CN109879429A - 基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理系统和方法，处理系统包括进水池、生物脱氮反应器和曝气系统，生物脱氮反应器内部填充有滤料层，曝气系统与生物脱氮反应器的底部连通，生物脱氮反应器设有回流系统，进水池和回流系统与生物脱氮反应器的底部连通。处理方法包括：自养硝化微生物的富集培养；硝化进程检测；厌氧氨氧化过程的诱导；厌氧氨氧化进程检测；废水脱氮处理。本发明能够解决厌氧氨氧化菌来源问题，克服现有反硝化脱氮对于废水中碳源的依赖，适于低C/N比废水的脱氮处理，提升脱氮效率和稳定性。

Description

基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理系统和方法

技术领域

本发明属于废水生物处理的技术领域，特别是涉及一种基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理系统和方法。

背景技术

氮元素是造成水体富营养化的关键因素，是最典型且基本不可逆的水体污染问题，不仅会危害人体及其他生物的健康和安全，还会造成水资源短缺。因此，脱氮对于控制水体富营养化具有重要的作用。

目前，废水、污水中氮元素的去除以生物法为主(全称硝化-反硝化)，但是传统的生物反硝化脱氮对于碳源有严格要求，而且硝化过程和反硝化过程对碳源的要求矛盾，往往导致反硝化阶段的碳源不足。对于C/N比失调的污水或者废水，通过传统的生物反硝化高效脱氮更是难以实现。厌氧氨氧化是新型生物脱氮的代表技术之一，它通过自养生物脱氮将氨氮和亚硝态氮转化为氮气。同时，厌氧氨氧化菌为自养菌，代谢过程无需有机碳源，废水、污水中的有机物得以最大程度保留，可用于厌氧代谢产甲烷等，从而提高了资源和能源的利用。因此，厌氧氨氧化工艺具有经济、高效、节能等优点，具有良好的应用前景和商业价值。但在该工艺的广泛应用，仍然受到接种物来源、运行工艺条件复杂等因素制约。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理系统和方法，解决厌氧氨氧化菌来源问题，克服现有反硝化脱氮对于废水中碳源的依赖，适于低C/N比废水的脱氮处理，提升脱氮效率和稳定性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理系统，包括进水池、生物脱氮反应器和曝气系统，所述生物脱氮反应器内部填充有滤料层，所述曝气系统与生物脱氮反应器的底部连通，所述生物脱氮反应器设有回流系统，所述进水池和回流系统与生物脱氮反应器的底部连通。

所述进水池通过进水管与生物脱氮反应器底部连通，所述进水管上设有进水泵。

所述曝气系统包括通过进气管连接的空压机、流量计、进气阀门和曝气盘，所述曝气盘设置于生物脱氮反应器内的底部。

所述生物脱氮反应器内部自上而下依次填充有滤料层和支承层。

所述滤料层填充的多孔滤料为活性炭、陶粒、火山岩中的一种或多种，所述滤料层的高度为2～4.5m，所述多孔滤料的粒径为0.5～2mm。

所述回流系统包括出水管、外循环回流管和外回流泵，所述出水管与生物脱氮反应器的上部连通，所述外循环回流管上端与出水管连通、下端与生物脱氮反应器底部连通，所述外循环回流管上设有外回流泵，所述出水管与储水池连通。

所述生物脱氮反应器侧壁自上而下间隔设有若干取样口。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理方法，使用了上述的基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理系统，包括以下步骤：

(1)自养硝化微生物的富集培养：在生物脱氮反应器中接种普通活性污泥，好氧条件下以氨氮浓度为100～200mg/L的进水启动生物脱氮反应器进行好氧硝化作用使得硝化微生物在滤料层中富集；

(2)硝化进程检测：对生物脱氮反应器的出水进行取样检测，当出水中氨氮发生硝化或亚硝化的效率达到70％以上，自养硝化微生物富集培养完成；

(3)厌氧氨氧化过程的诱导：停止对生物脱氮反应器曝气，以硝态氮和氨氮为代谢基质的进水加入到生物脱氮反应器中诱导硝化微生物产生厌氧氨氧化作用，进水中亚硝态氮和氨氮的浓度比为1～1.3:1、总氮浓度为100～200mg/L；

