CN111747525A - 一种分点进水-可拼接生物膜模块式高效脱氮工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分点进水‑可拼接生物膜模块式高效脱氮工艺，具体地：待处理污水经分流后送入反应器，所述反应器包括短程硝化区、短程反硝化区和厌氧氨氧化区，短程硝化区、短程反硝化区和厌氧氨氧化区之间相互连通；所述待处理污水分流成两部分，一部分送至短程硝化区、另一部分送至短程反硝化区。本发明通过分点进水作用和可拼接生物膜模块方式，实现NH4 +和COD废水分别经短程硝化‑短程反硝化‑厌氧氨氧化实现高效脱氮。

Description

一种分点进水-可拼接生物膜模块式高效脱氮工艺
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种分点进水-可拼接生物膜模块式高效脱氮工艺。
背景技术
厌氧氨氧化脱氮是目前最捷径的脱氮方式之一，但在处理生活污水与工业污水组成的混合污水的应用中存在硝酸盐(NO3 -)积累和总氮去除率低的问题(<60%)。一般采用短程硝化-短程反硝化-厌氧氨氧化相结合发方式处理高氨氮高COD废水，先将约一半的NH4 +经短程硝化反应生成NO2 -，同时去除COD，再将剩余的NH4 +与NO2 -经厌氧氨氧化脱氮，同时借助短程反硝化的作用将完全硝化作用和厌氧氨氧化作用所生成的NO3 -转化为NO2 -，再经过厌氧氨氧化脱氮。
为了最终实现脱氮，必须解决厌氧氨氧化技术应用中存在的影响因素，各因素中，溶解氧、COD和过量的NO3 -会降低厌氧氨氧化阶段脱氮作用，导致系统整体脱氮效能下降，成为厌氧氨氧化实际应用不可忽视的问题。体系内COD、NO3 -、NO2 -、NH4 +含量及溶解氧之间存在一定的矛盾。结合短程硝化、短程反硝化和厌氧氨氧化，可有效对氨氮和COD废水进行脱氮处理。对厌氧氨氧化而言，提前将废水中的COD去除，并将NH4 +转化为NO2 -，并缓解体系内的NO3 -积累，是实现系统高效脱氮的保证。
短程硝化即控制条件将水体NH4 +氧化为NO2 -，可以做到节约碳源和能耗，反应过程会出现pH降低，传统运行需要投加一定的碱剂，以保持反应的继续，此步骤成为短程硝化阶段控制的瓶颈。NH4 +被氧化为NO2 -的反应中，若加长曝气时间可以降低COD浓度，但NH4 +会过度生成NO3 -，不仅造成NH4 +与NO2 -比例不协调，也产生NO3 -积累；若降低曝气时间，可以实现NO3 -少量或者不生成，NO2 -可以产生积累，氮素组成满足厌氧氨氧化反应，但污水中依然留有COD残余。短程反硝化即将NO3 -还原为NO2 -，将短程反硝化与短程硝化相结合，残留的COD可在短程反硝化作用被消耗，大大缓解了COD对厌氧氨氧化脱氮效果的影响。同时厌氧氨氧化脱氮是产生碱度的过程，将出水回流至短程硝化区，以提高该区域的pH值，可降低碱剂的投加量。系统内积累的NO3 -有三个来源，一是因短程硝化曝气控制不当所生成的，二是厌氧氨氧化副产物，三是亚硝酸盐氧化菌对厌氧氨氧化菌的底物竞争，将NO2 -氧化为NO3 -。NO3 -的含量与曝气和厌氧氨氧化反应有着明确的内在联系，以控制短程硝化曝气量的方式调控水中溶解氧浓度，容易造成NO2 -含量不足或剩余COD量增多，从而影响厌氧氨氧化脱氮效果。
厌氧氨氧化所用底物NH4 +与NO2 -的来源分别为：NH4 +来源为分点进水短程反硝化区的进水NH4 +，NO2 -来源为短程硝化区还原NO3 -为NO2 -，NO3 -的来源有两个，一为厌氧氨氧化脱氮所生成的少量NO3 -，二为短程硝化区因曝气过量所导致的NH4 +的过度氧化生成的NO3 -。短程硝化区调控曝气控制NH4 +氧化为NO2 -，同时需调控短程反硝化区的反应以控制短程反硝化途径，保证NO2 -不被还原为N2。
污水的传统进水方式为单向单点进水，依靠污水流动以及附着在填料表面的混合菌逐步对污染物进行处理。在处理中面临进水端底物浓度高、基质负荷大、甚至因某些污染物的浓度高而产生一定的生物抑制；随着污染物的消耗，远离进水端底物浓度低，生物活性差。
发明内容
