CN108128989A - 一种新型生物固氮法处理高氨氮废水装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型生物固氮法处理高氨氮废水成套装置及处理方法，属于污水处理领域。处理装置包括吹脱塔，生物固氮塔，废水收集器以及培菌器；吹脱塔的上端通过输气管与生物固氮塔相连接；吹脱塔的下端通过排水管与废水收集器底端连接；生物固氮塔下端通过菌液排放管与培菌器连接，所述生物固氮塔上方设置多孔喷淋管，所述培菌器中产酸微生物的菌液通过菌液输送管输送至多孔喷淋管，培菌器中设置隔墙形成过水孔。本发明在运行过程中利用微生物的产酸特性，使用酸性菌液作为氨氮的吸收剂，避免使用硫酸、盐酸等强酸，消除了一定的安全隐患。

Description

一种新型生物固氮法处理高氨氮废水装置及处理方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，更具体地说，涉及一种新型生物固氮法处理高氨氮废水装置及处理方法。

背景技术

近年来，氨氮污染加剧，含氮污染物排放前处理不够完全，严重危害社会环境和人体健康，过量的氨氮排入水体会导致水体富营养化加剧，水中溶解氧急剧减少，水体自净能力下降，水质恶化。因此，废水排放之前的脱氨工作尤为重要。

氨氮是氨在废水中存在的一种主要形式。氨氮废水来源十分广泛，例如饲料的生产厂家、味精制造厂、炼油厂、化工肥料厂等，以及生猪养殖场、奶牛养殖场等。目前，氨氮已经成为众多水域中最主要的超标污染物。我国最新修改的污染物排放标准中要求所有排污单位出水氨氮含量小于5mg/L，总氮小于15mg/L，并明确要求已建和新建的污水处理厂必须具备相应的污水深度脱氮技术。

氨氮废水处理技术很多，常见的主要有：吹脱法、折点加氯法、化学沉淀法、生物脱氮法、选择性离子交换、电渗析法和液膜法、催化湿式氧化法等。其中空气吹脱法脱氨装置具有设备简单易于操作、效率稳定的优点，对于高浓度氨氮废水的去除效果也不错，但究其实质仅是将氨氮从溶解态的形式转化为气态形式，并没有实际意义上消除氨氮的污染，一般地在吹脱后面再增加酸液吸收废气中的氨，避免吹脱废气直接排空造成大气的二次污染，由于操作过程中需要硫酸，在生产上要求具有较高的安全管理水平，具有明显的安全隐患，也增加了设备抗腐蚀性要求，并要求进一步回收酸液吸收氨氮所产生的硫酸铵，增加了工艺和系统的复杂性。

中国专利申请号201510808804.9，公开号CN201510808804公开了一种高氨氮废水处理工艺，该方法包括以下步骤：高氨氮废水自流入调节池，在调节池内对废水进行水量、水质的调节，然后用泵提升至pH调整池中将废水pH提高到10左右；将废水泵入两级氨氮吹脱塔，利用空气将废水中的高浓度氨氮吹脱到较低浓度，吹脱出的氨氮采用稀硫酸吸收。该工艺不足之处是需要使用硫酸作为氨氮的吸收剂，在生产与管理上增加了很大的安全风险。

