CN112390362A - 短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化高效处理氨氮废水的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化高效处理氨氮废水的系统和方法，属于污水生物处理领域。系统包括进水水箱、厌氧产甲烷UASB反应器、中间水箱、短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器和反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器。在该系统中，厌氧产甲烷UASB将氨氮废水中的大部分有机物转化为甲烷进行去除，出水进到短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器。在短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器中采用低DO运行，氨氧化菌将部分氨氮氨氧化为亚硝酸盐，厌氧氨氧化菌利用剩余的氨氮与生成的亚硝酸盐反应生产氮气，其出水含有大量的硝态氮，进入到短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器进一步处理。本系统废水中氮素在不额外投加碳源，通过自养方式高效脱除，减少曝气能耗，同时将污水中的有机物回收产甲烷，可促进废水处理厂实现能源自给。
Description
技术领域
本发明涉及一种短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化高效处理氨氮废水的系统和方法，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
随着水体富营养化程度的不断加重以及人们环保意识的提高和对环境可持续发展的关注。因此，近年来各国水质排放标准日趋严格，促进污水处理厂使用更加高效节能的方式去除污水中的氮、磷等污染物。为了维护良好的生态环境和保护人体健康，增强污水处理厂污染物的排放控制和污水资源化利用，传统的硝化反硝化脱氮工艺已无法满足现在“提质增效”的污水处理工艺发展要求和污水排放标准。因此，现阶段迫切需求高效脱氮、节能降耗、简单经济的新型生物脱氮工艺。用厌氧发酵菌直接利用污水中的有机物进行发酵产氢产甲烷，提供能源；为短程硝化/厌氧氨氧化工艺中厌氧氨氧化菌创造良好的生存环境。
在传统脱氮工艺转向新型生物脱氮工艺的转化进程中，新的微生物脱氮现象与新型脱氮微生物不断被发现，各种新型脱氮工艺的互相组合形成了更为完整的脱氮工艺。其中，厌氧氨氧化工艺在污水脱氮过程中，发挥着重要的节能降耗作用，具有更适应未来“高效低耗”发展趋势的巨大潜力。氨氮废水中氨氮浓度高、危害性强、碱度大、色度高、可生化性差、处理难度大等特点，如不能有效处理会导致严重的生态环境污染。
但NO2 --N在自然条件下不易形成，很容易被NOB氧化为硝酸盐氮，因此如何获取稳定的亚硝酸盐在厌氧氨氧化工艺是否能成功应用于污水生物脱氮的过程中起到秉轴持钧的关键作用。目前，短程硝化可以作为亚硝酸盐的稳定之一。因此多种工艺的结合可以有效促进厌氧氨氧化工艺在生物脱氮领域中的应用。进水中硝酸盐(NO3 --N)及厌氧氨氧化反应产生的NO3 --N往往会使工艺出水总氮(TN)浓度过高，因此，在实际过程中厌氧氨氧化工艺的脱氮效率减弱。因此后接一个短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器，利用污水中的有机物通过反硝化/厌氧氨氧化进一步将总氮降低。
发明内容
本发明是为了提出了一种厌氧发酵去除污水中COD接短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化高效处理氨氮废水的系统和方法。本方法采用厌氧产甲烷、短程硝化/厌氧氨氧化一体化和反硝化/厌氧氨氧化一体化组合工艺形式，使用升流式UASB反应器，形成对厌氧发酵菌、短程硝化菌、反硝化菌、厌氧氨氧化菌各自有利的微环境，利用菌群间的协作，先利用厌氧发酵菌降解氨氮废水中的有机物，进行产甲烷，可作为能源用于发电，经过处理后的废水中有机物浓度较低，进入后续反应器进一步处理。
一种短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化高效处理氨氮废水的系统，其特征在于：包括进水水箱(1)、厌氧产甲烷UASB反应器(2)、第一调节水箱(3)、短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)、第二调节水箱(5)和反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(6)；其中，所述进水水箱(1)通过第一进水泵(1.1)与厌氧产甲烷UASB反应器(2)相连；厌氧产甲烷UASB反应器(2)出水管与第一调节水箱(3)相连；第一调节水箱(3)通过第二进水泵(4.1)与短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)相连；短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)出水管与第二调节水箱(5)相连；进水水箱(1)通过第三进水泵(6.1)与第二调节水箱(5)通过第四进水泵(6.2)并联进入短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(6)；其中通过污泥回流泵(6.3)进行污泥内循环。
