申请日2004.04.23
公开(公告)日2005.11.02
IPC分类号C02F3/30; C02F1/28; C02F1/44
摘要
本发明是高浓度氨氮废水的脱氮工艺。其系统由亚硝化生物膜反应器、厌氧氨氧化生物膜反应器和土地处理三单元构成。在亚硝化生物膜反应器中，废水中的部分NH4-N被氧化为NO2-N;然后在厌氧氨氧化生物膜反应器中，微生物在厌氧条件下，以NH4-N为电子供体还原亚硝酸盐，以亚硝酸盐为电子受体氧化NH4-N，将氨氮和亚硝态氮转变成N2，达到同时去除两种氮素的目的;厌氧氨氧化反应器的出水进入土地处理单元，经土壤的毛管渗润作用、微生物降解、土壤颗粒过滤、离子交换、吸附和沉淀作用去除废水中的悬浮固体颗粒物和溶解成分，使其中的有机物和氮发生转化。本发明可以在低碳氮比的情况下完成氮的去除，能耗低，使废水达到排放要求。
1.一种高浓度氨氮废水的脱氮工艺，系统由亚硝化生物膜反应 器、厌氧氨氧化生物膜反应器和土地处理三个单元构成，土地处理单元包 括土壤渗滤沟和地下潜流湿地两个部分，其特征是：包括下列步骤：
(1)高浓度氨氮废水从底部进入亚硝化生物膜反应器，向上流 动，经布水装置、曝气装置、生物膜反应区去除废水中大部分易生物降解 的有机物，进行亚硝化反应，将部分氨氮转化成亚硝酸盐(NO2-N)后， 由上部连接管溢出;
(2)经第一步处理过的废水，经连接管从底部进入厌氧氨氧化 生物膜反应器，向上流动，经布水装置、生物膜反应区，废水中剩余的氨 氮(NH4-N)与生成的亚硝酸盐(NO2-N)进行厌氧氨氧化脱氮反应后，由 上部连接管溢出;在厌氧氨氧化生物膜反应器中产生的气体，由反应器上 部排出;
(3)经第二步处理过的废水，经连接管流入土地处理单元的土 壤渗滤沟布水管，经过布水管进入土壤渗滤沟，向四周的土壤扩散、渗透， 经过滤砾石层、土层的沉淀、过滤、吸附和分解后，进入底部的集水管;
(4)废水经集水管流入土地处理单元的潜流湿地布水管，废水 通过布水管流入潜流湿地的底层中，由下向上经过碎石层、填料层、土层 的沉淀、过滤、吸附和分解后，废水中的颗粒物、臭气被有效去除，色度 大副降低，出水达到排放要求;
(5)可排放的水溢出地面，集于出水堰，经出水堰出口排入自 然界。
2.如权利要求1所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺，其特征是：经 第二步处理过的部分废水，经循环管被循环泵从底部打入厌氧氨氧化生物 膜反应器，循环水与进水混合进入反应器，起到降低进水中氨氮和亚硝酸 盐氮的浓度，减小其对微生物的抑制作用。
3.如权利要求1所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺，其特征是：所 述第一步中，亚硝化生物膜反应器的反应水温33～34℃，水力停留时间 2.0～2.1d，溶解氧DO：0.8～1.0mg/L，pH：8.0～8.2。
4.如权利要求1所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺，其特征是：其 所述第二步中，厌氧氨氧化生物膜反应器的反应水温为30～31℃，水力 停留时间4.0～4.2d，pH：7.9～8.1。
5.如权利要求1所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺，其特征是：所 述亚硝化生物膜反应器，采用固定床生物膜反应器;由生物膜反应区和固 液分离区两部分组成，生物膜反应区内安装填料，顶部扩充以减缓上升流 速，曝气的气体被收集在中心筒内，管外周边为固液分离区;反应器上部 一侧设有连接管;曝气管、曝气装置和布水装置安装在反应器内底部;反 应器底部一侧接有废水进水管，曝气管自另一侧引出。
6.如权利要求1所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺，其特征是：所 述厌氧氨氧化生物膜反应器，采用固定床生物膜反应器;由生物膜反应区 和固液分离区两部分组成，生物膜反应区内安装填料，顶部扩充以减缓上 升流速，中心筒外周边为固液分离区;反应器上部一侧设有连接管和循环 管;循环管中设有循环泵，循环管下端与亚硝化生物膜反应器的连接管下 端相连通，且亚硝化生物膜反应器的连接管下端出口接于反应器底部一 侧，循环泵使反应器的出水再进入反应器进行内循环;布水装置安装在反 应器内底部。
