申请日2015.09.30
公开(公告)日2017.04.05
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明公开了一种含氮污水的生物膜脱氮方法，采用如下结构的生物膜脱氮反应器：在反应器内设横板a、竖板b、竖板c及横板d，横板a将反应器分成上下两部分，下部为水解酸化区，上部为A/O区;A/O区由竖板b和c分成三部分，依次为好氧区O，过渡区和厌氧区A，竖板b下端与横板a密封连接，上端与反应器顶部留有过水口，竖板c上端与反应器顶部密封连接，下端与横板a留有过水口，横板d左端与竖板c底部密封连接，右端与反应器壁密封连接;过渡区装填海绵铁除氧剂颗粒。污水处理时从反应器底部进水，依次经水解酸化区-好氧区-过渡区-厌氧区后，由上部排出。本发明反应器中各区域生物膜进行分区培养，能够更好形成具有特定性能的生物膜，挂膜快速、脱氮效果好。
摘要附图
权利要求书
1.一种含氮污水的生物膜脱氮方法，其特征在于采用如下结构的生物膜脱氮反应器：在反应器内设置横板a、竖板b、竖板c及横板d，横板a的横截面积与反应器横截面积相同，将反应器横向分隔成上下两部分，下部为水解酸化区，上部为A/O区;其中A/O区由竖板b和竖板c纵向分成三部分，依次为好氧区O，过渡区和厌氧区A，竖板b下端与横板a密封连接，上端与反应器顶部之间留有过水口，竖板c上端与反应器顶部密封连接，下端与横板a之间留有过水口，横板d左端与竖板c底部密封连接，右端与反应器壁固定连;过渡区装填海绵铁除氧剂颗粒;污水处理时从反应器底部进水，依次经水解酸化区-好氧区-过渡区-厌氧区后，最后由反应器上部排出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述生物膜脱氮反应器的高径比为3:1-10:1，横板a距反应器底部1/3-1/5高处设置，下部即为水解酸化区;竖板b下端距横板a中心线向左偏离1/10-1/7横板长度，上端距离反应器顶部4-8cm，竖板b左侧即为好氧区;竖板c与竖板b以横板a的中心线对称平行布置，其上端与反应器顶端密封连接，底端距离横板a上表面4-8cm，竖板b、c之间的区域即为过渡区。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述生物膜脱氮反应器中横板a的横截面被竖板b分割成两种形式，横板a左侧为网格状，废水由水解酸化区通过横板a左侧的网格进入好氧区，横板a右侧为平板密封状;竖板b、竖板c的横截面为平板密封状;横板d的横截面为网格状，经过渡区后的废水通过横板d进入厌氧区。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：水解酸化区、好氧区、过渡区和厌氧区的体积比为0.8-1:0.8-1:0.3-0.5:0.8-1。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：水解酸化区的生物填料选用立体弹性填料，好氧区和厌氧区的生物填料选用圆柱形比表面积较大的生物活性填料，填料体积占反应区体积的3/5-4/5;将生物填料固定好后，再将活性污泥装载到各反应器的填料上，使各反应区内的污泥浓度为5-10g/L。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：过渡区装填海绵铁除氧剂颗粒的上表面与竖板b的上表面平齐，海绵铁除氧剂颗粒体积占过渡区体积的3/5-4/5。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用所述生物膜脱氮反应器的脱氮方法包括三个阶段，第一阶段为挂膜阶段，第二阶段为污水处理阶段，第三阶段为反冲洗阶段，具体包括以下步骤：
(1)挂膜阶段：在水解酸化区、好氧区及厌氧区装入相应的填料，使填料体积占各反应区体积的3/5-4/5，并按照污泥浓度5-10g/L的量将活性污泥分撒到三个反应区的填料内;过渡区装填海绵铁除氧剂颗粒，粒径为3-5mm，体积占过渡区体积的3/5-4/5;然后从反应器底部注入含氮污水，当整个反应器注满污水时，停止进水，关闭排水口，启动曝气系统，控制水解酸化区、好氧区和厌氧区的溶解氧浓度为1-3mg/L;先全部曝气24-48h，之后关闭水解酸化区和厌氧区内的曝气系统，好氧区仍持续曝气，同时打开进水口和排水口，采用连续进水的方式继续培养;经过72-144h后，在三个反应区的填料上能够看到厚度约2mm的棕褐色生物膜，同时观察到排气口附近有气泡生成，视为挂摸完成;
