CN111484138A - 一种同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺控制方法,包括如下步骤:(1)建立反应系统;(2)、进行微生物培养;(3)、富集厌氧产甲烷菌;(4)、富集好氧甲烷氧化菌;(5)、富集反硝化菌,在此工艺条件下,系统去除91.4%~98.8%COD,93.2~99%NO3‑N和71%~93.5%TN,甲烷回收量为180~660mL/d。本发明经济高效,可产生良好的社会和经济效益。不仅去除了废水中的有机和氮污染物,消除了出水溶解性甲烷温室效应,同时还可以回收部分气态甲烷。
Description
技术领域
本发明属于废水生物处理技术领域,具体为一种同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺控制方法。
背景技术
厌氧生物处理是高浓度有机废水处理的常见方法,然而一些乳品、炸药、化肥、核工业、垃圾填埋等行业产生的高浓度有机废水中往往同时含有大量硝酸盐(超过200mgNO3 --N/L),因此在传统的有机物厌氧处理中需要考虑脱氮问题。传统厌氧消化后还需要进一步配合单独反硝化过程,然而这种方式并不经济,其一:由于COD已被厌氧去除,因此需要外加碳源,增加了经济成本和运行费用;其二:厌氧消化液中含有大量的甲烷,后续过程中若运行不当很可能造成甲烷释放到大气中,形成温室效应。
近年来,甲烷氧化作为一种新的全球碳途径被逐步发现,甲烷氧化在甲烷减排过程中发挥着重要作用。与厌氧甲烷氧化相比,好氧甲烷氧化菌具有生长速度快、代谢能力强、环境敏感性差等潜在优势,好氧甲烷氧化意味着甲烷可以在有氧条件下被氧化成一些有机中间体(如甲醇、甲醛、甲酸等),从而为硝酸盐脱氮提供替代的电子供体。到目前为止,好氧甲烷氧化耦合反硝化在污水生物反应器中被发现和研究,然而为了提高甲烷的传质效率,一般采用外部供气方式,即向系统直接曝甲烷气或采用膜曝甲烷气生物膜反应器间接向液体中注入甲烷气,外部甲烷供气无形增加了投资和运行成本,多余的甲烷不仅造成浪费,而且极容易爆炸,增大了安全操作风险隐患。
发明内容
本发明针对现有外部甲烷供气方式的运行成本高、操作难度大、安全风险高等缺点,提供了一种同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺控制方法。
本发明是采用如下技术方案实现的:
一种同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺控制方法,包括如下步骤:
(1)建立反应系统包括:进水调节池、进水蠕动泵、膨胀颗粒污泥床生物膜反应器、内循环泵、空压机;
膨胀颗粒污泥床生物膜反应器包括主体反应区和三相分离器两部分,体积比为(1~1.2):1;主体反应区下部为颗粒污泥床,主体反应区顶部布置固定填料床,固定填料床占主体反应区体积40%~60%;三相分离器位于反应器顶部,主要功能为沉淀污泥,分离处理后的废水并收集甲烷气体;主体反应区和三相分离器均设置取样口和观察口;
固定填料床填充聚氨酯(PU)海绵,聚氨酯海绵呈8~25mm的正方体,内部孔径2~7mm,相互贯通,载体(聚氨酯海绵)填充率为40%~60%。
(2)、进行微生物培养
污泥床直接采用城市污水处理厂浓缩池污泥和好氧曝气池污泥的混合污泥作为接种污泥,混合质量比为(2~3):1,接种体积占主体反应区的20~40%,将混合污泥从顶部自上而下倒入反应器内。
进水(自配模拟废水,下同)C:N:P比例为200:5:1,碳源为葡萄糖或乙酸钠,氮源为氯化铵、硫酸铵或尿素,磷源为磷酸二氢钾或磷酸氢钾,经过闷曝、间歇进水和连续小流量进水,通过加热温度控制器保证系统水温35±2℃,培养时间为5.5~7.5天。
