CN109205782B - 一种高盐度高浓度氨氮废水的高效处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高盐度高浓度氨氮废水的高效处理方法，该方法包括：将活性SNAP工艺污泥混合均匀后投加至序批式生物过滤反应器(SBBGR)内并混合均匀，然后通入驯化水驯化106‑109天；驯化后进行高强度曝气对盐度为2.5‑3％的高盐度高浓度氨氮待处理废水进行处理，稳定运行43‑50天后，对盐度为2.5‑3％的高盐度高浓度氨氮废水成功实现对氮素的高效去除。本发明通过对SNAP工艺污泥驯化后，在强化曝气的方式下可以使3％盐度的高盐度高浓度氨氮废水脱氮速率为0.076Kg N/(m3d)，为高盐度废水中的氮素去除提供一种新的思路和方法。

Description

一种高盐度高浓度氨氮废水的高效处理方法
技术领域
本发明涉及一种高盐度高浓度氨氮废水的高效处理方法，属于工业废水处理领域。
背景技术
近年来，相比于以A2O为代表的传统生物脱氮工艺，以短程硝化耦合厌氧氨氧化（SNAP）工艺为核心的新型污水脱氮工艺凭借其无需大量曝气、无需添加外加碳源、剩余污泥产量低、N2O产量低、基建成本低等优势成为众多学者的研究热点。SNAP工艺理论上可以将废水中的氨氮直接转化为氮气去除，同时生成少量的硝态氮（0.11），其化学计量反应时为：
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目前，一些工业废水如海产品加工厂、纺织厂、皮革厂和油气田等废水中含有大量氨氮的同时也含有大量的盐度。高盐度会引起高渗透压，暴露于高盐度下的微生物会死亡或者因脱水而休眠。厌氧生物处理工艺中的微生物被盐度抑制，导致厌氧氨氧化耦合工艺无法处理高盐度的高浓度氨氮废水；如何调控SNAP工艺，使其能够适应并能处理高氨氮的高盐度废水，对SNAP工艺的实际应用具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高盐度高浓度氨氮废水的高效处理方法。
术语说明：
高盐度：盐度为污水中常见的组分，常见于海产品加工等行业废水中，盐度以氯化钠计，浓度为2-3%。
本发明的技术方案如下：
一种高盐度高浓度氨氮废水的高效处理方法，该方法适用于盐度为2.5-3%的高盐度高浓度氨氮废水，处理步骤包括如下：
（1）将活性SNAP工艺污泥混合均匀后投加至序批式生物过滤反应器（SBBGR）内并混合均匀；
（2）向序批式生物过滤反应器（SBBGR）内通入驯化水驯化106-109天；
（3）驯化水出水后，将盐度为2.5-3%的高盐度高浓度氨氮待处理废水从序批式生物过滤反应器（SBBGR）底部通入，控制进水速度和出水速度，使水力停留时间控制在40-55h；调整温度，使温度维持在30-32℃；同时进行高强度曝气，曝气时间为230-250 min，曝气强度为40-50 mL/min；
（4）保持步骤（3）的运行条件，稳定运行43-50天后，对盐度为2.5-3%的高盐度高浓度氨氮废水成功实现对氮素的去除。
根据本发明优选的，步骤（1）中，活性SNAP工艺污泥为期运行的硝化-厌氧氨氧化反应产生的污泥，运行氮负荷为0.1-0.3 kg N/m3/d；污泥呈棕黑色，颗粒污泥粒径为0.5-2mm，污泥含水率大于等于98 wt %。
本发明的活性SNAP工艺污泥取自中国专利文献CN201510771588.5 一种快速启动厌氧氨氧化耦合亚硝化反应的反应器及快速启动方法中反应器运行50～110天后成功启动污泥厌氧氨氧化耦合亚硝化反应产生的SNAP工艺颗粒污泥，然后经过滤、冲洗后得到。
根据本发明优选的，步骤（1）中，活性SNAP工艺污泥的投加量：使得反应器通入高盐度高浓度氨氮待处理废水正常运行时污泥浓度为6000±50 mg/L。
根据本发明优选的，步骤（2）中，所述的驯化水为盐度为0.5%-1.5%的中低盐度氨氮废水。
根据本发明优选的，步骤（2）中，驯化水中氨氮浓度为185±5 mg/L。