(2)污水处理阶段：污水处理阶段分为启动期和稳定运行期;首先从反应器底部注入待处理的含氮污水，污水首先进入水解酸化区，污水在水解酸化区将大分子有机物分解为小分子物质，同时截留污水中的悬浮物和杂质;污水通过横板a的网状截面进入好氧区，在此污水中的有机氮依次转化为氨氮、亚硝氮及硝氮;污水到达竖板b顶端时，折流进入过渡区，将水中的悬浮物和溶解氧去除;然后通过横板d折流进入厌氧区，进行氮的去除，最后通过排水口排出;
(3)反冲洗阶段：反冲洗时从反应器上部的排水口进水，打开进水口和反冲洗排水口进行排水，则厌氧区和过渡区的污水从反冲洗排水口排出，好氧区及水解酸化区的污水由进水口排出。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤(1)中控制含氮污水的pH值为7.0-8.0，处理温度为25-35℃，废水中BOD5:N:P=100:5:1，进水氨氮浓度为200-400mg/L，COD小于500mg/L。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤(1)在水解酸化区投加微生物生长促进剂，所述微生物生长促进剂包括金属盐、多胺类物质和有机酸羟胺，其中金属盐为40-100重量份，多胺类物质为5-30重量份，有机酸羟胺为0.5-15重量份;所述金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述微生物生长促进剂中的金属盐是钙盐、镁盐和铜盐，其中Ca2+、Mg2+和Cu2+的摩尔比为(5-15):(5-25):(0.5-5);或者是钙盐、亚铁盐和铜盐，其中Ca2+、Fe2+和Cu2+的摩尔比为(5-15):(1-8):(0.5-5);或者是钙盐、镁盐、亚铁盐和铜盐，其中Ca2+、Mg2+、Fe2+和Cu2+的摩尔比为(5-15):(5-25):(1-8):(0.5-5);所述钙盐为CaSO4或者CaCl2，镁盐为MgSO4或者MgCl2，亚铁盐为FeSO4或者FeCl2，铜盐为CuSO4或者CuCl2;所述多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物;所述有机酸羟胺为甲酸羟胺、乙酸羟胺或者两者的混合物。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于：所述微生物生长促进剂的投加量按照污水处理系统中促进剂浓度10-40mg/L进行投加。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤(2)中启动期进水流速采用逐渐增大的方式，首先以(6/7H-H)m/h的流速从反应器底部注入待处理的含氮污水，即控制污水停留时间在60-70min之间;当出水中COD浓度<150mg/L，氨氮浓度<80mg/L，总氮浓度<100mg/L时，将流速提高至(H-6/5H)m/h;当出水中COD浓度<70mg/L，氨氮浓度<40mg/L，总氮浓度<50mg/L时，再次提高流速至(6/5H-3/2H)m/h;当出水中COD浓度<50mg/L，氨氮浓度<15mg/L，总氮浓度<20mg/L时，再次提高流速至(3/2H-2H)m/h;当出水中COD浓度<50mg/L，氨氮浓度<15mg/L，总氮浓度<20mg/L且较稳定时，进入稳定运行期，维持现有的流速不变进行处理。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：当进水水质出现波动，应根据具体情况降低流速;如果出水中COD浓度没有超过70mg/L，氨氮浓度没有超过40mg/L，总氮浓度没有超过50mg/L，则降低流速至(6/5H-3/2H)m/h，待出水合格且稳定后，再按照上述方式逐渐进行调整;如果三个指标中有任何一个超过上述流量，则降低流速至(H-6/5H)m/h，待出水合格且稳定后，再按照上述方式逐渐进行调整。
14.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤(2)中控制含氮污水的pH值为7.0-8.0，处理温度为25-35℃，进水氨氮浓度为400-800mg/L，总氮浓度为500-900mg/L，COD小于1000mg/L，控制好氧区的溶解氧浓度为2-3mg/L。