其中,进水中还加入微量元素储备液,微量元素储备液成分如下:FeCl3·4H2O(2000mg/L),CoCl2·6H2O(2000mg/L),MnCl2·4H2O(500mg/L),CuCl2·2H2O(30mg/L),ZnCl2(50mg/L),H3BO3(50mg/L),(NH4)6Mo7O24·4H2O(90mg/L),Na2SeO3(100mg/L),NiCl2·6H2O(50mg/L),EDTA(1000mg/L)。
其中,闷曝、间歇进水和连续小流量进水具体为:首先过滤去除不溶性杂质,闷曝24h;然后将污泥与进水等体积比例混合后置入反应器,静置12h;待污泥接种到填料上后曝气12h,排掉1/3上清液,之后加入1/3进水后重复该过程(曝气12h,排掉1/3上清液),持续运行2~3天;最后以小流量(HRT为4天)连续流进水注满反应器后以恢复污泥活性,再持续小流量进水运行2~3天。
(3)、富集厌氧产甲烷菌
进水(高浓度有机废水,以葡萄糖作为底物,不加硝酸盐)首先流入进水调节池;随后通过进水蠕动泵将原污水打入主体反应区底部,依次流经污泥床、填料床,最终由三相分离器的三角出水堰排出,其中一部分出水通过内循环泵与进水混合重新进入主体反应区底部,内回流比为20%~50%(另一部分出水可直接排放);通过稳定运行快速生成甲烷,进水pH值控制在7.2~7.5,水力停留时间(HRT)保持在2天,经过48天运行,通过肉眼观察可以明显看到连续小气泡生成,此时系统甲烷产量保持在600mL/d以上,COD去除率为95%以上,可以认为系统高效产甲烷功能建立。
(4)、富集好氧甲烷氧化菌
进水调节池内通过空压机对废水进行预曝气,控制反应器微氧环境,溶解氧DO<0.2mg/L,氧化还原电位ORP<-330mv以促进好氧甲烷氧化菌生长,反应器内部设置水温、DO、ORP多参数在线监测仪对水温和微氧环境进行实时监控,运行20~30天,通过观察生物载体区(固定填料床)已形成生物膜,生物膜厚度控制在800~1500μm,使得缺氧微区占整个生物膜厚度的45~55%,此时通过宏基因测序发现低氧生物膜内存在着大量的好氧甲烷氧化细菌。
(5)、富集反硝化菌
在充氧进水中逐步投加硝酸盐,其浓度分别为进水COD浓度的0.5%、1%、2%、6%~10%和10%~20%,最终C/N维持在5~15,每个比例运行15~20天,随着NO3-N增加,系统对硝酸盐去除和总氮去除效率不断提高,再经过110~120天连续运行,系统中同时存在产甲烷菌、好氧甲烷氧化菌和反硝化菌;
在此工艺条件下,系统去除91.4%~98.8% COD,93.2~99% NO3-N和71%~93.5% TN,甲烷回收量为180~660mL/d。
本发明提出了微氧颗粒污泥膨胀生物膜反应器处理高浓度有机废水所产生的甲烷作为气体来源,在培养富集产甲烷菌的基础上,逐步添加进水硝酸盐浓度,实现污泥相中产甲烷大量生长,通过设置具有高比表面和高填充率的生物填料区,大大延长了甲烷和微生物的接触时间,促进了甲烷在生物膜内的传质效率,所产生的甲烷气体可以被生物膜好氧甲烷氧化菌直接捕获利用,甲烷被氧化生成甲醇、甲醛及甲酸,进而为反硝化菌提供电子供体,强化脱氮。本发明通过产甲烷细菌、好氧甲烷氧化菌和反硝化菌在系统空间不同位置的优势共存和相互协作,实现对高浓度有机废水中的COD和硝态氮的同步去除并回收部分甲烷作为能源,具有不需要外部提供甲烷,甲烷氧化效率好,COD和NO3-N去除效率高,可以回收部分甲烷,消除废水中因溶解性甲烷导致的温室效应。
本发明具有以下有益效果:
1、利用进水预曝气方式,采用填充有多孔海绵的高效污泥膨胀床生物膜新型反应器,实现有机硝酸盐废水中有机物和氮的高效去除。