中国专利授权公告号CN 102910788 B公开了一种废水深度脱氮工艺，包括以下步骤：(1)微波辐照混凝沉淀，高浓度氨氮废水加入一定量的NaOH，并调节pH值为11～13，在碱性条件下絮凝剂和混凝剂进行混凝沉淀，沉淀后得上清液；(2)将步骤(1)所得上清液通入吹脱塔；吹脱塔的顶部设置有喷淋器，塔体内中部设有多层填料层，废水经喷淋器形成细液流流经填料层；同时在塔底曝气口通过鼓风机送入空气，使在填料表面进行气液接触；然后让吹脱尾气进入盛有废盐酸或废硫酸吸收液的吸收池，以吸收掉部分氨氮；该专利文献同样是采用无机酸吸收氨氮，同样地，该工艺不足之处仍然是需要使用盐酸或硫酸作为氨氮的吸收剂，在生产与管理上增加了很大的安全风险。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有技术中直接采用无机强酸吸收吹脱出来的含氨废气的问题，本发明提供一种新型生物固氮法处理高氨氮废水装置及处理方法，处理装置采用生物固氮塔代替传统硫酸吸收塔，利用产酸微生物的菌液来吸收吹脱出来的含氨废气，降低了系统的复杂性，避免了操作过程中使用硫酸这种安全敏感物，消除了一定的安全隐患。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种新型生物固氮法处理高氨氮废水装置，包括吹脱塔，生物固氮塔，废水收集器以及培菌器；所述吹脱塔的上端通过输气管与生物固氮塔相连接；所述吹脱塔的下端通过排水管与所述废水收集器连接；所述生物固氮塔下端通过菌液排放管与培菌器连接，所述生物固氮塔上方设置多孔喷淋管，所述培菌器中产酸微生物的菌液通过菌液输送管输送至多孔喷淋管。

优选地，所述培菌器中设有隔墙，将所述培菌器分隔成两个部分，所述隔墙与培菌器池底间设过水孔，使培菌器在隔墙底部通过过水孔连通。回流来的菌液pH较高，利用营养液培养一段时间后pH逐渐降低，缓慢通过过水孔流入隔墙另一侧较低pH的菌液中，再次通过菌液输送管输送至多孔喷淋管；隔墙和过水孔的设置，有利于使喷淋到吹脱塔中的菌液保持较低的pH值，保证了菌液吸收吹脱塔中废气中的氨氮效率。

优选地，还包括高氨氮废水的预处理装置，所述预处理装置为pH调节装置，废水经去除总悬浮固体(TS)后调节pH至9～11，并调节温度至20～35℃，经调节后的废水，通过进料管输送到吹脱塔内。

优选地，所述吹脱塔上部设置多孔布水器，多孔布水器上方设置导出氨氮的输气管；所述多孔布水器下设置若干层将废水分散开的填料，所述填料为鲍尔环；对应的每一层设置格栅，吹脱塔下侧还设置用于吹脱氨氮的通风机；所述多孔喷淋管下方设置若干层将废水分散开的填料，所述填料为鲍尔环，对应的每一层设置格栅，底端设置菌液排放管，将菌液排放到培菌器中；所述生物固氮塔顶端设置排气管。经预处理后的高氮废水经进料管由顶端被输送到吹脱塔内的布水器后，被填料自上而下分散开，同时，配套的通风机向吹脱塔通风，将废水中的氨氮吹脱出来，含氨氮废气经输气管输送到生物固氮塔底端；吹脱后的废水流至吹脱塔底部，经排水管排至废水收集器；所述多孔喷淋管下方设置若干层将废水分散开的填料，所述填料为鲍尔环；对应的每一层设置格栅，底端设置菌液排放管，将菌液排放到培菌器中；所述生物固氮塔顶端设置排气管；

优选地，所述吹脱塔吹脱过的废水经排水管排至废水收集器，经排水泵和排水管排至后续厌氧好氧处理单元。

优选地，采用菌液输送泵将培菌器中的菌液通过菌液输送管输送至多孔喷淋管。

优选地，所述培菌器设置营养液输送管供应营养液，设置供气管进行曝气供氧。

优选地，所述吹脱塔和生物固氮塔中每一层设置填料进出法兰。通过填料进出法兰更方便地填充填料。

优选地，所述培菌器中的产酸微生物为嗜酸性氧化硫硫杆菌。

由输气管输送的含氨氮废气自生物固氮塔底端进入后向上流动，同时菌液输送泵将培菌器中的菌液通过菌液输送管输送至多孔喷淋管，这样来自吹脱塔的气体自生物固氮塔的底部向上流动过程中，被从多孔喷淋管排放的菌液淋洗，使气体中的氨氮被吸收到菌液中，最终洁净的气体经排气管排向大气。吸收了氨氮的菌液流至生物固氮塔底部，通过法兰经菌液排放管排至培菌器中隔墙一侧进行继续培养生长，同时通过培菌器池底间的过水孔缓慢流入隔墙另一侧，再通过菌液输送管输送至多孔喷淋管再次用于吸收氨氮。

