CN108249569A - 一种高效的污水脱氮工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效的污水脱氮工艺，在好氧池中利用好氧硝化细菌将含氨污水中的部分氨转化为亚硝酸根，将好氧池处理后的污水引入到厌氧池，在厌氧池中利用厌氧氨氧化菌将氨和亚硝酸根转化为氮气。本发明的有益效果是：本方案利用好氧硝化细菌将部分氨转化为亚硝酸根，再利用厌氧氨氧化菌将剩余的氨与亚硝酸根转化为氮气，与传统的处理方法相比较，在处理同样等量的污水时，本方案在好氧池中进行硝化处理的时间更短，所消耗的氧气数量更少，能够减小曝气的能源消耗、缩短工艺时长并减小好氧池的建设以及使用成本。利用厌氧氨氧化菌进行处理能够同时对氨和亚硝酸根进行处理从而在厌氧阶段提高脱氮的效率，以此能够缩短整个脱氮工艺的时长。

Description

一种高效的污水脱氮工艺

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体的说，是一种高效的污水脱氮工艺。

背景技术

《中国环境统计年报》显示，全国10大流域中，除了松花江流域和西南诸河流域，氨氮已超越COD成为引起水质超标的主要污染物，尤其在长江、黄河、海河和西北诸河更为突出，可见氨氮已然成为目前我国污水处理的重中之重。脱氮效果差使总氮含量严重超过排放 标准限值，这种污水排放到自然水体后，会给藻类提供大量营养物质，使水中藻类等浮游生 物大量生长繁殖，水中溶解氧浓度降低，水质变差，导致其它水生生物死亡，破坏水体生态 平衡。

由于氮素污染的种种危害，世界各国都制订了严格的氮素排放标准。我国 于1988年把氨氮列入控制指标，并在颁布的国家标准《城镇污水处理厂污染物 排放标准》(GB18918—2002)中规定，一级A排放标准限值为5mg/L(水温 ＞12℃)和8mg/L(水温≤12℃)。在国家标准《生活饮用水卫生标准》(GB5749 —2006)中，则对硝酸盐氮浓度作了限定。

传统脱氮工艺可分为物理化学脱氮法和生物脱氮法。其中物理化学方法有： 折点氯化法、化学沉淀法、吸附法、离子交换法、吹脱法、气提法、液膜法、 电渗析法和湿式催化氧化法等。但物理化学脱氮方法由于处理成本高，操作条 件不易控制且容易带来二次污染，而生物脱氮法则具有投资省、占地小、耐冲 击负荷、无二次污染、经济、有效和易操作等特点。

因此，污水生物脱氮法被公认为最有发展前途的方法之一。

目前最具代表性的污水传统生物脱氮工艺有：A/O工艺、氧化沟工艺和SBR 工艺。A/O工艺又称前置反硝化生物脱氮工艺，这是目前采用较为广泛的一种 脱氮工艺。黄继国等以长春市西郊污水处理厂的A/O生物池为例，通过改进反 应器结构和优化工艺运行参数来达到在不加有机碳源条件下取得最高脱氮效率 的运行条件。A/O工艺以原污水中的有机物和内源代谢产物为有机碳源，节省 了有机碳源的投加量，但若排泥不当容易导致污泥上浮，处理水水质恶化，并 且脱氮率一般在85％以下。若欲提高脱氮率，就必须加大内循环比，这样做可 能导致：一是运行费用高，二是内循环液带入大量的溶解氧，使反硝化反应器内难于保持理想的缺氧状态，影响反硝化效果；氧化沟工艺是一种延时曝气的 活性污泥法。魏锐针对混合型城市污水，采用多点强化氧化沟技术来进行污水 的脱氮研究，取得较好的脱氮效果。氧化沟对有机物和氮素的去除率都较高， 出水水质良好，并且氧化沟的封闭循环运行方式适合脱氮，也不需要为反硝化 增设回流系统。但是由于氧化沟能耗高、费用投入大、占地面积也很大，不适 合我国国情；SBR法又称序批式活性污泥法，其特点是：工艺简单，构筑物少， 无需另设二沉池和污泥回流系统，基建费和运行费较低，具有去除BOD5和脱 氮除磷功能，耐有机冲击负荷能力强。陈柏成等以生活污水为试验对象，通过 投加不同种类及不同浓度的有机碳源研究了其对SBR法脱氮除磷效果的影响。 结果表明：投加有机碳源能大大提高SBR法对氮、磷的去除率。但SBR法的缺 点是运行管理比较繁琐，自动控制要求高，对设备和管路系统要求严格，并且 若不设初沉池，易产生浮渣。

