CN110723817A - 一种高效处理低碳高氨氮废水的短程硝化-厌氧氨氧化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效处理低碳高氨氮废水的短程硝化‑厌氧氨氧化工艺,该工艺将待处理的低碳高氨氮废水导入厌氧氨氧化区进行厌氧氨氧化反应,反应出水通过溢流方式依次进入一组至少包括3个以上依次连接的短程硝化区中进行短程硝化反应,最后一个短程硝化区内的反应废水一部分回流至厌氧氨氧化区重新反应,另一部分水回流至第一个短程硝化区内重新反应;直至最后一个短程硝化区内的反应废水中亚硝酸氮与氨氮质量浓度之比为1.0~1.5,最后反应达标的废水通过溢流方式进入硝化区进一步除碳脱氮。本发明高效脱氮工艺在处理低碳高氨氮废水时,废水碳氮比小于2,无需投加碳源和曝气需求量极低,处理成本极低,可大幅降低企业污水处理成本。
Description
技术领域
本发明属于污水处理领域,具体涉及一种高效处理低碳高氨氮废水的短程硝化-厌氧氨氧化工艺。
背景技术
随着社会经济的发展,废水种类日益增多,对环境的影响也越来越严重。其中有一类废水COD较低,但氨氮含量很高,一般工艺无法低成本处理此类废水。如果直接排放,会造成水体富营养化,藻类过度生长,不仅降低了水体观赏价值,而且使水生生物缺氧死亡。一些藻类蛋白毒素还会经过食物链使人中毒,严重危害人类及生物生存。因此,如何经济有效地处理低碳高氨氮废水已成为亟待解决的问题。
生物脱氮是从废水中去除氮素污染的最为经济有效的方法之一,根据前人理论,生物脱氮需先硝化然在反硝化,包括好氧硝化和厌氧反硝化两个过程,这两个过程是分别在好氧和缺氧环境中进行的。其中,硝化过程是指氨氮被硝化细菌AOB氧化成亚硝酸盐,最后在硝化细菌NOB的作用下转化为硝酸盐;反硝化过程是在厌氧环境的前提下由反硝化菌将硝酸盐还原为氮气。但是该过程对COD与TN的比例有严格要求,一般需满足C/N>15。因此,处理低碳高氨氮废水需额外投加大量的碳源,处理成本急剧升高。
随着低碳高氨氮废水问题日益严重,同步硝化反硝化(SND)技术应运而生。SND是指硝化反应和反硝化反应在同一反应器内同步进行的新型工艺,在SND工艺中,硝化反应的产物可直接成为反硝化反应的底物,因此,整个脱氮反应过程加快,水力停留时间可缩短。在废水脱氮工艺中,有机物氧化、硝化和反硝化在反应器中同时实现,既提高脱氮效果,又节约了曝气和混合液回流所需的能源。此外,在SND工艺中,反硝化反应中所释放出的碱度可部分补偿硝化反应所需要的碱,使系统的pH值相对稳定,废水中的有机物为反硝化提供了碳源,减少或使系统无需添加外碳源。但即使如此,SND对碳源的需求也很高,一般需要C/N>10,只能在一定程度上解决问题。
随着进一步的研究,厌氧氨氧化细菌被科研人员发现,厌氧氨氧化细菌是一类化能无机营养菌,其无需碳源即可将氮素转化为氮气排出。此类细菌的发现为低碳高氨氮废水高效处理指明了方向。
目前尽管厌氧氨氧化有了较大的发展,但是普遍只能在实验室类小试成功。主要原因为厌氧氨氧化工艺前置条件苛刻,且废水中氮污染主要是氨氮形式存在,且亚硝酸氮无法在自然环境中长时间存在,随着时间的变化会转化为硝酸氮,因此很难大规模有效处理低碳高氨氮废水。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种高效处理低碳高氨氮废水的短程硝化-厌氧氨氧化工艺,以解决现有生物技术处理低碳高氨氮废水效果不佳的问题。
为了解决上述技术问题,本发明采取的技术方案如下:
一种高效处理低碳高氨氮废水的短程硝化-厌氧氨氧化工艺,包括如下步骤:
(1)将待处理的低碳高氨氮废水导入厌氧氨氧化区进行厌氧氨氧化反应;
(2)步骤(1)厌氧氨氧化反应出水通过溢流方式依次进入一组至少包括3个以上依次连接的短程硝化区中进行短程硝化反应;
(3)将步骤(2)最后一个短程硝化区内的反应废水一部分回流至厌氧氨氧化区重新反应,另一部分水回流至第一个短程硝化区内重新反应;直至最后一个短程硝化区内的反应废水中亚硝酸氮与氨氮质量浓度之比为1.0~1.5;
(4)步骤(3)反应达标的废水通过溢流方式进入硝化区进一步除碳脱氮;
其中,所述厌氧氨氧化区内设有用于混合进水和回流液的搅拌器;
