同步硝化反硝化處理含氨廢水的方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于廢水處理領域，具體涉及一種同步硝化反硝化處理含氨廢水的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 化工生產(chǎn)企業(yè)因其生產(chǎn)工藝特點，每天排放大量含氨廢水。如果直接排放，會造成 水體富營養(yǎng)化，藻類過度生長，不僅降低了水體觀賞價值，而且使水生生物缺氧死亡。一些 藻類蛋白毒素還會經(jīng)過食物鏈使人中毒，嚴重危害人類及生物生存。為此，如何經(jīng)濟有效地 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的反應過程。反硝化過 程是在無氧或低氧條件下，Ν0Γ和NO 21 皮微生物還原轉(zhuǎn)化為氣體物質(zhì)的過程，反應過程中 需要以有機碳作為碳源和能源。不管是傳統(tǒng)脫氮工藝還是新型脫氮工藝，負責脫氮的微生 物主要是硝化菌和反硝化菌。在實際應用中，由于兩種菌體生長環(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，污水處理構(gòu)筑物占地面 積大，投資和運行費用高等諸多弊端。
[0004] 同步硝化反硝化脫氮是指硝化反應和反硝化反應在同一反應器內(nèi)同步進行的新 型工藝，不僅克服了傳統(tǒng)工藝硝化和反硝化過程在兩個不同的反應器內(nèi)進行或者在同一反 應器內(nèi)順次進行的不足，而且在降低能耗和物耗等方面具有突出的優(yōu)勢。例如，可以減少反 硝化反應設備、節(jié)省基建費用；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 理領域的研究熱點。 耿金菊等利用好氧反硝化菌群和自養(yǎng)硝化菌群組合脫氮(應用與環(huán)境生物學 報，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30011^/1 的高濃度氨氮能抑制菌體的生長，并且氨氮濃度高于200mg/L時，脫氮后氨氮殘余量較多， 同步不耐受高濃度有機碳，500mg/L的有機碳濃度抑制菌體生長并降低脫氮效果；這種組 合菌群中的各類細菌培養(yǎng)與生長條件不一致，一種發(fā)揮功能時另一種卻被處于抑制狀態(tài)， 導致彼此不協(xié)調(diào)，生物脫氮時間延長，成本增大，脫氮效率受到影響。
[0005] CN200910188109. 1公開了一種同步硝化反硝化處理含氨污水的方法，該法首先培 養(yǎng)脫氮顆粒污泥，然后以該脫氮顆粒污泥采用同步硝化反硝化過程處理含氨污水；該法從 富集菌群中分離篩選好氧反硝化菌，然后對其進行馴化培養(yǎng)，再將其接種到硝化顆粒污泥 中進行脫氮顆粒污泥培養(yǎng)；當氨氮和總氮去除率達50%以上時即可獲得馴化好的脫氮顆粒 污泥。該發(fā)明能夠在同一反應器中完成硝化反硝化過程，雖然部分解決了傳統(tǒng)工藝存在的 問題，但是，由于菌體的差異，直接混合處理廢水不能長期穩(wěn)定的運行，長期處理的脫氮效 果并不理想。
[0006] 目前盡管同步硝化反硝化有了較大的發(fā)展，但是普遍存在著負荷較小，去除率偏 低，運行不穩(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)展和應用。因此，如何更好的提供適 宜的生長條件，保證硝化和反硝化都可以高效進行，使同步硝化反硝化長期穩(wěn)定的運行，對 加快同步硝化反硝化脫氮工藝工業(yè)應用的進程具有積極意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種同步硝化反硝化處理含氨廢水的方法。本 發(fā)明利用膜分離組件將反應器中的硝化污泥和反硝化污泥隔離開，使污泥在各自單獨空間 作用，彼此間互不干擾，廢水成分則是實現(xiàn)共混與互通，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。
