從廢水中生物除氮的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在含有包括具有厭氧氨氧化細(xì)菌的核心和氨氧化細(xì)菌的外邊緣的顆粒的粒狀污泥的反應(yīng)器中在低于25°C的溫度下從廢水中生物除氮的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]廢水的組合硝化和厭氧氨氧化(anammox)的方法在本領(lǐng)域中是已知的且通常用于在中溫溫度下(即在25-40°C的范圍內(nèi))富銨廢水流的處理。在該方法中，一半銨先通過氨氧化細(xì)菌按照下列反應(yīng)式氧化形成亞硝酸鹽:
[0003]4NH4++302— 2NH 4++2N02+4H++2H20 (I)
[0004]生成的銨和亞硝酸鹽然后通過厭氧氨氧化細(xì)菌按照下列反應(yīng)式轉(zhuǎn)化成雙氮?dú)怏w:
[0005]ΝΗ4++Ν02 — N 2+2H20 (2)
[0006]已知這兩個(gè)方法步驟均在單一反應(yīng)器中進(jìn)行，其中氨氧化細(xì)菌和厭氧氨氧化細(xì)菌形成具有厭氧氨氧化細(xì)菌的核心和氨氧化細(xì)菌的外邊緣的緊湊污泥顆粒。該方法例如在J.R.Vazquez-Padln 等人，Water Science&Technology (2011)，第 1282-1288 頁中所描述。
[0007]厭氧氨氧化細(xì)菌生長速率緩慢，因此廢水的組合硝化和厭氧氨氧化主要應(yīng)用于溫度約30°C的廢水流。而且在中溫溫度，氨氧化細(xì)菌的最大生長速率大于亞硝酸鹽氧化細(xì)菌的最大生長速率，因此避免了不想要的亞硝酸鹽向硝酸鹽的氧化。
[0008]然而，如果廢水的組合硝化和厭氧氨氧化能夠在低溫(即低于25°C，優(yōu)選地在10和20°C之間)下進(jìn)行將是有利的，因?yàn)樯顝U水通常在該低溫下可用。在低溫下廢水的組合硝化和厭氧氨氧化已經(jīng)在 J.R.Vdzquez-Padin等人，Water Science&Technology (2011)，第1282-1288頁中提出，已經(jīng)研究了在低溫下在兩單元配置和單一單元配置中用于稀釋廢水流的組合硝化和厭氧氨氧化的適當(dāng)?shù)臈l件。發(fā)現(xiàn)在單一反應(yīng)器中在20°C進(jìn)行組合硝化和厭氧氨氧化是可能的。反應(yīng)器具有5.5的高度直徑比。在施加的方法條件下，形成具有厭氧氨氧化細(xì)菌的核心和氨氧化細(xì)菌的外邊緣的緊湊污泥顆粒。Vcizquez-Padin等人公開的方法在批量模式下運(yùn)行。
[0009]W02011/110905公開了一種在曝氣池中在低氧濃度(小于1.0mg/L的溶解氧)在7和25°C之間的溫度下含銨廢水的生物凈化方法，其中蒸煮器產(chǎn)生的污泥水在高于25°C的溫度下的全程自養(yǎng)脫氮(deammonifixat1n)形成的剩余污泥被送入曝氣池中，以連續(xù)地增加曝氣池中厭氧氨氧化細(xì)菌的量。在W02011/110905的方法中，部分污泥在曝氣池中被循環(huán)而沒有去除非粒狀污泥。
[0010]在本領(lǐng)域中需要用于在低溫下在工業(yè)規(guī)?？梢赃M(jìn)行和用于非稀釋廢水流的組合硝化和厭氧氨氧化的改進(jìn)的方法，其中不需要厭氧氨氧化細(xì)菌的連續(xù)增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)通過在包括具有厭氧氨氧化細(xì)菌和氨氧化細(xì)菌的粒狀污泥的單一反應(yīng)器中在粒狀污泥的停留時(shí)間至少是水力停留時(shí)間的十倍，和其中在反應(yīng)器中形成的任何非粒狀污泥的停留時(shí)間最多是水力停留時(shí)間的三倍和其中水力停留時(shí)間在0.5小時(shí)到1.5天的范圍內(nèi)的條件下進(jìn)行組合硝化和厭氧氨氧化方法，所述方法可以在低于25°C的溫度下進(jìn)行，甚至可以在具有相對低的高度直徑比的反應(yīng)器中進(jìn)行，即使沒有厭氧氨氧化細(xì)菌的增加。