根据本发明优选的，步骤（2）中，驯化条件为：将中低盐度氨氮废水从序批式生物过滤反应器（SBBGR）底部通入，控制进水速度和出水速度，使水力停留时间控制在40-55 h；调整温度，使温度维持在30-32℃；同时进行曝气，曝气时间为230-250 min，曝气强度为15-25mL/min。
根据本发明优选的，步骤（2）中，曝气时间为240 min，曝气强度为20 mL/min，曝气气体为空气。
根据本发明优选的，步骤（3）中，曝气时间为240 min，曝气强度为40 mL/min，曝气气体为空气。
根据本发明优选的，步骤（3）中，高盐度高浓度氨氮待处理废水的盐度为2.8-3.0%，氨氮浓度为185±5 mg/L。
根据本发明优选的，所述的序批式生物过滤反应器包括双层套筒圆柱形反应器，在反应器的底部设置有进水口，侧壁上部设置有出水口，内筒为反应区，内筒与外筒之间为热水腔，供加热，在外筒外部包裹有避光纸，为anammox菌和AOB菌提供良好的生长环境。
进一步优选的，所述的反应区包括上层曝气区和下层填料污泥区，上层曝气区与下层填料污泥区通过螺栓密封扣合在一起；下层填料污泥区底部铺设有厚度为3～5cm的砾石层，砾石层中砾石平均直径为2-8 mm，在砾石层中铺设有与进水口相连的进水管，在砾石层上方设置有带孔的布水板，在布水板上设置有填料层，填料层内部有空隙，填料层的孔隙率为0.6～0.8，填料层的厚度为反应器高度的2/5～1/2。
进一步优选的，所述的填料层是由若干内部带孔的聚乙烯填料颗粒堆积形成，聚乙烯填料颗粒的比表面积：680-710 m2/m3。
为了使反应器内污水混合均匀，反应器设置污水内循环装置，循环泵转速控制在60 rpm。
根据本发明优选的，所述SBBGR反应器的顶部设置有导气管，导气管设有水封，出水口连接出水管，出水管由时控开关和电磁阀控制，可以在厌氧段隔绝氧气维持厌氧环境。
本发明先利用中低盐度废水长期驯化培养SNAP工艺污泥，然后进行强曝气，使得耐盐菌大量富集，使得驯化后的活性污泥能够适应并稳定处理含有高盐度的高氨氮废水；曝气量是本发明的关键，直接决定微生物的菌落，使微生物能在高盐度下高效去除氮素。
本发明具有如下优点：
1、本发明先利用中低盐度废水长期驯化培养SNAP工艺污泥，然后进行强曝气，使得耐盐菌大量富集，使得驯化后的活性污泥能够适应并稳定处理含有高盐度的高氨氮废水；SNAP工艺经过长期在中低盐度下驯化后，在强化曝气的方式下可以使3%盐度的高盐度高浓度氨氮废水脱氮速率为0.076 Kg N/(m3d)，如图1所示；
2、本发明的处理方法运行条件温和，在常温常压下就可以进行，无需特定条件；且无有毒有害物质生成，对环境安全无害。
附图说明
图1为实施例1的处理方法以及对比例1的处理方法处理盐度为3.0%的高盐度高浓度氨氮待处理废水的进水及出水水质变化情况图
具体实施方式
下面通过实施例并参照附图对本发明作详细描述。有必要指出的是实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。
实施例中使用化学试剂均购买于国药集团化学试剂有限公司，均为分析纯。
SBBGR反应器采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制成。
曝气成分为空气。
实施例中的序批式生物过滤反应器包括双层套筒圆柱形反应器，在反应器的底部设置有进水口，侧壁上部设置有出水口，内筒为反应区，反应区包括上层曝气区和下层填料污泥区，上层曝气区与下层填料污泥区通过螺栓密封扣合在一起；下层填料污泥区底部铺设有厚度为3cm的砾石层，砾石层中砾石平均直径为6mm，在砾石层中铺设有与进水口相连的进水管，在砾石层上方设置有带孔的布水板，在布水板上设置有填料层，填料层内部有空隙，填料层的孔隙率为0.6～0.8，填料层的厚度为反应器高度的1/2。填料层是由若干内部带孔的聚乙烯填料颗粒堆积形成，聚乙烯填料颗粒的比表面积：710 m2/m3
内筒与外筒之间为热水腔，供加热，在外筒外部包裹有避光纸，为anammox菌和AOB菌提供良好的生长环境。
为了使反应器内污水混合均匀，反应器设置污水内循环装置，循环泵转速控制在60 rpm。
