CN108467111A - 一种自养反硝化深度脱氮装置及自养深度脱氮方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自养反硝化深度脱氮装置，其包括：自养生物反应器，设于所述反应器下部的配水管、进水管和反冲洗进水管，以及设于所述反应器上部的出水管；其中，所述自养生物反应器内沿水流方向依次包括布水层以及由硫磺填料层和悬浮填料层形成的组合填料层。本发明还涉及一种自养深度脱氮方法，其通过控制进水流速使得处理床层处于膨胀状态，降低了床层阻力，反应位点增多，提高了脱氮效率。

Description

一种自养反硝化深度脱氮装置及自养深度脱氮方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种自养反硝化深度脱氮装置及自养深度脱氮方法。
背景技术
目前，污水深度脱氮的需求，从15mg/L到更低，技术包括物理处理技术、化学处理技术和生物处理技术。生物处理技术是指利用微生物的反硝化作用，将水中的硝酸盐最终还原为氮气的过程。生物处理具有高效低耗的特点，目前得到了学者的广泛关注。
据细菌所需碳源不同，生物反硝化又分为异养反硝化和自养反硝化，其中自养反硝化只需无机碳源，具有污泥产量少、无有机碳源的二次污染等问题，应用前景广泛。目前采用固定床的形式，处理效果好，能耗低，去除负荷可达1kg/m3/d，但是存在如下问题：(1)床层较厚，阻力大；(2)出水中悬浮物含量高，造成硫流失；(3)需要反冲洗，反应的活性位点较少。
提高微生物自养反硝化方法对水中硝酸盐处理效果具有至关重要的作用。
专利201610204784.9公开了一种自养微生物反硝化法去除水中硝酸盐用材料，但是造价提高，且床层阻力大的问题没有解决。
专利201410012307.3公开了一种去除水中硝酸盐氮的方法，其中利用搅拌作用使自养反硝化污泥与硫磺颗粒在厌氧条件下呈流化态，充分进行硫自养反硝化去除硝酸盐；同时将膜分离组件集成到厌氧流化床内，截留反应器内的微生物以提高反应器内的生物量，并实现固液分离，有效避免出水微生物污染，但是该方法能耗大，膜污染严重，成本高。
因此，目前存在的问题是急需研究开发一种经济、高效的自养反硝化深度脱氮装置及自养深度脱氮方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种自养反硝化深度脱氮装置及自养深度脱氮方法。本发明装置在硫磺填料上部装填悬浮填料，悬浮填料可随水上下浮动，阻止下部硫磺填料被冲刷出体系。本发明的自养深度脱氮方法通过控制进水流速使得处理床层处于膨胀状态，使得床层阻力减小，反应位点增多，提高了脱氮效率。
为此，本发明提第一方面供了一种自养反硝化深度脱氮装置，其包括：
自养生物反应器，设于所述反应器下部的配水管、进水管和反冲洗进水水管，以及设于所述反应器上部的出水管；
其中，所述自养生物反应器内沿水流方向依次包括布水层以及由硫磺填料层和悬浮填料层形成的组合填料层。
根据本发明，所述配水管与所述进水管和所述反冲洗进水管连通；所述进水管和所述反冲洗进水管中的水通过所述布水层实现均匀布水后，进入所述自养生物反应器的腔体内。
根据本发明，所述硫磺填料和所述悬浮填料的装填高度比为10:1-1:10，优选10:1-6:1。
在本发明的一些实施方式中，所述硫磺填料为颗粒状，粒径为3-5mm，硫含量大于95％。
根据本发明，所述悬浮填料为改性的泡沫填料，其形状为颗粒状或球形，粒径5-20mm，密度为0.96-0.99g/cm3。
根据本发明，所述出水管的内径小于所述悬浮填料的粒径。
本发明提第二方面供了一种根据本发明第一方面所述的自养反硝化深度脱氮装置自养深度脱氮方法，其包括如下步骤：
S1，自养生物反应器的驯化：以含有自养反硝化菌的污泥作为种泥，对所述自养生物反应器进行接种；
S2，自养生物反应器的启动：以含硝酸盐废水作为进水通入完成驯化的自养生物反应器中，使得在所述自养生物反应器中的填料表面形成微生物膜，连续运行至脱氮率大于80％时，所述自养生物反应器完成启动；
S3，待处理的含硝酸盐废水中硝酸盐氮的去除：将待处理的含硝酸盐废水通入完成启动的自养生物反应器中，控制待处理的含硝酸盐废水在反应器中的上升流速，使填料层处于膨胀状态进行硫自养反硝化，去除所述废水中的硝酸盐氮。
根据本发明方法，在步骤S2中，将所述进水中的硝氮负荷在7天内匀速地从0提升至0.2kg-N/m3/d。