(4)厌氧氨氧化进程检测：对生物脱氮反应器的出水进行取样检测，当出水中亚硝态氮和氨氮的去除效率达到70％以上，厌氧氨氧化作用诱导完成；

(5)废水脱氮处理：以含有氨氮、硝态氮、亚硝态氮的废水为进水加入到生物脱氮反应器中进行脱氮处理。

所述步骤(1)中控制生物脱氮反应器中的水体溶解氧浓度为0.5～3mg/L，且过程中前期溶解氧浓度高、后期溶解氧浓度低；所述步骤(1)和步骤(3)中控制生物脱氮反应器中的水体上升流速为0.5～5m/h。

当生物脱氮反应器的流动阻力增大时，用水对生物脱氮反应器进行反冲洗，反冲洗强度为4～6L/(m²·h)，反冲洗时间为1～2min。

有益效果

第一，在本发明中，通过接种普通活性污泥并对其中的自养硝化微生物进行富集培养和厌氧氨氧化诱导，实现系统的厌氧氨氧化功能，有效解决厌氧氨氧化菌的来源问题。

第二，本发明能够实现在厌氧条件下对废水的生物脱氮，全程自养生物脱氮，无需外来碳源的加入，克服了传统反硝化脱氮对于碳源的依赖，有利于提高经济效益，尤其适于对低C/N比废水的脱氮处理。

第三，生物脱氮反应器以多孔滤料填充层为基础作为微生物附着载体，具有微生物浓度高、附着稳定不易流失、抗水流冲击能力强的特点，有利于提升废水脱氮效率和稳定性的效果，且污泥产量低，提高尾水水质。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示的一种基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理系统，包括进水池1、生物脱氮反应器2、曝气系统和储水池3。

进水池1通过进水管6与生物脱氮反应器2底部连通，进水管6上设有进水泵5，进水池1底部设有放空管4。曝气系统包括依次通过进气管连接的空压机12、流量计13、进气阀门14和曝气盘15，曝气盘15设置于生物脱氮反应器2内的底部，用于向生物脱氮反应器2内部均匀曝气。生物脱氮反应器2内部自上而下依次填充有滤料层8和支承层7，滤料层8填充的多孔滤料为活性炭、陶粒、火山岩中的一种或多种，滤料层8的高度为2～4.5m，多孔滤料的粒径为0.5～2mm。以活性炭、陶粒或者火山岩作为微生物载体，具有微生物浓度高和稳定性高的特点，微生物不易流失，泥龄和水力停留时间分离，适宜世代时间较长微生物的固定化和稳定培养。

回流系统包括出水管10、外循环回流管11和外回流泵16。出水管10与生物脱氮反应器2的上部连通，外循环回流管11上端与出水管10连通，下端与生物脱氮反应器2底部连通，外循环回流管11上设有外回流泵16。出水管10与储水池3连通。生物脱氮反应器2的侧壁自上而下间隔设有若干取样口17，取样口17的设置区间与滤料层8相对应，用于对不同位置的滤料层8进行取样观察和微生物检测。

下面提供一种基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理方法，使用了上述的基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理系统，包括以下步骤：

(1)自养硝化微生物的富集培养：在生物脱氮反应器2中接种普通活性污泥，好氧条件下以氨氮浓度为100～200mg/L的进水启动生物脱氮反应器2进行好氧硝化作用，使得硝化微生物在滤料层8中以生物膜的形式在多孔滤料上富集，随着硝化微生物在多孔滤料上富集，出水亚硝态氮或硝态氮浓度逐渐增加。控制生物脱氮反应器2中的水体溶解氧浓度为0.5～3mg/L，且过程中前期溶解氧浓度高、后期溶解氧浓度低。该过程通过回流系统强化内部的传质作用，控制生物脱氮反应器2中的水体上升流速为0.5～5m/h。

(2)硝化进程检测：对生物脱氮反应器2的出水进行取样检测，当出水中氨氮发生硝化或亚硝化的效率达到70％以上，自养硝化微生物富集培养完成。

(3)厌氧氨氧化过程的诱导：停止对生物脱氮反应器2曝气，在进水池1中配制以亚硝态氮和氨氮为营养物的进水，将硝态氮和氨氮为代谢基质的进水加入到生物脱氮反应器2中诱导硝化微生物产生厌氧氨氧化作用。进水中亚硝态氮和氨氮的浓度比为1～1.3:1，总氮浓度为100～200mg/L，进水不含有机物(碳源)，但含有微生物必需其它营养元素。该过程通过回流系统强化内部的传质作用，控制生物脱氮反应器2中的水体上升流速为0.5～5m/h。