所述厌氧氨氧化区、各短程硝化区底部均设有曝气管,所述硝化区底部设有曝气盘;厌氧氨氧化区、各短程硝化区、硝化区内均填充有生物填料。
厌氧氨氧化原理:
NH4 ++1.32NO2 -+0.066HCO3 -+0.13H+→N2+0.26NO3 -+0.066CH2O0.5N0.15+2H2O。
传统生物脱氮原理:
NH4 +→NO2 -→NO3 -→NO2 -→N2。
所述依次连接的短程硝化区中溶解氧质量浓度依次增加,废水中氨氮一部分氨氮会在各个短程硝化区转化为亚硝酸氮,由于各个短程硝化区条件差异,最后一个短程硝化区的亚硝酸氮会较高,对水体微生物有危害作用,因此将最后一个短程硝化区中的处理废水一部分回流至厌氧氨氧化区重新进行厌氧氨氧化反应,另一部分废水回流至第一个短程硝化区重新进行短程硝化反应;使得最后一个短程硝化区内的反应废水中亚硝酸氮与氨氮质量浓度之比大致在1.0~1.5之间。
具体地,步骤(1)中,所述待处理的低碳高氨氮废水COD 100~1200mg/L,氨氮600~800mg/L,C/N<2。
优选地,步骤(1)中,所述厌氧氨氧化区中溶解氧浓度为0.01~0.2mg/L,优选0.1mg/L;内部投加有生物填料,所述生物填料密度为0.90-0.99g/cm3,填充率为30vt%。
优选地,步骤(2)中,所述短程硝化区有四个,其中,前两个短程硝化区中溶解氧浓度为0.3~0.5mg/L,后两个短程硝化区中溶解氧浓度为0.5~1.0mg/L;各短程硝化区内部投加有生物填料,所述生物填料密度为0.95-0.99g/cm3,填充率为20vt%;更优选地,第一个短程硝化区的溶解氧浓度为0.3mg/L,第二个短程硝化区的溶解氧浓度为0.5mg/L,第三个短程硝化区的溶解氧为0.5mg/L,第四个短程硝化区的溶解氧浓度为1.0mg/L。
步骤(3)中,最后一个短程硝化区内的反应废水向厌氧氨氧化区回流的流速为进水流速的50~100%;最后一个短程硝化区内的反应废水向第一个短程硝化区回流的流速为进水流速的100~200%。
优选的,最后一个短程硝化区内的反应废水向厌氧氨氧化区回流的流速为进水流速的80%;最后一个短程硝化区内的反应废水向第一个短程硝化区回流的流速为进水流速的150%。
步骤(4)中,所述硝化区中溶解氧浓度为2.0~4.0mg/L,优选3.0mg/L;内部投加有生物填料,所述生物填料密度为0.95-0.99g/cm3,填充率为30vt%。
优选地,厌氧氨氧化区、各短程硝化区、硝化区内接种有活性污泥,所述活性污泥来源于味精生产企业,接种量20~40wt%,活性污泥浓度为2000~4000mg/L,SV30为30~50%。
优选地,厌氧氨氧化区、各短程硝化区、硝化区的反应温度分别控制在30~40℃,优选37℃。
进一步地,步骤(2)中,各短程硝化区前期启动阶段需要增加碱度,控制pH控制在8~9之间。
采用上述方法处理低碳高氨氮废水,处理后的废水氨氮小于5mg/L,总氮小于40mg/L。
有益效果:
(1)传统生物脱氮工艺,如A2/O工艺等,其废水C/N需大于15,才可进行生物脱氮,同步硝化反硝化C/N需>10才可进行生物脱氮,但C/N无法达到需求时,需额外投加碳源,如葡萄糖、乙酸及乙酸钠等,处理成本成倍增长。而本发明处理的低碳高氨氮废水其C/N小于2,本发明工艺处理时无需投加碳源,同时无需以任何形式增加水体中的碳源(如一些工艺在水体填充腐木来缓慢释放碳源等),氨氮和总氮即可降低至设计标准以下,处理成本低。
(2)本发明将短程硝化通过4个短程硝化区来实现条件梯度控制,可更稳定的实现短程硝化功能,逐步将氨氮转化为亚硝酸氮,抑制亚硝酸氮转化为硝酸氮,过程可控,短程硝化工艺运行更加稳定,使得亚硝酸氮与氨氮的比例保持稳定,实现厌氧氨氧化高效脱氮。
(3)本发明将厌氧氨氧化工艺设置在短程硝化工艺之前,是利用厌氧区可进行氨化作用,将氮素中的有机氮转化为氨氮,为后段短程硝化创造有利条件,且脱氮更完全;在工艺的末端设计好氧曝气池,可进一步降低水中的COD、硝酸氮及亚硝酸氮等污染物,同时将随着水体流失的厌氧菌和兼氧菌裂解降解,增加水体的澄清度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明,本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明处理工艺的流程简图。
