CN108373201A - 一种低碳氮比氨氮废水的处理方法及专用装置 - Google Patents

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金仁村
程雅菲
张正哲
徐佳佳
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Abstract

本发明公开了一种低碳氮比氨氮废水的处理方法及专用装置，所述方法采用复合硝化反硝化系统进行废水处理；所述复合硝化反硝化系统包括反硝化反应器和硝化反应器；本发明所述的方法及其专用装置能有效节约25％的氧气及40％有机物的消耗，实现经济有效的脱氮处理工艺；利用硫化氢、甲烷等废气作为电子受体(98.4～99.5％去除)，同时去除氮素(94.9～98.3％)，实现污染物的全面去除；能提高反应器脱氮效率，在气循环和液循环的基础上保证基质的循环利用，得到可直接排放的尾水。

Description

一种低碳氮比氨氮废水的处理方法及专用装置
(一)技术领域
本发明涉及一种低碳氮比低温厌氧消化出水的深度处理工艺及其专用系统。
(二)背景技术
随着工业的发展，高氨氮废水的排放量逐渐增加，造成了水体富营养化等一系列生态环境问题。含氨废水的高效低耗处理一直是污水处理领域的难题。厌氧处理由于其与常规活性污泥处理相比的优势而受到国内外废水处理的广泛关注。但它存在一些缺点，如过程的敏感性，脱氮功能较弱，可能的不良气味和启动周期长。因此，为了符合排放标准，厌氧处理的废水需要进一步进行处理。
厌氧膜生物反应器(AnMBR)可以在低温(16℃～20℃)环境下处理生活污水，其出水特点为：氨态氮含量较高，约为95mg/L；在低温条件下大部分COD转化为沼气，C/N比为0.9～1.5。AnMBR的沼气成分为CH4和H2S，分别占84％和0.2％，计算出的溶解甲烷和硫化物理论值分别为22.2mgCH4/L和8.9mg H2S/L。
甲烷在厌氧反应器液相中的溶解度随温度的降低而升高，并增加其对环境的损失。若以气态形式意外排放到大气中会对碳足迹施加重大影响；硫化物作为硫化氢(H2S)存在，硫化物的产生和排放是厌氧处理中的一个众所周知的问题，高浓度会导致管道腐蚀、恶臭和健康危害等问题。
短程硝化(NH4 +→NO2 -)-短程反硝化(NO2 -→N2)作为厌氧膜生物反应器(AnMBR)出水的后处理工艺处理高氨氮废水具有极大优势。本发明提出了一种低碳氮比低温厌氧消化出水的深度处理工艺及其专用系统，将AnMBR高氨氮出水作为进水，首先进入复合短程反硝化单元，厌氧消化出水中部分废气循环回至复合短程反硝化单元，高氨氮出水进入短程硝化单元，在好氧条件下通过短程硝化菌将NH4 +→NO2 -，高亚硝氮出水回流至复合短程反硝化单元，在缺/厌氧条件下复合复合短程反硝化菌利用甲烷和硫化物作为电子供体，NO2 -作为电子受体，实现污染物的全面去除。短程硝化单元设回流系统，提高流动性，传质性能优；复合短程反硝化单元外部气循环系统重复利用甲烷和硫化氢气体，减少有机物的消耗，反应系统更稳定。
(三)发明内容
本发明目的是提供一种低碳氮比氨氮废水的深度处理方法及其专用装置，所述方法包括复合短程反硝化和短程硝化，废水首先进入短程反硝化反应器进行反硝化反应，产生的部分甲烷、硫化氢气体循环至短程反硝化反应器，出水进入短程硝化反应器，短程硝化污泥将废水中氨氮转化为亚硝氮，短程硝化反应器出水回流至短程反硝化反应器，在缺/厌氧条件下将有机物、甲烷、硫化氢作为电子供体，亚硝态氮作为电子受体变为氮气，深度处理污染物，得到达标排放的尾水；同时去除氮素、有机物、甲烷、硫化氢，深度处理污染物，得到可直接排放的尾水。
本发明采用的技术方案是：