通過將液體反應(yīng)器流出物分離成包括粒狀污泥和沒有非粒狀污泥或具有很少量非粒狀污泥的部分和包括非粒狀污泥的部分而得到所述條件，其中粒狀污泥的停留時(shí)間顯著高于水力停留時(shí)間，和其中非粒狀污泥的停留時(shí)間不遠(yuǎn)高于水力停留時(shí)間或類似于水力停留時(shí)間。這樣的分離可以例如通過使用斜板沉降器和以反應(yīng)器流出物的相對較高的向上速度操作該沉降器獲得。分離的粒狀污泥循環(huán)至反應(yīng)器中且非粒狀污泥從所述方法中排出。
[0012]因此，本發(fā)明提供一種從廢水中生物除氮的方法，包括:
[0013](a)提供包括銨的廢水流；
[0014](b)向含有包括具有厭氧氨氧化細(xì)菌的核心和氨氧化細(xì)菌的外邊緣的顆粒的粒狀污泥的反應(yīng)器中連續(xù)地供應(yīng)所述廢水流；
[0015](C)所述反應(yīng)器中的所述廢水在銨氧化條件下經(jīng)過氨氧化，得到包括氮?dú)獾臍怏w流和粒狀污泥和非粒狀污泥在處理過的廢水中的分散體，所述銨氧化條件包括5_25°C范圍內(nèi)的溫度、在所述廢水中0.4mg/L-4.0mg/L范圍內(nèi)的溶解氧濃度和所述廢水在所述反應(yīng)器中0.5小時(shí)至1.5天范圍內(nèi)的水力停留時(shí)間；和
[0016](d)連續(xù)地將得到的所述分散體分離成包括粒狀污泥的流和包括處理過的廢水和非粒狀污泥的流，并將所述包括粒狀污泥的流循環(huán)至所述反應(yīng)器中和從所述方法中排出所述非粒狀污泥，
[0017]其中所述粒狀污泥在所述反應(yīng)器中具有至少10倍于所述水力停留時(shí)間的停留時(shí)間，和其中任何非粒狀污泥在所述反應(yīng)器中的所述停留時(shí)間等于所述水力停留時(shí)間或最多是所述水力停留時(shí)間的三倍。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)為亞硝酸鹽氧化細(xì)菌和異養(yǎng)氧化菌被選擇性地從所述反應(yīng)器中去除，而具有厭氧氨氧化細(xì)菌和氨氧化細(xì)菌的粒狀污泥的停留時(shí)間增加。因此，不想要的亞硝酸鹽至硝酸鹽的氧化被最小化。而且，亞硝酸鹽氧化細(xì)菌和異養(yǎng)氧化菌的選擇性去除使所述方法在相對較高的溶解氧濃度下進(jìn)行，這對在硝化步驟中的轉(zhuǎn)化率是有利的。所述方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是任何流入的固體通常從具有非粒狀污泥的液體反應(yīng)器流出物中被分離出來。
[0019]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的方法在所述反應(yīng)器中在步驟(C)的高剪切條件下進(jìn)行。該高剪切的優(yōu)點(diǎn)在于污泥顆粒上的非粒狀(即絮狀)生物質(zhì)的生長被阻止或最小化，并有利于在步驟(d)中粒狀污泥和非粒狀污泥之間的分離?？蛇x地，在步驟(C)中氨氧化反應(yīng)器的液體流出物在所述反應(yīng)器外例如在步驟(C)和⑷之間或在分離步驟⑷中經(jīng)受剪切。
【具體實(shí)施方式】
[0020]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，包括銨的廢水流在步驟(a)中被提供。提供的廢水流優(yōu)選地具有低于100mg/L，更優(yōu)選地在25-75mg/L的范圍內(nèi)的氮含量。廢水流含有有機(jī)物，表示為生物需氧量(BOD) AOD在本文中定義為在20°C下經(jīng)過5天的培養(yǎng)好氧微生物分解每升廢水中存在的有機(jī)物需要的溶解氧的量(以毫克)。優(yōu)選地，提供的廢水流具有最多10mg/L，更優(yōu)選地最多70mg/L，再更優(yōu)選地最多50mg/L的BOD。優(yōu)選地，提供的廢水流具有的BOD和氮含量使得BOD和氮含量的商低于2.0，優(yōu)選地低于1.5，更優(yōu)選地在0.5-1.0范圍內(nèi)。