7.如权利要求1所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺，其特征是：所述 土壤渗滤沟，其上部为土层，中部为过滤砾石层，底部为集水管，布水管 置于过滤砾石层上部;土壤渗滤沟采用干湿交替运行的方式，使土壤交替 保持好氧和缺氧，达到好氧硝化和缺氧反硝化的目的。
说明书
高浓度氨氮废水的脱氮工艺
技术领域
本发明涉及环保技术领域，属于利用生物反应器处理高浓度氨氮废 水的脱氮工艺。
背景技术
高浓度氨氮废水处理难度高，环境危害严重，如垃圾渗滤液、污泥上 清液和一些化工工业废水，主要的水质特征：氨氮浓度高，碳氮比(C/N) 较低。目前国内外处理含氮废水的主要技术有生物处理和物化处理，物化 处理技术虽有较好的处理效果，但成本昂贵，能耗大，易产生二次污染， 生物处理技术由于具有经济简便等优点而被普遍采用。
传统的生物脱氮包括生物好氧硝化和反硝化两个步骤：①在好氧条件 下，通过亚硝化和完全硝化两个反应，氨氮被转化为硝态氮。反应式如下：
2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H+
2NO2-+O2→2NO3-
NH4++2O2→NO3-+H2O+2H+
由上式可知，1mgNH4 +-N完全硝化，需耗氧4.57mg，需要消耗碱7.14mg (以CaCO3计)。
②在缺氧条件下，反硝化菌以有机物为电子供体，硝态氮(NO3 --N) 和亚硝态氮(NO2 --N)被还原转化为氮气(N2)。反应式如下：
NO2-+3H(有机物)→1/2N2+H2O+OH-
NO3-+5H(有机物)→1/2N2+H2O+OH-
由上式可知，转化1mg的NO2 --N或NO3 --N为N2，分别需要消耗有机 物(CODcr)1.71mg和2.86mg。
传统的生物脱氮工艺流程如图2所示。
应用传统的生物脱氮技术处理高氨氮、低碳氮比(C/N)的废水，存 在以下主要问题：
(1)过高的氨氮使能耗增加，1g氨氮完全硝化需耗氧4.57g;
(2)反硝化过程需要足够的有机碳源作为电子供体才能保证脱氮率。而 对于高氨氮、低碳氮比(C/N)的废水，难以有效地反硝化，使脱氮效率 较低，而外加碳源不仅增加处理成本，还易造成二次污染;
(3)为中和硝化过程产生的酸度，需要加碱中和，增加了运行费用。
(4)工艺流程复杂，污泥回流和混合液回流增加动力费用。
目前国内外对厌氧氨氧化反应器多采用生物流化床，它具有以下主要 缺点：
(1)需设置载体脱膜装置和进行载体回流，使运行复杂化。
(2)为使载体悬浮流化要求很大的回流比，使能耗增加。
发明内容
针对高氨氮废水的水质、水量特征，以及目前处理技术面临的典型问 题，采用单一的处理方法不能满足其处理要求，需要通过不同方法的优化 组合才能有效处理。本发明的目的在于，利用厌氧氨氧化的脱氮原理，将 亚硝化——厌氧氨氧化技术与土地处理相结合，提出一种既能高效稳定的 脱氮，又能节省能耗的经济合理的高氨氮废水生物脱氮新工艺。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种高浓度氨氮废水 的脱氮工艺，系统由亚硝化生物膜反应器、厌氧氨氧化生物膜反应器和土 地处理三个单元构成，土地处理单元包括土壤渗滤沟和地下潜流湿地两个 部分，其包括下列步骤：
(1)高浓度氨氮废水从底部进入亚硝化生物膜反应器，向上流动，经布 水装置、曝气装置、生物膜反应区去除废水中大部分易生物降解的有机物， 进行亚硝化反应，将部分氨氮转化成亚硝酸盐(NO2-N)后，由上部连接 管溢出;
(2)经第一步处理过的废水，经连接管从底部进入厌氧氨氧化生物膜反 应器，向上流动，经布水装置、生物膜反应区，废水中剩余的氨氮(NH4-N) 与生成的亚硝酸盐(NO2-N)进行厌氧氨氧化脱氮反应后，由上部连接管 溢出;在厌氧氨氧化生物膜反应器中产生的气体，由反应器上部排出;
(3)经第二步处理过的废水，经连接管流入土地处理单元的土壤渗滤 沟布水管，经过布水管进入土壤渗滤沟，向四周的土壤扩散、渗透，经过 滤砾石层、土层的沉淀、过滤、吸附和分解后，进入底部的集水管;
(4)废水经集水管流入土地处理单元的潜流湿地布水管，废水通过布 水管流入潜流湿地的底层中，由下向上经过碎石层、填料层、土层的沉淀、 过滤、吸附和分解后，废水中的颗粒物、臭气被有效去除，色度大副降低， 出水达到排放要求;
(5)可排放的水溢出地面，集于出水堰，经出水堰出口排入自然界。