第一方面，本发明提供一种低碳氮比氨氮废水的处理方法，所述方法采用复合硝化反硝化系统进行废水处理；所述复合硝化反硝化系统包括反硝化反应器和硝化反应器；所述反硝化反应器包括带内腔的反硝化反应器本体，所述反硝化反应器本体底部设有第一进水口、第二进水口，且底部侧面设有第一排泥口，顶部侧面设有第一出水口；所述顶部设有三相分离器，所述三相分离器设有排气口，所述排气口通过设有压力阀和第一气泵的管路与第一进水口相通形成气循环；
所述硝化反应器包括带有隔板的硝化反应器本体，所述隔板将硝化反应器本体分为升流区、降流区和沉淀区，所述隔板与硝化反应器本体底部留有间隙，以便沉淀污泥可以回流到升流区和降流区；所述硝化反应器本体底部设有第三进水口和曝气装置，所述第三进水口与升流区连通，所述反硝化反应器第一出水口的水从第三进水口进入硝化反应器，从升流区进入降流区形成水循环，所述曝气装置由位于硝化反应器本体内部的曝气头和硝化反应器本体外部的第二气泵连通组成；所述硝化反应器本体侧面设有第二排泥口和第二出水口；所述反硝化反应器本体第一出水口与硝化反应器本体的第三进水口通过管路连通，所述硝化反应器本体的第二出水口分成两路，一路与反硝化反应器本体的第二进水口通过管路连通形成液体循环，另一路用于排水，所述第二出水口设有三通阀；所述第一进水口、第二进水口和第三进水口均设有进水泵；
所述废水处理方法为：向反硝化反应器本体中依次接种反硝化型甲烷厌氧氧化污泥、自养反硝化污泥和短程反硝化污泥，反硝化型甲烷厌氧氧化污泥与自养反硝化污泥和短程反硝化污泥接种质量比为2：1：2；所述硝化反应器本体接种短程硝化污泥并在升流区和降流区添加填料；将低碳氮比氨氮废水作为进水从第一进水口通入，在16～20℃、水力停留时间为2h的条件下运行，以悬浮固体量计，当反硝化反应器内污泥为接种污泥的1.5倍及以上时从第一排泥口排出一部分，反硝化反应产生的气体从排气口经压力阀和第一气泵循环至第一进水口，反硝化反应后的出水从第一出水口经第三进水口进入硝化反应器本体，开启第二气泵，通过曝气控制溶解氧为0.8～1.5mg/L，NH4 +-N/NaHCO3摩尔比为1:1.5～2.0进行好氧硝化反应，以悬浮固体量计，当硝化反应器内污泥为接种污泥的1.5倍及以上时从第二排泥口排出一部分，第二出水口出水回流比为3:1，检测第二出水口水质，当出水NO2 --N浓度为1.0～1.5mg/L，NO3 --N浓度低于1.0mg/L时，达标排放，否则通过管路回流至反硝化反应器第二进水口再次进行处理。
进一步，所述接种污泥总量以挥发性悬浮固体计为2000～3000mg/L，更优选2500±200mg/L。优选所述反硝化型甲烷厌氧氧化污泥、自养反硝化污泥和短程反硝化污泥接种质量以挥发性悬浮固体计分别为800～1200mg/L、400～600mg/L、800～1200mg/L。
进一步，所述短程硝化污泥接种量以挥发性悬浮固体计为2000～3000mg/L，更优选2500±200mg/L。
进一步，所述氨氮废水中甲烷和硫化物浓度分别为15.6～26.8mgCH4/L和7.9～9.2mgH2S/L，氨氮浓度均为75～95mg/L，其中所述C/N物质的量之比为0.9～1.5：1。
进一步，所述填料为Filtralite，平均直径为3.5mm，颗粒密度1450kg/m3，颗粒孔隙率46％。所述填料体积接种量为20％。
第二方面，本发明还提供一种用于所述低碳氮比氨氮废水处理的专用装置，所述专用装置为复合硝化反硝化系统，所述复合硝化反硝化系统包括反硝化反应器和硝化反应器；所述反硝化反应器包括带内腔的反硝化反应器本体，所述反硝化反应器本体底部设有第一进水口、第二进水口，且底部侧面设有第一排泥口，顶部侧面设有第一出水口；所述顶部设有三相分离器，所述三相分离器设有排气口，所述排气口通过设有压力阀和第一气泵的管路与第一进水口相通形成气循环；