[0021]在步驟(b)中，向含有包括具有厭氧氨氧化細(xì)菌的核心和氨氧化細(xì)菌的外邊緣的顆粒的粒狀污泥的反應(yīng)器中連續(xù)地供應(yīng)廢水流。
[0022]在步驟(c)中，廢水然后在反應(yīng)器中在銨氧化條件下經(jīng)過氨氧化。銨氧化條件包括5-25°C范圍內(nèi)的溫度、在廢水中0.4mg/L-4.0mg/L范圍內(nèi)的溶解氧濃度和0.5小時(shí)至1.5天范圍內(nèi)的水力停留時(shí)間。在這些條件下，部分銨被氨氧化細(xì)菌按照反應(yīng)式(I)氧化成亞硝酸鹽，形成的亞硝酸鹽與銨反應(yīng)形成雙氮。在這些條件下，通常還生長一些亞硝酸鹽氧化細(xì)菌，亞硝酸鹽氧化細(xì)菌將部分亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，異養(yǎng)細(xì)菌將BOD氧化成二氧化碳。在該銨氧化步驟中，得到包括氮?dú)?、二氧化碳和氧氣的氣體流和粒狀污泥和非粒狀污泥在處理過的廢水中的分散體。粒狀污泥包括具有厭氧氨氧化細(xì)菌的核心和氨氧化細(xì)菌的外邊緣的顆粒，而亞硝酸鹽氧化細(xì)菌和異養(yǎng)氧化細(xì)菌通常作為非粒狀(即絮狀)污泥存在。氣體流通常與反應(yīng)器中的液相，任選地通過并入反應(yīng)器中或只是在反應(yīng)器的下游的氣體/液體分離器分離。氣體流從反應(yīng)器中排出。
[0023]在進(jìn)一步的步驟(d)中，在步驟(C)中得到的粒狀污泥和非粒狀污泥在處理過的廢水中的分散體被連續(xù)地分離成包括粒狀污泥的流和包括處理過的廢水和非粒狀污泥的流。由此得到的包括粒狀污泥的流優(yōu)選地不包括或僅包括少量的非粒狀污泥，更優(yōu)選地最多包括基于該流中污泥總重量的5重量％的非粒狀污泥，再優(yōu)選地最多包括I重量％的非粒狀污泥，再更優(yōu)選地最多包括0.5重量％的非粒狀污泥。包括粒狀污泥的流被循環(huán)至反應(yīng)器中以維持粒狀污泥相對較大的停留時(shí)間。優(yōu)選地，包括粒狀污泥的全部流被循環(huán)至反應(yīng)器中。
[0024]包括處理過的廢水和非粒狀污泥的流優(yōu)選地不包括或僅包括少量的粒狀污泥。更優(yōu)選地，該流包括基于該流的總體體積的少于5體積%，更優(yōu)選地少于I體積%，再優(yōu)選地少于0.5體積％的粒狀污泥。
[0025]非粒狀污泥從該方法中，任選地在從包括處理過的廢水和非粒狀污泥的流中被分離出來之后被排出。在這樣的分離的情況下，基本上沒有非粒狀污泥的處理過的廢水可以部分地被循環(huán)至步驟(C)或用來預(yù)處理將在步驟(a)中提供的廢水的預(yù)處理步驟(例如預(yù)沉降步驟)中。
[0026]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，步驟(d)中的分離和循環(huán)進(jìn)行為使粒狀污泥在反應(yīng)器中的停留時(shí)間至少10倍于水力停留時(shí)間，和任何非粒狀污泥在反應(yīng)器中的停留時(shí)間等于所述水力停留時(shí)間或最多是所述水力停留時(shí)間的3倍。優(yōu)選地，粒狀污泥的停留時(shí)間是水力停留時(shí)間的至少30倍，更優(yōu)選地至少50倍，再優(yōu)選地至少100倍。粒狀污泥的停留時(shí)間可以高達(dá)水力停留時(shí)間的200倍，或甚至500倍或更多。優(yōu)選地，粒狀污泥