本发明还提供了一种采用上述装置处理高氨氮废水的方法，包括以下步骤：

1)将高氨氮废水pH调节至9.0～11.0，去除总悬浮固体，得到上清液；

2)步骤1)中所述上清液被输送至吹脱塔中的布水器，上清液自上而下被填料分散开，采用通风机向吹脱塔中通风，将废水中的氨氮吹脱出来；吹脱后的废水排至后续厌氧好氧处理单元进行生化处理；

3)步骤2)中吹脱出来的氨氮废气自生物固氮塔底端进入后向上流动，同时产酸微生物菌液从多孔喷淋管向下喷淋，向上流动的氨氮被酸性菌液淋洗，使氨氮废气被吸收到菌液中；

4)步骤3)中吸收氨氮后的菌液回流至培菌器中隔墙一侧，补充营养液继续培养微生物产酸，菌液由过水孔进入隔墙另一侧；由于已经吸收了氨氮，回流来的菌液pH较高，隔墙的设置使此部分菌液与隔墙另一侧菌液不立即发生混合；利用营养液将回流来的较高pH菌液培养一段时间后pH逐渐降低，缓慢通过过水孔流入隔墙另一侧较低pH的菌液中，再次用于吸附氨氮气体；隔墙和过水孔的设置，使用于吸收氨氮的菌液始终保持较低的pH值，保证了菌液对氨氮的吸收效率；

5)步骤4)所述隔墙另一侧菌液经菌液输送管再次进入步骤3)中吸收氨氮步骤。

优选地，步骤3)中产酸微生物菌液pH为1.2～2.0。

优选地，步骤3)中所述的产酸微生物为嗜酸性氧化硫硫杆菌。

培菌器中产酸微生物氧化硫硫杆菌的作用为：向培菌器中加入含单质硫的营养液，培菌器中产酸微生物可将单质硫转化成硫酸，使菌液的pH下降至2.0以下，有效地中和吹脱塔中吹脱出来的氨氮，微生物再利用中和后生成的NH₄ ⁺进行固氮，之后使用该微生物菌液调理污水处理过程中产生的剩余污泥，经固液分离后微生物菌体中的氮就被固定在泥饼中，达到去除废水中氮素的目的。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)采用本发明生物固氮装置处理高氨氮废水中吹脱塔中产生的氨氮，利用与培菌器连接的生物固氮塔作为氨氮吸收塔，利用微生物的产酸特性，使用酸性菌液作为氨氮的吸收剂，避免使用硫酸、盐酸等强酸，消除了一定的安全隐患；废水中的氨氮经吹脱后被产酸微生物的酸性菌液吸收，吸收氨氮后的菌液经营养液培养后又可以循环输送至生物固氮塔对氨氮进行吸收；同时，产生的NH₄ ⁺又可以作为微生物生长的氮素来源，转化到微生物菌体中去，再使用该微生物菌液调理污水处理过程中产生的剩余污泥，经固液分离后微生物菌体中的氮就被固定在泥饼中，达到去除废水中氮素的目的。

(2)本发明在培菌器中间设有隔墙，将培菌器分隔成两个部分，隔墙与培菌器池底间设过水孔，使培菌器的两个部分在隔墙底部连通；回流来的菌液pH较高，设置隔墙使此部分菌液与隔墙另一侧菌液不立即发生混合；利用营养液将回流来的较高pH菌液培养一段时间后pH逐渐降低，缓慢通过过水孔流入隔墙另一侧较低pH的菌液中，再次用于吸附氨氮气体；隔墙和过水孔的设置，使用于吸收氨氮的菌液始终保持较低的pH值，有效提高了菌液在固氮塔中对氨氮的吸收效率；

(3)本发明生物固氮装置利用的产酸微生物，生长过程中需要氮素作为营养元素，且菌液pH值在1.2～2.0范围内均可实现对氨氮的吸收，用该产酸微生物的菌液来吸收吹脱出来的含氨废气，与传统吹脱法相比，降低了系统的复杂性，避免了操作过程中使用硫酸这种安全敏感物，消除了一定的安全隐患；

