含氨廢水的同步硝化反硝化處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于廢水處理領(lǐng)域，具體地說涉及一種含氨廢水的同步硝化反硝化處理方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 化工生產(chǎn)企業(yè)因其生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，每天排放大量含氨廢水。如果直接排放，會(huì)造成 水體富營(yíng)養(yǎng)化，藻類過度生長(zhǎng)，不僅降低了水體觀賞價(jià)值，而且使水生生物缺氧死亡。一些 藻類蛋白毒素還會(huì)經(jīng)過食物鏈?zhǔn)谷酥卸?，?yán)重危害人類及生物生存。為此，如何經(jīng)濟(jì)有效地 去除廢水中的氨氮已成為亟待解決的問題。
[0003] 生物脫氮是從廢水中去除氮素污染的較為經(jīng)濟(jì)有效的方法之一，一般包括硝化過 程和反硝化過程。硝化過程是由硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為Ν0Γ和Ν0Γ的反應(yīng)過程。反硝化過 程是在無(wú)氧或低氧條件下，Ν0Γ和NO 21 皮微生物還原轉(zhuǎn)化為氣體物質(zhì)的過程，反應(yīng)過程中 需要以有機(jī)碳作為碳源和能源。不管是傳統(tǒng)脫氮工藝還是新型脫氮工藝，負(fù)責(zé)脫氮的微生 物主要是硝化菌和反硝化菌。在實(shí)際應(yīng)用中，由于兩種菌體生長(zhǎng)環(huán)境的差異，一般是將硝化 過程和反硝化過程分離開，如傳統(tǒng)的A/0, A2A)工藝，存在工藝冗長(zhǎng)，污水處理構(gòu)筑物占地面 積大，投資和運(yùn)行費(fèi)用高等諸多弊端。
[0004] 同步硝化反硝化脫氮是指硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)在同一反應(yīng)器內(nèi)同步進(jìn)行的新 型工藝，不僅克服了傳統(tǒng)工藝硝化和反硝化過程在兩個(gè)不同的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的不足，而且 在降低能耗和物耗等方面具有突出的優(yōu)勢(shì)。例如，可以減少反硝化反應(yīng)設(shè)備、節(jié)省基建費(fèi) 用；反硝化過程產(chǎn)生的堿可部分中和硝化過程產(chǎn)生的酸，減少堿液的消耗，能有效地保持反 應(yīng)器中PH穩(wěn)定。因此，同步硝化反硝化脫氮過程，已經(jīng)成為水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 國(guó)外有研究者將硝化菌和反硝化菌置于同一反應(yīng)器中混合培養(yǎng)，雖可以達(dá)到單個(gè)反 應(yīng)器的同步硝化反硝化，但是反硝化結(jié)果不盡人意，離實(shí)際應(yīng)用還有一定的距離。荷蘭 Olburgen 土豆加工廢水處理項(xiàng)目采用短程硝化和厭氧氨氧化組合實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化，但 是由于反硝化采用專性厭氧的厭氧氨氧化細(xì)菌，該細(xì)菌長(zhǎng)期處于一定濃度的有氧環(huán)境中， 從而在一定程度上降低了厭氧氨氧化細(xì)菌的活性，導(dǎo)致脫氮效果不理想。