2、利用高浓度有机废水处理反应器自身产生的甲烷作为来源,在微氧条件下被氧化为甲醇、甲醛、甲酸等氧化产物,从而作为反硝化替代碳源,因此无需再投加外部碳源。
3、在微氧条件下,通过产甲烷、好氧甲烷氧化和反硝化同步耦合,系统可以去除90%以上COD,90%以上NO3-N和70%以上的TN并回收180mL/d以上的甲烷。
4、本发明经济高效,可产生良好的社会和经济效益。不仅去除了废水中的有机和氮污染物,消除了出水溶解性甲烷温室效应,同时还可以回收部分气态甲烷。
本发明设计合理,具有很好的实际应用价值。
附图说明
图1表示强化微氧产甲烷颗粒污泥反应系统示意图。
图中:1-进水调节池,2-进水蠕动泵,3-进水口,4-颗粒污泥床,5-固定填料床,6-三相分离器,7-集气口,8-三角出水堰,9-取样口,10-排泥口,11-内循环泵,12-空压机,13-质量流量计,14-湿式气体流量计,15-温控仪,16-膨胀颗粒污泥床生物膜反应器(EGSBBR),17-主体反应区,18-出水口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
如图1所示,建立强化微氧产甲烷颗粒污泥反应处理装置,包括:进水调节池1、进水蠕动泵2、膨胀颗粒污泥床生物膜反应器16(EGSBBR)、内循环泵11、空压机12、出水池等。
膨胀颗粒污泥床生物膜反应器16包括主体反应区17和三相分离器6两部分,体积比为(1~1.2):1;三相分离器6位于反应器顶部,主要功能为沉淀污泥,分离处理后的废水并收集甲烷气体;主体反应区17设有温控仪15,主体反应区17底部设有排泥口10,主体反应区17下部为颗粒污泥床4,主体反应区17顶部布置固定填料床5,固定填料床5占主体反应区17体积40%~60%;主体反应区17和三相分离器6均设置取样口9和观察口。针对污泥上浮问题,在高效污泥膨胀床反应器EGSB内增加固定式生物填料,形成膨胀颗粒污泥床生物膜反应器(Expanded Granular Sludge Blanket Biofilm Reactor,EGSBBR),利用生物膜反应器的优点可以有效避免污泥上浮问题,而且还可以提高反应器微生物总量,并为厌氧甲烷菌提供良好的生存微环境,保证加快反应器产甲烷启动时间。
固定填料床5内填充聚氨酯(PU)海绵,聚氨酯海绵呈8~25mm的正方体,内部孔径2~7mm,相互贯通,载体填充率为40%~60%。
颗粒污泥床4采用城市污水处理厂浓缩池污泥和好氧曝气池污泥的混合污泥作为接种污泥,混合质量比为(2~3):1,接种体积占主体反应区17的20%~40%。
空压机12的出口管路上安装质量流量计13后通入进水调节池1内,进水调节池1底部出口通过进水蠕动泵2连接膨胀颗粒污泥床生物膜反应器16的主体反应区17底部进口,膨胀颗粒污泥床生物膜反应器16的三相分离器6的三角出水堰8通过内循环泵11与主体反应区17底部进口连通,三角出水堰8另接有出水口18;三相分离器6的集气口7安装湿式气体流量计14。
实施例1
一种同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺控制方法,包括如下步骤:
(1)建立反应系统包括:进水调节池、进水蠕动泵、膨胀颗粒污泥床生物膜反应器、内循环泵、空压机;
膨胀颗粒污泥床生物膜反应器包括主体反应区和三相分离器两部分,体积比为(1~1.2):1;主体反应区下部为颗粒污泥床,主体反应区顶部布置固定填料床,固定填料床占主体反应区体积50%;三相分离器位于反应器顶部,主要功能为沉淀污泥,分离处理后的废水并收集甲烷气体;主体反应区和三相分离器均设置取样口和观察口;
固定填料床填充聚氨酯(PU)海绵,聚氨酯海绵呈8~25mm的正方体,内部孔径2~7mm,相互贯通,载体填充率为60%。
