CN116143277A - 一种利用沸石填料维持高氨氮废水稳定短程硝化-厌氧氨氧化的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用沸石填料维持高氨氮废水稳定短程硝化‑厌氧氨氧化的装置和方法属于污水生物处理领域。高浓度氨氮的废水进入装有曝气盘的移动床沸石生物膜反应器中，反应器中装填有沸石填料。利用沸石吸附氨氮的特性，形成稳定且适宜的游离氨(FA)浓度，筛选掉亚硝酸盐氧化细菌的同时富集氨氧化细菌,从而实现稳定的短程硝化性能。适宜的亚硝态氮/氨氮比例的出水通过中间进水泵进入厌氧氨氧化反应器，厌氧氨氧化反应器内部也填充有沸石填料，在吸附解吸氨氮的基础上进一步稳定厌氧氨氧化细菌的底物供应，实现稳定的厌氧氨氧化性能，最终在节省碳源和能源的同时实现高氨氮废水稳定的自养脱氮。
Description
技术领域
本发明设计一种利用沸石填料维持高氨氮废水稳定短程硝化-厌氧氨氧化的装置与方法，属于污水生物处理领域。
背景技术
我国的水资源紧缺，且水体污染问题严重，尽管污染防控攻坚战改善了江河湖海的水质问题，但还是有河流的受污染程度较为严重，氮磷超标导致的水体富营养化使得水产或者供水功能丧失。硝化和反硝化的传统污水脱氮工艺，硝化阶段需要曝气供应，反硝化阶段也常常需要补充碳源，造成高能耗低效率等弊端。基于厌氧氨氧化反应的短程硝化-厌氧氨氧化工艺是氨氮先被氨氧化细菌氧化为亚硝态氮，厌氧氨氧化细菌利用产生的亚硝态氮和氨氮进一步反应生成氮气和部分硝态氮。整个过程由自养微生物完成，无需外加碳源、降低曝气量，同时还能实现污泥减量。两段式的短程硝化-厌氧氨氧化工艺由于把短程硝化和厌氧氨氧化反应分开，使得氨氧化细菌与厌氧氨氧化细菌都能在各自适宜的条件下生存，避免了氨氧化细菌与厌氧氨氧化细菌竞争底物氨氮，整个系统的抵抗冲击能力更强，运行也更稳定。
目前在两段式短程硝化-厌氧氨氧化工艺实际运行中的一个主要问题就是短程硝化难以稳定维持，导致厌氧氨氧化细菌缺少充足的亚硝态氮底物。实现稳定的短程硝化的关键就是富集氨氧化细菌和抑制亚硝酸盐氧化细菌，方式包括控制溶解氧浓度、提高温度、缩短污泥停留时间、利用FA、游离亚硝酸(FNA)抑制等。通常亚硝酸盐氧化细菌的抑制需要多种策略的组合应用，且长期稳定的短程硝化性能仍难以实现。
沸石表面疏松多孔，不仅是良好的生物载体，其内部的孔隙和通道允许氨氮离子通过并与沸石内部的Na+、Mg2+、Ca2+进行离子交换，实现氨氮的吸附，在沸石的周围形成富氨的微环境，更有利于氨氧化细菌的附着。一旦沸石表面成功附着氨氧化细菌，当沸石吸附氨氮后，又被沸石表面附着生长的氨氧化细菌利用，造成氨氮持续的从沸石中解吸出来，进而被氧化为亚硝态氮并再次达到新的吸附解吸平衡，持续的动态平衡可以保证环境中较为稳定的氨氮和亚硝态氮的浓度,在实现沸石的生物再生、达到沸石不断循环利用目的的同时，也能维持系统稳定的短程硝化的性能，满足后续厌氧氨氧化反应的需求。
厌氧氨氧化细菌生长需要的环境及底物条件较为严格，在实际应用中复杂的底物及环境条件更难以保证其活性的稳定。在两段式短程硝化-厌氧氨氧化工艺中，如果前置的短程硝化工艺中亚硝酸盐氧化细菌的抑制条件被破坏，出水的亚硝态氮/氨氮的比例就不再适合厌氧氨氧化细菌生长，进而影响系统的出水效果。可以将沸石的离子交换特性与厌氧氨氧化细菌的脱氮特性结合，沸石充当“缓冲剂”，即当短程硝化出水大部分以氨氮的形式存在时，沸石可以吸附过量的氨氮以稳定出水；如果短程硝化的出水大多数为亚硝态氮，沸石又可以利用之前吸附的氨氮，使得系统维持稳定的厌氧氨氧化脱氮性能。
发明内容
本发明提出了一种利用沸石填料维持高氨氮废水稳定短程硝化-厌氧氨氧化的装置与方法。解决了短程硝化作为厌氧氨氧化前置工艺时亚硝酸盐氧化细菌活性无法长期抑制，亚硝态氮供应不稳定的问题。将沸石的吸附氨氮能力与短程硝化-厌氧氨氧化的两段式工艺结合，在基于短程硝化的移动床沸石生物膜反应器内投加沸石填料，沸石不仅作为生物载体，而且作为氨氮的“吸附剂”，利用沸石的吸附能力实现氨氧化细菌的附着聚集。高浓度的氨氮废水进入反应器内，在沸石周围的高氨氮的微环境使得FA也到达亚硝酸盐氧化细菌的抑制浓度，从而抑制其活性，在动态的吸附解吸平衡中实现稳定的短程硝化，出水的氮主要为亚硝态氮和氨氮，且两者的比例在1.0-1.5范围内，能满足后续厌氧氨氧化的需要。后置的厌氧氨氧化反应器由于投加了沸石填料，能利用其“缓释剂”的作用在波动的进水条件下维持稳定的厌氧氨氧化性能，实现高氨氮废水的稳定的全程自养脱氮。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
