CN114890544A - 一种厌氧氨氧化的生物滤池系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种厌氧氨氧化的生物滤池系统，包括依次设置的进水箱、生物滤池、沉淀池和出水箱，沉淀池的底部连接有密度分离装置，生物滤池内填充有颗粒污泥层和球形沸石填料；本发明还提供上述系统的使用方法，该方法包括以下步骤：先进性污泥培养，污水曝气后通入生物滤池中，依次通过沸石填料和污泥层，生物滤池排水进入沉淀池中进行泥水分离，得到出水和沉淀污泥；出水进入出水箱，沉淀污泥进入密度分离装置，颗粒大的污泥回流至生物滤池的颗粒污泥层；本发明方法能够提高废水中的局部NH₄ ⁺‑N浓度，提高短程硝化效果，实现较多的NO₂ ^‑‑N积累，还能不断积累厌氧氨氧化颗粒污泥数量，强化厌氧氨氧化反应并扩展其应用范围，具有重大的工程应用价值。

Description

一种厌氧氨氧化的生物滤池系统和方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种厌氧氨氧化的生物滤池系统和方法。

背景技术

污水中的NH₄ ⁺-N若不加以处理直接排放会造成环境污染且危害人体健康。

传统污水脱氮方法：硝化反硝化，存在脱氮流程长、占地面积大，成本高等缺点，而厌氧氨氧化因其不需要有机碳源、无需曝气、占地面积小等优点成为人们研究的热点。然而污水中NH₄ ⁺-N浓度较低和NO₂ ^--N的不足阻碍了厌氧氨氧化工艺的应用。

通过富集废水中的NH₄ ⁺-N和获得NO₂ ^--N可以加强反应器的厌氧氨氧化效果。NH₄ ⁺-N与NO₂ ^--N是厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应的基质，因此富集废水中的NH₄ ⁺-N和获得NO₂ ^--N会促进ANAMMOX反应。但如何实现废水中的NH₄ ⁺-N富集并长期稳定厌氧氨氧化反应器运行，一直是研究人员所关注的问题。因此，需要开发一种加强生物滤池厌氧氨氧化效果的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种厌氧氨氧化的生物滤池系统和方法，本发明方法在填料沸石的吸附作用下，将废水中的NH₄ ⁺-N浓缩富集到填料表面，提高附着在沸石填料上的微生物周围环境的NH₄ ⁺-N浓度，为氨氧化细菌(AOB)提供丰富底物的同时抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的硝化作用，加强短程硝化效果；本发明方法，共同导致总氮(TN)去除负荷不断提高，能够提高废水中的局部NH₄ ⁺-N浓度，提高短程硝化效果，实现较多的NO₂ ^--N积累，还能不断积累厌氧氨氧化颗粒污泥数量，强化厌氧氨氧化反应并扩展其应用范围，具有重大的工程应用价值。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种厌氧氨氧化的生物滤池系统，包括进水箱，所述进水箱与生物滤池的底部连接，所述进水箱与所述生物滤池之间设置有进水泵，所述生物滤池的上部连接有沉淀池，所述沉淀池的顶部连接有出水箱，所述沉淀池的底部连接有密度分离装置，所述出水箱的底部与所述生物滤池的底部之间设置有反冲洗水泵，所述密度分离装置与所述生物滤池的侧壁之间设置有污泥泵；所述生物滤池内填充有颗粒污泥层和球形沸石填料。

优选地，所述生物滤池内上部设置有温控加热棒、pH计和DO测量仪；所述生物滤池的材质为有机玻璃。

优选地，所述球形沸石填料是所述生物滤池体积的50％，所述球形沸石填料的直径为2mm～3mm。

优选地，所述颗粒污泥层为厌氧污泥，所述颗粒污泥层位于所述球形沸石填料的上方。

优选地，所述进水箱内设置有砂芯曝气器

本发明还提供一种使用上述系统的方法，该方法包括以下步骤：

S1、培养期：在生物滤池内接种所述厌氧污泥，控制污水进水条件为NH₄ ⁺-N的浓度为100mg·L^-1～150mg·L^-1，NO₂ ^--N的浓度为100mg·L^-1～150mg·L^-1，所述进水箱保持曝气，保持所述进水箱内的溶解氧≥8mg/L，同时控制污水进水的总氮负荷超过1kg N·(m³·d)^-1，培养期为3个月；