所述硝化反应器包括带有隔板的硝化反应器本体，所述隔板将硝化反应器本体分为升流区、降流区和沉淀区，所述隔板与硝化反应器本体底部留有间隙；所述硝化反应器本体底部设有第三进水口和曝气装置，所述第三进水口与升流区连通，所述反硝化反应器第一出水口的水从第三进水口进入硝化反应器，从升流区进入降流区形成水循环，所述曝气装置由位于硝化反应器本体内部的曝气头和硝化反应器本体外部的第二气泵连通组成；所述硝化反应器本体侧面设有第二排泥口和第二出水口；所述反硝化反应器本体第一出水口与硝化反应器本体的第三进水口通过管路连通，所述硝化反应器本体的第二出水口分成两路，一路与反硝化反应器本体的第二进水口通过管路连通形成液体循环，另一路用于排水；所述第一进水口、第二进水口和第三进水口均设有进水泵。
本发明所述方法以低碳氮比氨氮废水为进水，先经厌氧反硝化反应，废水中的甲烷、硫化氢气体以及反硝化反应产生的甲烷、硫化氢气体循环至进水中经短程反硝化作用去除。反硝化型甲烷厌氧氧化污泥、自养反硝化污泥、短程反硝化污泥利用亚硝态氮作为电子受体，甲烷、硫化氢以及有机物作为电子供体，进行脱氮反应，同时去除亚硝态氮、甲烷、硫化氢以及有机物，即反硝化型甲烷厌氧氧化污泥利用甲烷作为电子供体，NO2 --N作为电子受体，反应式为：3CH4+8NO2 -+8H+→3CO2+4N2+10H2O；自养反硝化污泥利用硫化物作为电子供体，NO2 --N作为电子受体，反应式为：3HS-+8NO2 -+5H+→3SO4 2-+4N2+4H2O；短程反硝化污泥利用有机物作为电子供体，NO2 --N作为电子受体，将NO2 --N转化为氮气；反硝化反应出水进入好氧硝化反应，利用好氧氨氧化菌，将氨氮转化为亚硝态氮，出水回流至短程反硝化反应器，作为基质为复合短程反硝化菌利用。
所述的短程反硝化反应器中甲烷是主要的电子供体，质量比占约65％；其次是有机物，质量比占约22％；硫化物最少，质量比占约13％。
本发明的有益效果体现在：
本发明所述低碳氮比氨氮废水的处理方法及其专用装置能有效节约25％的氧气及40％有机物的消耗，实现经济有效的脱氮处理工艺；利用硫化氢、甲烷等废气作为电子受体(98.4～99.5％去除)，同时去除氮素(94.9～98.3％)，实现污染物的全面去除；能提高反应器脱氮效率，在气循环和液循环的基础上保证基质的循环利用，得到可直接排放的尾水。
(四)附图说明
图1是本发明氨氮废水处理原理示意图。
图2是本发明复合硝化反硝化系统示意图，1—第二进水口；2—第一进水口；3—第一排泥口；4—复合短程反硝化池本体；5—管路；6—第一气泵；7—三相分离器；8—压力阀；9—排气口；10—第一出水口；11—第三进水口；12—第二气泵；13—管路；14—曝气头；15—硝化反应器本体；16—升流区；17—隔板；18—第二排泥口；19—降流区；20—填料；21—沉淀区；22—第二出水口。
图3是复合短程反硝化单元的运行性能图。
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
参照图1和图2所示，
本发明所述复合硝化反硝化系统包括反硝化反应器和硝化反应器；所述反硝化反应器包括带内腔的反硝化反应器本体4，所述反硝化反应器本体4底部设有第一进水口2、第二进水口1，且底部侧面设有第一排泥口3，顶部侧面设有第一出水口10，顶部还设有三相分离器7；所述三相分离器设有排气口9，所述排气口9通过设有压力阀8和第一气泵6的管路5与第一进水口2相通，构成气体循环系统；