1.一种利用沸石填料维持高氨氮废水稳定短程硝化-厌氧氨氧化的装置，其特征在于：包括进水水箱(1)、移动床沸石生物膜反应器(2)、中间水箱(3)、厌氧氨氧化反应器(4)、出水桶(5)：进水水箱(1)设有进水泵(1.1)；移动床沸石生物膜反应器(2)设有进气口(2.1)、气泵(2.2)、曝气盘(2.3)、进水口Ⅰ(2.4)、下挡板(2.5)、沸石填料(2.6)、上挡板(2.7)、pH/DO测定仪Ⅰ(2.8)、溢流孔(2.9)；中间水箱(3)设有中间进水泵(3.1)、加热棒(3.2)；厌氧氨氧化反应器(4)设有进水口Ⅱ(4.1)、pH/DO测定仪Ⅱ(4.2)、沸石填料(2.6)、出水口(4.4)、回流口(4.5)、回流泵(4.6)；沸石填料(2.6)设有聚丙烯网格状椭球壳(2.6.1)、沸石颗粒(2.6.2)、聚苯乙烯浮力泡沫(2.6.3)；
实验装置连接：进水箱(1)通过进水泵(1.1)与移动床沸石生物膜反应器(2)进水口Ⅰ(2.4)相连；移动床沸石生物膜反应器(2)溢流出水通过溢流孔(2.9)与中间水箱(3)相连；厌氧氨氧化反应器(4)进水口Ⅱ(4.1)通过中间进水泵(3.1)与中间水箱(3)相连，厌氧氨氧化反应器(4)的出水经出水口(4.4)排放到出水桶(5)。
2.一种利用沸石填料维持高氨氮废水稳定短程硝化-厌氧氨氧化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.1)反应器的启动阶段：
2.1.1)移动床沸石生物膜反应器的启动：①人工培养法挂膜。接种全程硝化污泥，控制污泥浓度为5.0-10.0g/L，运行过程中不主动排泥；向反应器内部投加沸石填料，填充比控制在40-50％，其中沸石填料是由聚丙烯网格状椭球壳，内部装填有直径3-6mm的沸石颗粒，同时填充聚苯乙烯浮力泡沫组成。沸石颗粒与聚苯乙烯浮力泡沫均大于聚丙烯网格状椭球壳的最小孔隙从而保证不会掉落，两者以1：1-1：2的体积比填充，确保沸石填料可以在曝气的条件下在反应器内移动翻腾；氨氮浓度为100-200mg/L的人工配水通过进水泵连续进入移动床沸石生物膜反应器内，具体的配水包括：NH4Cl 100-200mgN/L、NaHCO3 0.7-2.0g/L、KH2PO3 20-40mg/L、CaCl2·2H2O100-300mg/L、MgSO4·2H2O 100-300mg/L、微量元素Ⅰ溶液0.5-1.0mL/L、微量元素Ⅱ溶液0.5-1.0mL/L，这里的mL是加入的微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液的体积，L是进水的总体积，上述浓度均为进水各物质的最终浓度；微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液各自以水为溶剂按照下述基质配比，微量元素Ⅰ溶液包括：EDTA·2Na 6-7g/L、FeSO4·7H2O 5-6g/L；微量元素Ⅱ溶液包括：EDTA·2Na 18-20mg/L、H3BO30.01-0.02mg/L、ZnSO4·7H2O 0.4-0.5mg/L、CoCl2·6H2O 0.2-0.3mg/L、CuSO4·5H2O 0.2-0.3mg/L、MnCl2·4H2O0.9-1.0mg/L、NiCl2·6H2O 0.1-0.2mg/L、NaMoO4·2H2O 0.2-0.3mg/L；水力停留时间为24-48h；调节进水的pH在7.5-9.5；以间歇曝气的方式运行，曝气2h后，停曝1h；通过气体流量计将曝气阶段溶解氧控制在2-4mg/L。持续15-20天直到填料表面覆盖有淡黄色生物膜，表示挂膜成功。②启动短程硝化。