(2)、进行微生物培养
污泥床直接采用城市污水处理厂浓缩池污泥和好氧曝气池污泥的混合污泥作为接种污泥,混合质量比为2.5:1,接种体积占主体反应区的30%,将混合污泥从顶部自上而下倒入反应器内。
进水C:N:P比例为200:5:1,碳源为葡萄糖或乙酸钠,氮源为氯化铵、硫酸铵或尿素,磷源为磷酸二氢钾或磷酸氢钾,进水中还加入1mL微量元素储备液,经过闷曝、间歇进水和连续小流量进水,通过加热温度控制器保证系统水温35±2℃,培养时间为7.5天。
其中,闷曝、间歇进水和连续小流量进水具体为:首先过滤去除不溶性杂质,闷曝24h;然后将污泥与进水等体积比例混合后置入反应器,静置12h;待污泥接种到填料上后曝气12h,排掉1/3上清液,加入1/3进水后重复该过程,持续运行2天;最后以小流量(HRT为4天)连续流进水注满反应器后以恢复污泥活性,再持续小流量进水运行4天。
(3)、富集厌氧产甲烷菌
进水(高浓度有机废水,以葡萄糖作为底物,不加硝酸盐)首先流入进水调节池;随后通过进水蠕动泵将原污水打入主体反应区底部,依次流经污泥床、填料床,最终由三相分离器的三角出水堰排出,其中一部分出水通过内循环泵与进水混合重新进入主体反应区底部,内回流比为50%;通过稳定运行快速生成甲烷,进水pH值控制在7.2~7.5,水力停留时间保持在2天,经过48天运行,通过肉眼观察可以明显看到连续小气泡生成,此时系统甲烷产量保持在600mL/d以上,COD去除率为95%以上,可以认为系统高效产甲烷功能建立。
(4)、富集好氧甲烷氧化菌
进水调节池内通过空压机对废水进行曝气,控制反应器微氧环境(溶解氧DO<0.2mg/L),氧化还原电位ORP<-330mv以促进好氧甲烷氧化菌生长,反应器内部设置水温、DO、ORP多参数在线监测仪对水温和微氧环境进行实时监控,运行30天,通过观察生物载体区(固定填料床)已形成生物膜,生物膜厚度控制在800~1500μm,使得缺氧微区占整个生物膜厚度的45~55%,此时通过宏基因测序发现低氧生物膜内存在着大量的好氧甲烷氧化细菌。
(5)、富集反硝化菌
在充氧进水中逐步投加硝酸盐,其浓度分别为进水COD浓度的0.5%、1%、2%、10%和15%,最终C/N维持在12~15,每个比例运行20天,随着NO3-N增加,系统对硝酸盐去除和总氮去除效率不断提高,再经过120天连续运行,系统中同时存在产甲烷菌、好氧甲烷氧化菌和反硝化菌;
在上述工艺条件下,利用上述的同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺控制方法处理模拟有机硝酸盐废水A,当进水COD为2000mg/L,NO3-N为400mg/L,系统对COD去除率达到98.8%,NO3-N去除率98.8%,总氮去除率93.5%,甲烷回收量660mL/d。
实施例2
一种同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺控制方法,包括如下步骤:
(1)建立反应系统包括:进水调节池、进水蠕动泵、膨胀颗粒污泥床生物膜反应器、内循环泵、空压机;
膨胀颗粒污泥床生物膜反应器包括主体反应区和三相分离器两部分,体积比为(1~1.2):1;主体反应区下部为颗粒污泥床,主体反应区顶部布置固定填料床,固定填料床占主体反应区体积45%;三相分离器位于反应器顶部,主要功能为沉淀污泥,分离处理后的废水并收集甲烷气体;主体反应区和三相分离器均设置取样口和观察口;
固定填料床填充聚氨酯(PU)海绵,聚氨酯海绵呈8~25mm的正方体,内部孔径2~7mm,相互贯通,载体填充率为50%。
(2)、进行微生物培养