15.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤(2)中在水解酸化区投加挂膜阶段使用的微生物生长促进剂，按照逐渐递减的方式进行投加，每8-24h投加一次，首次投加量为10-25mg/L，之后按照3-5mg/L逐渐递减。
16.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤(3)反应器运行5-7天，进行一次反冲洗，反冲洗时按照(2H-3H)m/h的流速，即控制污水停留时间在20-30min之间，每次反冲洗1-2h。
说明书
一种含氮污水的生物膜脱氮方法
技术领域
本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种含氮污水的生物膜脱氮方法。
背景技术
近年来，随着我国城镇化建设的迅速发展，我国的水环境污染和水体富营养化状况越来越严重，许多湖泊水体已不能发挥其正常功能而严重地影响了工农业和渔业生产，越来越严重地阻碍着我国国民经济的发展。氮素是造成水体富营养化的主要污染物，对排放的污水中总氮含量的控制尤为重要。
在生物脱氮工艺中，A/O生物脱氮工艺具有池容较小、脱氮效率高、运行管理方便等优点。传统的A/O反应器由好氧区进入厌氧区往往会带入部分溶解氧，使得厌氧区并非绝对厌氧，对厌氧区产生一定的影响;另外，对于生化性较低的含氮污水来说，仅靠O段氨化作用将有机氮化物氧化分解，是无法将有机氮化物彻底去除的，这些都将导致出水总氮或COD不合格，对环境的危害依然存在。因此，研发一种经济高效的脱氮方法已成为当前污水处理研究的热点。
CN201210285312.2公开了一种改良A/O生物脱氮工艺，将A/O工艺的好氧池分为O1、O2、O3三部分，O1区采用固定填料挂膜，确保O1区的污泥浓度在5000～8000mg/L之间，污泥负荷在1.5～2.5kg/(kg·d)之间，BOD去除率可达50%以上;O2区污泥负荷≤0.25kg/(kg·d)，提高了硝化反应的效率，采用悬浮球状填料挂膜;O3区采用活性污泥法，污泥负荷≤0.1kg/(kg·d)。该发明利用不同区段采用不同形式的生化法，脱氮效率可达到95%以上。但是O1区的进水在中下部，出水在底部，容易导致污水直接从下部流走，上部形成死水状态，同时好氧部分分成了三个区域，占地面积较大。
CN 201210371701.7公开了一种可变容积水解酸化和A/O一体化污水处理装置。该装置的水解酸化池分为八格，每格均设有进水管，格与格之间设有闸门，整个水解酸化池设有一个出水口，与出水管相连。缺氧池分为四格，在上部中央位置设有配水井，配水井设有进水孔、回流混合液进液口和回流污泥进泥口，配水井底部设有四个阀门，缺氧池的每格单独设有出水管。好氧池分为六格，在其中的一格设有进水口，该进水口与缺氧池的出水管相连，好氧池的格与格之间设有闸门，每格单独设有出水管和混合液回流管。该发明简单灵活，针对不同水质水量调节容积，运行管理方便。但是好氧池出口与缺氧池进口直接相连，容易使缺氧池中的溶氧量超标，影响反硝化反应的彻底性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种含氮污水的生物膜脱氮方法。本发明在生物膜脱氮反应器内部设置四个反应区，各反应区的生物膜进行分区单独培养，能够更好形成具有特定性能的生物膜体系，并且可以保证各反应区在各自适宜的条件下发挥脱氮性能，具有挂膜快速、脱氮效果好等优点。
本发明的含氮污水的生物膜脱氮方法，采用如下结构的生物膜脱氮反应器：在反应器内设置横板a、竖板b、竖板c及横板d，横板a的横截面积与反应器横截面积相同，将反应器横向分隔成上下两部分，下部为水解酸化区，上部为A/O区;其中A/O区由竖板b和竖板c纵向分成三部分，依次为好氧区O，过渡区和厌氧区A，竖板b下端与横板a密封连接，上端与反应器顶部之间留有过水口，竖板c上端与反应器顶部密封连接，下端与横板a之间留有过水口，横板d左端与竖板c底部密封连接，右端与反应器壁密封连接;过渡区装填海绵铁除氧剂颗粒;污水处理时从反应器底部进水，依次经过水解酸化区-好氧区-过渡区-厌氧区后，由反应器上部排出。本发明方法不仅能够实现污水的折流流动，延长污水在反应器内的污水停留时间，而且反应器的占地面积小，结构紧凑，挂膜和脱氮效果好。