具体实施方式
根据下述实施例,可以更好地理解本发明。
说明书附图所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
如图1所示,为本实施例中处理低碳高氨氮废水的污水处理工艺流程示意图。首先低碳高氨氮废水进入厌氧氨氧化区进行厌氧氨氧化,然后通过溢流方式依次进入短程硝化区1-4,废水中一部分氨氮会在兼氧区转化为亚硝酸氮,因为短程硝化区1-4的条件差异,短程硝化区4的亚硝酸氮会较高,对水体微生物有危害作用,因此将短程硝化区4回流一部分至短程硝化区1,另一部分废水回流至厌氧氨氧化区重新反应,直至短程硝化区4的亚硝酸氮与氨氮比例大致在1.0,反应达标的废水通过溢流方式进入硝化区进一步除碳脱氮。
厌氧氨氧化区内设有用于混合进水和回流液的搅拌器;厌氧氨氧化区、各短程硝化区底部均设有曝气管,所述硝化区底部设有曝气盘,各短程硝化区内的溶解氧质量浓度依次增加;厌氧氨氧化区、各短程硝化区、硝化区内均填充有聚乙烯生物填料。
其中,厌氧氨氧化区填料密度0.9g/cm3,填充率30%;各短程硝化区填料密度0.95g/cm3,填充率20%;硝化区填料密度0.95g/cm3,填充率30%。控制厌氧氨氧化区溶解氧浓度为0.2mg/L,短程硝化区1的溶解氧浓度为0.4mg/L,短程硝化区2的溶解氧浓度为0.5mg/L,短程硝化区3的溶解氧为0.8mg/L,短程硝化区4的溶解氧浓度为1.0mg/L,硝化区的溶解氧浓度为4.0mg/L。
厌氧氨氧化区、各短程硝化区、硝化区内接种有活性污泥,污泥浓度控制在4000mg/L,SV30控制在50%。短程硝化区4至短程硝化区1的内回流流速为进水流速的100%,短程硝化区4至厌氧氨氧化区的外回流的流速为进水流速的200%。
厌氧氨氧化区、各短程硝化区、硝化区的反应温度均控制在40℃。
以该工艺条件处理某企业低碳高氨氮废水,氨氮600~800mg/L,COD800~1200mg/L,C/N=1~2。驯化运行时间为15天,需每天在各短程硝化区投加碳酸钠,保持四个短程硝化区pH值为8~9。稳定运行一定时间,处理后氨氮小于5mg/L,总氮小于40mg/L,见表1。
表1
实施例2
处理装置和实施例1相同,其中,厌氧氨氧化区填料密度0.985g/cm3,填充率30%;各短程硝化区填料密度0.978g/cm3,填充率20%;硝化区填料密度0.97g/cm3,填充率30%。控制厌氧氨氧化区溶解氧浓度为0.1mg/L,短程硝化区1的溶解氧浓度为0.3mg/L,短程硝化区2的溶解氧浓度为0.5mg/L,短程硝化区3的溶解氧为0.5mg/L,短程硝化区4的溶解氧浓度为1.0mg/L,硝化区的溶解氧浓度为3.0mg/L。
厌氧氨氧化区、各短程硝化区、硝化区内接种有活性污泥,污泥浓度控制在3000mg/L,SV40控制在40%。短程硝化区4至短程硝化区1的内回流流速为进水流速的80%,短程硝化区4至厌氧氨氧化区的外回流的流速为进水流速的150%。直至短程硝化区4的亚硝酸氮与氨氮比例大致在1.32,反应达标的废水通过溢流方式进入硝化区进一步除碳脱氮。
厌氧氨氧化区、各短程硝化区、硝化区的反应温度均控制在37℃。
以该工艺条件处理某企业低碳高氨氮废水,氨氮600~800mg/L,COD 300~800mg/L,0.5<C/N<1。驯化运行时间为15天,需每天在各短程硝化区投加碳酸钠,保持四个短程硝化区pH值为8~9。稳定运行一定时间,处理后氨氮小于1mg/L,总氮小于30mg/L,见表2。
表2
实施例3
处理装置和实施例1相同,其中,厌氧氨氧化区填料密度0.99g/cm3,填充率30%;各短程硝化区填料密度0.98g/cm3,填充率20%;硝化区填料密度0.99g/cm3,填充率30%。控制厌氧氨氧化区溶解氧浓度为0.01mg/L,短程硝化区1的溶解氧浓度为0.3mg/L,短程硝化区2的溶解氧浓度为0.4mg/L,短程硝化区3的溶解氧为0.5mg/L,短程硝化区4的溶解氧浓度为0.7mg/L,硝化区的溶解氧浓度为2mg/L。