污泥床直接采用城市污水处理厂浓缩池污泥和好氧曝气池污泥的混合污泥作为接种污泥,混合质量比为3:1,接种体积占主体反应区的35%,将混合污泥从顶部自上而下倒入反应器内。
进水C:N:P比例为200:5:1,碳源为葡萄糖或乙酸钠,氮源为氯化铵、硫酸铵或尿素,磷源为磷酸二氢钾或磷酸氢钾,进水中还加入1mL微量元素储备液,经过闷曝、间歇进水和连续小流量进水,通过加热温度控制器保证系统水温35±2℃,培养时间为5.5天。
其中,闷曝、间歇进水和连续小流量进水具体为:首先过滤去除不溶性杂质,闷曝24h;然后将污泥与进水等体积比例混合后置入反应器,静置12h;待污泥接种到填料上后曝气12h,排掉1/3上清液,加入1/3进水后重复该过程,持续运行2天;最后以小流量(HRT为4天)连续流进水注满反应器后以恢复污泥活性,再持续小流量进水运行2天。
(3)、富集厌氧产甲烷菌
进水(高浓度有机废水,以葡萄糖作为底物,不加硝酸盐)首先流入进水调节池;随后通过进水蠕动泵将原污水打入主体反应区底部,依次流经污泥床、填料床,最终由三相分离器的三角出水堰排出,其中一部分出水通过内循环泵与进水混合重新进入主体反应区底部,内回流比为35%;通过稳定运行快速生成甲烷,进水pH值控制在7.2~7.5,水力停留时间保持在2天,经过48天运行,通过肉眼观察可以明显看到连续小气泡生成,此时系统甲烷产量保持在600mL/d以上,COD去除率为95%以上,可以认为系统高效产甲烷功能建立。
(4)、富集好氧甲烷氧化菌
进水调节池内通过空压机对废水进行曝气,控制反应器微氧环境(溶解氧DO<0.2mg/L),氧化还原电位ORP<-330mv以促进好氧甲烷氧化菌生长,反应器内部设置水温、DO、ORP多参数在线监测仪对水温和微氧环境进行实时监控,运行20天,通过观察生物载体区(固定填料床)已形成生物膜,生物膜厚度控制在800~1500μm,使得缺氧微区占整个生物膜厚度的45~55%,此时通过宏基因测序发现低氧生物膜内存在着大量的好氧甲烷氧化细菌。
(5)、富集反硝化菌
在充氧进水中逐步投加硝酸盐,其浓度分别为进水COD浓度的0.5%、1%、2%、6和10%,最终C/N维持在5~10,每个比例运行15天,随着NO3-N增加,系统对硝酸盐去除和总氮去除效率不断提高,再经过110天连续运行,系统中同时存在产甲烷菌、好氧甲烷氧化菌和反硝化菌;
在上述工艺条件下,利用上述的同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺控制方法处理模拟有机硝酸盐废水B,当进水COD为2000mg/L,NO3-N为120mg/L,系统对COD去除率达到97.3%,NO3-N去除率99%,总氮去除率82.7%,甲烷回收量420mL/d。
实施例3
一种同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺控制方法,包括如下步骤:
(1)建立反应系统包括:进水调节池、进水蠕动泵、膨胀颗粒污泥床生物膜反应器、内循环泵、空压机;
膨胀颗粒污泥床生物膜反应器包括主体反应区和三相分离器两部分,体积比为(1~1.2):1;主体反应区下部为颗粒污泥床,主体反应区顶部布置固定填料床,固定填料床占主体反应区体积40%;三相分离器位于反应器顶部,主要功能为沉淀污泥,分离处理后的废水并收集甲烷气体;主体反应区和三相分离器均设置取样口和观察口;
固定填料床填充聚氨酯(PU)海绵,聚氨酯海绵呈8~25mm的正方体,内部孔径2~7mm,相互贯通,载体填充率为45%。
(2)、进行微生物培养
污泥床直接采用城市污水处理厂浓缩池污泥和好氧曝气池污泥的混合污泥作为接种污泥,混合质量比为2:1,接种体积占主体反应区的40%,将混合污泥从顶部自上而下倒入反应器内。