根据本发明优选的，所述SBBGR反应器的顶部设置有导气管，导气管设有水封，出水口连接出水管，出水管由时控开关和电磁阀控制，可以在厌氧段隔绝氧气维持厌氧环境。
实施例1
一种高盐度高浓度氨氮废水的高效处理方法，该方法适用于盐度为3%的高盐度高浓度氨氮废水，处理步骤包括如下：
（1）将活性SNAP工艺污泥混合均匀后投加至序批式生物过滤反应器（SBBGR）内并混合均匀；活性SNAP工艺污泥为期运行的硝化-厌氧氨氧化反应产生的污泥，运行氮负荷为0.1 kg N/m3/d；污泥呈棕黑色，颗粒污泥粒径为1mm，污泥含水率大于等于99 wt %；活性SNAP工艺污泥的投加量：使得反应器通入高盐度高浓度氨氮待处理废水正常运行时污泥浓度为6050mg/L；
（2）将中低盐度氨氮废水从序批式生物过滤反应器（SBBGR）底部通入进行驯化109天，控制进水速度和出水速度，使水力停留时间控制在50h；调整温度，使温度维持在32℃；同时进行曝空气，曝气时间为240min，曝气强度为20mL/min；中低盐度氨氮废水的盐度为1.0%， 氨氮浓度为185±5 mg/L；
（3）驯化水出水后，将盐度为3%的高盐度高浓度氨氮待处理废水从序批式生物过滤反应器（SBBGR）底部通入，控制进水速度和出水速度，使水力停留时间控制在48h；调整温度，使温度维持在31℃；同时进行高强度曝空气，曝气时间为240min，曝气强度为40 mL/min；
（4）保持步骤（3）的运行条件，稳定运行43天后，对盐度为3%的高盐度高浓度氨氮废水成功实现对氮素的去除。
对比例1
一种处理高浓度氨氮废水的方法，包括步骤如下：
（1）将活性SNAP工艺污泥混合均匀投加至SBBGR反应器内，混合污泥含水率≥99wt%；所述的SBBGR反应器侧壁设有不同高度取样口，底部有布水板和污水循环系统保证反应器中曝气区和反应区污水均匀混合；活性颗粒污泥取自实验室已有的SBBGR反应器中的SNAP工艺颗粒污泥，后经过滤、冲洗后得到。
（2）SBBGR反应器的底部利用蠕动泵通入不含氯化钠的待处理废水，通过时控开关和蠕动泵转速控制进水总量，使反应器内水力停留时间为48 h。同时采用加热棒和水浴循环装置使反应器内部温度维持在31度左右；曝气阶段为240 min，曝气强度为20 mL/min。
（3）保持SBBGR反应器按照上述条件稳定运行19天后成功高效去除污水中的氮素。
应用实验例:
向实施例1及对比例1的方法中通入各自所需的人工合成废水，利用时控开关和蠕动泵控制进水总量，利用时控开关和电磁阀控制出水总量，使水力停留时间为48小时；所述人工合成废水具体成分为：1044 mg NH4HCO3/L，30 g NaCl/L（对比例为0），1250 mg KHCO3/L，25 mg KH2PO4/L，200 mg MgSO4·7H2O/L，300 mg CaCl2·2H2O/L，1mL微量元素/L。所述微量元素具体成分为20000 mg EDTA/L，430 mg ZnSO4·7H2O /L，240 mg CoCl2·6H2O /L，990 mg MnCl2·4H2O /L，250 mg CuSO4·5H2O /L，220 mg NaMoO4·2H2O /L，190 mgNiCl2·6H2O /L，210 mg NaSeO4·6H2O /L，14 mg H3BO4/L。
运行期间通过调整曝气量来优化3%盐度下反应器的脱氮效果。
对比例1中的反应器运行稳定后，氨氮去除率和总氮去除率无较大波动，氨氮去除率基本维持在90.0±5.0%的范围内，总氮去除率基本维持在68.0±4.0%范围内；而本发明实施例1加入3%盐度的反应器运行稳定后，在40 mL/min曝气强度下，氨氮去除率可以稳定在90.5±1.5%，总氮去除率可以稳定在81.5±2.5%，表明SNAP工艺经过驯化在强化曝气下可以处理3%盐度废水。
实施例2
一种高盐度高浓度氨氮废水的高效处理方法，该方法适用于盐度为2.9%的高盐度高浓度氨氮废水，处理步骤包括如下：