厌氧氨氧化区、各短程硝化区、硝化区内接种有活性污泥,污泥浓度控制在2000mg/L,SV30控制在30%。短程硝化区4至短程硝化区1的内回流流速为进水流速的50%,短程硝化区4至厌氧氨氧化区的外回流的流速为进水流速的100%。直至短程硝化区4的亚硝酸氮与氨氮比例大致在1.5,反应达标的废水通过溢流方式进入硝化区进一步除碳脱氮。
厌氧氨氧化区、各短程硝化区、硝化区的反应温度均控制在30℃。
以该工艺条件处理某企业低碳高氨氮废水,氨氮600~800mg/L,COD 100~300mg/L,C/N<0.5。驯化运行时间为15天,需每天在各短程硝化区投加碳酸钠,保持四个短程硝化区pH值为8~9。稳定运行一定时间,处理后氨氮小于3mg/L,总氮小于50mg/L,见表3。
表3
本发明提供了一种高效处理低碳高氨氮废水的短程硝化-厌氧氨氧化工艺的思路及方法,具体实现该技术方案的方法和途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种高效处理低碳高氨氮废水的短程硝化-厌氧氨氧化工艺,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将待处理的低碳高氨氮废水导入厌氧氨氧化区进行厌氧氨氧化反应;
(2)步骤(1)厌氧氨氧化反应出水通过溢流方式依次进入一组至少包括3个以上依次连接的短程硝化区中进行短程硝化反应;
(3)将步骤(2)最后一个短程硝化区内的反应废水一部分回流至厌氧氨氧化区重新反应,另一部分水回流至第一个短程硝化区内重新反应;直至最后一个短程硝化区内的反应废水中亚硝酸氮与氨氮质量浓度之比为1.0~1.5;
(4)步骤(3)反应达标的废水通过溢流方式进入硝化区进一步除碳脱氮;
其中,所述厌氧氨氧化区内设有用于混合进水和回流液的搅拌器;
所述厌氧氨氧化区、各短程硝化区底部均设有曝气管,所述硝化区底部设有曝气盘,各短程硝化区内的溶解氧质量浓度依次增加;厌氧氨氧化区、各短程硝化区、硝化区内均填充有生物填料。
2.根据权利要求1所述的高效处理低碳高氨氮废水的短程硝化-厌氧氨氧化工艺,其特征在于,步骤(1)中,所述待处理的低碳高氨氮废水COD 100~1200mg/L,氨氮600~800mg/L,C/N<2。
3.根据权利要求2所述的高效处理低碳高氨氮废水的短程硝化-厌氧氨氧化工艺,其特征在于,步骤(1)中,所述厌氧氨氧化区中溶解氧浓度为0.01~0.2mg/L;内部投加有生物填料,所述生物填料密度为0.90-0.99g/cm3,填充率为30vt%。
4.根据权利要求2所述的高效处理低碳高氨氮废水的短程硝化-厌氧氨氧化工艺,其特征在于,步骤(2)中,所述短程硝化区有四个,其中,前两个短程硝化区中溶解氧浓度为0.3~0.5mg/L,后两个短程硝化区中溶解氧浓度为0.5~1.0mg/L;各短程硝化区内部投加有生物填料,所述生物填料密度为0.95-0.99g/cm3,填充率为20vt%。
5.根据权利要求2所述的高效处理低碳高氨氮废水的短程硝化-厌氧氨氧化工艺,其特征在于,步骤(3)中,最后一个短程硝化区内的反应废水向厌氧氨氧化区回流的流速为进水流速的50~100%;最后一个短程硝化区内的反应废水向第一个短程硝化区回流的流速为进水流速的100~200%。
6.根据权利要求2所述的高效处理低碳高氨氮废水的短程硝化-厌氧氨氧化工艺,其特征在于,步骤(4)中,所述硝化区中溶解氧浓度为2.0~4.0mg/L;内部投加有生物填料,所述生物填料密度为0.95-0.99g/cm3,填充率为30vt%。
7.根据权利要求2所述的高效处理低碳高氨氮废水的短程硝化-厌氧氨氧化工艺,其特征在于,厌氧氨氧化区、各短程硝化区、硝化区内接种有活性污泥,所述活性污泥来源于味精生产企业,接种量20~40wt%,活性污泥浓度为2000~4000mg/L,SV30为30~50%。
8.根据权利要求2所述的高效处理低碳高氨氮废水的短程硝化-厌氧氨氧化工艺,其特征在于,厌氧氨氧化区、各短程硝化区、硝化区的反应温度分别控制在30~40℃。
9.根据权利要求2所述的高效处理低碳高氨氮废水的短程硝化-厌氧氨氧化工艺,其特征在于,步骤(2)中,各短程硝化区中处理水pH控制在8~9之间。
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