污水传统生物脱氮技术的不足主要表现为：(1)硝化细菌是自养细菌，生 长缓慢，污泥龄较长，在混合培养的活性污泥系统中无法与异养细菌竞争，难 以取得优势；(2)硝化和反硝化过程难以在时间和空间上统一，造成生物脱氮 这一多步骤生物催化反应受基质传递速率、底物和产物抑制等限制；(3)硝化 细菌易受外界环境条件影响，对环境冲击尤其是毒物冲击非常敏感，而系统重 新启动又比较困难；(4)较高的氧消耗，要将氨氮完全氧化成硝酸盐氮，1g氨 氮需耗氧4.57g，这意味着需要大量的能耗，成本较高；(5)反硝化反应时需 要足够的有机碳源。

近年来随着对生物脱氮理论研究的不断深入，在污水生物脱氮领域不断涌 现出新的生物脱氮理论与技术，而在这些新型生物脱氮理论与技术中，以同时 硝化反硝化、短程硝化反硝化最具代表性。

同时硝化反硝化即为在同一反应器中相同的操作条件下，硝化、反硝化反 应同时进行的过程。Puznava等研究了生物滤池中脱氮情况，发现保持溶解氧在 0.5～3mg/L内时，系统有良好的硝化反硝化现象。金春姬等利用中试规模实验 装置，探讨了现有活性污泥法工艺改造成间歇曝气同时硝化反硝化工艺的实践 中碳氮比对污水生物脱氮效果的影响以及所需投加有机碳源量。与污水传统生 物脱氮工艺相比，同时硝化反硝化工艺具有明显的优越性，主要表现在：(1) 缩短反应时间；(2)减少碱度的消耗；(3)降低曝气量、节省能耗；(4)节 省反应器体积。同时硝化反硝化工艺的产生为今后污水处理降低投资并为简化 生物脱氮过程提供了指导。但同时硝化反硝化工艺的不足之处就是影响因素较 多，过程难以控制，在实际工程中难以得到运用。

短程硝化反硝化是将硝化过程控制在NO₂ ^-阶段，然后在缺氧的条件下进行 反硝化反应的过程，其优点是：(1)能缩短脱氮历程；(2)节省有机碳源； (3)降低动力消耗；(4)提高处理能力；(5)简化系统的设计和操作等。邱 立平等研究曝气生物滤池的短程硝化反硝化的机理时发现，控制曝气生物滤池 的滤速、气水比、温度、进水的COD和NH₄ ⁺-N负荷，可以得到明显的NO₂ ^-积 累现象，并表现出显著的短程硝化反硝化的特征。然而国内外所做的关于短程 硝化反硝化的研究大多还停留在小试研究阶段，而对于实际污水处理厂，在不 改变构筑物，只是通过改变运行参数，来实现短程硝化反硝化，还没有这方面 的报道。所以，短程硝化反硝化在短时间内还不能大规模的运用于大型污水处 理厂。

综上，污水传统生物脱氮工艺脱氮效果有限，易受环境因素影响，反硝化 需要足够的有机碳源，成本较高；而新型生物脱氮工艺则普遍不成熟，其工艺 条件很难控制，工程应用上效果不稳定，局限性较大，不适合规模化工程应用。 因此，开发高效低耗、经济实用的适用于低碳氮比污水脱氮的新方法具有重要 的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效的污水脱氮工艺，用于缩短污水脱氮的工 艺时长，提高污水脱氮的效率。