國(guó)內(nèi)也進(jìn)行了一 些相關(guān)的研究工作，耿金菊等利用反硝化菌群和自養(yǎng)硝化菌群組合脫氮(應(yīng)用與環(huán)境生物 學(xué)報(bào)，2002, 8 (1) : 78-82)，雖然具有較好的氨氮脫除能力，但抗沖擊能力較弱，高于300mg/ L的高濃度氨氮能抑制菌體的生長(zhǎng)，并且氨氮濃度高于200mg/L時(shí)，脫氮后氨氮?dú)堄嗔枯^ 多，同步不耐受高濃度有機(jī)碳，500mg/L的有機(jī)碳濃度抑制菌體生長(zhǎng)并降低脫氮效果；這種 組合菌群中的各類細(xì)菌培養(yǎng)與生長(zhǎng)條件不一致，一種發(fā)揮功能時(shí)另一種卻被處于抑制狀 態(tài)，導(dǎo)致彼此不協(xié)調(diào)，生物脫氮時(shí)間延長(zhǎng)，成本增大，脫氮效率受到影響。CN201210067682. 9 公開了一種同步硝化反硝化的污水處理方法，通過生物膜加大反應(yīng)器內(nèi)生物量和生物種 類，保證世代較長(zhǎng)的微生物（如硝化菌）生存，利于硝化反應(yīng)；并且，生物膜載體從表面到內(nèi) 部存在溶解氧濃度的梯度現(xiàn)象，相應(yīng)有好氧、缺氧和兼氧區(qū)狀態(tài)，為直接脫氮提供了良好的 環(huán)境；反應(yīng)過程中，采用充氧裝置，促成反應(yīng)器內(nèi)形成明顯的好氧、缺氧段，形成同步硝化和 反硝化的宏觀環(huán)境；同時(shí)進(jìn)行硝化和反硝化反應(yīng)。但是，該法需要采用生物載體構(gòu)建不同生 物量和生物種類的生物膜，生物膜載體從表面到內(nèi)部需要存在相應(yīng)有好氧、缺氧和兼氧區(qū) 的溶解氧濃度的梯度狀態(tài)，實(shí)際操作難度較大，并不能調(diào)控硝化菌和反硝化菌各自的脫氮 效率。
[0005] 目前盡管同步硝化反硝化有了較大的發(fā)展，但是普遍存在著負(fù)荷較小，去除率偏 低，運(yùn)行不穩(wěn)定等不足，不能有效處理含氨廢水，并且有些正在運(yùn)行的工藝并沒有考慮總氮 的去除問題。這大大限制了同步硝化反硝化工藝的發(fā)展和應(yīng)用。因此，如何更好的提供適 宜的生長(zhǎng)條件，保證硝化和反硝化都可以高效進(jìn)行，使同步硝化反硝化長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，對(duì) 加快同步硝化反硝化脫氮工藝工業(yè)應(yīng)用的進(jìn)程具有積極意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種含氨廢水的同步硝化反硝化處理方法。本 發(fā)明利用分離膜將生物反應(yīng)器中的硝化污泥和反硝化污泥隔離開，使污泥在各自單獨(dú)空間 作用，彼此間互不干擾，廢水成分則是實(shí)現(xiàn)互通，并且可以提供不同的溶解氧環(huán)境，提高了 同步硝化反硝化的效率。
[0007] 本發(fā)明含氨廢水的同步硝化反硝化處理方法，包括如下內(nèi)容：在曝氣生物反應(yīng)器 中設(shè)置分離膜將其分成上下兩個(gè)區(qū)域，含氨廢水首先進(jìn)入到下部的硝化區(qū)進(jìn)行硝化反應(yīng)， 然后通過分離膜后進(jìn)入上部的反硝化區(qū)，最后經(jīng)上部區(qū)域的出水口流出；在硝化區(qū)設(shè)置一 個(gè)中空結(jié)構(gòu)的圓柱形內(nèi)筒，曝氣系統(tǒng)在內(nèi)筒內(nèi)側(cè)曝氣；在反硝化區(qū)設(shè)置一個(gè)中空結(jié)構(gòu)的喇 叭口內(nèi)筒，喇叭口朝下并且喇叭口下端直徑大于圓柱形內(nèi)筒的直徑。
[0008] 本發(fā)明中，膜分離組件的材質(zhì)可以采用各種具有分離特性的膜，優(yōu)選采用陶瓷分 離膜，膜孔直徑為〇. 05?0. 5 μ m。