进水是氨氮浓度为300-400mg/L的人工配水，同时投加NaHCO3补充碱度，NaHCO3与氨氮的质量浓度比值稳定在7-10；具体的配水包括：NH4Cl300-400mgN/L、NaHCO3 2.0-4.0g/L、KH2PO3 20-40mg/L、CaCl2·2H2O 100-300mg/L、MgSO4·2H2O 100-300mg/L、微量元素Ⅰ溶液0.5-1.0mL/L、微量元素Ⅱ溶液0.5-1.0mL/L，这里的mL是加入的微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液的体积，L是进水的总体积，上述浓度均为进水各物质的最终浓度；微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液各自以水为溶剂按照下述基质配比，微量元素Ⅰ溶液包括：EDTA·2Na 6-7g/L、FeSO4·7H2O 5-6g/L；微量元素Ⅱ溶液包括：EDTA·2Na 18-20mg/L、H3BO3 0.01-0.02mg/L、ZnSO4·7H2O 0.4-0.5mg/L、CoCl2·6H2O 0.2-0.3mg/L、CuSO4·5H2O 0.2-0.3mg/L、MnCl2·4H2O 0.9-1.0mg/L、NiCl2·6H2O0.1-0.2mg/L、NaMoO4·2H2O 0.2-0.3mg/L；连续进水的水力停留时间为12-15h；调节进水的pH在7.5-8.5；通过气体流量计控制溶解氧浓度为2-4mg/L。当移动床沸石生物膜反应器的出水的亚硝态氮与氨氮的质量浓度比在1-1.5范围并维持稳定15天以上，表示反应器的短程硝化启动成功；
2.1.2)厌氧氨氧化反应器的启动：接种厌氧氨氧化颗粒污泥，控制污泥浓度为5.0-10.0g/L，不主动排泥；进水是氨氮浓度为100-200mg/L，亚硝态氮与氨氮的质量浓度比维持在1-1.5范围的人工配水；具体的配水包括：NaNO2 100-300mgN/L、NH4Cl 100-200mgN/L、NaHCO3 0.5-1.0g/L、KH2PO320-40mg/L、CaCl2·2H2O 100-300mg/L、MgSO4·2H2O 100-300mg/L、微量元素Ⅰ溶液0.5-1.0mL/L、微量元素Ⅱ溶液0.5-1.0mL/L，这里的mL是加入的微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液的体积，L是进水的总体积，上述浓度均为进水各物质的最终浓度；微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液各自以水为溶剂按照下述基质配比，微量元素Ⅰ溶液包括：EDTA·2Na 6-7g/L、FeSO4·7H2O 5-6g/L；微量元素Ⅱ溶液包括：EDTA·2Na 18-20mg/L、H3BO30.01-0.02mg/L、ZnSO4·7H2O 0.4-0.5mg/L、CoCl2·6H2O 0.2-0.3mg/L、CuSO4·5H2O 0.2-0.3mg/L、MnCl2·4H2O 0.9-1.0mg/L、NiCl2·6H2O 0.1-0.2mg/L、NaMoO4·2H2O 0.2-0.3mg/L；利用加热棒将中间水箱的温度维持在35±1℃，通过中间进水泵连续泵入反应器内，水力停留时间为12-15h；调节进水的pH在7.5-8.5；回流比为300-500％，较高的回流比下产生较高的进水流速，确保沸石填料可以在反应器内悬浮。培养1-2个月，当总氮的去除率超过80％，出水亚硝态氮与氨氮的浓度均小于5mg/L并维持稳定15天以上，表示厌氧氨氧化反应器启动成功；
2.2)反应器的运行阶段：
两个反应器均启动成功后，将移动床沸石生物膜反应器的进水改为实际高氨氮废水，出水排入中间水箱，完成短程硝化-厌氧氨氧化装置的组合。