(4)本发明采用该微生物菌液除作为氨氮的吸收剂之外，该微生物菌液还可以用作后续污水处理单元产生的剩余污泥的调理，之后经脱水时微生物固定下来的氮最终与泥饼一同带出处理体系；

(5)采用本发明装置处理的高氨氮废水，经排水管110排至废水收集器3的废水中的氮含量减少95％以上；

(6)本发明在吹脱塔中设置多层填料层，能够增加废水与通风机吹风的接触面积，使废水中氨氮更多地被吹脱排出；

(7)本发明在生物固氮塔中设置多层填料层，能够增加酸性菌液与氨氮的接触时间，使氨氮被吸收更彻底；

(8)本发明在生物固氮塔中将菌液循环使用，节约了原料成本。

附图说明

图1为实施例1中生物固氮法处理高氨氮废水成套装置示意图；

图中：1、吹脱塔；101、格栅；102、填料；103、法兰；104、填料进出法兰；105、进水管；106、多孔布水器；107、通风机；108、法兰；109、法兰；110、排水管；111、法兰；112、输气管；2、生物固氮塔；201、法兰；202、填料；203、格栅；204、菌液多孔喷淋管；205、填料进出法兰；206、法兰；207、法兰；208、菌液排放管；209、法兰；210、排气管；3、废水收集器；301、排水泵；302、排水管；4、培菌器；401、隔墙；402、菌液输送泵；403、菌液输送管；404、营养液输送管；405、供气管；406、过水孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明提供的一种新型生物固氮法处理高氨氮废水成套装置，主要包括吹脱塔1、生物固氮塔2、废水收集器3、培菌器4以及其他连接件部分。

吹脱塔1腔体内填充填料102，并分成若干层，各层之间通过法兰103连接，各层之间设有格栅101，每一层设填料进出法兰104。

生物固氮塔2腔体内填充填料202并分为若干层，各层之间设格栅203，各层之间用法兰201连接，通过填料进出法兰205填充填料202，生物固氮塔2上端设菌液多孔喷淋管204，底部设法兰207及菌液排放管208。

废水收集器3用于收集经吹脱塔1吹脱后的废水，再经排水泵301和排水管302排至后续处理单元进一步进行处理。

培菌器4中间有隔墙401，将培菌器4分隔成两个部分，隔墙401与培菌器4池底间设过水孔406，使培菌器4两个部分在隔墙401底部连通。另外，为了满足菌液生长的需要，培菌器4设置了营养液输送管404供应营养液(成分为：单质硫2g/L，FeSO₄ 20g/L)，设置了供气管405进行曝气供氧。

下述实施例中采用的处理高氨氮废水的装置为：吹脱塔基本尺寸为φ2m，高7m，填料分成3层，每层填料高度为1.2m，配套通风机通风量为15000m³/h，风压为2500Pa；生物固氮塔基本尺寸为φ1.6m，高7m，填料也分成3层，每层填料高度为1.2m；废水收集器基本尺寸为3m×3m×2.5m，培菌器基本尺寸为4m×2m×5m，并用隔墙分隔成两部分，使每一部分基本尺寸为2m×2m×5m，过水孔尺寸为0.4m×0.4m。

采用上述装置处理高氨氮废水的方法，包括以下步骤：

1)高氨氮废水经过前处理去除总悬浮固体(TS)，调节pH至9.0～11.0，调节温度至20～35℃后得到上清液；

2)上清液经进水管105输送到吹脱塔1内的布水器106，废水自上而下被填料102分散开来，配套的通风机107向吹脱塔1通风(通风机107与吹脱塔1之间有法兰108连接)，将废水中的氨氮吹脱出来，含氨氮废气经输气管112(有法兰111与吹脱塔1连接)输送到生物固氮塔2底端，并有法兰206使输气管112与生物固氮塔2连接。吹脱后的废水流至吹脱塔1底部，经排水管110(有法兰109与吹脱塔1连接)排至废水收集器3。