[0009] 本發(fā)明中，硝化區(qū)和反硝化區(qū)的體積比為1:1?6:1。曝氣生物反應(yīng)器的高徑比為 3:1?15:1，優(yōu)選6:1?12:1。在硝化區(qū)設(shè)置一個(gè)中空結(jié)構(gòu)的圓柱形內(nèi)筒，曝氣系統(tǒng)在內(nèi)筒 內(nèi)側(cè)曝氣，這樣可以在硝化區(qū)域形成外循環(huán)，有助于廢水和硝化污泥更好的返混，提高硝化 區(qū)域的處理效果。在反硝化區(qū)設(shè)置一個(gè)中空結(jié)構(gòu)的喇叭口內(nèi)筒，喇叭口朝下并且喇叭口下 端直徑大于圓柱形內(nèi)筒的直徑，但是其上部的筒體直徑小于硝化區(qū)圓柱形內(nèi)筒的直徑，這 樣既有利于收集從硝化區(qū)通過分離膜進(jìn)入反硝化區(qū)的氣體，使其進(jìn)入喇叭口內(nèi)筒中，更有 助于在反硝化區(qū)域形成外循環(huán)，有助于廢水和反硝化污泥更好的返混。同時(shí)，由于氣體的逸 散和硝化菌的利用，進(jìn)入反硝化區(qū)的氧相對(duì)減少很多，有利于反硝化污泥在適宜的無(wú)氧或 低氧條件下更好的發(fā)揮脫氮性能。反硝化區(qū)域內(nèi)筒直徑小，可以實(shí)現(xiàn)反硝化區(qū)域的有效返 混，不需要專門的返混設(shè)備；并且可以減少反硝化污泥與氣體的接觸時(shí)間，進(jìn)一步提高反硝 化的效果。
[0010] 本發(fā)明中，利用曝氣系統(tǒng)通入的氣體所攜帶的氧氣含量控制進(jìn)水口區(qū)域的溶解氧 濃度為1. 〇?5. Omg/L，優(yōu)選為2. 0?3. Omg/L。隨著物料流動(dòng)的方向，氧氣在硝化區(qū)得到 有效利用，進(jìn)入上部區(qū)域的氧相對(duì)減少很多，有利于反硝化在無(wú)氧或低氧條件下高效進(jìn)行。 當(dāng)溶解氧濃度出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，通過調(diào)節(jié)氣體所攜帶的氧氣的含量，以保證溶解氧的濃度在適 宜的值。控制廢水處理體系的溫度為20°C?40°C，pH值為6?9。
[0011] 本發(fā)明中，出水口可以設(shè)分離膜，保證出水中不含有懸浮污泥；也可以在反應(yīng)器頂 端設(shè)置旋風(fēng)分離器、旋液分離器或者可以進(jìn)行氣液固分離的多相分離器，防止污泥沖出并 將處理后的廢水和氣體進(jìn)行分離。曝氣生物反應(yīng)器的其它操作條件按常規(guī)處理廢水的硝化 污泥和反硝化污泥的條件控制。設(shè)置培養(yǎng)體系溶解氧量的測(cè)定裝置，根據(jù)需要調(diào)整進(jìn)氣中 的氧濃度。同時(shí)提供pH電極檢測(cè)，以便通過外源加入酸、堿來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)pH控制。溫度控制 為內(nèi)部盤管加熱方式或者在反應(yīng)器外部設(shè)置控溫夾套來維持所需要的溫度。
[0012] 本發(fā)明中，硝化污泥優(yōu)選為硝化顆粒污泥，反硝化污泥為厭氧反硝化顆粒污泥或 者好氧反硝化顆粒污泥。在實(shí)際廢水處理的過程中，控制硝化污泥的污泥濃度為2. 0? 8. Og/L，反硝化污泥的污泥濃度為I. 0?5. Og/L，當(dāng)污泥不足或者過剩時(shí)，通過在線置換裝 置進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0013] 本發(fā)明中，含氨廢水為一切適合生物法處理的含COD和氨氮的污水，氨氮濃度一 般為100?l〇〇〇mg/L。可以加入活性污泥處理含氨廢水所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以提高其反應(yīng)活 性。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的配比為=Fe 2+濃度為0. 01?0. 06g/L，K+濃度為0. 05?0. 5g/L，Ca2+濃度 為0· 01?0· lg/L，Mg2+濃度為0· 05?0· 5g/L ;pH值為6. 5?L 5。采用批次進(jìn)水或者連 續(xù)進(jìn)水方式，采取連續(xù)進(jìn)水方式進(jìn)行生物脫氮處理，水力停留時(shí)間一般為8?24小時(shí)。在含 氨廢水處理過程中，遇到處理效果出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，可以分別補(bǔ)充硝化和/或反硝化強(qiáng)化菌劑， 保持穩(wěn)定的同步硝化反硝化脫氮效果。