S2、运行期：污水进水经过曝气达到过饱和后，通入生物滤池内，依次通过球形沸石填料和颗粒污泥层，生物滤池排水进入沉淀池中进行泥水分离，得到出水和沉淀污泥；所述出水进入出水箱，所述沉淀污泥进入密度分离装置，颗粒大的污泥回流至生物滤池的颗粒污泥层，定时进行反冲洗；所述生物滤池的反应参数：pH为7.5～8.5，温度为15℃～35℃，HRT为2h～4h，DO浓度为2mg·L^-1～3mg·L^-1。

优选地，S1中接种的所述厌氧污泥是所述生物滤池体积的20％。

优选地，S2中所述过饱和为污水进水内的溶解氧≥8mg/L，所述颗粒大的污泥的粒径大于0.1mm。

优选地，S2中所述反冲洗为每周一次，所述反冲洗为先进行气体反冲，再进行气水联合反冲的方式

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明能有效的保留ANAMMOX污泥，在ANAMMOX污泥培养、反应器启动方面有着较大的优势，且在防止ANAMMOX污泥流失方面优势显著。

2、本发明通过梯度密度分离，持有ANAMMOX颗粒污泥的同时，弃流含有对于短程硝化不利的NOB污泥，更加有利于反应器的稳定。

3、本发明在培养初期，配水首先经过充氧曝气，达到溶解氧≥8mg/L状态，同时通过超量污水进水，控制进水TN负荷超过1kgTN/(m³·d)，该方法经济、简单、节省碳源，同时提升厌氧氨氧化反应效果,使厌氧氨氧化处理较低浓度氨氮废水成为可能。

在培养初期，通过接种适量污泥至生物滤池中，一般而言，大多数人认为溶解氧不利于anammox菌的生长，但是在经过预曝气之后，系统的anammox菌不仅没有受到抑制，反而因此而获得快速生长，在该过程中，生物滤池中在培养1个月后，能够发现在球形沸石填料表面形成了微红色的生物膜絮体或颗粒，TN去除负荷可达到0.1kgN·(m³·d)^-1，经过3个月的培养，在不断提高TN进水负荷的情况下，最终TN去除负荷可达到最大，达到1.5kgN·(m³·d)^-1

4、本发明生物滤池反应器基建费用低，系统能耗低。

5、本发明通过梯度密度离心的方法分离污泥，使得大颗粒的污泥得以持留(以anammox颗粒污泥为主)，而絮状的污泥(以NOB污泥为主)得以排出，采用这种截留的方式，更有利于短程硝化的建立与维持。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明系统的示意图。

附图标记说明：

1—进水箱；2—进水泵；3—生物滤池；4—颗粒污泥层；5—球形沸石填料；6—温控加热棒；7—pH计；8—DO测量仪；9—沉淀池；10—出水箱；11—密度分离装置；12—污泥泵；13—反冲洗水泵；14—曝气泵；15—生物滤池曝气阀；16—水箱曝气阀。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实施例厌氧氨氧化的生物滤池系统，包括进水箱1，所述进水箱1与生物滤池3的底部连接，所述进水箱1与所述生物滤池3之间设置有进水泵2，所述生物滤池3的上部连接有沉淀池9，所述沉淀池9的顶部连接有出水箱10，所述沉淀池9的底部连接有密度分离装置11，所述出水箱10的底部与所述生物滤池3的底部之间设置有反冲洗水泵13，所述密度分离装置11与所述生物滤池3的侧壁之间设置有污泥泵12；所述生物滤池3内填充有颗粒污泥层4和球形沸石填料5；所述生物滤池系统还包括曝气泵14，所述曝气泵14通过管路分别与生物滤池3和进水箱1连接，所述曝气泵14和生物滤池3之间的管路上设置有生物滤池曝气阀15，所述曝气泵14和进水箱1之间的管路上设置有水箱曝气阀16。

本实施例中，所述生物滤池3内上部设置有温控加热棒6、pH计7和DO测量仪8。

本实施例中，所述球形沸石填料5是所述生物滤池3体积的50％，所述球形沸石填料5的直径为2mm～3mm；所述颗粒污泥层4为经过培养形成的厌氧anammox颗粒污泥，所述颗粒污泥层4位于所述球形沸石填料5的上方。

