CN109665662A - 一种匹配厌氧氨氧化的异养短程硝化工艺及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于匹配厌氧氨氧化的异养短程硝化工艺的系统，包括用于将高氮低碳氮比污水中的有机氮转换为NH4+‑N的厌氧发酵产酸池、用于接受来自厌氧发酵产酸池的废水并进行异养短程硝化的异养短程硝化池、用于将异养短程硝化池的出水进行超滤并将超滤后的浓缩水回流至异养短程硝化池的超滤池、用于浓缩富集超滤池的出水中亚硝氮浓度的反渗透/阴离子交换膜浓缩单元以及对对反渗透/阴离子交换膜浓缩单元的浓缩水进行ANAMMOX反应而为厌氧氨氧化菌提供充足的电子受体的ANAMMOX反应池。本发明技术方案，采用异养亚硝化菌氧化污水中氨氮至亚硝态氮，同时利用反渗透技术/阴离子交换膜浓缩富集短程硝化反应器出水中亚硝态氮浓度的。

Description

一种匹配厌氧氨氧化的异养短程硝化工艺及其系统
技术领域
发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种匹配厌氧氨氧化的异养短程硝化系统及其工艺流程，适用于为短程反硝化工艺或厌氧氨氧化工艺提供电子受体亚硝态氮（NO2 --N）。
背景技术
厌氧氨氧化工艺又称Anammox工艺，它的原理是将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段而终止即短程硝化，然后在厌氧条件下Anammox菌（AnAOB）以NO2 -作为电子受体将NH4+直接氧化为N2，是目前已知的最短生物脱氮途径。与全程硝化-反硝化反应途径相比，具有需氧量低，脱氮效率高及不需要外加COD的特点，在节能降耗方面具有明显的优势。目前，工艺已经成功应用于污泥液、垃圾渗滤液等高氮低碳的实际污水处理并获得了较好的效果。然而作为氧化剂的NO2 -需要预先通过NH4 +的短程硝化获取。然而实现长期稳定的短程硝化一直是废水脱氮技术中的难点之一。
目前短程硝化工艺采用富集氨氧化菌（AOB）而抑制亚硝氮氧化菌（NOB）生长的方式实现NO2 --N的积累，主要有以下几方面问题：（1）高温下利用短污泥龄（SRT）选择性富集AOB而冲刷淘汰NOB的方式只适用于污水处理量较低的情况，因为高温需要消耗大量的能源。（2）低溶解氧（DO）抑制NOB活性则会导致低脱氮率，此外系统长期处在低溶解氧状态下，活性污泥容易解体及丝状膨胀。（3）利用游离氨（FA）抑制NOB的方式虽然能获得初期的NO2 --N积累，但由于NOB可能会逐渐适应高FA浓度，因此效果不能长时间维持。另外，FA还会对Anammox菌产生抑制作用，导致系统去除率下降。除此之外，废水或多或少都含有一定浓度的有机物，这使得自养型的AOB的生长会受异养菌的影响。
基于自养亚硝化菌的短程硝化工艺存在上述这些缺点，目前有学者尝试以能显著实现NO2 --N积累的异养亚硝化菌代替自养AOB来完成短程硝化反应。然而目前异养亚硝化菌实现短程硝化累积的NO2 --N浓度有限，最高积累浓度仅为30.1mg/L（进水NH4 +-N浓度为100mg/L），且没有与之匹配的工艺。
RO反渗透技术是用足够的压力使溶液中的溶剂通过反渗透膜而分离出来，方向与渗透方向相反，主要分离对象是溶液中的离子范围。可使用大于渗透压的反渗透法进行分离、提纯和浓缩溶液。而阴离子交换膜对阴离子具有选择透过性作用，一般以-NH3 +、-NR2H+或者-PR3 +等阳离子作为活性交换基团，并且在阴极产生OH-作为载流子，经过阴离子交换膜的选择透过性作用移动到阳极。
发明内容
基于上述问题，本发明提供一种采用异养亚硝化菌氧化污水中氨氮至亚硝态氮，同时利用反渗透技术/阴离子交换膜浓缩富集短程硝化反应器出水中亚硝态氮浓度的工艺及系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种匹配厌氧氨氧化的异养短程硝化工艺，包括以下步骤：