[0014] 本發(fā)明中，按照碳氮質(zhì)量比為3:1?10:1補(bǔ)加反硝化所需的有機(jī)碳源，有機(jī)碳源 可以是丁二酸鈉、乙酸鈉、甲醇、葡萄糖或木質(zhì)纖維素水解液等。以批次或連續(xù)方式補(bǔ)充有 機(jī)碳源，最好根據(jù)有機(jī)碳源的消耗速度進(jìn)行流加，以減少有機(jī)碳源對(duì)硝化污泥的影響。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下突出特點(diǎn)： 1、利用分離膜將反應(yīng)器中的硝化污泥與反硝化污泥隔離開處理含氨廢水，使硝化污泥 與反硝化污泥在各自單獨(dú)的空間作用，廢水成分則是實(shí)現(xiàn)互通，并且設(shè)置特殊的氣液返混 體系，可以提供不同的溶解氧環(huán)境，使二者可以在各自適宜的溶解氧條件下作用，建立起硝 化污泥與反硝化污泥協(xié)調(diào)配合而細(xì)胞間又互不干擾的穩(wěn)定的處理體系，克服了現(xiàn)有技術(shù)需 要使用多個(gè)反應(yīng)器或直接將硝化污泥和反硝化污泥進(jìn)行混合處理含氨廢水的不足。
[0016] 2、硝化菌和反硝化菌對(duì)溶解氧的需求不同，好氧反硝化菌雖然具有耐氧能力，但 是在低氧的條件下其脫氮性能更高，因此將兩種菌直接混合進(jìn)行脫氮存在弊端。本發(fā)明在 分離膜的下部區(qū)域進(jìn)行曝氣，由于分離膜、硝化污泥、曝氣系統(tǒng)、圓柱形內(nèi)筒和喇叭口內(nèi)筒 的共同作用，上下區(qū)域會(huì)形成不同的溶解氧濃度，有利于反硝化污泥在低氧或無(wú)氧條件下 發(fā)揮脫氮性能。與兩種菌直接混合相比，本發(fā)明可以使硝化菌和反硝化菌在各自適宜的溶 解氧條件下生長(zhǎng)，有效提高硝化菌和反硝化菌的脫氮活性，提高了同步硝化反硝化的脫氮 效率。
[0017] 3、雖然采用分離膜將反應(yīng)器分為兩個(gè)反應(yīng)區(qū)域，但是采用本發(fā)明的返混體系，不 僅可以實(shí)現(xiàn)硝化區(qū)的有效返混，也可以實(shí)現(xiàn)反硝化區(qū)的有效返混，反硝化區(qū)不需要專門的 返混或者攪拌設(shè)備。
[0018] 4、硝化菌利用廢水中的氨氮進(jìn)行硝化反應(yīng)，產(chǎn)生的硝氮和/或亞硝氮可以進(jìn)入上 部的反硝化區(qū)作為反硝化菌的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，反硝化菌將硝氮和/或亞硝氮轉(zhuǎn)化成氣體不斷排 出。隨著反應(yīng)物料的流動(dòng)和反硝化的進(jìn)行，硝氮和/或亞硝氮會(huì)進(jìn)不斷入上部區(qū)域滿足反 硝化菌的需要；同時(shí)由于產(chǎn)物抑制作用的削減，有助于提高硝化反應(yīng)的進(jìn)程和效果，二者互 相補(bǔ)充和促進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了總氮的高效脫除。
[0019] 5、隨著硝化反應(yīng)的進(jìn)行，需要補(bǔ)加堿液維持適宜生長(zhǎng)的pH，而反硝化過程產(chǎn)生的 堿可部分中和硝化過程產(chǎn)生的酸，減少堿液的消耗，能有效地保持反應(yīng)器中PH穩(wěn)定，符合 節(jié)能減排的要求。
【附圖說明】
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