2.2.1)进水为氨氮浓度300-400mg/L的高氨氮废水,通过进水泵连续泵入移动床沸石生物膜反应器内，水力停留时间为12-15h；同时投加NaHCO3，保持NaHCO3与氨氮的质量浓度比值稳定在7-10；调节进水的pH在7.5-8.5；通过气体流量计控制溶解氧浓度为2-4mg/L。由于沸石吸附氨氮，在其表面营造了一种富氨环境，在充足的碱度比下产生的游离氨(FA)抑制了亚硝酸盐氧化细菌的活性，实现稳定的短程硝化。此时出水的亚硝态氮在150-200mg/L之间，氨氮在150-200mg/L之间，两者的比值在1.0-1.5之间，满足后续的厌氧氨氧化反应；
2.2.2)厌氧氨氧化反应器的运行：启动成功的移动床沸石生物膜反应器的出水的亚硝态氮与氨氮比值在1-1.5，先进入中间水箱，通过加热棒将中间水箱的温度维持在35±1℃，进水被连续泵入厌氧氨氧化反应器里，水力停留时间为12-15h；调节进水的pH在7.5-8.5；回流比为300％-500％，较高的回流比下产生较高的进水流速，确保沸石填料可以在反应器内悬浮。在沸石吸附解吸氨氮的基础上可以稳定厌氧氨氧化性能，实现高效的自养脱氮。
一种利用沸石填料维持高氨氮废水稳定短程硝化-厌氧氨氧化的装置与方法，其技术原理如下：
天然沸石内部负电荷过剩和多孔通道使其具有吸附、离子交换的特性，当处理高氨氮废水时，沸石可以通过离子交换的方式将氨氮吸附到孔隙内部，沸石周围的高氨氮的微环境以及其粗糙的表面有利于氨氧化细菌的附着，即沸石作为氨氮吸附剂的同时还承担着生物膜载体的功能。在吸附氨氮后，沸石周围的FA也到达对于亚硝酸盐氧化细菌的抑制浓度，从而抑制其活性。这就形成了一种持续的动态平衡：沸石利用化学吸附原理吸附氨氮，其表面附着的氨氧化细菌将吸附的氨氮氧化为亚硝态氮，在实现沸石生物再生的同时，稳定的动态平衡实现液相中稳定的氨氮与亚硝态氮的浓度，即实现了稳定的短程硝化性能。出水的氮主要为亚硝态氮和氨氮，且两者的比值稳定在1.0-1.5的范围内，能满足后续厌氧氨氧化的需要。后置的厌氧氨氧化反应器由于投加了沸石填料，能利用其“缓释剂”的作用：即当短程硝化出水大部分以氨氮的形式存在时，沸石可以吸附过量的氨氮以稳定出水；如果短程硝化的出水大多数为亚硝态氮，沸石又可以利用之前吸附的氨氮，使得系统维持稳定的厌氧氨氧化脱氮性能，实现高氨氮废水的稳定的全程自养脱氮。
一种利沸石填料维持高氨氮废水稳定的短程硝化-厌氧氨氧化的装置与方法，其技术优点如下：
1)本发明将沸石的吸附氨氮的特性应用到短程硝化-厌氧氨氧化工艺中，实现了稳定的短程硝化和厌氧氨氧化全程自养脱氮，节省了曝气量和碳源；
2)沸石不仅作为氨氮的吸附剂，还作为生物载体，在高氨氮的进水条件下富集氨氧化细菌，在利用吸附的氨氮的同时实现了沸石的生物再生、节省了化学再生药剂的成本、简化了工艺流程；
3)利用沸石填料吸附氨氮的作用，提升了反应器的抗冲击负荷能力，使反应器能够在高氨氮废水中实现稳定的脱氮性能。
附图说明
图1为利用沸石填料维持高氨氮废水稳定短程硝化-厌氧氨氧化的装置结构示意图。
图1中：1-进水水箱；2-移动床沸石生物膜反应器；3-中间水箱；4-厌氧氨氧化反应器；5-出水桶；1.1-进水泵；2.1-进气口、2.2-气泵、2.3-曝气盘、2.4-进水口Ⅰ、2.5-下挡板、2.6-沸石填料、2.7-上挡板、2.8-pH/DO测定仪Ⅰ、2.9-溢流孔；3.1-进水泵、3.2-加热棒；4.1-进水口Ⅱ、4.2-pH/DO测定仪Ⅱ、2.6-沸石填料、4.4-出水口、4.5-回流口、4.6-回流泵；
图2为沸石填料示意图。图2中：2.6.1-聚丙烯网格状椭球壳、2.6.2-沸石颗粒、2.6.3-聚苯乙烯浮力泡沫。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
1.如图1所示为利用沸石填料维持高氨氮废水稳定短程硝化-厌氧氨氧化的工艺装置结构示意图，其特征在于：包括进水水箱(1)、移动床沸石生物膜反应器(2)、中间水箱(3)、厌氧氨氧化反应器(4)、出水桶(5)：进水水箱(1)设有进水泵(1.1)；移动床沸石生物膜反应器(2)设有进气口(2.1)、气泵(2.2)、曝气盘(2.3)、进水口Ⅰ(2.4)、下挡板(2.5)、沸石填料(2.6)、上挡板(2.7)、pH/DO测定仪Ⅰ(2.8)、溢流孔(2.9)；中间水箱(3)设有中间进水泵(3.1)、加热棒(3.2)；厌氧氨氧化反应器(4)设有进水口Ⅱ(4.1)、pH/DO测定仪Ⅱ(4.2)、沸石填料(2.6)、出水口(4.4)、回流口(4.5)、回流泵(4.6)；沸石填料(2.6)设有聚丙烯网格状椭球壳(2.6.1)、沸石颗粒(2.6.2)、聚苯乙烯浮力泡沫(2.6.3)；