本发明中，所述生物脱氮反应器的高径比为3:1-10:1，横板a距反应器底部1/3-1/5高处设置，其横截面积与反应器横截面积相同，下部即为水解酸化区;竖板b下端距横板a中心线向左偏离1/10-1/7横板长度，上端距离反应器顶部4-8cm，竖板b左侧即为好氧区;竖板c与竖板b以横板a的中心线对称平行布置，其上端与反应器顶端密封连接，底端距离横板a上表面约4-8cm，竖板b、c之间的区域即为过渡区;横板d左端与竖板c底端密封连接，右端与反应器壁密封连接，从而与反应器壁围成厌氧区。本发明中，横板a的横截面被竖板b分割成两种形式，横板a左侧为网格状，废水由水解酸化区通过横板a左侧的网格进入好氧区，横板a右侧为平板密封状;竖板b、竖板c的横截面为平板密封状;横板d的横截面为网格状，经过渡区后的废水通过横板d进入厌氧区。
本发明中，水解酸化区、好氧区、过渡区和厌氧区的体积比为0.8-1:0.8-1:0.3-0.5:0.8-1。反应器下部设有进水口，横板a和横板d之间设有冲洗排水口，反应器上部侧面设有出水口，顶部设有排气口。每个反应区均设有曝气系统，包括压缩机、进气管和气体分配器等，从而实现氧气的供给。
本发明中，水解酸化区、好氧区和厌氧区的生物填料可选用本领域常用的生物填料，水解酸化区优选立体弹性填料;好氧区和厌氧区的生物填料，优选圆柱形比表面积较大的生物活性填料;上述填料体积约占反应区体积的3/5-4/5。将生物膜填料固定好后，再将活性污泥装载到各反应器的填料上，使各反应区内的污泥浓度为5-10g/L。
本发明中，过渡区装填海绵铁除氧剂颗粒的上表面与竖板b的上表面平齐，海绵铁除氧剂颗粒体积约占过渡区体积的3/5-4/5，既可以过滤污泥，防止好氧污泥进入厌氧区，而且可以除氧，避免溶解氧对厌氧区的不利影响。
本发明采用所述生物膜脱氮反应器的含氮污水的生物膜脱氮方法，具体包括三个阶段，第一阶段为挂膜阶段，第二阶段为污水处理阶段，第三阶段为反冲洗阶段;具体包括以下步骤：
(1)挂膜阶段：在水解酸化区、好氧区及厌氧区装入相应的生物填料，使填料体积占各反应区体积的3/5-4/5，并按照污泥浓度5-10g/L的量将活性污泥分撒到三个反应区的填料内;过渡区装填海绵铁除氧剂颗粒，体积占过渡区体积的3/5-4/5。然后从反应器底部注入含氮污水，当整个反应器注满待处理污水时，停止进水，关闭排水口，启动曝气系统，控制水解酸化区、好氧区和厌氧区的溶解氧浓度为1-3mg/L;先全部曝气24-48h，之后关闭水解酸化区和厌氧区内的曝气系统，好氧区仍持续曝气，同时打开进水口和排水口，采用连续进水的方式继续培养。在进水过程中，由于水解酸化区的存在，能够将污水中的悬浮物及杂质有效截留，能够减缓A/O段生物膜的堵塞，同时由于过渡区的存在，好氧区的溶解氧不会对厌氧区的厌氧环境造成干扰，有利于培养具有特定性能的生物膜体系。经过72-144h后，在三个反应区的填料上能够看到厚度约2mm的棕褐色生物膜，同时观察到排气口附近有气泡生成，视为挂摸完成。
本发明挂摸阶段控制含氮污水的pH值为7.0-8.0，处理温度为25-35℃，废水中BOD5:N:P=100:5:1，进水氨氮浓度为200-400mg/L，COD小于500mg/L。如果原水不满足要求，可通过稀释、加磷酸二氢钾或葡萄糖等方法进行调节。挂膜时从反应器底部以(6/7H-H)m/h的流速注入含氮污水，其中H为反应器的高，整个挂膜阶段的流速不变。
本发明挂摸阶段优选在水解酸化区投加微生物生长促进剂，缩短挂膜时间。所述微生物生长促进剂包括金属盐、多胺类物质和有机酸羟胺，其中金属盐为40-100重量份，多胺类物质为5-30重量份，有机酸羟胺为0.5-15重量份;所述金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。投加量按照污水处理系统中促进剂浓度10-40mg/L进行投加，优选20-30mg/L进行投加。
本发明所述的微生物生长促进剂中的金属盐可以是钙盐、镁盐和铜盐，其中Ca2+、Mg2+和Cu2+的摩尔比为(5-15):(5-25):(0.5-5)，优选为(8-12):(10-20):(1-4);或者是钙盐、亚铁盐和铜盐，其中Ca2+、Fe2+和Cu2+的摩尔比为(5-15):(1-8):(0.5-5)，优选为(8-12):(2-6):(1-4);或者是钙盐、镁盐、亚铁盐和铜盐，其中Ca2+、Mg2+、Fe2+和Cu2+的摩尔比为(5-15):(5-25):(1-8):(0.5-5)，优选为(8-12):(10-20):(2-6):(1-4)。