进水C:N:P比例为200:5:1,碳源为葡萄糖或乙酸钠,氮源为氯化铵、硫酸铵或尿素,磷源为磷酸二氢钾或磷酸氢钾,进水中还加入1mL微量元素储备液,经过闷曝、间歇进水和连续小流量进水,通过加热温度控制器保证系统水温35±2℃,培养时间为6.5天。
其中,闷曝、间歇进水和连续小流量进水具体为:首先过滤去除不溶性杂质,闷曝24h;然后将污泥与进水等体积比例混合后置入反应器,静置12h;待污泥接种到填料上后曝气12h,排掉1/3上清液,加入1/3进水后重复该过程,持续运行2天;最后以小流量(HRT为4天)连续流进水注满反应器后以恢复污泥活性,再持续小流量进水运行3天。
(3)、富集厌氧产甲烷菌
进水(高浓度有机废水,以葡萄糖作为底物,不加硝酸盐)首先流入进水调节池;随后通过进水蠕动泵将原污水打入主体反应区底部,依次流经污泥床、填料床,最终由三相分离器的三角出水堰排出,其中一部分出水通过内循环泵与进水混合重新进入主体反应区底部,内回流比为25%;通过稳定运行快速生成甲烷,进水pH值控制在7.2~7.5,水力停留时间保持在2天,经过48天运行,通过肉眼观察可以明显看到连续小气泡生成,此时系统甲烷产量保持在600mL/d以上,COD去除率为95%以上,可以认为系统高效产甲烷功能建立。
(4)、富集好氧甲烷氧化菌
进水调节池内通过空压机对废水进行曝气,控制反应器微氧环境(溶解氧DO<0.2mg/L),氧化还原电位ORP<-330mv以促进好氧甲烷氧化菌生长,反应器内部设置水温、DO、ORP多参数在线监测仪对水温和微氧环境进行实时监控,运行25天,通过观察生物载体区(固定填料床)已形成生物膜,生物膜厚度控制在800~1500μm,使得缺氧微区占整个生物膜厚度的45~55%,此时通过宏基因测序发现低氧生物膜内存在着大量的好氧甲烷氧化细菌。
(5)、富集反硝化菌
在充氧进水中逐步投加硝酸盐,其浓度分别为进水COD浓度的0.5%、1%、2%、8%和12%,最终C/N维持在8~10,每个比例运行18天,随着NO3-N增加,系统对硝酸盐去除和总氮去除效率不断提高,再经过115天连续运行,系统中同时存在产甲烷菌、好氧甲烷氧化菌和反硝化菌;
在上述工艺条件下,利用上述的同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺及控制方法处理模拟有机硝酸盐废水C,当进水COD为2000mg/L,NO3-N为200mg/L,系统对COD去除率达到97.5%,NO3-N去除率98.9%,总氮去除率71.2%,甲烷回收量180mL/d。
实施例4
一种同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺控制方法,包括如下步骤:
(1)建立反应系统包括:进水调节池、进水蠕动泵、膨胀颗粒污泥床生物膜反应器、内循环泵、空压机;
膨胀颗粒污泥床生物膜反应器包括主体反应区和三相分离器两部分,体积比为(1~1.2):1;主体反应区下部为颗粒污泥床,主体反应区顶部布置固定填料床,固定填料床占主体反应区体积60%;三相分离器位于反应器顶部,主要功能为沉淀污泥,分离处理后的废水并收集甲烷气体;主体反应区和三相分离器均设置取样口和观察口;
固定填料床填充聚氨酯(PU)海绵,聚氨酯海绵呈8~25mm的正方体,内部孔径2~7mm,相互贯通,载体填充率为50%。
(2)、进行微生物培养
污泥床直接采用城市污水处理厂浓缩池污泥和好氧曝气池污泥的混合污泥作为接种污泥,混合质量比为3:1,接种体积占主体反应区的20%,将混合污泥从顶部自上而下倒入反应器内。