[0008] 本發(fā)明同步硝化反硝化處理含氨廢水的方法，包括如下內(nèi)容：將硝化污泥和反硝 化污泥加入到具有內(nèi)置膜分離組件的生物反應器內(nèi)，硝化污泥在膜分離組件的內(nèi)部區(qū)域進 行硝化反應，反硝化污泥在膜分離組件的外部區(qū)域進行反硝化脫氮，膜分離組件內(nèi)外區(qū)域 的廢水互通；含氨廢水首先進入膜分離組件的內(nèi)部區(qū)域，通過曝氣系統(tǒng)實現(xiàn)返混，然后經(jīng)過 膜分離組件的外部區(qū)域，最后經(jīng)外部區(qū)域設置的出水口流出。
[0009] 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。根據(jù)實際情況，設計膜分離組件與生物反應器的有效體 積比為1:3?4:5。膜分離組件上端突出反應器，突出部分設置補料口和氣體出口。膜分離 組件外部區(qū)域的出水口設分離膜，保證出水中不含有懸浮物。膜分離組件外部設攪拌系統(tǒng) 或者通入氮氣，實現(xiàn)膜分離組件外部區(qū)域反硝化污泥的充分返混，攪拌系統(tǒng)可圍繞膜分離 組件旋轉(zhuǎn)攪拌，或者將氮氣通入盤管式曝氣裝置。
[0010] 本發(fā)明中，膜分離組件內(nèi)部設導流筒，導流筒為中空結(jié)構(gòu)，曝氣系統(tǒng)在導流筒內(nèi)側(cè) 曝氣，進水口位于導流筒內(nèi)側(cè)。這樣可以在膜分離組件內(nèi)部區(qū)域形成外循環(huán)，有助于廢水和 硝化污泥更好的返混；同時，由于氣體的逸出和硝化菌的利用，進入反硝化區(qū)的氧極少，有 利于反硝化污泥在適宜的無氧或低氧條件下發(fā)揮更高的脫氮性能。
[0011] 本發(fā)明中，生物反應器可以是底部設曝氣系統(tǒng)的生物曝氣反應器，也可以是氣升 式生物反應器。生物反應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。設置培養(yǎng)體系溶解氧量的測定裝置，根據(jù)需要調(diào)整曝氣中的氧濃度，以獲得良好的 效果。同時提供PH電極檢測，以便通過外源加入酸、堿來實現(xiàn)系統(tǒng)pH的控制。溫度控制為 內(nèi)部盤管加熱方式或者在反應器外部設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，可將氨氮轉(zhuǎn)化為硝氮和/或亞硝氮；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，可將硝氮和/或亞硝氮轉(zhuǎn)化成 氣體物質(zhì)。在實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。
[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10(T1000mg/L。采用批次進水或者連續(xù)進水方式，采取連續(xù)進水方式進行生物脫氮處 理，水力停留時間一般為8?24小時。在含氨污水處理過程中，遇到處理效果出現(xiàn)波動時， 可以分別補充硝化和/或反硝化強化菌劑，保持穩(wěn)定的同步硝化反硝化脫氮效果。
[0014] 本發(fā)明中，可以加入污泥處理廢水所需的營養(yǎng)物質(zhì)，以提高其反應活性。營養(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?0,1g/ L，Mg2+ 濃度為 0· 05 ?0· 5g/L ;pH 值為 6· 5 ?7· 5。
[0015] 本發(fā)明中，按照碳氮質(zhì)量比為3:1?10:1補加反硝化所需的有機碳源，有機碳源 可以是丁二酸鈉、乙酸鈉、甲醇、葡萄糖或纖維素水解液等。以批次或連續(xù)方式補充有機碳 源，最好根據(jù)有機碳源的消耗速度進行流加，以減少有機碳源對硝化污泥的影響。