3)含氨氮废气自生物固氮塔2底端进入后向上流动，同时菌液输送泵402将培菌器4中的菌液通过菌液输送管403输送至多孔喷淋管204，这样来自吹脱塔1的气体自生物固氮塔2的底部向上流动过程中，被从多孔喷淋管204排放的菌液淋洗，使气体中的氨氮被吸收到菌液中，最终洁净的气体经排气管210排向大气。

4)吸收了氨氮的菌液流至生物固氮塔2底部，设有菌液排放管208，并由法兰207与生物固氮塔2相连，吸收了氨氮的菌液经菌液排放管208排至培菌器4中进行继续培养生长。

5)经培养后的酸性菌液从过水孔406缓慢进入隔墙另一侧，再被菌液输送泵402通过菌液输送管403输送至多孔喷淋管204，再次用于吸收氨氮气体。

实施例1

采用本发明提供的生物固氮法处理高氨氮废水成套装置处理某生猪养殖场废水(处理污水量为5t/h)，废水中氨氮浓度为846mg/L，废水进入本成套装置前经过前处理去除总悬浮固体(TS)，并调节pH至9.0～11.0，调节温度至20～35℃，在不同的pH以及温度条件下，通风机工作条件为通风量为15000m³/h，风压为2500pa，并以氧化硫硫杆菌微生物培养成pH为1.8的酸性菌液，经本成套装置处理后废水中氨氮浓度如下表所示。

如表1中所示，当废水pH＝11，温度为35℃时，经通风机吹脱出来的废气中NH₃浓度为265mg/m³，对应的生物固氮塔中菌液的流量为3m³/h，菌液pH为1.8时，氨氮的吸收率达99.1％。经吹脱塔吹脱后的废水中氨氮含量由846mg/L降低至51mg/L。

表1某生猪养殖场废水处理后氨氮含量(mg/L)

实施例2

采用本发明提供的生物固氮法处理高氨氮废水成套装置处理某奶牛养殖场废水(处理污水量为5t/h)，废水中氨氮浓度为392mg/L，废水进入本成套装置前经过前处理去除TS，并调节pH至9.0～11.0，调节温度至20～35℃，在不同的pH以及温度条件下，通风机工作条件为通风量为15000m³/h，风压为2500Pa，并以氧化硫硫杆菌培养成pH为1.2的酸性菌液，经本成套装置处理后废水中氨氮浓度如下表所示。

如表2中所示，当废水pH＝9.0，温度为20℃时，经通风机吹脱出来的废气中NH₃浓度为69mg/m³，对应的生物固氮塔中菌液的流量为1.6m³/h，菌液pH为1.2时，氨氮的吸收率达98.6％。经吹脱塔吹脱后的废水中氨氮含量由392mg/L降低至184mg/L。

随着废水pH升高，温度升高，NH₃吹脱浓度逐渐增大；当废水pH＝11.0，温度为35℃时，经通风机吹脱出来的废气中NH₃浓度为124mg/m³，对应的生物固氮塔中菌液的流量为2.5m³/h，菌液pH为1.2时，氨氮的吸收率达99.12％。经吹脱塔吹脱后的废水中氨氮含量由392mg/L降低至20mg/L。

表2某奶牛养殖场废水处理后氨氮含量

实施例3

采用本发明提供的生物固氮法处理高氨氮废水成套装置处理某奶牛养殖场废水(处理污水量为5t/h)，废水中氨氮浓度为392mg/L，废水进入本成套装置前经过前处理去除TS，并调节pH至9.0，调节温度至30℃，通风机工作条件为通风量为15000m³/h，风压为2500Pa，并以氧化硫硫杆菌培养成pH为1.5的酸性菌液，经本成套装置处理后废水中氨氮含量由392mg/L降低至157mg/L。

表3某奶牛养殖场废水处理后氨氮含量

以上是结合具体实施例对本发明技术方案的进一步详细描述，但并非是本发明的限制。凡是依据本发明的实质而对以上实施例做出任何简单的修改，均仍属于本发明的方案范围。

Claims (10)

1.一种新型生物固氮法处理高氨氮废水装置，其特征在于，包括吹脱塔(1)，生物固氮塔(2)，废水收集器(3)以及培菌器(4)；所述吹脱塔(1)的上端通过输气管(112)与生物固氮塔(2)相连接；所述吹脱塔(1)的下端通过排水管(110)与所述废水收集器(3)连接；所述生物固氮塔(2)下端通过菌液排放管(208)与培菌器(4)连接，所述生物固氮塔(2)上方设置多孔喷淋管(204)，所述培菌器(4)中产酸微生物的菌液通过菌液输送管(403)输送至多孔喷淋管(204)。

2.根据权利要求1所述的一种新型生物固氮法处理高氨氮废水装置，其特征在于，所述培菌器(4)中设有隔墙(401)，将所述培菌器(4)分隔成两个部分，所述隔墙(401)与培菌器(4)池底间设过水孔(406)，使培菌器(4)在隔墙(401)底部通过过水孔(406)连通。

3.根据权利要求2所述的一种新型生物固氮法处理高氨氮废水装置，其特征在于，还包括高氨氮废水的预处理装置，所述预处理装置为pH调节装置，经调节pH后的废水通过进料管(105)输送到吹脱塔(1)内。

4.根据权利要求3所述的一种新型生物固氮法处理高氨氮废水装置，其特征在于，所述吹脱塔(1)上部设置多孔布水器(106)，多孔布水器(106)上方设置导出氨氮的输气管(112)；所述多孔布水器(106)下设置若干层将废水分散开的填料(102)，对应的每一层设置格栅(101)，吹脱塔(1)下侧还设置用于吹脱氨氮的通风机(107)；所述多孔喷淋管(204)下方设置若干层将废水分散开的填料(202)，对应的每一层设置格栅(201)，底端设置菌液排放管(208)，将菌液排放到培菌器(4)中；所述生物固氮塔(2)顶端设置排气管(210)。

5.根据权利要求4所述的一种新型生物固氮法处理高氨氮废水装置，其特征在于，所述吹脱塔(1)吹脱过的废水经排水管(110)排至废水收集器(3)，经排水泵(301)和排水管(302)排至后续厌氧好氧处理单元。

6.根据权利要求5所述的一种新型生物固氮法处理高氨氮废水装置，其特征在于，采用菌液输送泵(402)将培菌器(4)中的菌液通过菌液输送管(403)输送至多孔喷淋管(204)。

7.根据权利要求6所述的一种新型生物固氮法处理高氨氮废水装置，其特征在于，所述培菌器(4)设置营养液输送管(404)供应营养液，设置供气管(405)进行曝气供氧。

8.采用权利要求4～7中任意一项所述的装置处理高氨氮废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将高氨氮废水pH调节至9.0～11.0，去除总悬浮固体，得到上清液；

2)步骤1)中所述上清液被输送至吹脱塔(1)中的布水器(106)，上清液自上而下被填料(102)分散开，采用通风机(107)向吹脱塔(1)中通风，将废水中的氨氮吹脱出来；吹脱后的废水排至后续厌氧好氧处理单元进行生化处理；

3)步骤2)中吹脱出来的氨氮废气自生物固氮塔(2)底端进入后向上流动，同时产酸微生物菌液从多孔喷淋管(204)向下喷淋，向上流动的氨氮被酸性菌液淋洗，使氨氮废气被吸收到菌液中；

4)步骤3)中吸收氨氮后的菌液回流至培菌器(4)中隔墙(401)一侧，补充营养液继续培养微生物产酸，菌液由过水孔(406)进入隔墙(401)另一侧；

5)步骤4)所述隔墙另一侧菌液经菌液输送管(403)再次进入步骤3)中吸收氨氮步骤。

9.根据权利要求8所述的处理高氨氮废水的方法，其特征在于，步骤3)中产酸微生物菌液pH为1.2～2.0。

10.根据权利要求9所述的处理高氨氮废水的方法，其特征在于，步骤3)中所述的产酸微生物为嗜酸性氧化硫硫杆菌。