应用所述的一种短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化高效处理氨氮废水的方法，主要包括以下步骤：
1)氨氮废水由进水水箱(1)进入厌氧产甲烷UASB反应器(2)，通过厌氧将污水中的有机物进行厌氧发酵产甲烷，出水进入第一调节水箱(3)。
2)第一调节水箱(3)的污水通过第二进水泵(4.1)进入短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)内，AOB将进水的NH4 +-N氧化为NO2 --N，厌氧氨氧化菌利用进水中的NH4 +-N与AOB产生的NO2 --N进行氨氧化作用生成N2，同时生成硝态氮，出水进入第二调节水箱(5)，连续低氧曝气，溶解氧维持在0.8-1.2mg/L，水力停留时间为280min；
3)进水水箱(1)通过第三进水泵(6.1)与第二调节水箱(5)通过第四进水泵(6.2)并联进入短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(6)内，通过调节生活污水和短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)的比例使得混合液中的NOx --N，NH4 +-N的质量浓度比例为1:1～1:1.3，利用少量氨氮废水中的有机物通过短程反硝化、厌氧氨氧化、反硝化等反应进一步降低总氮，其中通过污泥回流泵(6.3)进行污泥内循环，回流比为150％，水力停留时间为300min，出水通过出水管(6.4)排放，完成氨氮废水的深度脱氮。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图
图1中：1—进水水箱，1.1—第一进水泵；2—厌氧产甲烷UASB反应器；3—第一调节水箱；4—短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器，4.1—第三进水泵；5—第二调节水箱；6—短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器，6.1—第三进水泵，6.2—第四进水泵，6.3—污泥回流泵，6.4—出水管。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明做进一步说明：所用装置主要由厌氧产甲烷UASB反应器(2)、短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)和短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(6)三部分组成。其中，所述进水水箱(1)通过第一进水泵(1.1)与厌氧产甲烷UASB反应器(2)相连；厌氧产甲烷UASB反应器(2)出水管与第一调节水箱(3)相连；第一调节水箱(3)通过第二进水泵(4.1)与短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)相连；短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)出水管与第二调节水箱(5)相连；进水水箱(1)通过第三进水泵(6.1)与第二调节水箱(5)通过第四进水泵(6.2)并联进入短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(6)；其中通过污泥回流泵(6.3)进行污泥内循环。
实施案例
试验用水为取自北京某工业园区排放的氨氮废水，其水质状况如下：COD：650mg/L～1300mg/L，NH4 +-N：200mg/L～250mg/L，NO2 —-N：0mg/L～1.1mg/L，NO3 —N：0mg/L～0.85mg/L。实验装置采用如图1所示反应系统，各反应器均由有机玻璃制成，UASB反应器反应区内径为10cm，有效容积2L。
具体操作运行如下：
启动阶段：厌氧产甲烷UASB反应器中投加将厌氧发酵颗粒污泥，使反应器内活性污泥浓度达到5500～8000mg/L，当反应器出水COD<100mg/L时，完成反应器的启动。
短程硝化/厌氧氨氧化UASB接种短程硝化污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥，控制污泥浓度为3500～4000mg/L，通过短程硝化耦合厌氧氨氧化作用将进水中的NH4 +-N转化为N2和部分NO3 —N，当反应器处理出水NH4 +-N浓度<12mg/L，或NO2 —N<2mg/L，完成短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器的启动。
反硝化/厌氧氨氧化UASB接种厌氧氨氧化颗粒污泥，控制污泥浓度为3000～3500mg/L，通过反硝化耦合厌氧氨氧化作用将进水中的NH4 +-N和NO3 —N转化为N2，当出水NH4 +-N浓度<15mg/L，或NOx —N<5mg/L，完成反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器的启动。