步骤一、预处理：所需处理的高氮低碳氮比污水先经过厌氧发酵产酸池进行厌氧预处理，将污水中的有机氮转换为NH4+-N，方便后续异养短程硝化菌将污水中的NH4 +-N充分氧化至NO2 --N；同时控制系统厌氧发酵酸化pH值，使异养短程硝化池pH保持在6左右，厌氧发酵产酸池出水一部分直接进入ANAMMOX反应池，剩余的厌氧发酵产酸池出水进入异样短程硝化池中；
步骤二、异养短程硝化：异养短程硝化池接受来自经厌氧预处理的废水，同时在池中投加异样短程硝化菌剂；所述异养短程硝化池底部设有曝气盘，为异样短程硝化过程提供氧气；同时再设加热装置，保持系统废水处理温度约为28℃；此外，在反应池中投生物填料，提高异养短程硝化池中异样短程硝化菌微生物量；
步骤三、亚硝态氮浓缩：异样短程硝化出水经过超滤预处理，将污水中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质截留，超滤池浓缩水回流至异养短程硝化池中，出水进入反渗透/阴离子交换膜浓缩单元，浓缩富集超滤池的出水中亚硝氮浓度，设置反渗透系统回收率为50%/阴离子交换；浓缩水进入ANAMMOX反应池，为厌氧氨氧化菌提供充足的电子受体。
本发明进一步设置：所述步骤二中所述菌剂主要组成为粪产碱杆菌。
本发明进一步设置：所述步骤三中反渗透池出水回用于超滤膜或反渗透膜的反冲洗。
一种用于匹配厌氧氨氧化的异养短程硝化工艺的系统，包括用于将高氮低碳氮比污水中的有机氮转换为NH4+-N的厌氧发酵产酸池、用于接受来自厌氧发酵产酸池的废水并进行异养短程硝化的异养短程硝化池、用于将异养短程硝化池的出水进行超滤并将超滤后的浓缩水回流至异养短程硝化池的超滤池、用于浓缩富集超滤池的出水中亚硝氮浓度的反渗透/阴离子交换膜浓缩单元以及对对反渗透/阴离子交换膜浓缩单元的浓缩水进行ANAMMOX反应而为厌氧氨氧化菌提供充足的电子受体的ANAMMOX反应池。
本发明进一步设置：所述异养短程硝化池底部设有为异样短程硝化过程提供氧气的曝气盘。
本发明进一步设置：所述异养短程硝化池设有保持系统废水处理温度约为28℃的加热装置。
本发明具有的有益效果是：
（1）利用异养短程硝化菌剂代替传统自养氨氧化菌完成氨氮的氧化过程，避免系统启动周期长及不能同时脱碳的缺点，降低系统运行控制维护要求，同时提高系统稳定性，使之更容易匹配ANAMMOX工艺。
（2）利用反渗透技术/阴离子交换膜等物理手段浓缩异养短程硝化池出水中亚硝酸盐浓度，解决异养短程硝化菌亚硝酸盐积累能力弱的缺陷，能为后续AnAOB提供充足的电子受体，提高ANAMMOX脱氮效率，使得异养短程硝化技术更适于实际工程的应用。
（3）与自养AOB相比，异养硝化工程菌不仅不会受污水中的COD影响，还能在脱氮的同时完成脱碳，提高了短程硝化工艺工程实际应用价值，减少了系统反应容积负荷，并且有利于系统的稳定。
附图说明
图1为本发明工艺的流程图；
图2为本发明系统的原理框图。
具体实施方式：
参见附图1与2，一种匹配厌氧氨氧化的异养短程硝化工艺，以畜禽养殖废水为例，包括以下步骤：
步骤一、预处理：所需处理的畜禽养殖废水先经过厌氧发酵产酸池1进行厌氧预处理，将污水中的有机氮转换为NH4+-N，方便后续异养短程硝化菌将污水中的NH4 +-N充分氧化至NO2 --N；同时控制系统厌氧发酵酸化pH值，使异养短程硝化池2pH保持在6左右，厌氧发酵产酸池1出水一部分直接进入ANAMMOX反应池5，剩余的厌氧发酵产酸池1出水进入异样短程硝化池中；测得经预处理后水中氨氮浓度为530mg/L; COD浓度为550 mg/L。
步骤二、异养短程硝化：异养短程硝化池2接受来自经厌氧预处理的废水，同时在池中投加异样短程硝化菌剂；所述异养短程硝化池2底部设有曝气盘，为异样短程硝化过程提供氧气；同时再设加热装置，保持系统废水处理温度约为28℃；此外，在反应池中投生物填料，提高异养短程硝化池2中异样短程硝化菌微生物量；异养亚硝化池出水中NO2 --N浓度为11.3±0.6mg/L。