实验装置连接：进水箱(1)通过进水泵(1.1)与移动床沸石生物膜反应器(2)进水口Ⅰ(2.4)相连；移动床沸石生物膜反应器(2)溢流出水通过溢流孔(2.9)与中间水箱(3)相连；厌氧氨氧化反应器(4)进水口Ⅱ(4.1)通过中间进水泵(3.1)与中间水箱(3)相连，厌氧氨氧化反应器(4)的出水经出水口(4.4)排放到出水桶(5)。
2.具体运行操作如下：
2.1)反应器的启动阶段：
2.1.1)移动床沸石生物膜反应器的启动：①人工培养法挂膜。接种全程硝化污泥，控制污泥浓度为10.0g/L，运行过程中不主动排泥；向反应器内部投加沸石填料，填充比控制在50％，其中沸石填料的组成包括：短半轴1.6cm，长半轴2.8cm的聚丙烯网格状椭球壳，内部装填有直径5mm的沸石颗粒，同时填充聚苯乙烯泡沫，两者以1：1的体积比填充可以确保沸石填料在曝气的条件下在反应器内移动翻腾；氨氮浓度为150mg/L的配水通过进水泵连续进入移动床沸石生物膜反应器内，具体的配水包括：NH4Cl 150mgN/L、NaHCO31.5 g/L、KH2PO3 30mg/L、CaCl2·2H2O 300mg/L、MgSO4·2H2O300mg/L、微量元素Ⅰ1.0mL/L、微量元素Ⅱ1.0mL/L，这里的mL是加入的微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液的体积，L是进水的总体积，上述浓度均为进水各物质的最终浓度；微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液各自以水为溶剂按照下述基质配比，微量元素Ⅰ溶液包括：EDTA·2Na 6.4g/L、FeSO4·7H2O5.0g/L；微量元素Ⅱ包括：EDTA·2Na 19.11mg/L、H3BO3 0.014mg/L、ZnSO4·7H2O 0.43mg/L、CoCl2·6H2O0.24mg/L、CuSO4·5H2O 0.25mg/L、MnCl2·4H2O 0.99mg/L、NiCl2·6H2O 0.15mg/L、NaMoO4·2H2O 0.22mg/L；水力停留时间为24h；调节进水的pH在8.5±0.5；以间歇曝气的方式运行，曝气2h后，停曝1h；通过气体流量计将曝气阶段溶解氧控制在3±0.5mg/L。持续17天直到填料表面覆盖有淡黄色生物膜，表示挂膜成功。②启动短程硝化。进水是氨氮浓度为300mg/L的人工配水，同时投加NaHCO3补充碱度，NaHCO3与氨氮的质量浓度比值稳定在10，具体的配水包括：NH4Cl 300mgN/L、NaHCO33g/L、KH2PO3 30mg/L、CaCl2·2H2O 300mg/L、MgSO4·2H2O 300mg/L、微量元素Ⅰ1.0mL/L、微量元素Ⅱ1.0mL/L，这里的mL是加入的微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液的体积，L是进水的总体积，上述浓度均为进水各物质的最终浓度；微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液各自以水为溶剂按照下述基质配比，微量元素Ⅰ溶液包括：EDTA·2Na 6.4g/L、FeSO4·7H2O 5.0g/L；微量元素Ⅱ包括：EDTA·2Na 19.11mg/L、H3BO3 0.014mg/L、ZnSO4·7H2O 0.43mg/L、CoCl2·6H2O 0.24mg/L、CuSO4·5H2O 0.25mg/L、MnCl2·4H2O 0.99mg/L、NiCl2·6H2O 0.15mg/L、NaMoO4·2H2O 0.22mg/L；连续进水的水力停留时间为12h；调节进水的pH在8.0±0.5；通过气体流量计控制溶解氧浓度为2±0.5mg/L。运行至20天时，移动床沸石生物膜反应器的出水的亚硝态氮/氨氮的质量浓度在1-1.5范围并维持稳定，表示反应器的短程硝化启动成功；