进水C:N:P比例为200:5:1,碳源为葡萄糖或乙酸钠,氮源为氯化铵、硫酸铵或尿素,磷源为磷酸二氢钾或磷酸氢钾,进水中还加入1mL微量元素储备液,经过闷曝、间歇进水和连续小流量进水,通过加热温度控制器保证系统水温35±2℃,培养时间为5.5天。
其中,闷曝、间歇进水和连续小流量进水具体为:首先过滤去除不溶性杂质,闷曝24h;然后将污泥与进水等体积比例混合后置入反应器,静置12h;待污泥接种到填料上后曝气12h,排掉1/3上清液,加入1/3进水后重复该过程,持续运行2天;最后以小流量(HRT为4天)连续流进水注满反应器后以恢复污泥活性,再持续小流量进水运行2天。
(3)、富集厌氧产甲烷菌
进水(高浓度有机废水,以葡萄糖作为底物,不加硝酸盐)首先流入进水调节池;随后通过进水蠕动泵将原污水打入主体反应区底部,依次流经污泥床、填料床,最终由三相分离器的三角出水堰排出,其中一部分出水通过内循环泵与进水混合重新进入主体反应区底部,内回流比为40%;通过稳定运行快速生成甲烷,进水pH值控制在7.2~7.5,水力停留时间保持在2天,经过48天运行,通过肉眼观察可以明显看到连续小气泡生成,此时系统甲烷产量保持在600mL/d以上,COD去除率为95%以上,可以认为系统高效产甲烷功能建立。
(4)、富集好氧甲烷氧化菌
进水调节池内通过空压机对废水进行曝气,控制反应器微氧环境(溶解氧DO<0.2mg/L),氧化还原电位ORP<-330mv以促进好氧甲烷氧化菌生长,反应器内部设置水温、DO、ORP多参数在线监测仪对水温和微氧环境进行实时监控,运行30天,通过观察生物载体区(固定填料床)已形成生物膜,生物膜厚度控制在800~1500μm,使得缺氧微区占整个生物膜厚度的45~55%,此时通过宏基因测序发现低氧生物膜内存在着大量的好氧甲烷氧化细菌。
(5)、富集反硝化菌
在充氧进水中逐步投加硝酸盐,其浓度分别为进水COD浓度的0.5%、1%、2%、10%和20%,最终C/N维持在8~12,每个比例运行15天,随着NO3-N增加,系统对硝酸盐去除和总氮去除效率不断提高,再经过120天连续运行,系统中同时存在产甲烷菌、好氧甲烷氧化菌和反硝化菌;
在上述工艺条件下,利用上述的同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺及控制方法处理实际化肥厂废水D,当进水COD为1600~2000mg/L,NO3-N为250~300mg/L,系统对COD去除率平均达到91.4%,NO3-N去除率93.2%,总氮去除率76.5%,甲烷回收量平均220mL/d。
虽然以上描述了本发明的具体实施方案,本领域的技术人员应该了解,上述实施例不以任何形式限制本发明,凡采用变形、修饰、等同替换或等效替换的方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺控制方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)建立反应系统包括:进水调节池(1)、进水蠕动泵(2)、膨胀颗粒污泥床生物膜反应器(16)、内循环泵(11)、空压机(12);
膨胀颗粒污泥床生物膜反应器(16)包括主体反应区(17)和三相分离器(6)两部分,体积比为1~1.2:1;主体反应区(17)下部为颗粒污泥床(4),主体反应区(17)顶部布置固定填料床(5),固定填料床(5)占主体反应区(17)体积40%~60%;三相分离器(6)位于反应器顶部,主体反应区(17)和三相分离器(6)均设置取样口和观察口;
固定填料床(5)填充聚氨酯海绵,聚氨酯海绵呈8~25mm的正方体,内部孔径2~7mm,载体填充率为40%~60%;
(2)、进行微生物培养
污泥床直接采用城市污水处理厂浓缩池污泥和好氧曝气池污泥的混合污泥作为接种污泥,混合质量比为2~3:1,接种体积占主体反应区的20%~40%;