(4)厌氧氨氧化进程检测：对生物脱氮反应器2的出水进行取样检测，当出水中亚硝态氮和氨氮的去除效率达到70％以上，厌氧氨氧化作用诱导完成。

(5)废水脱氮处理：逐渐增加系统的总氮负荷，系统进入稳定运行期，以含有氨氮、硝态氮、亚硝态氮的废水为进水加入到生物脱氮反应器2中进行脱氮处理，在合理的C/N摩尔比条件下，系统的脱氮效率达到80％以上。

当生物脱氮反应器2的流动阻力增大时，用水作为反冲介质，对生物脱氮反应器2进行反冲洗，去除过量的微生物，恢复反应器正常阻力，确保系统稳定运行。生物脱氮反应器2的反冲洗强度为4～6L/(m²·h)，反冲洗时间视反冲洗出水浊度而定，一般为1～2min。

Claims (10)

1.一种基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理系统，包括进水池(1)、生物脱氮反应器(2)和曝气系统，其特征在于：所述生物脱氮反应器(2)内部填充有滤料层(8)，所述曝气系统与生物脱氮反应器(2)的底部连通，所述生物脱氮反应器(2)设有回流系统，所述进水池(1)和回流系统与生物脱氮反应器(2)的底部连通。

2.根据权利要求1所述的一种基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理系统，其特征在于：所述进水池(1)通过进水管(6)与生物脱氮反应器(2)底部连通，所述进水管(6)上设有进水泵(5)。

3.根据权利要求1所述的一种基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理系统，其特征在于：所述曝气系统包括通过进气管连接的空压机(12)、流量计(13)、进气阀门(14)和曝气盘(15)，所述曝气盘(15)设置于生物脱氮反应器(2)内的底部。

4.根据权利要求1所述的一种基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理系统，其特征在于：所述生物脱氮反应器(2)内部自上而下依次填充有滤料层(8)和支承层(7)。

5.根据权利要求1所述的一种基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理系统，其特征在于：所述滤料层(8)填充的多孔滤料为活性炭、陶粒、火山岩中的一种或多种，所述滤料层(8)的高度为2～4.5m，所述多孔滤料的粒径为0.5～2mm。

6.根据权利要求1所述的一种基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理系统，其特征在于：所述回流系统包括出水管(10)、外循环回流管(11)和外回流泵(16)，所述出水管(10)与生物脱氮反应器(2)的上部连通，所述外循环回流管(11)上端与出水管(10)连通、下端与生物脱氮反应器(2)底部连通，所述外循环回流管(11)上设有外回流泵(16)，所述出水管(10)与储水池(3)连通。

7.根据权利要求1所述的一种基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理系统，其特征在于：所述生物脱氮反应器(2)侧壁自上而下间隔设有若干取样口(17)。

8.一种基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理方法，其特征在于使用了权利要求1所述的基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理系统，包括以下步骤：

(1)自养硝化微生物的富集培养：在生物脱氮反应器(2)中接种普通活性污泥，好氧条件下以氨氮浓度为100～200mg/L的进水启动生物脱氮反应器(2)进行好氧硝化作用使得硝化微生物在滤料层(8)中富集；

(2)硝化进程检测：对生物脱氮反应器(2)的出水进行取样检测，当出水中氨氮发生硝化或亚硝化的效率达到70％以上，自养硝化微生物富集培养完成；

(3)厌氧氨氧化过程的诱导：停止对生物脱氮反应器(2)曝气，以硝态氮和氨氮为代谢基质的进水加入到生物脱氮反应器(2)中诱导硝化微生物产生厌氧氨氧化作用，进水中亚硝态氮和氨氮的浓度比为1～1.3:1、总氮浓度为100～200mg/L；

(4)厌氧氨氧化进程检测：对生物脱氮反应器(2)的出水进行取样检测，当出水中亚硝态氮和氨氮的去除效率达到70％以上，厌氧氨氧化作用诱导完成；

(5)废水脱氮处理：以含有氨氮、硝态氮、亚硝态氮的废水为进水加入到生物脱氮反应器(2)中进行脱氮处理。

9.根据权利要求1所述的一种基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理方法，其特征在于：所述步骤(1)中控制生物脱氮反应器(2)中的水体溶解氧浓度为0.5～3mg/L，且过程中前期溶解氧浓度高、后期溶解氧浓度低；所述步骤(1)和步骤(3)中控制生物脱氮反应器(2)中的水体上升流速为0.5～5m/h。

10.根据权利要求1所述的一种基于厌氧氨氧化自养脱氮废水生物处理方法，其特征在于：当生物脱氮反应器(2)的流动阻力增大时，用水对生物脱氮反应器(2)进行反冲洗，反冲洗强度为4～6L/(m²·h)，反冲洗时间为1～2min。