本实施例中，生物滤池3的材质为有机玻璃，有效容积为10L。

实施例2

采用实施例1中的系统厌氧氨氧化的生物滤池系统的方法，包括以下步骤：

S1、培养期：控制温度为25℃的条件下，在培养初期，在生物滤池3内接种厌氧污泥，控制污水进水条件为NH₄ ⁺-N的浓度为120mg·L^-1，NO₂ ^--N的浓度为120mg·L^-1，进水箱1保持曝气，保持进水箱1内的溶解氧≥8mg/L，同时通过超量污水进水控制污水进水的总氮负荷超过1kg N·(m³·d)^-1，培养1个月后，能够发现在球形沸石填料5的表面形成了微红色的生物膜絮体或颗粒，TN去除负荷可达到0.075kg N·(m³·d)^-1，经过3个月的培养，在不断提高TN进水负荷的情况下，最终TN去除负荷不断提高，可达到0.82kg N·(m³·d)^-1；接种的所述厌氧污泥是所述生物滤池3体积的20％；

S2、运行期：污水进水经过曝气达到过饱和后，启动生物滤池曝气阀15，经进水泵2通入生物滤池3内，通过球形沸石填料5吸附富集NH₄ ⁺-N，颗粒污泥层4进行短程硝化，生物滤池3排水进入沉淀池9中进行泥水分离，得到出水和沉淀污泥；所述出水进入出水箱10，所述沉淀污泥进入密度分离装置11，颗粒大的污泥通过污泥泵12回流至生物滤池3的颗粒污泥层4；定时进行反冲洗，启动反冲洗水泵13，抽取出水箱10中的出水进行反冲，反冲完成后，重新进水反应；

所述生物滤池3的反应参数：温度为30℃，温度由温控加热棒6控制，HRT为3h，DO浓度为2.5mg·L^-1，DO测量仪8测量生物滤池3内DO，pH计7测量生物滤池3内pH，采用向生物滤池3内投加浓度为1mol/L的NaHCO₃的方法，确保生物滤池3内pH在8；

所述过饱和为污水进水内的溶解氧≥8mg/L，所述污水进水中不含NO₂ ^--N，NH₄ ⁺-N浓度为130mg·L^-1；所述颗粒大的污泥的粒径大于0.1mm，颗粒大的污泥的回流比例为90％；所述反冲洗为每周一次，所述反冲洗为先进行气体反冲，再进行气水联合反冲的方式。

经检测：本实施例出水箱10内出水中的TN去除率最高可达到67.5％，最大TN去除负荷可达0.8kgN·(m³·d)^-1。进出水水质指标如表1所示。

表1进出水水质指标

进水NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N	进水NO<sub>3</sub><sup>-</sup>-N	出水NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N	出水NO<sub>2</sub><sup>-</sup>-N	出水NO<sub>3</sub>--N
					120mg·L<sup>-1</sup>	5.67mg·L<sup>-1</sup>	13.88mg·L<sup>-1</sup>	5.36mg·L<sup>-1</sup>	21.56mg·L<sup>-1</sup>

实施例3

采用实施例1中的系统厌氧氨氧化的生物滤池系统的方法，包括以下步骤：

S1、培养期：控制温度为20℃的条件下，在培养初期，在生物滤池3内接种厌氧污泥，控制污水进水条件为NH₄ ⁺-N150mg·L^-1，NO₂ ^--N为150mg·L^-1，进水箱1保持曝气，保持进水箱1内的溶解氧≥8mg/L，同时通过超量的污水进水控制污水进水的总氮负荷超过1kgN·(m³·d)^-1，培养1个月后，能够发现在球形沸石填料5的表面形成了微红色的生物膜絮体或颗粒，TN去除负荷可达到0.063kgN·(m³·d)^-1，经过3个月的培养，在不断提高TN进水负荷的情况下，最终TN去除负荷不断提高，可达到0.66kgN·(m³·d)^-1；接种的所述厌氧污泥是所述生物滤池3体积的20％；