运行阶段：系统稳定运行后，控制进水C/N为5～7，氨氮废水由进水水箱(1)进入厌氧产甲烷UASB反应器(2)，通过先利用厌氧发酵菌降解污水中的有机物，进行产甲烷，可作为能源用于发电等，出水进入第一调节水箱(3)。第一调节水箱(3)的污水通过第二进水泵(4.1)进入短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)内，通过短程硝化作用将进水的NH4 +-N转化为NO2 --N，厌氧氨氧化菌利用短程硝化产生的NO2 --N和进水中的NH4 +-N进行进行氨氧化作用，去除污水中的氨氮，同时生成硝态氮，出水进入第二调节水箱(5)，连续低氧曝气，溶解氧维持在1.2mg/L，水力停留时间280min；进水水箱(1)通过第三进水泵(6.1)与第二调节水箱(5)通过第四进水泵(6.2)并联进入短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(6)内，通过调节生活污水和短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)的比例使得混合液中的NOx --N，NH4 +-N的质量浓度比例为1:1.2，利用污水中的有机物通过反硝化、厌氧氨氧化将总氮进一步降低，其中通过污泥回流泵(6.3)进行污泥内循环，回流比为150％，反应时间300min，出水通过出水管(6.4)排放。
试验结果表明：待系统运行稳定后，反应器出水COD为40～49.1mg/L，NH4 +-N浓度为7.5～10.1mg/L，NO2 --N浓度为1.1～2.5mg/L，NO3 --N浓度为12.2～17.8mg/L，达到污水排放一级B标准。
本发明——一种短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化高效处理氨氮废水的系统和方法能够广泛应用到氨氮废水的处理。以上是本发明的具体实施例，便于该技术领域的技术人员能更好的理解和应用本发明，本发明的实施不限于此，因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明保护范围之内。
Claims (2)
1.短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化高效处理氨氮废水的系统，其特征在于：
包括进水水箱(1)、厌氧产甲烷UASB反应器(2)、第一调节水箱(3)、短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)、第二调节水箱(5)和反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(6)；其中，所述进水水箱(1)通过第一进水泵(1.1)与厌氧产甲烷UASB反应器(2)相连；厌氧产甲烷UASB反应器(2)出水管与第一调节水箱(3)相连；第一调节水箱(3)通过第二进水泵(4.1)与短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)相连；短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)出水管与第二调节水箱(5)相连；进水水箱(1)通过第三进水泵(6.1)与第二调节水箱(5)通过第四进水泵(6.2)并联进入短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(6)；其中通过污泥回流泵(6.3)进行污泥内循环。
2.应用如权利要求1所述系统的方法，其特征在于，步骤如下：
1)氨氮废水由进水水箱(1)进入厌氧产甲烷UASB反应器(2)，通过厌氧将污水中的有机物进行厌氧发酵产甲烷，出水进入第一调节水箱(3)；
2)第一调节水箱(3)的污水通过第二进水泵(4.1)进入短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)内，将进水的NH4 +-N氧化为NO2 --N，厌氧氨氧化菌利用进水中的NH4 +-N与AOB产生的NO2 --N进行氨氧化作用生成N2，同时生成硝态氮，出水进入第二调节水箱(5)，连续曝气，溶解氧维持在0.8-1.2mg/L，水力停留时间为280min；
3)进水水箱(1)通过第三进水泵(6.1)与第二调节水箱(5)通过第四进水泵(6.2)并联进入短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(6)内，通过调节生活污水和短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)的比例使得混合液中的NOx --N，NH4 +-N的质量浓度比例为1:1～1:1.3，其中通过污泥回流泵(6.3)进行污泥内循环，回流比为150％，水力停留时间为300min，出水通过出水管(6.4)排放，完成氨氮废水的深度脱氮。
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