CN1300015C - 高浓度氨氮废水的脱氮工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明是高浓度氨氮废水的脱氮工艺。其系统由亚硝化生物膜反应器、厌氧氨氧化生物膜反应器和土地处理三单元构成。在亚硝化生物膜反应器中,废水中的部分NH4-N被氧化为NO2-N;然后在厌氧氨氧化生物膜反应器中,微生物在厌氧条件下,以NH4-N为电子供体还原亚硝酸盐,以亚硝酸盐为电子受体氧化NH4-N,将氨氮和亚硝态氮转变成N2,达到同时去除两种氮素的目的;厌氧氨氧化反应器的出水进入土地处理单元,经土壤的毛管渗润作用、微生物降解、土壤颗粒过滤、离子交换、吸附和沉淀作用去除废水中的悬浮固体颗粒物和溶解成分,使其中的有机物和氮发生转化。本发明可以在低碳氮比的情况下完成氮的去除,能耗低,使废水达到排放要求。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域,属于利用生物反应器处理高浓度氨氮废水的脱氮工艺。
背景技术
高浓度氨氮废水处理难度高,环境危害严重,如垃圾渗滤液、污泥上清液和一些化工工业废水,主要的水质特征:氨氮浓度高,碳氮比(C/N)较低。目前国内外处理含氮废水的主要技术有生物处理和物化处理,物化处理技术虽有较好的处理效果,但成本昂贵,能耗大,易产生二次污染,生物处理技术由于具有经济简便等优点而被普遍采用。
传统的生物脱氮包括生物好氧硝化和反硝化两个步骤:①在好氧条件下,通过亚硝化和完全硝化两个反应,氨氮被转化为硝态氮。反应式如下:
由上式可知,1mgNH4 +-N完全硝化,需耗氧4.57mg,需要消耗碱7.14mg(以CaCO3计)。
②在缺氧条件下,反硝化菌以有机物为电子供体,硝态氮(NO3 --N)和亚硝态氮(NO2 --N)被还原转化为氮气(N2)。反应式如下:
由上式可知,转化1mg的NO2 --N或NO3 --N为N2,分别需要消耗有机物(CODcr)1.71mg和2.86mg。
传统的生物脱氮工艺流程如图2所示。
应用传统的生物脱氮技术处理高氨氮、低碳氮比(C/N)的废水,存在以下主要问题:
(1)过高的氨氮使能耗增加,1g氨氮完全硝化需耗氧4.57g;
(2)反硝化过程需要足够的有机碳源作为电子供体才能保证脱氮率。而对于高氨氮、低碳氮比(C/N)的废水,难以有效地反硝化,使脱氮效率较低,而外加碳源不仅增加处理成本,还易造成二次污染;
(3)为中和硝化过程产生的酸度,需要加碱中和,增加了运行费用。
(4)工艺流程复杂,污泥回流和混合液回流增加动力费用。
目前国内外对厌氧氨氧化反应器多采用生物流化床,它具有以下主要缺点:
(1)需设置载体脱膜装置和进行载体回流,使运行复杂化。
(2)为使载体悬浮流化要求很大的回流比,使能耗增加。
发明内容
针对高氨氮废水的水质、水量特征,以及目前处理技术面临的典型问题,采用单一的处理方法不能满足其处理要求,需要通过不同方法的优化组合才能有效处理。本发明的目的在于,利用厌氧氨氧化的脱氮原理,将亚硝化——厌氧氨氧化技术与土地处理相结合,提出一种既能高效稳定的脱氮,又能节省能耗的经济合理的高氨氮废水生物脱氮新工艺。
为达到上述目的,本发明的技术解决方案是提供一种高浓度氨氮废水的脱氮工艺,系统由亚硝化生物膜反应器、厌氧氨氧化生物膜反应器和土地处理三个单元构成,土地处理单元包括土壤渗滤沟和地下潜流湿地两个部分,其包括下列步骤:
(1)高浓度氨氮废水从底部进入亚硝化生物膜反应器,向上流动,经布水装置、曝气装置、生物膜反应区去除废水中大部分易生物降解的有机物,进行亚硝化反应,将部分氨氮转化成亚硝酸盐氮(NO2-N)后,由上部连接管排出;
(2)经第一步处理过的废水,经连接管从底部进入厌氧氨氧化生物膜反应器,向上流动,经布水装置、生物膜反应区,废水中剩余的氨氮(NH4-N)与生成的亚硝酸盐氮(NO2-N)进行厌氧氨氧化脱氮反应后,由上部连接管排出;在厌氧氨氧化生物膜反应器中产生的气体,由反应器上部排出;