步骤三、亚硝态氮浓缩：异样短程硝化出水经过超滤预处理，将污水中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质截留，超滤池3浓缩水回流至异养短程硝化池2中，出水进入反渗透/阴离子交换膜浓缩单元4，浓缩富集超滤池3的出水中亚硝氮浓度，设置反渗透系统回收率为50%/阴离子交换；出水中NO2 --N浓度上升至21±1.9mg/L。浓缩水进入ANAMMOX反应池5，为厌氧氨氧化菌提供充足的电子受体。
本发明进一步设置：所述步骤二中所述菌剂主要组成为粪产碱杆菌。
本发明进一步设置：所述步骤三中反渗透池出水回用于超滤膜或反渗透膜的反冲洗。
一种用于匹配厌氧氨氧化的异养短程硝化工艺的系统，包括用于将高氮低碳氮比污水中的有机氮转换为NH4+-N的厌氧发酵产酸池1、用于接受来自厌氧发酵产酸池1的废水并进行异养短程硝化的异养短程硝化池2、用于将异养短程硝化池2的出水进行超滤并将超滤后的浓缩水回流至异养短程硝化池2的超滤池3、用于浓缩富集超滤池3的出水中亚硝氮浓度的反渗透/阴离子交换膜浓缩单元4以及对对反渗透/阴离子交换膜浓缩单元4的浓缩水进行ANAMMOX反应而为厌氧氨氧化菌提供充足的电子受体的ANAMMOX反应池5。
本发明进一步设置：所述异养短程硝化池2底部设有为异样短程硝化过程提供氧气的曝气盘。
本发明进一步设置：所述异养短程硝化池2设有保持系统废水处理温度约为28℃的加热装置。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种匹配厌氧氨氧化的异养短程硝化工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、预处理：所需处理的高氮低碳氮比污水先经过厌氧发酵产酸池进行厌氧预处理，将污水中的有机氮转换为NH4+-N，方便后续异养短程硝化菌将污水中的NH4 +-N充分氧化至NO2 --N；同时控制系统厌氧发酵酸化pH值，使异养短程硝化池pH保持在6左右，厌氧发酵产酸池出水一部分直接进入ANAMMOX反应池，剩余的厌氧发酵产酸池出水进入异样短程硝化池中；
步骤二、异养短程硝化：异养短程硝化池接受来自经厌氧预处理的废水，同时在池中投加异样短程硝化菌剂；所述异养短程硝化池底部设有曝气盘，为异样短程硝化过程提供氧气；同时再设加热装置，保持系统废水处理温度约为28℃；此外，在反应池中投生物填料，提高异养短程硝化池中异样短程硝化菌微生物量；
步骤三、亚硝态氮浓缩：异样短程硝化出水经过超滤预处理，将污水中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质截留，超滤池浓缩水回流至异养短程硝化池中，出水进入反渗透/阴离子交换膜浓缩单元，浓缩富集超滤池的出水中亚硝氮浓度，设置反渗透系统回收率为50%/阴离子交换；浓缩水进入ANAMMOX反应池，为厌氧氨氧化菌提供充足的电子受体。
2.根据权利要求1所述的匹配厌氧氨氧化的异养短程硝化工艺，其特征在于：所述步骤二中所述菌剂主要组成为粪产碱杆菌。
3.根据权利要求1或2所述的匹配厌氧氨氧化的异养短程硝化工艺，其特征在于：所述步骤三中反渗透池出水回用于超滤膜或反渗透膜的反冲洗。
4.一种用于权利要求1所述匹配厌氧氨氧化的异养短程硝化工艺的系统，其特征在于：包括用于将高氮低碳氮比污水中的有机氮转换为NH4+-N的厌氧发酵产酸池、用于接受来自厌氧发酵产酸池的废水并进行异养短程硝化的异养短程硝化池、用于将异养短程硝化池的出水进行超滤并将超滤后的浓缩水回流至异养短程硝化池的超滤池、用于浓缩富集超滤池的出水中亚硝氮浓度的反渗透/阴离子交换膜浓缩单元以及对对反渗透/阴离子交换膜浓缩单元的浓缩水进行ANAMMOX反应而为厌氧氨氧化菌提供充足的电子受体的ANAMMOX反应池。
5.根据权利要求4所述的匹配厌氧氨氧化的异养短程硝化工艺的系统，其特征在于：所述异养短程硝化池底部设有为异样短程硝化过程提供氧气的曝气盘。
6.根据权利要求4或5所述的匹配厌氧氨氧化的异养短程硝化工艺的系统，其特征在于：所述异养短程硝化池设有保持系统废水处理温度约为28℃的加热装置。
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