根据本发明方法，在步骤S2中，所述微生物膜的厚度为50-200μm。
根据本发明方法，在步骤S3中，所述含硝酸盐废水在反应器中的上升流速为8-18m/h，优选10-15m/h
根据本发明方法，在步骤S3中，所述含硝酸盐废水在反应器内的停留时间为15-40min，优选15-30min。根据本发明方法，在步骤S3中，所述含硝酸盐废水中NO3 --N的去除负荷为0.8-3.0kg/m3/d。。
本发明所用术语“深度脱氮”指的是对较低浓度，例如15-30mg/L的硝酸盐氮进行去除。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)通过在硫磺填料上部装填悬浮填料来阻止下部硫磺填料被冲刷出体系，避免了硫流失，且较使用膜分离组件的方式降低了成本；
(2)自养生物反应器的处理床层处于膨胀状态，使床层阻力减小；
(3)产生的N2不易积累，因此不产生气泡，能够保证设备的稳定运行；
(4)由于载体处于膨胀状态，反应位点较多，反应速率加快，脱氮效率高。
附图说明
下面结合附图来对本发明作进一步详细说明。
图1示出了本发明自养反硝化深度脱氮装置的结构示意图。
其中，P1为进水泵，1为配水管，2为进水管，P2为反冲洗泵，3为反冲洗进水管，4为反应器腔体，5为布水层，6为组合填料层，6-1为硫磺填料，6-2为悬浮填料，7为出水管。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例和附图来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。
鉴于现有技术采用固定床自养反硝化脱氮存在床层较厚、阻力大，出水中悬浮物含量高，造成硫流失和反应的活性位点较少的技术问题；现有技术中利用搅拌作用使自养反硝化污泥与硫磺颗粒在厌氧条件下呈流化态，同时将膜分离组件集成到厌氧流化床内截留反应器内的微生物，虽然可以降低床层阻力、减少硫流失，但是存在能耗大、膜污染严重、成本高的问题。本发明的发明人在自养反硝化深度脱氮领域进行了深入研究，提出了一种自养反硝化深度脱氮装置及自养深度脱氮方法，通过在硫磺填料上部装填悬浮填料来阻止下部硫磺填料被冲刷出体系，避免了硫流失；通过控制进水流速使得处理床层处于膨胀状态，使得床层阻力减小，反应位点增多，能够保证设备的稳定运行，提高了脱氮效率，且成本较低。本发明正是基于上述发现作出的。
因此，本发明第一方面所涉及的自养反硝化深度脱氮装置，其包括：
自养生物反应器4，设于所述反应器下部的配水管1、进水管2和反冲洗进水管3，以及设于所述反应器上部的出水管7；
其中，所述自养生物反应器内沿水流方向依次包括布水层5以及由硫磺填料层6-1和悬浮填料层6-2形成的组合填料层6。
上述自养反硝化深度脱氮装置中，所述配水管1与所述进水管2和所述反冲洗进水管3连通；所述进水管2和所述反冲洗进水管3中的水通过所述布水层5实现均匀布水后，进入所述自养生物反应器4的腔体内。
上述自养反硝化深度脱氮装置中，所述硫磺填料和所述悬浮填料的装填高度比为10:1-1:10，优选10:1-6:1。
上述自养反硝化深度脱氮装置中，所述硫磺填料为颗粒状，粒径为3-5mm，硫含量大于95％。
上述自养反硝化深度脱氮装置中，所述悬浮填料为改性的泡沫填料，其形状为颗粒状或球形，粒径5-20mm，密度为0.96-0.99g/cm3
上述自养反硝化深度脱氮装置中，所述出水管的内径小于所述悬浮填料的粒径。
本发明第二方面涉及一种根据本发明第一方面所述的自养反硝化深度脱氮装置自养深度脱氮方法，其包括如下步骤：
S1，自养生物反应器的驯化：以含有自养反硝化菌的污泥作为种泥，对所述自养生物反应器进行接种；
S2，自养生物反应器的启动：以含硝酸盐废水作为进水通入完成驯化的自养生物反应器中，使得在所述自养生物反应器中的填料表面形成微生物膜，连续运行至脱氮率大于80％时，所述自养生物反应器完成启动；
S3，待处理的含硝酸盐废水中硝酸盐氮的去除：将待处理的含硝酸盐废水通入完成启动的自养生物反应器中，控制待处理的含硝酸盐废水在反应器中的上升流速，使填料层处于膨胀状态进行硫自养反硝化，去除所述废水中的硝酸盐氮。
上述自养深度脱氮方法中，在步骤S2中，将所述进水中的硝氮负荷在7天内匀速地从0提升至0.2kg-N/m3/d。
上述自养深度脱氮方法中，在步骤S2中，所述微生物膜的厚度为50-200μm。
