CN1328188C - 一种对废水进行生物脱氮处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种厌氧氨氧化试验装置对废水进行生物脱氮处理的方法，由厌氧氨氧化反应器、转换器及水浴缸构成，反应器和转换器均为密闭容器，整体淹没于水浴缸的水面以下并固定；反应器顶部设导气管和导流管，内装活性污泥及水下搅拌器；转换器顶部设导气管和临时导气孔，该导气管和反应器顶部导气管连通，转换器壁上有刻度标尺，转换器侧下部设导气孔，该导气孔直接与水浴缸相通；水浴缸中充满自来水或蒸馏水，保持恒定水温，其水面高于反应器和转换器顶部约3厘米，并将导气管淹没。本装置结构简单、密封效果好，易于实现严格的厌氧氨氧化细菌生长的环境条件，便于操作控制，具有更有效的污泥截留能力。

Description

一种对废水进行生物脱氮处理的方法

技术领域

本发明属废水处理领域，涉及到利用微生物处理高浓度含氮废水的技术，具体涉及到一种利用厌氧氨氧化试验装置对废水进行生物脱氮处理的方法。

背景技术

由于反硝化碳源不足等原因，高浓度含氮废水的生物脱氮处理一直是废水治理的难点，二十一世纪九十年代末厌氧氨氧化现象的发现为高浓度含氮废水的生物脱氮处理找到了一个突破口。厌氧氨氧化现象是厌氧氨氧化微生物在厌氧条件下以氨氮为电子供体，亚硝酸盐为电子受体进行生物脱氮过程，利用它可以解决以往传统硝化/反硝化生物脱氮过程中碳源不足的问题，能高效完全地去除高浓度含氮废水中的氨污染物。厌氧氨氧化微生物为革兰氏阴性光损性球状菌，其生长速率缓慢，倍增时间长，对环境条件要求较为严格，如温度以30～35℃，PH以7.5～8.5为宜，避光，特别是要求生活环境为严格的厌氧环境(＞0.2μg/l的溶解氧都会对厌氧氨氧化微生物活性产生毒害性)。由于上述特性，导致目前世界上对厌氧氨氧化现象的研究仍停滞于试验室研究阶段，且只有为数不多的几个试验室成功地独立培养出了厌氧氨氧化微生物，目前对厌氧氨氧化现象的机理尚不完全明了，还有许多研究工作有待进行。

目前已见报道的国内外厌氧氨氧化试验装置大多采用厌氧生物流化床、生物转盘等固定生长活性污泥法工艺，反应器容积小(多为2升左右)，一般以有机玻璃管或玻璃瓶加盖或橡皮塞制成，水浴加热以维持反应温度，外接集气气囊平衡气压(使进、出水能够顺利进行)或外接湿式气体流量计测定产气体积。此类装置具有结构复杂、操作困难、造价较贵等缺点。如气囊易漏气、需经常补气，系统运行成功产气后需排气时又极为不便，而湿式气体流量计不能平衡装置气压，使进、排水不畅；特别是装置密封性较差，难以维持严格厌氧条件，使厌氧氨氧化细菌活性被抑制，容易导致试验失败。因此开发一种简易、有效、价廉的厌氧氨氧化试验装置对推进高浓度含氮废水生物处理技术的进步有显著的意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的就在于提供一种厌氧氨氧化试验装置处理的方法，能简化装置结构，便于操作控制，提高密封性，易于收集测量产气量，更重要的是能大幅提高反应器的有效容积以便能扩大试验规模到工程实践的程度。

本发明的技术方案如下：

一种厌氧氨氧化试验装置，它由厌氧氨氧化反应器、转换器以及水浴缸三部分构成，反应器和转换器均为密闭容器，整体淹没于水浴缸的水面以下并固定。反应器顶部设导气管和导流管，内装活性污泥及水下搅拌器。导流管用于反应器的进、出水，导气管用于维持进、出水时气压平衡并排出反应产生的含氮气体至转换器。转换器顶部设导气管和临时导气孔，该导气管和反应器顶部导气管连通，临时导气孔用于装置启动时帮助在反应器中形成严格厌氧条件并在运行中排出多余含氮气体。转换器壁上有刻度标尺，可据此计算反应器的进出水量、并计算运行时的产气量。转换器侧下部设导气孔，该导气孔直接与水浴缸相通。水浴缸中充满自来水(或蒸馏水)，保持恒定水温，其水面高于反应器和转换器顶部约3厘米，并将导气管淹没。

