申请日2018.08.21
公开(公告)日2019.01.08
IPC分类号C02F9/14; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种天然橡胶加工废水生物脱氮方法，天然橡胶加工废水调节pH至中性后进入1#UASB反应器厌氧产甲烷，借助甲烷气提作用将产生的硫化氢从水中排出，减少硫化氢抑制产甲烷菌;废水接着进入2#UASB反应器后继续厌氧产甲烷;随后废水与来自低氧生物膜反应器的回流硝化液一起进入3#UASB，将硝态氮还原为亚硝态氮，同时亚硝态与污水中的部分氨氮发生厌氧氨氧化产生氮气和硝态氮;废水再进入低氧生物膜反应器，低氧曝气条件下将水中剩余氨氮氧化为亚硝态氮或硝态氮，同时亚硝态氮和氨氮发生厌氧氨氧化产生氮气和硝态氮，最终实现天然橡胶加工废水的高效脱氮。
权利要求书
1.一种天然橡胶加工废水生物脱氮方法，其特征在于：设有原水水箱(1)、 1#UASB反应器(2)、2#UASB反应器(3)、3#UASB反应器(4)、低氧生物膜反应器(5);原水水箱(1)设有溢流管(1.1)和放空管(1.2);原水水箱(1)通过1#UASB反应器进水泵(2.1)与1#UASB反应器进水阀(2.2)相连接;1#UASB反应器(2)呈柱形，顶端设有三相分离器(2.5)，且顶端排放H2S和CH4;1#UASB反应器出水管(2.4)通过2#UASB反应器进水阀(3.2)与2#UASB反应器(3)连接;2#UASB反应器(3)呈柱形，顶端设有三相分离器(2.5)，且顶端排放CH4;2#UASB反应器出水管(3.3)通过3#UASB反应器进水阀(4.2)与3#UASB反应器(4)连接;3#UASB反应器(4)呈柱形，填充短程反硝化厌氧氨氧化生物膜(4.3)，顶端设有三相分离器(2.5)，且顶端排放N2;3#UASB反应器出水管(4.4)通过低氧生物膜反应器进水阀(5.4)与低氧生物膜反应器(5)连接;低氧生物膜反应器(5)呈柱形，填充短程硝化厌氧氨氧化生物膜(5.6)，并设有曝气头(5.5)，由空压机(5.10)提供氧气，并通过气体流量计(5.9)和气量调节阀(5.8)控制气量;硝化液内回流泵(5.2)通过硝化液内回流阀(5.1)与3#UASB反应器(4)连接，最终出水通过低氧生物膜反应器出水管(5.7)排放;
方法的步骤为：
1)启动系统：接种具有良好活性的产甲烷污泥到1#UASB反应器和2#UASB反应器，污泥浓度为4000-8000mg/L;接种具有良好活性的短程反硝化厌氧氨氧化生物膜，投加到3#UASB反应器，其体积占整个3#UASB反应器反应区体积的80-100%;接种具有良好活性的短程硝化厌氧氨氧化生物膜投加到低氧生物膜反应器，其体积占整个低氧生物膜反应器反应区体积的80-100%;
2)运行时调节操作如下：
2.1)1#UASB反应器进水pH调整7.1-7.5，通过调整水力停留时间，使COD容积负荷率为10-15kg/m3/d，硫酸盐容积负荷率小于4kg/m3/d;
2.2)2#UASB反应器，通过调整水力停留时间，使其出水COD/TN为3-5;
2.3)3#UASB反应器，通过调整水力停留时间，使硝态氮容积负荷率为1-3kg/m3/d;
2.4)低氧生物膜反应器，DO浓度为0.2-0.5 mg/L;通过调整水力停留时间，使出水NH4+-N浓度小于3mg/L;
2.5)硝化液内回流比为200-400%，当系统出水硝态氮浓度大于10 mg/L时，提高硝化液内回流比，当系统出水硝态氮浓度小于5 mg/L时，降低硝化液内回流比。
说明书
一种天然橡胶加工废水生物脱氮方法
技术领域
本发明涉及一种天然橡胶加工废水生物脱氮方法，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
天然橡胶加工废水主要是以天然胶乳为原料生产天然生胶及浓缩乳胶等所排放的废水。其中主要污染物为有机物、氨氮和磷，主要来自于橡胶乳清的凝固、胶块的压薄、压绉、洗涤等工段。该废水是一种可生化性较强的高浓度有机酸性废水，其中废水中CODCr、TN、TP浓度分别可达20000、2000、250 mg/L以上。天然橡胶加工废水处理主要是去除有机物和氮磷等污染物，从而控制黑臭水体和水体富营养化。天然橡胶废水含有大量的硫酸根，进入厌氧池后会被还原为硫化氢，硫化氢会对产甲烷菌产生抑制，导致系统产甲烷量急剧降低;同时传统硝化反硝化生物脱氮工艺碳源需求量大，运行能耗高，增加了废水处理费用。