本发明的目的是一种分点进水-可拼接生物膜模块式高效脱氮工艺，通过分点进水作用和可拼接生物膜模块方式，实现NH4 +和COD废水分别经短程硝化-短程反硝化-厌氧氨氧化实现高效脱氮。其中分点进水调整工艺各反应器进水浓度和进水量，以保证反应器内短程硝化、短程反硝化和厌氧氨氧化反应的持续性；可拼接生物膜模块用于调整反应器内有效生物量，以实现各区域氮素转化和厌氧氨氧化脱氮的彻底性。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种分点进水-可拼接生物膜模块式高效脱氮工艺，待处理污水经分流后送入反应器，所述反应器包括短程硝化区、短程反硝化区和厌氧氨氧化区，短程硝化区、短程反硝化区和厌氧氨氧化区之间相互连通；
所述待处理污水分流成两部分，一部分送至短程硝化区、另一部分送至短程反硝化区；待处理污水的污水成分由NH4 +和COD组成，NH4 +和COD在短程硝化区将NH4 +氧化为NO2 -提供至厌氧氨氧化区，生成少量NO3 -并同时去除COD，同时，待处理污水在短程反硝化区以COD作为电子供体，将电子受体NO3还原为NO2 -并提供至厌氧氨氧化区，此区域NH4 +保持不变，短程硝化区生成的NO2 -、短程反硝化区的NH4 +、NO2 -进入厌氧氨氧化区进行脱氮生成N2及少量NO3 -，出水一部分回流至短程硝化区，另一部分回流至短程反硝化区，最终实现NH4 +和COD的高效脱除。
进一步地，所述短程硝化区的进水经分流后再进入短程硝化区进行处理。
进一步地，所述短程反硝化区的进水经分流后再进入短程反硝化区进行处理。
进一步地，所述短程硝化区设置有短程硝化生物模块，所述短程硝化生物模块为可拼接生物模块，在其表面附着有短程硝化生物膜。
进一步地，所述短程反硝化区设置有短程反硝化生物模块，所述短程反硝化生物模块为可拼接生物模块，在其表面附着有短程反硝化生物膜。
进一步地，所述厌氧氨氧化区设置有厌氧氨氧化生物模块，所述厌氧氨氧化生物模块为可拼接生物模块，在其表面附着有厌氧氨氧化生物膜。
有益效果：
1）通过分点进水实现底物在反应器内底物的均匀分布与反应的持续性，保证了短程硝化区、短程反硝化区和厌氧氨氧化区的脱氮反应；2）因分点进水，短程硝化区不会过度氧化NH4 +；3）随着污水流向，短程硝化区和分点回流污水生成或存在的NO3 -可在短程反硝化区被定向还原为NO2 -，在厌氧氨氧化进行脱氮；4）厌氧氨氧化脱氮后回流污水为短程硝化区补充碱度；5）短程硝化区、短程反硝化区和厌氧氨氧化区反应在可拼接生物模块，原位解决NO3 -积累导致的Anammox反应活性下降问题；6）通过可拼接生物模块的方式保证反应器有效菌种类与含量，实现污染物的高效脱除。
附图说明
图1为本发明分点进水生物膜模块式脱氮工艺的流程示意图。
图2为本发明可拼接生物膜模块的结构示意图。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法及未说明配方的试剂均为按照本领域常规条件。
实施例1
一种分点进水-可拼接生物膜模块式高效脱氮工艺，如图1所示，污水成分由NH4 +；和COD组成，经过分点进水一部分至短程硝化区，流量为Q1、Q2、Q3，一部分至短程反硝化区，流量为Q4、Q5、Q6；经过厌氧氨氧化脱氮后的污水回流至短程硝化区，流量为QB1，其余分点回流至短程反硝化区，流量为QB2、QB3、QB4，分点进水或回流的流量根据水质、生物量、反应器运行情况进行计算，实现污染物在反应器的均匀分布和反应的持续性。
反应流程如下：1）NH4 +和COD废水经分点进水，以流量Q1、Q2、Q3在短程硝化区将NH4 +氧化为NO2 -提供至厌氧氨氧化区，可能生成少量NO3 -并同时去除COD；2）NH4 +和COD废水经分点进水，以流量Q4、Q5、Q6分布在短程反硝化区，以COD作为电子供体，将电子受体NO3 -还原为NO2 -并提供至厌氧氨氧化区，此区域NH4 +保持不变；3）短程硝化区生成的NO2 -、短程反硝化区保持不变的NH4 +及还原NO3 -生成的NO2 -在厌氧氨氧化区进行脱氮生成N2及少量NO3 -；出水一部分回流至短程硝化区，为本区域补充一定碱度，另一部分分点回流至短程反硝化区，期中NO3 -还原为NO2 -，最终实现NH4 +和COD的高效脱除。