本发明通过下述技术方案实现：一种高效的污水脱氮工艺，在好氧池中利 用好氧硝化细菌将含氨污水中的部分氨转化为亚硝酸根，将好氧池处理后的污 水引入到厌氧池，在厌氧池中利用厌氧氨氧化菌将氨和亚硝酸根转化为氮气。 本方案利用好氧硝化细菌将部分氨转化为亚硝酸根，再利用厌氧氨氧化菌将剩 余的氨与亚硝酸根转化为氮气，与传统的处理方法相比较，在处理同样等量的 污水时，本方案在好氧池中进行硝化处理的时间更短，所消耗的氧气数量更少， 能够减小曝气的能源消耗、缩短工艺时长并减小好氧池的建设以及使用成本。 利用厌氧氨氧化菌进行处理能够同时对氨和亚硝酸根进行处理从而在厌氧阶段 提高脱氮的效率，以此能够缩短整个脱氮工艺的时长。

具体包括以下几个步骤：

步骤S1：在好氧池中培养硝化细菌，将污水引入到好氧池中，利用硝化细 菌将污水中的部分氨通过硝化处理转化为亚硝酸根，污水在好氧池内的停留时 间为2～6d，使好氧池排出的污水中氨与亚硝酸根的摩尔数比为1：1；

步骤S2：将步骤S1中经过硝化处理后得到的含氨与亚硝酸根的污水引入到 厌氧池，在无氧的环境下利用厌氧池中培养的厌氧氨氧化菌将氨与亚硝酸根转 化为氮气和少量硝酸根，污水在厌氧池内的停留时间为6～14d。

所述的步骤S1中，所述的好氧池在限氧的条件下进行硝化处理。在缺氧的 条件下能够保证氨转化为亚硝酸根而非硝酸根，硝酸根在后续的处理中会使处 理后的污水呈酸性而需要进一步处理，从而增加后续处理的工作量以及生产成 本。

所述的步骤S1中，好氧池中总氨与生物耗氧量BOD的摩尔数比为1：0.85。

所述的好氧池与厌氧池之间连通有A沉淀池，所述的A沉淀池对步骤S1 中经过硝化处理的污水进行脱氧处理，在A沉淀池中，使污水中的污泥沉淀之 后，将上层液体引入到厌氧池中处理。受内外环境的影响，好氧池内不可能在 最理想的情况下发生反应，从而使得从好氧池排出的污水中可能会含有溶解氧， 利用A沉淀池进行脱氧处理能够使未参与反应的溶解氧脱离。从而避免溶解氧 进入到厌氧池内而降低厌氧氨氧化菌的活性以及处理效率。

所述的步骤S1中，进行硝化处理之前对污水进行脱磷处理。磷酸盐对厌氧 氨氧化菌的活性具有一定的不良影响，能够抑制厌氧氨氧化菌的活性从而降低 污水脱氮的效率。通过脱磷处理能够避免污水中残留磷酸盐而降低厌氧氨氧化 菌的活性。

所述的脱磷处理中利用聚磷菌进行生物除磷。以此能够实现完全脱磷。

所述的步骤S1中，进行硝化处理之前对污水氨化处理以将有机氮转化为氨 氮。以此便于后续的脱氮处理。

所述的厌氧池中的pH值范围在6.7～8.3之间。将pH值控制在该范围内便 于保持厌氧氨氧化菌的活性从而避免脱氮效率受到影响。

所述的厌氧池中的反应温度为20～43℃。将温度控制在该范围内便于保持厌 氧氨氧化菌的活性从而避免脱氮效率受到影响。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本方案利用好氧硝化细菌将部分氨转化为亚硝酸根，再利用厌氧氨氧化菌 将剩余的氨与亚硝酸根转化为氮气，与传统的处理方法相比较，在处理同样等 量的污水时，本方案在好氧池中进行硝化处理的时间更短，所消耗的氧气数量 更少，能够减小曝气的能源消耗、缩短工艺时长并减小好氧池的建设以及使用 成本。利用厌氧氨氧化菌进行处理能够同时对氨和亚硝酸根进行处理从而在厌 氧阶段提高脱氮的效率，以此能够缩短整个脱氮工艺的时长。