利用上述的厌氧氨氧化试验装置对废水进行生物脱氮处理的方法包括有以下步骤：

(1)启动阶段

首先将反应器、转换器、水浴缸中均充满自来水(或蒸馏水)，转换器临时导气孔外接氩气包；然后排出水浴缸中的水，则氩气包中氩气被自动吸入转换器中，当吸入的氩气使转换器内液面下降至接近导气孔时，关闭临时导气孔，撤除氩气包，再往水浴缸中加水至淹没反应器和转换器顶部3厘米以上；利用虹吸原理从导流管排出反应器中的水，随着反应器内液面下降，转换器内氩气通过导气管被吸入反应器内，当吸入反应器内的氩气至所需体积时，停止排水，此时反应器排出水的体积与转换器内液面上升的体积相等，但注意此时仍保证水浴缸液面高于反应器和转换器顶部。将活性污泥通过导流管加入反应器中，此时反应器液面上升，而转换器内液面相应下降；最后关闭反应器导流孔，打开反应器内搅拌器，装置开始运行。

(2)运行阶段

装置采用间歇运行方式，含氮废水在反应器内经历进水、搅拌、沉淀、排水四个阶段为一个完整的运行周期。首先自导流管往反应器中加入含氮废水，打开水下搅拌器进行运行；当反应器运行搅拌到预定时间后，关闭水下搅拌器，进行沉淀；待沉淀完成后，打开导流管，利用虹吸原理排出上清液。反应器的进、排水量与刻度标尺所示的转换器内液面降、升量相同。

(3)产气量确定及多余气体逸出

活性污泥经过一段时间的驯化培养，厌氧氨氧化现象出现则标志着厌氧氨氧化试验装置的启动运行成功，此时系统内含氮污染物被将解，同时成比例地释放出含氮气体(以氮气为主)。本发明通过导气管将反应器和转换器上部连通，使两者上部空间气压平衡，因此产气量即是反应过程中刻度标尺所示转换器内液面下降量。而且由于装置良好的密封效果，绝对不存在漏气的可能性，产气量的测定是精确的。产生的含氮气体与反应器内含氮污染物之间可进行物料衡算，进而可以推导厌氧氨氧化反应的各项反应参数，进一步揭示其反应机理。

当转换器内收集的含氮气体累积至液面接近导气孔时，关闭反应器导气管，打开转换器顶部临时导气孔，排出一定量气体至水浴缸水体中，气体逸出水面进入大气，这不会对装置的严格密封性产生任何影响，而且排气量可人为控制，不会影响产气量的连续测量。

本装置及方法的优点如下：

(1)本装置结构简单、便于操作控制、造价低廉；

(2)本装置将反应器、转换器和导气管整体置于水浴缸水面以下，形成水封，具有极佳的密封效果，易于实现严格的厌氧氨氧化细菌生长的环境条件；

(3)本装置适用于序批式悬浮生长活性污泥工艺，它比流化床等工艺易于操作控制，具有更有效的污泥截留能力，反应器内流态分布均匀，能最大限度地缓和进水废物的抑制性。

(4)本装置的转换器这一构造能完全取代已有技术中气压平衡气囊和湿式气体流量计，避免了两者的构造缺点，并具备独特的优点：由于它密闭于水面以下，具有绝对严格的密封效果，不会漏气，不需补气；可平衡装置气压，使进水、排水顺利进行；系统运行成功后产生的含氮气体可被全部收集并记录其产气量；当产气量接近其容纳量后多余气体可方便地逸出，而对密封性毫无影响；还可根据转换器池壁上的刻度标尺控制平时系统进、排水量，方便而准确。

附图说明

图1是厌氧氨氧化试验装置示意图。

图中：1反应器 2转换器 3导气孔 4临时导气孔 5刻度标尺 6水下搅拌器7水浴缸 8导气管 9导流管

具体实施方式

下面结合图1进一步说明本发明技术：

本厌氧氨氧化试验装置参见图1，它主要由厌氧氨氧化反应器1(简称反应器)、转换器2及水浴缸7三大部分构成。反应器1和转换器2均为密闭容器，整体淹没于水浴缸7内的水面以下并在水浴缸7底部固定。反应器1顶部设导气管8和导流管9各一根，反应器1内装有活性污泥及一个水下搅拌器6。转换器2顶部通过导气管8与反应器1顶部相互连通，转换器2顶部设有临时导气孔4，转换器侧下部设有导气孔3并直接与水浴缸相通。水浴缸7内有自来水，水面高于反应器1、转换器2和导气管8约3厘米。

