申请日2018.05.16
公开(公告)日2018.08.17
IPC分类号C02F3/28; C02F3/30
摘要
本发明涉及一种污泥床反应器、厌氧氨氧化菌的富集方法、去除废水中氨氮的装置及方法，属于环境技术废水处理领域。本发明的污泥床反应器，包括污泥床反应区，所述污泥床反应区内沿水流动方向依次设置有聚氨酯海绵填料层和纤维球填料层。本发明的污泥床反应器，通过在聚氨酯海绵填料层后设置纤维球填料层能够实现厌氧氨氧化菌等微生物的快速富集，快速启动污泥床反应器，提高了污水处理的效率，并降低污水处理的成本。
翻译权利要求书
1.一种污泥床反应器，包括污泥床反应区，其特征在于：所述污泥床反应区内沿水流动方向依次设置有聚氨酯海绵填料层和纤维球填料层。
2.根据权利要求1所述的污泥床反应器，其特征在于：所述污泥床反应器为上流式厌氧污泥床反应器;所述上流式厌氧污泥床反应器包括反应器筒体，所述反应器;所述污泥床反应区设置在反应器筒体内。
3.根据权利要求1或2所述的污泥床反应器，其特征在于：所述聚氨酯海绵填料层的填料为聚氨酯海绵填料;所述聚氨酯海绵填料的填充率为35～45%。
4.根据权利要求1或2所述的污泥床反应器，其特征在于：所述纤维球填料层的填料为纤维球填料;所述纤维球填料的填充率为55～65%。
5.根据权利要求4所述的污泥床反应器，其特征在于：所述纤维球填料的密度为1.3～1.8g/cm3。
6.一种厌氧氨氧化菌的富集方法，其特征在于：包括以下步骤：放置厌氧颗粒污泥，通入废水使废水在无氧条件下依次流过厌氧颗粒污泥、聚氨酯海绵填料和纤维球填料，待氨氮去除率稳定，完成厌氧氨氧化菌的富集。
7.根据权利要求6所述的厌氧氨氧化菌的富集方法，其特征在于：还包括待氨氮去除率稳定后，缩短水力停留时间。
8.根据权利要求6所述的厌氧氨氧化菌的富集方法，其特征在于：所述废水中氨氮的浓度为28～30mg/L。
9.一种去除废水中氨氮的装置，包括污泥床反应器，其特征在于：还包括与所述污泥床反应器串联的用于提供厌氧氨氧化所需NO2-的短程消化装置;所述污泥床反应器，包括污泥床反应区;所述污泥床反应区内沿水流动方向依次设置有聚氨酯海绵填料层和纤维球填料层。
10.一种去除废水中氨氮的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)放置厌氧颗粒污泥，通入富集用废水使富集用废水在无氧条件下依次流过厌氧颗粒污泥、聚氨酯海绵填料和纤维球填料，待氨氮去除率稳定，完成厌氧氨氧化菌的富集;
2)将待处理废水依次通过完成厌氧氨氧化菌的富集的聚氨酯海绵填料层和纤维球填料层，发生厌氧氨氧化反应去除氨氮。
说明书
一种污泥床反应器、厌氧氨氧化菌的富集方法、去除废水中氨氮的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种污泥床反应器、厌氧氨氧化菌的富集方法、去除废水中氨氮的装置及方法，属于环境技术废水处理领域。
背景技术
随着经济水平的发展及人民生活水平的提高，环境污染也日益严重，特别是氮素污染的加剧，不仅影响了人民的生活，也制约了经济的发展。根据近几年的中国环境质量公报报道，氨氮已经成为我国城市内湖、各大湖泊以及我国七大水系等的主要污染物质之一。
传统生物脱氮途径，一般包括硝化和反硝化两个阶段，但是目前我国城市污水处理厂进行水质的有机物含量普遍较低，碳源不足，无法保证反硝化脱氮的效率。而厌氧氨氧化工艺特别适用于高浓度氮和缺乏有机碳的污水处理，因此它是普遍硝化和反硝化过程的有益替代方案。但实际生活废水中，氨氮浓度通常为低浓度，国家标准要求氨氮含量不得超过5mg/L，所以高效的去除低浓度氨氮成了热点。