（1）将活性SNAP工艺污泥混合均匀后投加至序批式生物过滤反应器（SBBGR）内并混合均匀；活性SNAP工艺污泥为期运行的硝化-厌氧氨氧化反应产生的污泥，运行氮负荷为0.2 kg N/m3/d；污泥呈棕黑色，颗粒污泥粒径为1mm，污泥含水率大于等于99 wt %；活性SNAP工艺污泥的投加量：使得反应器通入高盐度高浓度氨氮待处理废水正常运行时污泥浓度为5950mg/L；
（2）将中低盐度氨氮废水从序批式生物过滤反应器（SBBGR）底部通入进行驯化108天，控制进水速度和出水速度，使水力停留时间控制在48h；调整温度，使温度维持在31℃；同时进行曝空气，曝气时间为240min，曝气强度为20mL/min；中低盐度氨氮废水的盐度为1.2.0%， 氨氮浓度为185±5 mg/L；
（3）驯化水出水后，将盐度为2.9%的高盐度高浓度氨氮待处理废水从序批式生物过滤反应器（SBBGR）底部通入，控制进水速度和出水速度，使水力停留时间控制在48h；调整温度，使温度维持在31℃；同时进行高强度曝空气，曝气时间为240min，曝气强度为43mL/min；
（4）保持步骤（3）的运行条件，稳定运行44天后，对盐度为2.9%的高盐度高浓度氨氮废水成功实现对氮素的去除。

Claims (6)

1.一种高盐度高浓度氨氮废水的高效处理方法，该方法适用于盐度为2.5-3％的高盐度高浓度氨氮废水，处理步骤包括如下：
(1)将活性SNAP工艺污泥混合均匀后投加至序批式生物过滤反应器内并混合均匀；
(2)向序批式生物过滤反应器内通入驯化水驯化106-109天；驯化水为盐度为0.5％-1.5％的中低盐度氨氮废水；驯化水中氨氮浓度为185±5mg/L；驯化条件为：将中低盐度氨氮废水从序批式生物过滤反应器底部通入，控制进水速度和出水速度，使水力停留时间控制在40-55h；调整温度，使温度维持在30-32℃；同时进行曝气，曝气时间为240min，曝气强度为20mL/min，曝气气体为空气；
(3)驯化水出水后，将盐度为2.5-3％的高盐度高浓度氨氮待处理废水从序批式生物过滤反应器底部通入，控制进水速度和出水速度，使水力停留时间控制在40-55h；调整温度，使温度维持在30-32℃；同时进行高强度曝气，曝气时间为240min，曝气强度为40mL/min，曝气气体为空气；
(4)保持步骤(3)的运行条件，稳定运行43-50天后，对盐度为2.5-3％的高盐度高浓度氨氮废水成功实现对氮素的去除。
2.根据权利要求1所述的高盐度高浓度氨氮废水的高效处理方法，其特征在于，步骤(1)中，活性SNAP工艺污泥为长期运行的硝化-厌氧氨氧化反应产生的污泥，运行氮负荷为0.1-0.3kg N/m3/d；污泥呈棕黑色，颗粒污泥粒径为0.5-2mm，污泥含水率大于等于98wt％。
3.根据权利要求1所述的高盐度高浓度氨氮废水的高效处理方法，其特征在于，步骤(1)中，活性SNAP工艺污泥的投加量：使得反应器通入高盐度高浓度氨氮待处理废水正常运行时污泥浓度为6000±50mg/L。
4.根据权利要求1所述的高盐度高浓度氨氮废水的高效处理方法，其特征在于，步骤(3)中，高盐度高浓度氨氮待处理废水的盐度为2.8-3.0％，氨氮浓度为185±5mg/L。
5.根据权利要求1所述的高盐度高浓度氨氮废水的高效处理方法，其特征在于，所述的序批式生物过滤反应器包括双层套筒圆柱形反应器，在反应器的底部设置有进水口，侧壁上部设置有出水口，内筒为反应区，内筒与外筒之间为热水腔，供加热，在外筒外部包裹有避光纸，为anammox菌和AOB菌提供良好的生长环境。
6.根据权利要求5所述的高盐度高浓度氨氮废水的高效处理方法，其特征在于，所述的反应区包括上层曝气区和下层填料污泥区，上层曝气区与下层填料污泥区通过螺栓密封扣合在一起；下层填料污泥区底部铺设有厚度为3～5cm的砾石层，砾石层中砾石平均直径为2-8mm，在砾石层中铺设有与进水口相连的进水管，在砾石层上方设置有带孔的布水板，在布水板上设置有填料层，填料层内部有空隙，填料层的孔隙率为0.6～0.8，填料层的厚度为反应器高度的2/5～1/2，所述的填料层是由若干内部带孔的聚乙烯填料颗粒堆积形成，聚乙烯填料颗粒的比表面积：680-710m2/m3。
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