本装置的运行按以下方式进行：

(1)启动阶段

首先将反应器1、转换器2、水浴缸7中均充满自来水，临时导气孔4临时外接一个氩气包。排出水浴缸7中的水，则氩气包中氩气被吸入转换器2中，当吸入的氩气使转换器2内液面下降至接近导气孔3时，关闭临时导气孔4，撤除氩气包，往水浴缸7中加入自来水至淹没转换器2顶部3厘米以上。利用虹吸原理从导流管9排出反应器1中的水，随着反应器1内水面下降，通过导气管8，转换器2内氩气被吸入反应器1中。当吸入反应器1内的氩气至所需体积时，停止导流管9的排水，此时反应器1排出水的体积与转换器2内液面上升的体积相等，但注意此时仍保证水浴缸7液面高于反应器1和转换器2顶部。将待驯化的活性污泥通过导流管9加入反应器1中，此时反应器1内液面上升，而转换器2内液面相应下降。最后关闭导流管9，打开水下搅拌器6，开始运行。

(2)运行阶段

装置采用间歇运行方式，一个完整的运行周期由进水、搅拌、沉淀、排水四个阶段组成：首先自导流孔9往反应器1中加入待处理的含氮废水，此时加入水量与转换器2内液面下降量相同(进水量和排水量也可参考刻度标尺5)；进水完毕后打开水下搅拌器6进行运行；当运行到到预定时间后，关闭水下搅拌器6，进行沉淀；待沉淀完成后，打开导流孔9，利用虹吸原理排出反应器1内上清液。此时排水量与转换器2内液面上升量相同。至此一个正常运行周期完成。

(3)产气量确定及多余气体逸出

本发明通过导气管8将反应器1和转换器2上部连通，使两者上部空间气压平衡，再通过转换器2内液面升降反映气相的变化量，具体值由刻度标尺5确定。在一个反应运行周期内，当发生厌氧氨氧化反应产生含氮气体时，气相体积增加，则转换器2液面下降，下降值即为产气量。

当装置经过一段时间运行之后，转换器2内收集的含氮气体累积较多，液面接近导气孔3时，打开临时导气孔4，排出一定量气体至水浴缸7水体中，继而逸出水面进入大气中。

经在试验室进行反应器有效反应容积为40升的厌氧氨氧化装置启动及运行试验，其中反应器操作参数为：水温30℃，PH值7.5～8.5，水力停留时间1天(启动阶段为4天)，MLSS约800mg/l，反应器不排泥。结果表明经过约114天的驯化，厌氧氨氧化反应装置能成功启动运行，反应器中的厌氧氨氧化细菌能得到有效大量富集并成为优势菌种，自第115天开始，装置对高浓度含氮废水的厌氧氨氧化能力逐渐上升，之后在大部分运行过程中TN去除率保持在85～90％左右，最高可达约95％。

Claims (1)

1、一种对废水进行生物脱氮处理的方法，其特征在于：实现该方法的装置为一个厌氧氨氧化试验装置，该装置由厌氧氨氧化反应器、转换器以及水浴缸三部分构成，反应器和转换器均为密闭容器，整体淹没于水浴缸的水面以下并固定；反应器顶部设导气管和导流管，内装活性污泥及水下搅拌器；转换器顶部设导气管和临时导气孔，该导气管和反应器顶部导气管连通，转换器壁上有刻度标尺，转换器侧下部设导气孔，该导气孔直接与水浴缸相通；水浴缸中充满自来水或蒸馏水，保持恒定水温，其水面高于反应器和转换器顶部约3厘米，并将导气管淹没。

用上述厌氧氨氧化试验装置按以下步骤进行处理：

(1)启动阶段

首先将反应器、转换器、水浴缸中均充满自来水或蒸馏水，转换器临时导气孔外接氩气包；然后排出水浴缸中的水，则氩气包中氩气被自动吸入转换器中，当吸入的氩气使转换器内液面下降至接近导气孔时，关闭临时导气孔，撤除氩气包，再往水浴缸中加水至淹没反应器和转换器顶部3厘米以上；利用虹吸原理从导流管排出反应器中的水，转换器内氩气被吸入反应器内，当吸入反应器内的氩气至所需体积时，停止排水，将活性污泥通过导流管加入反应器中；最后关闭反应器导流孔，打开反应器内搅拌器，装置开始运行；

(2)运行阶段

含氮废水在反应器内经历进水、搅拌、沉淀、排水四个阶段为一个完整的运行周期：首先自导流管往反应器中加入含氮废水，打开水下搅拌器；当反应器运行搅拌到预定时间后，关闭水下搅拌器，进行沉淀；待沉淀完成后，打开导流管，利用虹吸原理排出上清液；

(3)产气量确定及多余气体逸出

反应器的产气量是反应过程中刻度标尺所示转换器内液面的下降量，当转换器内收集的含氮气体累积至液面接近导气孔时，关闭反应器导气管，打开转换器顶部临时导气孔，排出气体至水浴缸水体中，气体逸出水面进入大气。

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