本发明所述的微生物生长促进剂中的钙盐为CaSO4或者CaCl2，优选CaSO4;镁盐为MgSO4或者MgCl2，优选MgSO4;亚铁盐为FeSO4或者FeCl2，优选FeSO4;铜盐为CuSO4或者CuCl2，优选CuSO4。
本发明所述的微生物生长促进剂中的多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物。所述的有机酸羟胺为甲酸羟胺、乙酸羟胺或者两者的混合物。
(2)污水处理阶段：污水处理阶段分为启动期和稳定运行期。
首先从反应器底部注入待处理的含氮污水，污水首先进入水解酸化区，污水在水解酸化区将大分子有机物分解为小分子物质，提高污水的生化性，同时截留污水中的悬浮物和杂质;污水通过横板a的网状截面进入好氧区，在此污水中的有机氮依次转化为氨氮、亚硝氮及硝氮;污水到达竖板b顶端时，折流进入过渡区，将水中的悬浮物和溶解氧去除;然后通过横板d折流进入厌氧区，进行氮的去除，最后通过排水口排出。
本发明启动期进水流速采用逐渐增大的方式，首先以(6/7H-H)m/h的流速从反应器底部注入待处理的含氮污水，即控制污水停留时间在60-70min之间;当出水中COD浓度<150mg/L，氨氮浓度<80mg/L，总氮浓度<100mg/L时，将流速提高至(H-6/5H)m/h;当出水中COD浓度<70mg/L，氨氮浓度<40mg/L，总氮浓度<50mg/L时，再次提高流速至(6/5H-3/2H)m/h;当出水中COD浓度<50mg/L，氨氮浓度<15mg/L，总氮浓度<20mg/L时，再次提高流速至(3/2H-2H)m/h;当出水中COD浓度<50mg/L，氨氮浓度<15mg/L，总氮浓度<20mg/L且较稳定时，进入稳定运行期，维持现有的流速不变进行处理。
当进水水质出现波动，应根据具体情况降低流速;如果出水中COD浓度没有超过70mg/L，氨氮浓度没有超过40mg/L，总氮浓度没有超过50mg/L，则降低流速至(6/5H-3/2H)m/h，待出水合格且稳定后，再按照上述方式逐渐进行调整;如果三个指标中有任何一个超过上述流量，则降低流速至(H-6/5H)m/h，待出水合格且稳定后，再按照上述方式逐渐进行调整。
本发明污水处理阶段控制含氮污水的pH值为7.0-8.0，处理温度为25-35℃，进水氨氮浓度为400-800mg/L，总氮浓度为500-900mg/L，COD小于1000mg/L，控制好氧区的溶解氧浓度为2-3mg/L。通过厌氧区的溶氧检测器仪可观察到厌氧区的溶解氧浓度在0.5mg/L以下，说明污水通过过渡区，有效去除了水中的溶解氧，进一步强化了厌氧区的厌氧环境，有利于强化厌氧区的反硝化反应，将污水中的氮素彻底去除，最后由厌氧区上方的排水口排出。当检测到厌氧区的溶解氧浓度持续高于0.5mg/L时，将海绵铁除氧剂颗粒进行替换。
本发明污水处理阶段可以在水解酸化区投加挂膜阶段的微生物生长促进剂，所述的微生物生长促进剂按照逐渐递减的方式进行投加，每8-24h投加一次，首次投加量为10-25mg/L，之后按照3-5mg/L逐渐递减。
(3)反冲洗阶段：反冲洗时从反应器上部的排水口进水，打开进水口和反冲洗排水口进行排水，则厌氧区和过渡区的污水从反冲洗排水口排出，好氧区及水解酸化区的污水由进水口排出。反应器运行5-7天，进行一次反冲洗。反冲洗时按照(2H-3H)m/h的流速，即控制污水停留时间在20-30min之间，每次反冲洗1-2h即可。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明将水解酸化与A/O生化池结合于一体，在反应器内部设置4块隔板，将反应器内部分割成4个不同的反应区，在挂膜过程中，不同反应区内的生物膜进行分区单独培养，能够更好形成具有特定性能的生物膜体系;在污水处理过程中，增强了污水中有机物的氧化分解和氮素的转化去除，具有耐冲击能力较强，处理效果好等优点。
2、水解酸化区能够将污水中的悬浮物及杂质有效截留，减缓A/O段生物膜的堵塞;并且在好氧区O与厌氧区A之间加设过渡区，不仅可以除去好氧区O区残留的溶解氧，保证了厌氧区的厌氧条件，加强了反硝化脱氮反应;还能够有效截留O区未成膜的活性污泥，不仅能够保证A区的厌氧环境，还能保证O区的活性污泥不随水流流失。
3、在水解酸化区投加特定组成的微生物生长促进剂，促进剂随污水进入每个反应区，使活性污泥中硝化细菌在金属盐、多胺类物质及有机酸羟胺的共同作用下，实现细胞的快速增殖，能充分发挥脱氮微生物的群体效应，有助于提高活性污泥降解污染物的能力，进一步提高整个系统的脱氮速率和系统运行稳定性。