附图说明

图1为本方案的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限 于此。

实施例1：

如图1所示，一种高效的污水脱氮工艺，在好氧池中利用好氧硝化细菌将 含氨污水中的部分氨转化为亚硝酸根，将好氧池处理后的污水引入到厌氧池， 在厌氧池中利用厌氧氨氧化菌将氨和亚硝酸根转化为氮气。本方案利用好氧硝 化细菌将部分氨转化为亚硝酸根，再利用厌氧氨氧化菌将剩余的氨与亚硝酸根 转化为氮气，与传统的处理方法相比较，在处理同样等量的污水时，本方案在 好氧池中进行硝化处理的时间更短，所消耗的氧气数量更少，能够减小曝气的 能源消耗、缩短工艺时长并减小好氧池的建设以及使用成本。利用厌氧氨氧化 菌进行处理能够同时对氨和亚硝酸根进行处理从而在厌氧阶段提高脱氮的效 率，以此能够缩短整个脱氮工艺的时长。

实施例2：

在上述实施例的基础上，本实施例中，一种高效的污水脱氮工艺，具体包 括以下几个步骤：

步骤S1：在好氧池中培养硝化细菌，将污水引入到好氧池中，利用硝化细 菌将污水中的部分氨通过硝化处理转化为亚硝酸根，污水在好氧池内的停留时 间为2～6d，使好氧池排出的污水中氨与亚硝酸根的摩尔数比为1：1。本实施例 中，所述的硝化细菌采用亚硝酸细菌。好氧池内的温度控制在25℃左右。并使 好氧池内的pH值呈弱碱性，具体pH值控制在7.5～8.0之间。以此能够提高亚 硝酸细菌的活性，从而提高亚硝酸细菌进行硝化处理的效率进而缩短工艺时长。 好氧池内，在硝化细菌的作用下，主要发生以下反应：

步骤S2：将步骤S1中经过硝化处理后得到的含氨与亚硝酸根的污水引入到 厌氧池，在无氧的环境下利用厌氧池中培养的厌氧氨氧化菌将氨与亚硝酸根转 化为氮气和少量硝酸根，污水在厌氧池内的停留时间为6～14d。所述的厌氧池中 的pH值范围在6.7～8.3之间。将pH值控制在该范围内便于保持厌氧氨氧化菌 的活性从而避免脱氮效率受到影响。当pH值为8时，能够使厌氧氨氧化菌保持 最强的活性。本实施例中，采用碳酸氢钠来调节厌氧池的pH值。所述的厌氧池 中的反应温度为20～43℃。将温度控制在该范围内便于保持厌氧氨氧化菌的活性 从而避免脱氮效率受到影响。

厌氧池内，在硝化细菌的作用下，主要发生以下反应：

本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例3：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的步骤S1中，所述的好氧池在 限氧的条件下进行硝化处理。在限氧的条件下能够保证氨转化为亚硝酸根而非 硝酸根，硝酸根在后续的处理中可能会使处理后的污水呈酸性而需要进一步处 理以使厌氧池的环境呈碱性，增加了处理的成本，并降低厌氧氨氧化菌的净化 效果，从而增加后续处理的工作量以及生产成本。本实施例中，其他未描述的 部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例4：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的步骤S1中，好氧池中总氨与 生物耗氧量BOD的摩尔数比为1：0.85。总的脱氮反应为：

理想状态下，使好氧池中总氨与生物耗氧量BOD的摩尔数比为1：0.85能 够将污水中的氨氮全部处理，产生的酸利用厌氧池中的弱碱进行中和，经过厌 氧池的处理仅剩少量的硝酸根残留在液体中。本实施例中，其他未描述的部分 与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例5：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的好氧池与厌氧池之间连通有A 沉淀池，所述的A沉淀池对步骤S1中经过硝化处理的污水进行脱氧处理，在A 沉淀池中，使污水中的污泥沉淀之后，将上层液体引入到厌氧池中处理。受内 外环境的影响，好氧池内不可能在最理想的情况下发生反应，从而使得从好氧 池排出的污水中可能会含有溶解氧，利用A沉淀池进行脱氧处理能够使未参与 反应的溶解氧脱离。从而避免溶解氧进入到厌氧池内而降低厌氧氨氧化菌的活 性以及处理效率。所述的厌氧池连接有B沉淀池，用于沉淀厌氧池所排水中的 污泥。所述的B沉淀池中的上层液体通过回流进入到好氧池，避免剩余未处理 的氨氮被直接排放。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同， 故不赘述。