S2、运行期：污水进水经过曝气达到过饱和后，启动生物滤池曝气阀15，经进水泵2通入生物滤池3内，通过球形沸石填料5吸附富集NH₄ ⁺-N，颗粒污泥层4进行短程硝化，生物滤池3排水进入沉淀池9中进行泥水分离，得到出水和沉淀污泥；所述出水进入出水箱10，所述沉淀污泥进入密度分离装置11，颗粒大的污泥通过污泥泵12回流至生物滤池3的颗粒污泥层4；定时进行反冲洗，启动反冲洗水泵13，抽取出水箱10中的出水进行反冲，反冲完成后，重新进水反应；

所述生物滤池3的反应参数：温度为15℃，温度由温控加热棒6控制，HRT为2h，DO浓度为2mg·L^-1，DO测量仪8测量生物滤池3内DO，pH计7测量生物滤池3内pH，采用向生物滤池3内投加1mol/L的NaHCO₃的方法,确保生物滤池3内pH在7.5；

所述过饱和为污水进水内的溶解氧≥8mg/L，所述污水进水中不含NO₂ ^--N，NH₄ ⁺-N浓度为120mg·L^-1；所述颗粒大的污泥的粒径大于0.1mm，颗粒大的污泥的回流比例为50％。

经检测：本实施例出水箱10内出水中的TN去除率最高可达到68％，最大TN去除负荷可达0.50kgN·(m³·d)^-1。进出水水质指标如表2所示。

表2进出水水质指标

进水NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N	进水NO<sub>3</sub>--N	出水NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N	出水NO<sub>2</sub>--N	出水NO<sub>3</sub>--N
					150mg·L<sup>-1</sup>	5.50mg·L<sup>-1</sup>	19.04mg·L<sup>-1</sup>	6.25mg·L<sup>-1</sup>	24.5mg·L<sup>-1</sup>

实施例4

采用实施例1中的系统厌氧氨氧化的生物滤池系统的方法，包括以下步骤：

S1、培养期：控制温度为35℃情况下，在培养初期，在生物滤池3内接种厌氧污泥，控制污水进水条件为NH₄ ⁺-N100mg·L^-1，NO₂ ^--N为100mg·L^-1，进水箱1保持曝气，保持进水箱1内的溶解氧≥8mg/L，同时通过超量污水进水控制进水总氮负荷超过1kg N·(m³·d)^-1，培养1个月后，能够发现在球形沸石填料5的表面形成了微红色的生物膜絮体或颗粒，TN去除负荷可达到0.1kg N·(m³·d)^-1，经过3个月的培养，在不断提高TN进水负荷的情况下，最终TN去除负荷不断提高，可达到1.50kgN·(m³·d)^-1，滤料部分呈现鲜红色；接种的所述厌氧污泥是所述生物滤池3体积的20％；

S2、运行期：污水进水经过曝气达到过饱和后，启动生物滤池曝气阀15，经进水泵2通入生物滤池3内，通过球形沸石填料5吸附富集NH₄ ⁺-N，颗粒污泥层4进行短程硝化，生物滤池3排水进入沉淀池9中进行泥水分离，得到出水和沉淀污泥；所述出水进入出水箱10，所述沉淀污泥进入密度分离装置11，颗粒大的污泥通过污泥泵12回流至生物滤池3的颗粒污泥层4；定时进行反冲洗，启动反冲洗水泵13，抽取出水箱10中的出水进行反冲，反冲完成后，重新进水反应；

所述生物滤池3的反应参数：温度为35℃，温度由温控加热棒6控制，HRT为4h，DO浓度为3mg·L^-1，DO测量仪8测量生物滤池3内DO，pH计7测量生物滤池3内pH，采用向生物滤池3内投加1mol/L的NaHCO₃的方法，确保生物滤池3内pH在8.5；

所述过饱和为污水进水内的溶解氧≥8mg/L所述污水进水中不含NO₂--N，NH₄ ⁺-N浓度为150mg·L^-1；所述颗粒大的污泥的粒径大于0.1mm，颗粒大的污泥的回流比例为100％；所述反冲洗为每周一次，所述反冲洗为先进行气体反冲，再进行气水联合反冲的方式。