上述自养深度脱氮方法中，在步骤S3中，所述含硝酸盐废水在反应器中的上升流速为8-18m/h，优选10-15m/h。
上述自养深度脱氮方法中，在步骤S3中，所述含硝酸盐废水在反应器内的停留时间为15-40min，优选15-30min。
上述自养深度脱氮方法中，在步骤S3中，所述含硝酸盐废水NO3 --N的去除负荷为0.8-3.0kg/m3/d。
上述自养深度脱氮方法中，所述自养深度脱氮装置连续运行后，当水头损失增大时，开启反冲洗进水，对装置进行反冲洗。
本发明所采用的表征测试仪器和计算方法如下：
(1)测定NO3 --N和NO2 --N浓度：采用ICS1100离子色谱仪进行测定；
(2)检测生物膜厚度：采用激光共聚焦扫描显微镜进行检测；
(3)计算NO3 --N的去除负荷：
其中，Ci、Ce―进出水NO3 --N浓度，mg/L；
Q―进水流量，m3/h；
V―填料层体积，m3；
ρ―孔隙率。
实施例
实施例1
本实施例提供的自养深度脱氮方法在如图1所示的自养反硝化深度脱氮装置中进行。在容积为11.58m3的自养生物反应器内从下到上装填高度为1.2m的粒径为3-5mm的硫磺颗粒和高度为0.12m的粒径为5-20mm的悬浮填料颗粒，硫磺填料和悬浮填料的装填高度比为10:1。以含有自养反硝化菌的污泥作为种泥，对该自养生物反应器进行接种。将含硝酸盐废水通过注水泵及进水管从自养生物反应器底部通入完成驯化的反应器，并在7天内匀速将进水中的硝氮负荷从0提升至0.2kg-N/m3/d，实现填料挂膜，填料挂膜完成后，填料上生物膜的厚度为200μm；连续运行至脱氮率大于80％时，反应器启动完成。将待处理的含硝酸盐废水通入装置，待处理的含硝酸盐废水的硝酸盐氮浓度为15mg-N/L，上升流速为8m/h，使得处理床层处于膨胀状态，含硝酸盐废水在反应器内的停留时间为25min。微生物以硫为电子供体进行自养反硝化，将硝酸盐反硝化为氮气，实现废水中硝酸盐的去除。经过深度脱氮后的水通过连接在自养生物反应器腔体上部的出水管排出，其中不含填料，且硝酸盐氮的浓度为1mg-N/L；含硝酸盐废水的脱氮率为93％，NO3 --N去除负荷为0.8kg/m3/d。
实施例2
本实施例提供的自养深度脱氮方法在如图1所示的自养反硝化深度脱氮装置中进行。在容积为11.58m3的自养生物反应器内从下到上装填高度为1.5m的粒径为3-5mm的硫磺颗粒和高度为0.15m的粒径为5-20mm的悬浮填料颗粒，硫磺填料和悬浮填料的装填高度比为10:1。以含有自养反硝化菌的污泥作为种泥，对该自养生物反应器进行接种。将含硝酸盐废水通过注水泵及进水管从自养生物反应器底部通入完成驯化的反应器，并在7天内匀速将进水中的硝氮负荷从0提升至0.2kg-N/m3/d，实现填料挂膜，填料挂膜完成后，填料上生物膜的厚度为100μm；连续运行至脱氮率大于80％时，反应器启动完成。将待处理的含硝酸盐废水通入装置，待处理的含硝酸盐废水的硝酸盐氮浓度为25mg-N/L，上升流速为12m/h，使得处理床层处于膨胀状态，含硝酸盐废水在反应器内的停留时间为20min。微生物以硫为电子供体进行自养反硝化，将硝酸盐反硝化为氮气，实现废水中硝酸盐的去除。经过深度脱氮后的水通过连接在自养生物反应器腔体上部的出水管排出，其中不含填料，且硝酸盐氮的浓度为2mg-N/L；含硝酸盐废水的脱氮率为92％，NO3 --N去除负荷为1.6kg/m3/d。
实施例3
本实施例提供的自养深度脱氮方法在如图1所示的自养反硝化深度脱氮装置中进行。在容积为11.58m3的自养生物反应器内从下到上装填高度为1.8m的粒径为3-5mm的硫磺颗粒和高度为0.225m的粒径为5-20mm的悬浮填料颗粒，硫磺填料和悬浮填料的装填高度比为8:1。以含有自养反硝化菌的污泥作为种泥，对该自养生物反应器进行接种。将含硝酸盐废水通过注水泵及进水管从自养生物反应器底部通入完成驯化的反应器，并在7天内匀速将进水中的硝氮负荷从0提升至0.2kg-N/m3/d，实现填料挂膜，填料挂膜完成后，填料上生物膜的厚度为200μm；连续运行至脱氮率大于80％时，反应器启动完成。将待处理的含硝酸盐废水通入装置，待处理的含硝酸盐废水的硝酸盐氮浓度为30mg-N/L，上升流速为15m/h，使得处理床层处于膨胀状态，含硝酸盐废水在反应器内的停留时间为15min。微生物以硫为电子供体进行自养反硝化，将硝酸盐反硝化为氮气，实现废水中硝酸盐的去除。经过深度脱氮后的水通过连接在自养生物反应器腔体上部的出水管排出，其中不含填料，且硝酸盐氮的浓度为3mg N/L；含硝酸盐废水的脱氮率为90％，NO3 --N去除负荷为2.5kg/m3/d。