2.1.2)厌氧氨氧化反应器的启动：接种厌氧氨氧化颗粒污泥，控制污泥浓度为5.0g/L，不主动排泥；进水是氨氮浓度为100mg/L，亚硝态氮/氨氮的质量浓度维持在1.32的人工配水，具体的配水包括：NaNO2132mgN/L、NH4Cl 100mgN/L、NaHCO3 0.5g/L、KH2PO3 30mg/L、CaCl2·2H2O300mg/L、MgSO4·2H2O 300mg/L、微量元素Ⅰ1.0mL/L、微量元素Ⅱ1.0mL/L，这里的mL是加入的微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液的体积，L是进水的总体积，上述浓度均为进水各物质的最终浓度；微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液各自以水为溶剂按照下述基质配比，微量元素Ⅰ溶液包括：EDTA·2Na 6.4g/L、FeSO4·7H2O 5.0g/L；微量元素Ⅱ包括：EDTA·2Na 19.11mg/L、H3BO30.014mg/L、ZnSO4·7H2O 0.43mg/L、CoCl2·6H2O 0.24mg/L、CuSO4·5H2O 0.25mg/L、MnCl2·4H2O 0.99mg/L、NiCl2·6H2O 0.15mg/L、NaMoO4·2H2O0.22mg/L；通过中间进水泵连续泵入反应器内，以满足厌氧氨氧化反应的底物需求，水力停留时间为12h；pH控制在8.0±0.5；回流比为400％，较高的回流比下产生较高的进水流速，确保沸石填料可以在反应器内悬浮；通过加热棒将反应器的进水温度维持在35±1℃。培养1个月后总氮的去除率超过80％，出水的亚硝态氮与氨氮的浓度均小于5mg/L并维持稳定，表示厌氧氨氧化反应器启动成功；
2.2)反应器的运行阶段：
两个反应器均启动成功后，将移动床沸石生物膜反应器的进水改为实际高氨氮废水，这里的高氨氮废水为北京某工业园内的生产废水，具体水质为：COD浓度为600-1000mg/L，氨氮浓度为300-350mg/L，出水排入中间水箱，完成短程硝化-厌氧氨氧化装置的组合；
2.2.1)移动床沸石生物膜反应器的运行：进水是氨氮浓度为300-350mg/L的高氨氮废水,通过进水泵连续泵入移动床沸石生物膜反应器内，同时投加NaHCO3，保持NaHCO3与氨氮的质量浓度比值稳定在10；pH控制在8.5±0.5；通过气体流量计控制溶解氧浓度为2±0.5mg/L；水力停留时间为12h。在充足的碱度比下产生的游离氨(FA)抑制了亚硝酸盐氧化细菌的活性，实现稳定的短程硝化。出水的亚硝态氮浓度在150-200mg/L之间，氨氮浓度在150-100mg/L，两者的比值在1.0-1.5之间，满足后续的厌氧氨氧化反应；
2.2.2)厌氧氨氧化反应器的运行：启动成功的移动床沸石生物膜反应器的出水的亚硝态氮与氨氮的质量比值在1-1.5，先进入中间水箱，通过加热棒将反应器的进水温度维持在35±1℃，进水被泵入厌氧氨氧化反应器里，水力停留时间为12h；调节进水的pH在8.0±0.5；回流比为400％，较高的回流比下产生较高的进水流速，确保沸石填料可以在反应器内悬浮。在沸石填料的吸附解吸氨氮的基础上稳定厌氧氨氧化性能，在不投加碳源的情况下，总氮去除率达到75％以上并保持稳定，实现了高效稳定的自养脱氮。
Claims (2)
1.一种利用沸石填料维持高氨氮废水稳定短程硝化-厌氧氨氧化的装置，其特征在于：包括进水水箱(1)、移动床沸石生物膜反应器(2)、中间水箱(3)、厌氧氨氧化反应器(4)、出水桶(5)：进水水箱(1)设有进水泵(1.1)；移动床沸石生物膜反应器(2)设有进气口(2.1)、气泵(2.2)、曝气盘(2.3)、进水口Ⅰ(2.4)、下挡板(2.5)、沸石填料(2.6)、上挡板(2.7)、pH/DO测定仪Ⅰ(2.8)、溢流孔(2.9)；中间水箱(3)设有中间进水泵(3.1)、加热棒(3.2)；厌氧氨氧化反应器(4)设有进水口Ⅱ(4.1)、pH/DO测定仪Ⅱ(4.2)、沸石填料(2.6)、出水口(4.4)、回流口(4.5)、回流泵(4.6)；沸石填料(2.6)设有聚丙烯网格状椭球壳(2.6.1)、沸石颗粒(2.6.2)、聚苯乙烯浮力泡沫(2.6.3)；