(3)经第二步处理过的废水,经连接管流入土地处理单元的土壤渗滤沟布水管,经过布水管进入土壤渗滤沟,向四周的土壤扩散、渗透,经过滤砾石层、土层的沉淀、过滤、吸附和分解后,进入底部的集水管;
(4)废水经集水管流入土地处理单元的潜流湿地布水管,废水通过布水管流入潜流湿地的底层中,由下向上经过碎石层、填料层、土层的沉淀、过滤、吸附和分解后,废水中的颗粒物、臭气被有效去除,色度大副降低,出水达到排放要求;
(5)可排放的水排出地面,集于出水堰,经出水堰出口排入自然界。
所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺,其经第二步处理过的部分废水,经循环管被循环泵从底部打入厌氧氨氧化生物膜反应器,循环水与进水混合进入反应器,起到降低进水中氨氮和亚硝酸盐氮的浓度,减小其对微生物的抑制作用。
所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺,其所述第一步中,亚硝化生物膜反应器的反应水温33~34℃,水力停留时间2.0~2.1d,溶解氧DO:0.8~1.0mg/L,pH:8.0~8.2。
所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺,其所述第二步中,厌氧氨氧化生物膜反应器的反应水温为30~31℃,水力停留时间4.0~4.2d,pH:7.9~8.1。
所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺,其所述亚硝化生物膜反应器,采用固定床生物膜反应器;由生物膜反应区和固液分离区两部分组成,生物膜反应区内安装填料,顶部扩充以减缓上升流速,曝气的气体被收集在中心筒内,管外周边为固液分离区;反应器上部一侧设有连接管;曝气管、曝气装置和布水装置安装在反应器内底部;反应器底部一侧接有废水进水管,曝气管自另一侧引出。
所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺,其所述厌氧氨氧化生物膜反应器,采用固定床生物膜反应器;由生物膜反应区和固液分离区两部分组成,生物膜反应区内安装填料,顶部扩充以减缓上升流速,中心筒外周边为固液分离区;反应器上部一侧设有连接管和循环管;循环管中设有循环泵,循环管下端与亚硝化生物膜反应器的连接管下端相连通,且亚硝化生物膜反应器的连接管下端出口接于反应器底部一侧,循环泵使反应器的出水再进入反应器进行内循环;布水装置安装在反应器内底部。
所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺,其所述土壤渗滤沟,按从上到下的顺序,依次为土层,过滤砾石层,布水管,过滤砾石层,土层和集水管,其中布水管置于过滤砾石层内;土壤渗滤沟采用干湿交替运行的方式,使土壤交替保持好氧和缺氧,达到好氧硝化和缺氧反硝化的目的。所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺,其所述潜流湿地,其上部为土层,中部为填料层,底部为碎石层,布水管置于底部碎石层内。
本发明中采用的亚硝化——厌氧氨氧化技术的脱氮原理是:将废水中约50%的氨氮氧化为亚硝酸盐氮,即硝化过程仅进行到亚硝化阶段,微生物在厌氧条件下,以剩余的50%氨氮作为电子供体,以亚硝酸盐氮作为电子受体,将氨氮和亚硝态氮转化为氮气,厌氧氨氧化技术无需投加有机碳源,反应式如下:
与传统的硝化——反硝化生物脱氮技术相比,该生物脱氮技术具有以下优点:
(1)硝化反应只进行到亚硝化阶段,且只需约50%的氨氮氧化为亚硝酸盐氮,使曝气能耗降低。每去除1mol NH4 +只需耗氧0.75mol,节省能耗62.5%。。
(2)节省100%反硝化有机碳源。
(3)由于只将50%氨氮氧化为亚硝酸盐氮,产酸量大幅下降,每去除1mol NH4 +只产生1mol H+,可节省可观的中和试剂。
本发明中的亚硝化和厌氧氨氧化反应器均采用固定床生物膜反应器,具有以下主要特征:
(1)微生物相多样化,生物的食物链长,并能存活世代时间较长的微生物。
(2)不需要污泥回流和流化,大副降低能耗;无需单独设置沉淀池,使运行简单化。
(3)耐冲击负荷,对水质、水量变动具有较强的适应性。
在本发明中,将土地处理系统放在厌氧氨氧化反应器之后,可使整个工艺具有处理效果好,缓冲容量大,且投资省,运行费用低和管理方便等优点。而且,工艺流程简单,无需污泥回流和混合液回流,能耗低。
本发明的脱氮新工艺具有以下优点:
(1)脱氮效率高,无需投加有机碳源。
(2)不仅去除难降解有机物,还具有脱色、除臭功能。
(3)工艺流程简单,运行简便。
(4)减少动力费用、药剂费用和管理费用,降低运行成本。
(5)基建投资少。
(6)利用土地处理这种生态技术,既处理污染物,又美化环境。
土壤渗滤沟和潜流湿地均放在地下,其上可根据不同需要,种植花草和作物,修建亭院等景观。
附图说明
图1 本发明高浓度氨氮废水的脱氮工艺的工艺流程图;
图2 传统的生物脱氮工艺流程图。
具体实施方式
本发明的工艺流程见图1。亚硝化和厌氧氨氧化均采用固定床生物膜反应器,亚硝化生物膜反应器1和厌氧氨氧化生物膜反应器2内安装固定填料。土地处理单元由土壤渗滤沟3和潜流湿地4两个装置组成,可根据现场地形和土地利用情况修建。
废水从底部流入亚硝化生物膜反应器1,通过布水装置5向反应器1内均匀布水,由供气设施通过曝气管、曝气装置6向反应器1内供气,提供生物好氧反应所需的氧气,废水、气泡自下往上流动,在生物膜反应区7与填料上生长的生物膜接触,生物降解后的废水和悬浮污泥的混合液进入固液分离区8,污泥絮凝、沉淀,进入生物膜反应区7,澄清水从反应器1上部连接管22流出,自流进厌氧氨氧化生物膜反应器2,进水通过布水装置9从下向上流动,被生物膜反应区10填料上生长的生物膜代谢降解,泥水混合液在固液分离区11分离,通过循环管24、循环泵12使反应器2的出水进行内循环,循环水与进水混合进入反应器2,起到降低进水中氨氮和亚硝酸盐氮的浓度,减小其对微生物的抑制作用。出水通过水封保证空气不进入反应器2中,生物反应产生的气体由反应器2顶部收集后排出,出水由反应器2上部连接管23流出,自流进土壤渗滤沟3中的布水管13,通过布水管13周围的过滤砾石层14向土壤层15浸润、渗滤和扩散,通过砾石层14上的生物膜的降解、土层的过滤、吸附、生物代谢,以及表层作物的吸收等作用,废水被进一步净化处理,并由底部的穿孔集水管16收集,自流进潜流湿地4的布水管17。土壤渗滤沟3采用干湿交替运行的方式,使土壤保持交替好氧和缺氧。潜流湿地4的进水通过布水管17以及管周围的碎石层18向上流动进入填料层19,可以利用废弃的建筑材料(如砖石等)和其它材料作为潜流湿地4的填料。废水中的污染物经过填料层19上的生物膜的利用、表层土壤20的过滤和生物降解,以及作物的吸收,从废水中被进一步的去除,净化的出水经出水堰21收集后外排。
实施例1
请参见附图1。
以垃圾渗滤液作为处理废水来源。整个工艺流程连续稳定运行近四个月,稳定运行的条件和整个工艺的处理效果分别如下:
亚硝化生物膜反应器:水温33~34℃,水力停留时间2.0~2.1d,溶解氧DO:0.8~1.0mg/L,pH:8.0~8.2。
厌氧氨氧化生物膜反应器:水温30~31℃,水力停留时间4.0~4.2d,pH:7.9~8.1。
NH4-N的进水浓度:736.77mg/L,出水浓度:58.17mg/L,去除率:92.11%;TN的进水浓度:767.18mg/L,出水浓度:68.61mg/L,去除率:91.06%;CODcr的进水浓度:951.50mg/L,出水浓度:160.98mg/L,去除率:83.08%。
Claims (7)
1.一种高浓度氨氮废水的脱氮工艺,该脱氮工艺由亚硝化生物膜反应器、厌氧氨氧化生物膜反应器和土地处理三个单元构成的系统加以实施,土地处理单元包括土壤渗滤沟和地下潜流湿地两个部分,其特征是:包括下列步骤:
(1)高浓度氨氮废水从底部进入亚硝化生物膜反应器,向上流动,经布水装置、曝气装置、生物膜反应区去除废水中大部分易生物降解的有机物,进行亚硝化反应,将部分氨氮转化成亚硝酸盐氮(NO2-N)后,由上部连接管排出;
(2)经第一步处理过的废水,经连接管从底部进入厌氧氨氧化生物膜反应器,向上流动,经布水装置、生物膜反应区,废水中剩余的氨氮(NH4-N)与生成的亚硝酸盐氮(NO2-N)进行厌氧氨氧化脱氮反应后,由上部连接管排出;在厌氧氨氧化生物膜反应器中产生的气体,由反应器上部排出;
(3)经第二步处理过的废水,经连接管流入土地处理单元的土壤渗滤沟布水管,经过布水管进入土壤渗滤沟,向四周的土壤扩散、渗透,经过滤砾石层、土层的沉淀、过滤、吸附和分解后,进入底部的集水管;
(4)废水经集水管流入土地处理单元的潜流湿地布水管,废水通过布水管流入潜流湿地的底层中,由下向上经过碎石层、填料层、土层的沉淀、过滤、吸附和分解后,废水中的颗粒物、臭气被有效去除,色度大幅降低,出水达到排放要求;
(5)可排放的水排出地面,集于出水堰,经出水堰出口排入自然界。
2.如权利要求1所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺,其特征是:经第二步处理过的部分废水,经循环管被循环泵从底部打入厌氧氨氧化生物膜反应器,循环水与进水混合进入厌氧氨氧化生物膜反应器,起到降低进水中氨氮和亚硝酸盐氮的浓度,减小其对微生物的抑制作用。
3.如权利要求1所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺,其特征是:所述第一步中,亚硝化生物膜反应器的反应水温33~34℃,水力停留时间2.0~2.1d,溶解氧DO:0.8~1.0mg/L,pH:8.0~8.2。
4.如权利要求1所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺,其特征是:其所述第二步中,厌氧氨氧化生物膜反应器的反应水温为30~31℃,水力停留时间4.0~4.2d,pH:7.9~8.1。
5.如权利要求1所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺,其特征是:所述亚硝化生物膜反应器,采用固定床生物膜反应器;由生物膜反应区和固液分离区两部分组成,生物膜反应区内安装填料,顶部扩充以减缓上升流速,曝气的气体被收集在中心筒内,中心筒外周边为固液分离区;反应器上部一侧设有连接管;曝气管、曝气装置和布水装置安装在反应器内底部;反应器底部一侧接有废水进水管,曝气管自另一侧引出。
6.如权利要求1所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺,其特征是:所述厌氧氨氧化生物膜反应器,采用固定床生物膜反应器;由生物膜反应区和固液分离区两部分组成,生物膜反应区内安装填料,顶部扩充以减缓上升流速,中心筒外周边为固液分离区;厌氧氨氧化生物膜反应器上部一侧设有连接管和循环管;循环管中设有循环泵,循环管下端与亚硝化生物膜反应器的连接管下端相连通,且亚硝化生物膜反应器的连接管下端出口接于厌氧氨氧化生物膜反应器底部一侧,循环泵使厌氧氨氧化生物膜反应器的出水再进入厌氧氨氧化生物膜反应器进行内循环;布水装置安装在厌氧氨氧化生物膜反应器内底部。
7.如权利要求1所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺,其特征是:所述土壤渗滤沟,按从上到下的顺序,依次为土层,过滤砾石层,布水管,过滤砾石层,土层和集水管,其中布水管置于过滤砾石层内;土壤渗滤沟采用干湿交替运行的方式,使土壤交替保持好氧和缺氧,达到好氧硝化和缺氧反硝化的目的。
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C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |