔II从下至下依次由侧壁开孔的上圆柱面、中空的倒圆锥台面和下圆柱面构成；所述顶盖由法兰接口、检测口、进气口、排气口、污泥回流口构成；所述生物膜强化脱氮处理工艺包括以下步骤：①在所述主反应器内部填充10%-30%倍体积的生物填料；②进水系统将含高氨氮废水从外筒进水口由外筒外侧的进水口经内腔I的底部中心位置泵入，混合液经过上层内循环后从内腔II的外侧四周流入下层，处理后再由内腔II的内部的出水立管流入沉淀池，最后从沉淀池上端出水管排出；③曝气系统将进气引入内腔II的上圆柱面的内部中心位置；④沉淀池底部的沉淀污泥通过污泥回流系统回流至内腔I的底部中心位置。

2.一种生物膜强化脱氮处理工艺，其特征在于：所述生物填料由不同粒径级配的多孔材料组成；所述多孔材料的孔隙率大于60%、视密度小于320kg/m³、拉伸强度大于1000Pa、抗压强度大于5000Pa。

3.一种生物膜强化脱氮处理工艺，其特征在于：所述生物膜强化脱氮装置运行时维持温度为20~40ºC，HRT为1~12小时，MLVSS为2~12g/L，容积负荷为0.5~10kgN/m³/d，控制内腔I的内部的DO值为0.1~0.5mg/L，内腔II的内部的DO值小于0.1mg/L。

4.一种生物膜强化脱氮处理工艺，其特征在于：所述搅拌系统所用潜水搅拌器安置于底板中心位置，其桨片位于内腔II的下方；所述桨片的直径为内腔II下圆柱面内径的1/4~3/8倍；所述桨片的搅拌速度控制为50~500 rad/min。

5.一种生物膜强化脱氮处理工艺，其特征在于：所述内腔I内部的混合液的上升流速控制为0.02~0.2m/s。

6.一种生物膜强化脱氮处理工艺，其特征在于：所述污泥回流系统的污泥回流比控制为0~1。