结合填料区域生物量，通过水力水质计算，调整Q1-Q6各点进水量，以实现区域的污染物分布，保证区域末端短程硝化反应和短程反硝化反应的充分发生，以满足厌氧氨氧化进水脱氮。出水回流方式为分点回流，出水回流至短程硝化区，为该区域补充碱度；回流至短程反硝化区，以满足出水NO3 -还原为NO2 -，再经过厌氧氨氧化作用脱除，以提高系统整体的脱氮效率。
如图2所示，在短程硝化区、短程反硝化区和厌氧氨氧化区分别设有生物膜模块。所述处理模块为可拼接生物模块，由生物填料和拼接模块组成，微生物在生物填料生长，拼接模块以三个组成三角形的连接扣结构连接在一起，通过三角形的方式保持上下拼接模块的稳定。可拼接生物模块性状由圆环或方形构成，根据需要进行调整。所组成的拼接模块长度根据处理工艺和污水池结构和反应器运行情况进行调整。
可拼接生物模块经过驯化，表面分别附着短程硝化生物膜、短程反硝化生物膜和厌氧氨氧化生物膜。短程硝化生物膜驯化：提供COD和NH4 +，控制曝气量使生物膜反应以短程硝化为主；短程反硝化生物膜驯化：以NO3 -为电子受体，提供NO3 -还原为NO2 -的还原条件，使生物膜被驯化为短程反硝化菌为主；厌氧氨氧化生物膜驯化挂膜：将填料置于厌氧氨氧化反应器内使厌氧氨氧化菌/颗粒污泥在膜填料表面生长，至表面呈现红色或深红色。
生物膜模块可进行组装拼接，根据污水底物浓度和进水含量进行调整，增加或减少生物膜模块，以满足脱氮工艺的运行。
本发明的核心在于结合短程硝化、短程反硝化和厌氧氨氧化对氮素的转化实现系统高效脱氮。三阶段氮素相互独立转化，并具有脱氮的内在连续性：厌氧氨氧化回流为短程硝化提供碱度，短程硝化和短程反硝化分别将NH4 +和NO3 -转化为NO2 -提供至厌氧氨氧化脱氮，同时去除系统内COD，保证厌氧氨氧化处理池脱氮效率并缓解底物竞争。

Claims (6)

1.一种分点进水-可拼接生物膜模块式高效脱氮工艺，其特征在于：待处理污水经分流后送入反应器，所述反应器包括短程硝化区、短程反硝化区和厌氧氨氧化区，短程硝化区、短程反硝化区和厌氧氨氧化区之间相互连通；
所述待处理污水分流成两部分，一部分送至短程硝化区、另一部分送至短程反硝化区；待处理污水的污水成分由NH4 +和COD组成，NH4 +和COD在短程硝化区将NH4 +氧化为NO2 -提供至厌氧氨氧化区，生成少量NO3 -并同时去除COD，同时，待处理污水在短程反硝化区以COD作为电子供体，将电子受体NO3还原为NO2 -并提供至厌氧氨氧化区，此区域NH4 +保持不变，短程硝化区生成的NO2 -、短程反硝化区的NH4 +、NO2 -进入厌氧氨氧化区进行脱氮生成N2及少量NO3 -，出水一部分回流至短程硝化区，另一部分回流至短程反硝化区，最终实现NH4 +和COD的高效脱除。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述短程硝化区的进水经分流后再进入短程硝化区进行处理。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述短程反硝化区的进水经分流后再进入短程反硝化区进行处理。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述短程硝化区设置有短程硝化生物模块，所述短程硝化生物模块为可拼接生物模块，在其表面附着有短程硝化生物膜。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述短程反硝化区设置有短程反硝化生物模块，所述短程反硝化生物模块为可拼接生物模块，在其表面附着有短程反硝化生物膜。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述厌氧氨氧化区设置有厌氧氨氧化生物模块，所述厌氧氨氧化生物模块为可拼接生物模块，在其表面附着有厌氧氨氧化生物膜。
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