进水C:N:P比例为200:5:1,经过闷曝、间歇进水和连续小流量进水,通过加热温度控制器保证系统水温35±2℃,培养时间为5.5~7.5天;
(3)、富集厌氧产甲烷菌
进水首先流入进水调节池(1);随后通过进水蠕动泵(2)将原污水打入主体反应区(17)底部,依次流经污泥床(4)、填料床(5),最终由三相分离器(6)的三角出水堰(8)排出,其中一部分出水通过内循环泵(11)与进水混合重新进入主体反应区(17)底部,内回流比为20%~50%;通过稳定运行快速生成甲烷,进水pH值控制在7.2~7.5,水力停留时间保持在2天,经过48天运行,通过肉眼观察看到连续小气泡生成,此时系统甲烷产量保持在600mL/d以上,COD去除率为95%以上,即认为系统高效产甲烷功能建立;
(4)、富集好氧甲烷氧化菌
进水调节池(1)内通过空压机(12)对废水进行曝气,控制反应器微氧环境,溶解氧DO<0.2mg/L,氧化还原电位ORP<-330mv以促进好氧甲烷氧化菌生长,反应器内部设置水温、DO、ORP多参数在线监测仪对水温和微氧环境进行实时监控,运行20~30天,通过观察生物载体区已形成生物膜,生物膜厚度控制在800~1500μm,使得缺氧微区占整个生物膜厚度的45~55%,此时通过宏基因测序发现低氧生物膜内存在好氧甲烷氧化细菌;
(5)、富集反硝化菌
在充氧进水中逐步投加硝酸盐,其浓度分别为进水COD浓度的0.5%、1%、2%、6%~10%和10%~20%,最终C/N维持在5~15,每个比例运行15~20天,随着NO3-N增加,系统对硝酸盐去除和总氮去除效率不断提高,再经过110~120天连续运行,系统中同时存在产甲烷菌、好氧甲烷氧化菌和反硝化菌;
在此工艺条件下,系统去除91.4%~98.8% COD,93.2~99% NO3-N和71%~93.5%TN,甲烷回收量为180~660mL/d。
2.根据权利要求1所述的一种同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺控制方法,其特征在于:步骤(2)中,进水中碳源为葡萄糖或乙酸钠,氮源为氯化铵、硫酸铵或尿素,磷源为磷酸二氢钾或磷酸氢钾。
3.根据权利要求2所述的一种同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺控制方法,其特征在于:步骤(2)中,进水中还加入微量元素储备液,微量元素储备液成分如下:
FeCl3·4H2O:2000mg/L,CoCl2·6H2O:2000mg/L,MnCl2·4H2O:500mg/L,CuCl2·2H2O:30mg/L,ZnCl2:50mg/L,H3BO3:50mg/L,(NH4)6Mo7O24·4H2O:90mg/L,Na2SeO3:100mg/L,NiCl2·6H2O:50mg/L,EDTA:1000mg/L。
4.根据权利要求3所述的一种同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺控制方法,其特征在于:步骤(2)中,闷曝、间歇进水和连续小流量进水具体为:首先过滤去除不溶性杂质,闷曝24h;然后将污泥与进水等体积比例混合后置入反应器,静置12h;待污泥接种到填料上后曝气12h,排掉1/3上清液,加入1/3进水后重复该过程,持续运行2~3天;最后以小流量连续流进水注满反应器后以恢复污泥活性,再持续小流量进水运行2~3天。
5.根据权利要求4所述的一种同步产甲烷、好氧甲烷氧化耦合反硝化工艺控制方法,其特征在于:小流量进水即为HRT为4天。
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