所述硝化反应器包括带有隔板17的硝化反应器本体15，所述隔板将硝化反应器本体分为升流区16、降流区19和沉淀区21，所述隔板与硝化反应器本体底部留有间隙以便污泥沉淀回流到升流区和降流区；所述硝化反应器本体底部设有第三进水口11和曝气装置，所述曝气装置由位于硝化反应器本体内部的曝气头14和硝化反应器本体外部的第二气泵12连通组成；所述硝化反应器本体侧面设有第二排泥口18和第二出水口22；所述反硝化反应器本体第一出水口10与硝化反应器本体的第三进水口11通过管路连通，所述硝化反应器本体的第二出水口22与反硝化反应器本体的第二进水口1通过管路13连通，构成液体回流系统；所述第二进水口设有三通阀；所述第一进水口、第二进水口和第三进水口均设有进水泵。
反硝化反应器总体积为5L，工作体积为3.5L；
硝化反应器总体积为5L，工作体积为3.5L。
厌氧消化出水的深度处理工艺方法：
向反硝化反应器本体中依次接种反硝化型甲烷厌氧氧化污泥、自养反硝化污泥和短程反硝化污泥，三种污泥接种总量以挥发性悬浮固体重量计为2500±200mg/L，其中反硝化型甲烷厌氧氧化污泥与自养反硝化污泥和短程反硝化污泥接种质量比为2：1：2；所述硝化反应器本体接种短程硝化污泥(接种量以挥发性悬浮固体重量计为2500±200mg/L)并在升流区和降流区添加填料(填料为Filtralite，平均直径为3.5mm；颗粒密度1450kg/m3；颗粒孔隙率46％，体积接种量为20％)；填料从升流区上升，绕过隔板从降流区下落，因曝气作用会导致部分短程硝化污泥流入沉淀区，之后从沉淀区下端回流至升流区和降流区，剩余污泥经第二排泥口排出。
反应器运行稳定后，将氨氮废水(甲烷和硫化物浓度分别为15.6～26.8mgCH4/L和7.9～9.2mgH2S/L，氨氮浓度均为75～95mg/L，C/N摩尔比为0.9～1.5：1)作为进水从第一进水口通入，在16～20℃、水力停留时间为2h的条件下运行，以悬浮固体(MLSS)计量，当反应器内污泥为接种污泥的1.5倍及以上时排出一部分泥，反硝化反应产生的气体从排气口循环至第一进水口，反硝化反应后的出水从第一出水口经第三进水口进入硝化反应器本体，开启第二气泵，通过曝气控制溶解氧为0.8～1.5mg/L，NH4 +-N/NaHCO3摩尔比为1:1.5～2.0进行好氧硝化反应，回流比为3:1，以悬浮固体(MLSS)计量，当反应器内污泥为接种污泥的1.5倍及以上时排出一部分泥，检测第二出水口水质，当出水NO2 --N浓度为1.0～1.5mg/L，NO3 --N浓度低于1.0mg/L时，达标排放，否则通过管路回流至反硝化反应器第二进水口再次进行处理。
短程硝化菌可将NH4 +-N转化为NO2 --N，去除氨氮效率为94.9～98.3％；复合短程反硝化单元，出水NO2 --N浓度为1.0～1.5mg/L，去除效率为98.3％～98.6％，氮负荷率为1.09kg/m3d。复合短程反硝化单元的运行性能图见图3。出水NO2 --N和NO3 --N在稳定运行两周后，浓度均低于2.0mg/L，可直接排放。
表1污泥性能参数
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (8)

1.一种低碳氮比氨氮废水的处理方法，其特征在于所述方法采用复合硝化反硝化系统进行废水处理；所述复合硝化反硝化系统包括反硝化反应器和硝化反应器；所述反硝化反应器包括带内腔的反硝化反应器本体，所述反硝化反应器本体底部设有第一进水口、第二进水口，且底部侧面设有第一排泥口，顶部侧面设有第一出水口，所述顶部设有三相分离器，所述三相分离器设有排气口；所述排气口通过设有压力阀和第一气泵的管路与第一进水口相通；
所述硝化反应器包括带有隔板的硝化反应器本体，所述隔板将硝化反应器本体分为升流区、降流区和沉淀区，所述隔板与硝化反应器本体底部留有间隙；所述硝化反应器本体底部设有第三进水口和曝气装置，所述曝气装置由位于硝化反应器本体内部的曝气头和硝化反应器本体外部的第二气泵连通组成；所述硝化反应器本体侧面设有第二排泥口和第二出水口；所述反硝化反应器本体第一出水口与硝化反应器本体的第三进水口通过管路连通，所述硝化反应器本体的第二出水口与反硝化反应器本体的第二进水口通过管路连通；