经检测：本实施例出水箱10内出水中的TN去除率最高可达到75％，最大TN去除负荷可达1.50kgN·(m³·d)^-1。进出水水质指标如表3所示。

表3进出水水质指标

进水NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N	进水NO<sub>3</sub>--N	出水NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N	出水NO<sub>2</sub>--N	出水NO<sub>3</sub>--N
					150mg·L<sup>-1</sup>	5.28mg·L<sup>-1</sup>	5.04mg·L<sup>-1</sup>	12.05mg·L<sup>-1</sup>	22.5mg·L<sup>-1</sup>

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种厌氧氨氧化的生物滤池系统，其特征在于，包括进水箱(1)，所述进水箱(1)与生物滤池(3)的底部连接，所述进水箱(1)与所述生物滤池(3)之间设置有进水泵(2)，所述生物滤池(3)的上部连接有沉淀池(9)，所述沉淀池(9)的顶部连接有出水箱(10)，所述沉淀池(9)的底部连接有密度分离装置(11)，所述出水箱(10)的底部与所述生物滤池(3)的底部之间设置有反冲洗水泵(13)，所述密度分离装置(11)与所述生物滤池(3)的侧壁之间设置有污泥泵(12)；所述生物滤池(3)内填充有颗粒污泥层(4)和球形沸石填料(5)。

2.根据权利要求1所述的一种厌氧氨氧化的生物滤池系统，其特征在于，所述生物滤池(3)内上部设置有温控加热棒(6)、pH计(7)和DO测量仪(8)；所述生物滤池(3)的材质为有机玻璃。

3.根据权利要求1所述的一种厌氧氨氧化的生物滤池系统，其特征在于，所述球形沸石填料(5)是所述生物滤池(3)体积的50％，所述球形沸石填料(5)的直径为2mm～3mm。

4.根据权利要求1所述的一种厌氧氨氧化的生物滤池系统，其特征在于，所述颗粒污泥层(4)为厌氧污泥，所述颗粒污泥层(4)位于所述球形沸石填料(5)的上方。

5.根据权利要求1所述的一种厌氧氨氧化的生物滤池系统，其特征在于，所述进水箱(1)内设置有砂芯曝气器。

6.使用权利要求1-5任一权利要求所述的厌氧氨氧化的生物滤池系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、培养期：在生物滤池(3)内接种所述厌氧污泥，控制污水进水条件为NH₄ ⁺-N的浓度为100mg·L^-1～150mg·L^-1，NO₂—N的浓度为100mg·L^-1～150mg·L^-1，所述进水箱(1)保持曝气，保持所述进水箱(1)内的溶解氧≥8mg/L，同时控制污水进水的总氮负荷超过1kg N·(m³·d)^-1，培养期为3个月；

S2、运行期：污水进水经过曝气达到过饱和后，通入生物滤池(3)内，依次通过球形沸石填料(5)和颗粒污泥层(4)，生物滤池(3)排水进入沉淀池(9)中进行泥水分离，得到出水和沉淀污泥；所述出水进入出水箱(10)，所述沉淀污泥进入密度分离装置(11)，颗粒大的污泥回流至生物滤池(3)的颗粒污泥层(4)，定时进行反冲洗；所述生物滤池(3)的反应参数：pH为7.5～8.5，温度为15℃～35℃，HRT为2h～4h，DO浓度为2mg·L^-1～3mg·L^-1。

7.根据权利要求6所述的使用一种厌氧氨氧化的生物滤池系统的方法，其特征在于，S1中接种的所述厌氧污泥是所述生物滤池(3)体积的20％。

8.根据权利要求6所述的使用一种厌氧氨氧化的生物滤池系统的方法，其特征在于，S2中所述过饱和为污水进水内的溶解氧≥8mg/L，所述污水进水中不含NO₂--N，NH₄ ⁺-N浓度为100mg·L^-1～150mg·L^-1。

9.根据权利要求6所述的使用一种厌氧氨氧化的生物滤池系统的方法，其特征在于，S2中所述颗粒大的污泥的粒径大于0.1mm。

10.根据权利要求6所述的使用一种厌氧氨氧化的生物滤池系统的方法，其特征在于，S2中所述反冲洗为每周一次，所述反冲洗为先进行气体反冲，再进行气水联合反冲的方式。

Images