所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺，其经第二步处理过的部分废水， 经循环管被循环泵从底部打入厌氧氨氧化生物膜反应器，循环水与进水混 合进入反应器，起到降低进水中氨氮和亚硝酸盐氮的浓度，减小其对微生 物的抑制作用。
所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺，其所述第一步中，亚硝化生物膜 反应器的反应水温33～34℃，水力停留时间2.0～2.1d，溶解氧DO：0.8～ 1.0mg/L，pH：8.0～8.2。
所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺，其所述第二步中，厌氧氨氧化生 物膜反应器的反应水温为30～31℃，水力停留时间4.0～4.2d，pH：7.9～ 8.1。
所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺，其所述亚硝化生物膜反应器，采 用固定床生物膜反应器;由生物膜反应区和固液分离区两部分组成，生物 膜反应区内安装填料，顶部扩充以减缓上升流速，曝气的气体被收集在中 心筒内，管外周边为固液分离区;反应器上部一侧设有连接管;曝气管、 曝气装置和布水装置安装在反应器内底部;反应器底部一侧接有废水进水 管，曝气管自另一侧引出。
所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺，其所述厌氧氨氧化生物膜反应 器，采用固定床生物膜反应器;由生物膜反应区和固液分离区两部分组成， 生物膜反应区内安装填料，顶部扩充以减缓上升流速，中心筒外周边为固 液分离区;反应器上部一侧设有连接管和循环管;循环管中设有循环泵， 循环管下端与亚硝化生物膜反应器的连接管下端相连通，且亚硝化生物膜 反应器的连接管下端出口接于反应器底部一侧，循环泵使反应器的出水再 进入反应器进行内循环;布水装置安装在反应器内底部。
所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺，其所述土壤渗滤沟，其上部为土 层，中部为过滤砾石层，底部为集水管，布水管置于过滤砾石层上部;土 壤渗滤沟采用干湿交替运行的方式，使土壤交替保持好氧和缺氧，达到好 氧硝化和缺氧反硝化的目的。
所述的高浓度氨氮废水的脱氮工艺，其所述潜流湿地，其上部为土层， 中部为填料层，底部为碎石层，布水管置于底部碎石层内。
本发明中采用的亚硝化——厌氧氨氧化技术的脱氮原理是：将废水 中约50%的氨氮氧化为亚硝酸盐氮，即硝化过程仅进行到亚硝化阶段， 微生物在厌氧条件下，以剩余的50%氨氮作为电子供体，以亚硝酸盐氮 作为电子受体，将氨氮和亚硝态氮转化为氮气，厌氧氨氧化技术无需投 加有机碳源，反应式如下：
0.5NH4++0.75O2→0.5NO2-+0.5H2O+H+
0.5NH4++0.5NO2-→0.5N2↑+H2O
与传统的硝化——反硝化生物脱氮技术相比，该生物脱氮技术具有 以下优点：
(1)硝化反应只进行到亚硝化阶段，且只需约50%的氨氮氧化为亚硝酸 盐氮，使曝气能耗降低。每去除1mol NH4 +只需耗氧0.75mol，节省能耗 62.5%。。
(2)节省100%反硝化有机碳源。
(3)由于只将50%氨氮氧化为亚硝酸盐氮，产酸量大幅下降，每去除1mol NH4 +只产生1mol H+，可节省可观的中和试剂。
本发明中的亚硝化和厌氧氨氧化反应器均采用固定床生物膜反应器， 具有以下主要特征：
(1)微生物相多样化，生物的食物链长，并能存活世代时间较长的微生 物。
(2)不需要污泥回流和流化，大副降低能耗;无需单独设置沉淀池，使 运行简单化。
(3)耐冲击负荷，对水质、水量变动具有较强的适应性。
在本发明中，将土地处理系统放在厌氧氨氧化反应器之后，可使整个 工艺具有处理效果好，缓冲容量大，且投资省，运行费用低和管理方便等 优点。而且，工艺流程简单，无需污泥回流和混合液回流，能耗低。
本发明的脱氮新工艺具有以下优点：
(1)脱氮效率高，无需投加有机碳源。
(2)不仅去除难降解有机物，还具有脱色、除臭功能。
(3)工艺流程简单，运行简便。
(4)减少动力费用、药剂费用和管理费用，降低运行成本。
(5)基建投资少。
(6)利用土地处理这种生态技术，既处理污染物，又美化环境。
土壤渗滤沟和潜流湿地均放在地下，其上可根据不同需要，种植花草 和作物，修建亭院等景观。