所述废水处理方法为：向反硝化反应器本体中依次接种反硝化型甲烷厌氧氧化污泥、自养反硝化污泥和短程反硝化污泥，反硝化型甲烷厌氧氧化污泥与自养反硝化污泥和短程反硝化污泥接种质量比为2：1：2；所述硝化反应器本体接种短程硝化污泥并在升流区和降流区添加填料；将低碳氮比氨氮废水作为进水从第一进水口通入，在16～20℃、水力停留时间为2h的条件下运行，以悬浮固体量计，当反硝化反应器内污泥为接种污泥的1.5倍及以上时从第一排泥口排出一部分，反硝化反应产生的气体从排气口经压力阀和第一气泵循环至第一进水口，反硝化反应后的出水从第一出水口经第三进水口进入硝化反应器本体，开启第二气泵，通过曝气控制溶解氧为0.8～1.5mg/L，NH4 +-N/NaHCO3摩尔比为1:1.5～2.0进行好氧硝化反应，以悬浮固体量计，当硝化反应器内污泥为接种污泥的1.5倍及以上时从第二排泥口排出一部分，检测第二出水口水质，当出水NO2 --N浓度为1.0～1.5mg/L，NO3 --N浓度低于1.0mg/L时，达标排放，否则通过管路回流至反硝化反应器第二进水口再次进行处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述接种污泥总量以挥发性悬浮固体计为2000～3000mg/L。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述短程硝化污泥接种量以挥发性悬浮固体计为2000～3000mg/L。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述氨氮废水中甲烷和硫化物浓度分别为15.6～26.8mgCH4/L和7.9～9.2mgH2S/L，氨氮浓度均为75～95mg/L。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述C/N物质的量之比为0.9～1.5：1。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述填料为Filtralite，平均直径为3.5mm，颗粒密度1450kg/m3，颗粒孔隙率46％。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述填料体积接种量为20％。
8.一种用于权利要求1所述低碳氮比氨氮废水处理的专用装置，其特征在于所述专用装置为复合硝化反硝化系统，所述复合硝化反硝化系统包括反硝化反应器和硝化反应器；所述反硝化反应器包括带内腔的反硝化反应器本体，所述反硝化反应器本体底部设有第一进水口、第二进水口，且底部侧面设有第一排泥口，顶部侧面设有第一出水口；顶部设有三相分离器，所述三相分离器设有排气口，所述排气口通过设有压力阀和第一气泵的管路与第一进水口相通；
所述硝化反应器包括带有隔板的硝化反应器本体，所述隔板将硝化反应器本体分为升流区、降流区和沉淀区，所述隔板与硝化反应器本体底部留有间隙；所述硝化反应器本体底部设有第三进水口和曝气装置，所述曝气装置由位于硝化反应器本体内部的曝气头和硝化反应器本体外部的第二气泵连通组成；所述硝化反应器本体侧面设有第二排泥口和第二出水口；所述反硝化反应器本体第一出水口与硝化反应器本体的第三进水口通过管路连通，所述硝化反应器本体的第二出水口与反硝化反应器本体的第二进水口通过管路连通。
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