实施例6：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的步骤S1中，进行硝化处理之 前对污水进行脱磷处理。磷酸盐对厌氧氨氧化菌的活性具有一定的不良影响， 能够抑制厌氧氨氧化菌的活性从而降低污水脱氮的效率。通过脱磷处理能够避 免污水中残留磷酸盐而降低厌氧氨氧化菌的活性。本实施例中，其他未描述的 部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例7：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的脱磷处理中利用聚磷菌进行 生物除磷。所述的聚磷菌采用好氧聚磷菌，使好氧聚磷菌在好氧池中与好氧硝 化细菌共生，从而在对氨氮进行硝化处理的过程中利用好氧聚磷菌同时除磷， 以此能够实现完全脱磷，并且有利于缩短工艺时长，提高处理效率。本实施例 中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例8：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的步骤S1中，进行硝化处理之 前对污水氨化处理以将有机氮转化为氨氮。以此便于后续的脱氮处理。本实施 例中，采用氨化细菌进行氨化处理以将有机氮转化为氨氮，所述的氨化细菌在 好氧池中与好氧硝化细菌共生，以此能够使氨化处理与硝化处理同时进行，从 而缩短工艺时长。所述的厌氧池采用碳酸氢钠调节pH值至碱性，使B沉淀池的 水回流至好氧池能够利用水中的碳酸根或碳酸氢根补充氨化处理所需的碳。以 此能够提高物质利用率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制， 凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均 落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效的污水脱氮工艺，其特征在于：在好氧池中利用好氧硝化细菌将含氨污水中的部分氨转化为亚硝酸根，将好氧池处理后的污水引入到厌氧池，在厌氧池中利用厌氧氨氧化菌将氨和亚硝酸根转化为氮气。

2.根据权利要求1所述的一种高效的污水脱氮工艺，其特征在于：具体包括以下几个步骤：

步骤S1：在好氧池中培养硝化细菌，将污水引入到好氧池中，利用硝化细菌将污水中的部分氨通过硝化处理转化为亚硝酸根，污水在好氧池内的停留时间为2~6d，使好氧池排出的污水中氨与亚硝酸根的摩尔数比为1：1；

步骤S2：将步骤S1中经过硝化处理后得到的含氨与亚硝酸根的污水引入到厌氧池，在无氧的环境下利用厌氧池中培养的厌氧氨氧化菌将氨与亚硝酸根转化为氮气和少量硝酸根，污水在厌氧池内的停留时间为6~14d。

3.根据权利要求2所述的一种高效的污水脱氮工艺，其特征在于：所述的步骤S1中，所述的好氧池在限氧的条件下进行硝化处理。

4.根据权利要求3所述的一种高效的污水脱氮工艺，其特征在于：所述的步骤S1中，好氧池中总氨与生物耗氧量BOD的摩尔数比为1：0.85。

5.根据权利要求1、2、3、4中任一项所述的一种高效的污水脱氮工艺，其特征在于：所述的好氧池与厌氧池之间连通有A沉淀池，所述的A沉淀池对步骤S1中经过硝化处理的污水进行脱氧处理，在A沉淀池中，使污水中的污泥沉淀之后，将上层液体引入到厌氧池中处理。

6.根据权利要求5所述的一种高效的污水脱氮工艺，其特征在于：所述的步骤S1中，进行硝化处理之前对污水进行脱磷处理。

7.根据权利要求6所述的一种高效的污水脱氮工艺，其特征在于：所述的脱磷处理中利用聚磷菌进行生物除磷。

8.根据权利要求1、2、3、4、6、7中任一项所述的一种高效的污水脱氮工艺，其特征在于：所述的步骤S1中，进行硝化处理之前对污水氨化处理以将有机氮转化为氨氮。

9.根据权利要求8所述的一种高效的污水脱氮工艺，其特征在于：所述的厌氧池中的pH值范围在6.7~8.3之间。

10.根据权利要求8所述的一种高效的污水脱氮工艺，其特征在于：所述的厌氧池中的反应温度为20~43℃。