[0016] 本發(fā)明中，膜分離組件內(nèi)部區(qū)域的處理條件采用與硝化污泥條件相似的條件，如 溫度一般為20°c?40°C，pH值為6?9,溶解氧濃度為1?5mg/L等。為了實現(xiàn)膜分離組 件內(nèi)部區(qū)域的有效返混，維持曝氣量不變。當硝化區(qū)域溶解氧濃度出現(xiàn)波動時，通過調(diào)節(jié)曝 氣中的氧濃度，以保證膜分離組件內(nèi)部區(qū)域溶解氧濃度在1?5mg/L。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下突出特點： 1、利用膜分離組件將反應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的空間作用，廢水成分則是實現(xiàn)共混與互通，建立起硝化污 泥與反硝化污泥協(xié)調(diào)配合而細胞間又互不干擾的穩(wěn)定的處理體系，并且可以提供不同的溶 解氧環(huán)境，使二者可以在各自適宜的溶解氧條件下作用，提高了同步硝化反硝化的效率。
[0018] 2、硝化菌和反硝化菌對溶解氧的需求不同，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存在弊端。本發(fā)明在膜分離組 件的內(nèi)部區(qū)域進行曝氣，由于分離膜、硝化污泥、曝氣系統(tǒng)、導流筒和攪拌的共同作用，膜分 離組件內(nèi)外區(qū)域會形成不同的溶解氧濃度，外部區(qū)域的溶解氧濃度遠低于內(nèi)部區(qū)域，有利 于反硝化污泥在低氧或無氧條件下發(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，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。
[0019] 3、硝化菌利用廢水中的氨氮進行硝化反應，產(chǎn)生的硝氮和/或亞硝氮可以進入膜 分離組件外部作為好氧反硝化菌的營養(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。隨著反硝化的進行，硝氮和/或亞硝氮會進入膜分離組件外部滿足反硝化菌的需 要；同時由于產(chǎn)物抑制作用的削減，有助于提高硝化反應的進程和效果，二者互相補充和促 進，實現(xiàn)了總氮的高效脫除。
[0020] 4、隨著硝化反應的進行，需要補加堿液維持適宜生長的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，能有效地保持反應器中PH穩(wěn)定，符合 節(jié)能減排的要求。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明方法生物反應器的結(jié)構(gòu)示意圖； 其中：1-生物反應器，2-膜分離組件，3-硝化區(qū)，4-反硝化區(qū)，5-曝氣系統(tǒng)，6-攪拌器 或曝氮氣，7-進水口，8-補料口，9-補碳口，10-氣體出口，11-硝化污泥排口，12-反硝化污 泥排口，13-出水口，14-導流筒。
【具體實施方式】
[0022] 本發(fā)明利用膜分離組件實現(xiàn)含氨廢水的同步硝化反硝化處理的工藝流程如圖1 所示。生物反應器1中設置膜分離組件2,膜分離組件內(nèi)部為硝化區(qū)3,外部為反硝化區(qū)4。 膜分離組件采用陶瓷分離膜，膜孔直徑為〇. 05 μ m?0. 5 μ m。膜分離組件與生物反應器的 有效體積比為1:3?4:5。膜分離組件上端突出反應器，突出部分設置補料口和氣體出口。 膜分離組件外部區(qū)域的出水口設分離膜，保證出水中不含有懸浮物。膜分離組件外部設攪 拌系統(tǒng)或者通入氮氣，實現(xiàn)膜分離組件外部區(qū)域反硝化污泥的充分返混，攪拌系統(tǒng)可圍繞 膜分離組件旋轉(zhuǎn)攪拌，或者將氮氣通入盤管式曝氣裝置。膜分離組件底部設曝氣系統(tǒng)5,實 現(xiàn)硝化區(qū)的返混并提供硝化和反硝化所需的氧。膜分離組件外部區(qū)域通入氮氣，實現(xiàn)反硝 化區(qū)域污泥的充分返混。膜分離組件內(nèi)部設導流筒，導流筒為中空結(jié)構(gòu)，曝氣系統(tǒng)在導流筒 內(nèi)側(cè)曝氣，進水口位于導流筒內(nèi)側(cè)。曝氣系統(tǒng)采用曝氣盤，曝氣出口高于導流筒下端。
[0023] 首先將硝化污泥和反硝化污泥分別加入到生物反應器的硝化區(qū)3和反硝化區(qū)4。 然后通過進水口 7將含氨廢水加入生物反應器