实施例4
本实施例提供的自养深度脱氮方法同实施例3，不同之处在于上升流速为18m/h，使得处理床层处于膨胀状态，含硝酸盐废水在反应器内的停留时间为15min。经过深度脱氮后的水通过连接在自养生物反应器腔体上部的出水管排出，其中不含填料，且硝酸盐氮的浓度为2mg-N/L；含硝酸盐废水的脱氮率为93.3％，NO3 --N去除负荷为2.7kg/m3/d。
对比例
该对比例提供的自养深度脱氮方法同实施例3，不同之处在于上升流速为3m/h，使得处理床层为固定床，含硝酸盐废水在反应器内的停留时间为25min。经过深度脱氮后的水通过连接在自养生物反应器腔体上部的出水管排出，其中不含填料，且硝酸盐氮的浓度为5mg-N/L；含硝酸盐废水的脱氮率为83.3％，NO3 --N去除负荷为1.4kg/m3/d。
应当注意的是，以上所述的实施具体实施方式仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施方式，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种自养反硝化深度脱氮装置，其包括：自养生物反应器，设于所述反应器下部的配水管、进水管和反冲洗进水管，以及设于所述反应器上部的出水管；
其中，所述自养生物反应器内沿水流方向依次包括布水层以及由硫磺填料层和悬浮填料层形成的组合填料层。
2.根据权利要求1所述的自养反硝化深度脱氮装置，其特征在于，所述配水管与所述进水管和所述反冲洗进水管连通；所述进水管和所述反冲洗进水管中的水通过所述布水层实现均匀布水后，进入所述自养生物反应器的腔体内。
3.根据权利要求1或2所述的自养反硝化深度脱氮装置，其特征在于，所述硫磺填料层和所述悬浮填料层的装填高度比为10:1-1:10，优选10:1-6:1。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的自养反硝化深度脱氮装置，其特征在于，所述硫磺填料为颗粒状，粒径为3-5mm，硫含量大于95％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的自养反硝化深度脱氮装置，其特征在于，所述悬浮填料为改性的泡沫填料，其形状为颗粒状或球形，粒径为5-20mm，密度为0.96-0.99g/cm3。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的自养反硝化深度脱氮装置，其特征在于，所述出水管的内径小于所述悬浮填料的粒径。
7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的自养反硝化深度脱氮装置的自养深度脱氮方法，其包括如下步骤：
S1，自养生物反应器的驯化：以含有自养反硝化菌的污泥作为种泥，对所述自养生物反应器进行接种；
S2，自养生物反应器的启动：以含硝酸盐废水作为进水通入完成驯化的自养生物反应器中，使得在所述自养生物反应器中的填料表面形成微生物膜，连续运行至脱氮率大于80％时，所述自养生物反应器完成启动；
S3，待处理的含硝酸盐废水中硝酸盐氮的去除：将待处理的含硝酸盐废水通入完成启动的自养生物反应器中，控制待处理的含硝酸盐废水在反应器中的上升流速，使填料层处于膨胀状态进行硫自养反硝化，去除所述废水中的硝酸盐氮。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，将所述进水中的硝氮负荷在7天内匀速地从0提升至0.2kg-N/m3/d；和/或
所述微生物膜的厚度为50-200μm。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述含硝酸盐废水在反应器中的上升流速为8m/h-18m/h，优选10m/h-15m/h；所述含硝酸盐废水在反应器内的停留时间为15-40min，优选15-30min。
10.根据权利要求7-9中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述含硝酸盐废水中NO3 --N的去除负荷为0.8-3.0kg/m3/d。
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