实验装置连接：进水箱(1)通过进水泵(1.1)与移动床沸石生物膜反应器(2)进水口Ⅰ(2.4)相连；移动床沸石生物膜反应器(2)溢流出水通过溢流孔(2.9)与中间水箱(3)相连；厌氧氨氧化反应器(4)进水口Ⅱ(4.1)通过中间进水泵(3.1)与中间水箱(3)相连，厌氧氨氧化反应器(4)的出水经出水口(4.4)排放到出水桶(5)。
2.应用权利要求1所述利用沸石填料维持高氨氮废水稳定短程硝化-厌氧氨氧化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.1)反应器的启动阶段：
2.1.1)移动床沸石生物膜反应器的启动：①人工培养法挂膜；接种全程硝化污泥，控制污泥浓度为5.0-10.0g/L，运行过程中不主动排泥；向反应器内部投加沸石填料，填充比控制在40-50％，其中沸石填料是由聚丙烯网格状椭球壳，内部装填有直径3-6mm的沸石颗粒，同时填充聚苯乙烯浮力泡沫组成；沸石颗粒与聚苯乙烯浮力泡沫均大于聚丙烯网格状椭球壳的最小孔隙从而保证不会掉落，两者以1：1-1：2的体积比填充，确保沸石填料可以在曝气的条件下在反应器内移动翻腾；氨氮浓度为100-200mg/L的人工配水通过进水泵连续进入移动床沸石生物膜反应器内，具体的配水包括：NH4Cl100-200mgN/L、NaHCO3 0.7-2.0g/L、KH2PO3 20-40mg/L、CaCl2·2H2O 100-300mg/L、MgSO4·2H2O 100-300mg/L、微量元素Ⅰ溶液0.5-1.0mL/L、微量元素Ⅱ溶液0.5-1.0mL/L，这里的mL是加入的微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液的体积，L是进水的总体积，上述浓度均为进水各物质的最终浓度；微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液各自以水为溶剂按照下述基质配比，微量元素Ⅰ溶液包括：EDTA·2Na 6-7g/L、FeSO4·7H2O 5-6g/L；微量元素Ⅱ溶液包括：EDTA·2Na 18-20mg/L、H3BO3 0.01-0.02mg/L、ZnSO4·7H2O 0.4-0.5mg/L、CoCl2·6H2O 0.2-0.3mg/L、CuSO4·5H2O 0.2-0.3mg/L、MnCl2·4H2O 0.9-1.0mg/L、NiCl2·6H2O 0.1-0.2mg/L、NaMoO4·2H2O 0.2-0.3mg/L；水力停留时间为24-48h；调节进水的pH在7.5-8.5；以间歇曝气的方式运行，曝气2h后，停曝1h；通过气体流量计将曝气阶段溶解氧控制在2-4mg/L；持续15-20天直到填料表面覆盖有淡黄色生物膜，表示挂膜成功；②启动短程硝化；进水是氨氮浓度为300-400mg/L的人工配水，同时投加NaHCO3补充碱度，NaHCO3与氨氮的质量浓度比值稳定在7-10；具体的配水包括：NH4Cl300-400mgN/L、NaHCO32.0-4.0g/L、KH2PO3 20-40mg/L、CaCl2·2H2O 100-300mg/L、MgSO4·2H2O 100-300mg/L、微量元素Ⅰ溶液0.5-1.0mL/L、微量元素Ⅱ溶液0.5-1.0mL/L，这里的mL是加入的微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液的体积，L是进水的总体积，上述浓度均为进水各物质的最终浓度；微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液各自以水为溶剂按照下述基质配比，微量元素Ⅰ溶液包括：EDTA·2Na 6-7g/L、FeSO4·7H2O 5-6g/L；微量元素Ⅱ溶液包括：EDTA·2Na 18-20mg/L、H3BO3 0.01-0.02mg/L、ZnSO4·7H2O 0.4-0.5mg/L、CoCl2·6H2O0.2-0.3mg/L、CuSO4·5H2O 0.2-0.3mg/L、MnCl2·4H2O 0.9-1.0mg/L、NiCl2·6H2O 0.1-0.2mg/L、NaMoO4·2H2O 0.2-0.3mg/L；连续进水的水力停留时间为12-15h；调节进水的pH在7.5-8.5；通过气体流量计控制溶解氧浓度为2-4mg/L；当移动床沸石生物膜反应器的出水的亚硝态氮与氨氮的质量浓度比在1-1.5范围并维持稳定15天以上，表示反应器的短程硝化启动成功；