一直以来人们认为，氨氧化反应只能在有氧的条件下发生。近期研究发现在厌氧条件下，氨也可由厌氧氨氧化菌以亚硝酸盐作为电子受体直接氧化为氮气(NH4++NO2-→N2)。与传统硝化反硝化生物脱氮技术相比，厌氧氨氧化脱氮技术具有如下优势：(1)节省曝气量60%，因为只需将污水中的部分氨氮转化为亚硝酸盐氮;(2)节省有机碳源100%，因为厌氧氨氧化为自养脱氮，无需有机物作碳源;(3)温室气体N2O排放量少，因为厌氧氨氧化代谢途径中无N2O产生。此外，最新研究表明，在生物反硝化过程中，部分反硝化菌只能分泌硝态氮还原酶，从而使得亚硝态氮的还原速率小于硝态氮的还原速率，导致反硝化过程中出现亚硝态氮的积累，即发生了短程反硝化现象，减少了电子供体的需求。将上述厌氧氨氧化和短程反硝化结合，则可降低生物脱氮对有机碳源的需求。因此，如果将上述技术应用于天然橡胶加工废水处理，则有望降低系统耗氧量，降低脱氮对有机物的需求量，从而可将更多的有机物用于产甲烷，提高系统沼气产生量。
发明内容
本发明的目的就是针对天然橡胶加工废水处理过程中硫化氢对产甲烷菌的抑和脱氮能耗高问题，提出一种天然橡胶加工废水生物脱氮方法。
本发明的技术方案为：提供了一种天然橡胶加工废水生物脱氮装置：设有原水水箱、 1#UASB反应器、2#UASB反应器、3#UASB反应器、低氧生物膜反应器;原水水箱设有溢流管和放空管;原水水箱通过1#UASB反应器进水泵与1#UASB反应器进水阀相连接;1#UASB反应器呈柱形，顶端设有三相分离器，且顶端排放H2S和CH4;1#UASB反应器出水管通过2#UASB反应器进水阀与2#UASB反应器连接;2#UASB反应器呈柱形，顶端设有三相分离器，且顶端排放CH4;2#UASB反应器出水管通过3#UASB反应器进水阀与3#UASB反应器连接;3#UASB反应器呈柱形，填充短程反硝化厌氧氨氧化生物膜，顶端设有三相分离器，且顶端排放N2;3#UASB反应器出水管通过低氧生物膜反应器进水阀与低氧生物膜反应器连接;低氧生物膜反应器呈柱形，填充短程硝化厌氧氨氧化生物膜，并设有曝气头，由空压机提供氧气，并通过气体流量计和气量调节阀控制气量;硝化液内回流泵通过硝化液内回流阀与3#UASB反应器连接，最终出水通过低氧生物膜反应器出水管排放。
利用上述装置实现天然橡胶加工废水生物脱氮的方法，包括以下步骤：方法的步骤为：
1)启动系统：接种具有良好活性的产甲烷污泥到1#UASB反应器和2#UASB反应器，污泥浓度为4000-8000mg/L;接种具有良好活性的短程反硝化厌氧氨氧化生物膜，投加到3#UASB反应器，其体积占整个3#UASB反应器反应区体积的80-100%;接种具有良好活性的短程硝化厌氧氨氧化生物膜投加到低氧生物膜反应器，其体积占整个低氧生物膜反应器反应区体积的80-100%。
2)运行时调节操作如下：
2.1)1#UASB反应器进水pH调整7.1-7.5，通过调整水力停留时间，使COD容积负荷率为10-15kg/m3/d，硫酸盐容积负荷率小于4kg/m3/d;
2.2)2#UASB反应器，通过调整水力停留时间，使其出水COD/TN为3-5;
2.3)3#UASB反应器，通过调整水力停留时间，使硝态氮容积负荷率为1-3kg/m3/d;
2.4)低氧生物膜反应器，DO浓度为0.2-0.5 mg/L;通过调整水力停留时间，使出水NH4+-N浓度小于3mg/L;
2.5)硝化液内回流比为200-400%，当系统出水硝态氮浓度大于10 mg/L时，提高硝化液内回流比，当系统出水硝态氮浓度小于5 mg/L时，降低硝化液内回流比。
天然橡胶加工废水在此装置中的处理流程为：首先使低天然橡胶加工废水进入1#UASB反应器，在厌氧环境下，产甲烷菌利用原水中的高浓度有机物厌氧产甲烷。通过调整pH值强化产甲烷作用和甲烷气提作用，使反应器中硫酸盐还原产生的H2S及时从水中排出，降低H2S对产甲烷菌的抑制。然后1#UASB反应器出水进入2#UASB反应器，产甲烷菌继续将水中剩余的有机物进行厌氧产甲烷。而后2#UASB反应器出水进入3#UASB反应器,该反应器有短程反硝化厌氧氨氧化生物膜，生物膜上的反硝化菌利用水中剩余的有机碳源，将回流硝化液的硝态氮还原为亚硝态氮，同时厌氧氨氧化菌将反硝化产生的亚硝态氮和原水中的部分氨氮转化为氮气。3#UASB反应器出水进入低氧生物膜反应器，该反应器填充短程硝化厌氧氨氧化生物膜，生物膜上的硝化菌在低氧环境下将原水中的部分剩余氨氮转化为亚硝态氮和硝态氮，厌氧氨氧化菌将产生的亚硝态氮和剩余的氨氮转化为氮气，并产生少量硝态氮，最终实现天然橡胶加工废水的高效脱氮。
本发明基于厌氧产甲烷、短程反硝化厌氧氨氧化反应和短程硝化厌氧氨氧化反应，与传统厌氧产沼气—硝化反硝化生物脱氮工艺相比具有以下优势：
1)通过调节原水pH强化厌氧产甲烷，通过气提作用及时带走硫酸盐还原产生的H2S，降低H2S对产甲烷菌的抑制。
2)通过强化厌氧氨氧化脱氮，降低生物脱氮对有机物的需求量，使得更多的有机物用于厌氧产甲烷，提高了系统沼气产量。
3)通过强化系统厌氧氨氧化脱氮，降低了系统的耗氧量，最终降低了生物脱氮系统能耗。
4)该生物脱氮装置均是是柱状反应器，使得占地面积降低。
5)生物膜反应器生物量高，负荷高，产泥量低，可减少污泥处置费用。