2.1.2)厌氧氨氧化反应器的启动：接种厌氧氨氧化颗粒污泥，控制污泥浓度为5.0-10.0g/L，不主动排泥；进水是氨氮浓度为100-200mg/L，亚硝态氮与氨氮的质量浓度比维持在1-1.5范围的人工配水；具体的配水包括：NaNO2100-300 mgN/L、NH4Cl 100-200mgN/L、NaHCO3 0.5-1.0g/L、KH2PO3 20-40mg/L、CaCl2·2H2O 100-300mg/L、MgSO4·2H2O 100-300mg/L、微量元素Ⅰ溶液0.5-1.0mL/L、微量元素Ⅱ溶液0.5-1.0mL/L，这里的mL是加入的微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液的体积，L是进水的总体积，上述浓度均为进水各物质的最终浓度；微量元素Ⅰ溶液和微量元素Ⅱ溶液各自以水为溶剂按照下述基质配比，微量元素Ⅰ溶液包括：EDTA·2Na 6-7g/L、FeSO4·7H2O 5-6g/L；微量元素Ⅱ溶液包括：EDTA·2Na 18-20mg/L、H3BO3 0.01-0.02mg/L、ZnSO4·7H2O 0.4-0.5mg/L、CoCl2·6H2O 0.2-0.3mg/L、CuSO4·5H2O 0.2-0.3mg/L、MnCl2·4H2O 0.9-1.0mg/L、NiCl2·6H2O 0.1-0.2mg/L、NaMoO4·2H2O0.2-0.3mg/L；利用加热棒将中间水箱的温度维持在35±1℃，通过中间进水泵连续泵入反应器内，水力停留时间为12-15h；调节进水的pH在7.5-8.5；回流比为300-500％，确保沸石填料可以在反应器内悬浮；培养1-2个月，当总氮的去除率超过80％，出水亚硝态氮与氨氮的浓度均小于5mg/L并维持稳定15天以上，表示厌氧氨氧化反应器启动成功；
2.2)反应器的运行阶段：
两个反应器均启动成功后，将移动床沸石生物膜反应器的进水改为实际高氨氮废水，出水排入中间水箱，再通过中间进水泵泵入厌氧氨氧化反应器作为进水，完成短程硝化-厌氧氨氧化装置的组合；
2.2.1)移动床沸石生物膜反应器的运行：进水为氨氮浓度300-400mg/L的高氨氮废水,通过进水泵连续泵入移动床沸石生物膜反应器内，水力停留时间为12-15h；同时投加NaHCO3保持碱度，NaHCO3与氨氮的质量浓度比值稳定在7-10；调节进水的pH在7.5-9.5；通过气体流量计控制溶解氧浓度为2-4mg/L；基于沸石的吸附解吸，出水的亚硝态氮在150-200mg/L之间，氨氮在150-200mg/L之间，两者的比值在1.0-1.5之间，满足后续的厌氧氨氧化反应；
2.2.2)厌氧氨氧化反应器的运行：启动成功的移动床沸石生物膜反应器的出水的亚硝态氮与氨氮比值在1-1.5，先进入中间水箱，通过加热棒将中间水箱的温度维持在35±1℃，进水被连续泵入厌氧氨氧化反应器里，水力停留时间为12-15h；调节进水的pH在7.5-8.5；回流比为300-500％，确保沸石填料可以在反应器内悬浮。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118145799A (zh) * | 2024-02-26 | 2024-06-07 | 贵州大学 | 一种污水脱氮装置及其处理方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116143277B (zh) | 2024-06-18 |
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