近年来，有研究者采用短程硝化耦合反硝化处理城市生活污水，所采用的装置的主要部分为一个短程硝化氨氧化耦合反硝化SBR反应器，通过时间控制在反应器内不同阶段进行反应，该装置可以实现低浓度氨氮的去除，但是该装置采用SBR反应器周期运行复杂，在短程硝化阶段控制因素较难掌握，同时在反硝化阶段仍然需要投加额外的有机碳源。针对上述问题，采用上流式厌氧污泥床反应器(UASB反应器)可以短时间内高负荷去除氨氮生活废水，直接达标排放。如现有技术中，授权公告号为CN207016556U的实用新型专利公开了一种上流式厌氧污泥床反应器，该反应器包括反应筒体和联通与反应筒体上端的三相分离器，反应器筒体的侧壁上设有环形保温腔，反应器筒体的内腔从下至上包括布水区和污泥床反应区;污泥床反应区内设有填料，所采用的填料为毛线空心球或负载维纶丝的聚氨酯骨架;反应器筒体的下端连接有用于将所述上流式厌氧污泥床反应器竖立与地面的支撑座。该反应器通过在污泥床反应器内设置毛线球空心球或聚氨酯骨架负载维纶丝促进厌氧氨氧化菌富集，缩短反应器启动时间，但是由于厌氧氨氧化菌细胞产率极低，生长非常缓慢，且对环境条件较为敏感的原因，上述技术装有单一的填料的UASB反应器中仍存在厌氧氨氧化菌富集慢，更为重要的是新产生的厌氧氨氧化菌在单一填料上负载效果往往不理想容易随同出水流出造成反应器启动时间较长的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种污泥床反应器，能够对厌氧氨氧化菌等微生物进行快速富集，从而快速启动污泥床反应器。
本发明还提供了一种厌氧氨氧化菌的富集方法、去除废水中氨氮的装置及方法。
为了实现以上目的，本发明的污泥床反应器所采用的技术方案是：
一种污泥床反应器，包括污泥床反应区，所述污泥床反应区内沿水流动方向依次设置有聚氨酯海绵填料层和纤维球填料层。
本发明的污泥床反应器，同时采用聚氨酯海绵填料和纤维球填料，聚氨酯海绵填料层中的聚氨酯海绵填料表面带有一定的阳离子活性基团及羟基等亲水性基团，可与污水中带有负电荷的微生物产生键和价的固定结合，从而使微生物固定在载体上，使得微生物不容易在水，气的结合下流失，纤维球填料层中的纤维球填料具有不上浮水面，空隙大，能够在水流大的时候截留微生物在填料表面，使得污泥流失量降低，通过在聚氨酯海绵填料层后设置纤维球填料层实现厌氧氨氧化菌的快速富集，快速启动厌氧污泥床反应器，提高了污水处理的效率，并降低污水处理的成本。
所述污泥床反应区用于发生厌氧氨氧化反应。
所述污泥床反应器为上流式厌氧污泥床反应器;所述上流式厌氧污泥床反应器包括反应器筒体，所述反应器;所述污泥床反应区设置在反应器筒体内。
所述聚氨酯海绵填料层的填料为聚氨酯海绵填料;所述聚氨酯海绵填料的填充率为35～45%。聚氨酯海绵填料的密度为0.8～1.5g/cm3。聚氨酯海绵填料的丝径为0.6～1.5mm。聚氨酯海绵填料的有机负荷0.7～1.2kg/(m3·d)。聚氨酯海绵填料中海绵状通道相互贯通，填料整块可实现全方位培菌载体。
所述纤维球填料层的填料为纤维球填料;所述纤维球填料的填充率为55～65%。纤维球填料是由纤维丝扎结而成的球形滤料，弹性效果好。纤维球填料的直径为30～50mm。
所述纤维球填料为由纤维丝组成。所述聚氨酯海绵填料的孔隙率为96～99%。所述聚氨酯海绵填料的比表面积为8×104～12×104m2/m3。
所述纤维球填料的密度为1.3～1.8g/cm3。所述纤维球填料的孔隙率为94～98%。
本发明的厌氧氨氧化菌的富集方法所采用的技术方案为：
一种厌氧氨氧化菌的富集方法，包括以下步骤：放置厌氧颗粒污泥，通入废水使废水在无氧条件下依次流过厌氧颗粒污泥、聚氨酯海绵填料和纤维球填料，待氨氮去除率稳定，完成厌氧氨氧化菌的富集。
本发明的厌氧氨氧化菌的富集方法，通过反应器内两种填料的互相配合，使得厌氧氨氧化颗粒污泥在短期内能快速形成，从而实现厌氧氨氧化菌的快速富集。
所述废水的pH为7～8.2。通入废水时，需要控制废水中溶解氧的浓度为0.3～2.98mg/mL。
优选的，控制废水中的溶解氧的浓度为0.3～0.5mg/mL。
氨氮去除率是否稳定，通过检测出水中氨氮的浓度来判断。
优选的，氨氮去除率稳定是指氨氮去除率在一段时间内维持75%以上，即表明氨氮去除率稳定。
优选的，氨氮去除率稳定是指氨氮去除率在1～15天内维持在75%以上，即表明氨氮去除率稳定。
上述厌氧氨氧化菌的富集方法，表明氮去除率稳定前，水力停留时间为16～19h。
进一步优选的，确认氨氮去除率稳定前，水力停留时间为17～17.5h。优选的，从放置厌氧颗粒污泥到氨氮去除率稳定的时间为(46-74)天。
上述厌氧氨氧化菌的富集方法，还包括待氨氮去除率稳定后，缩短水力停留时间。缩短水力停留时间是将水力停留时间依次缩短至6～8h运行55～65天、5.2～5.8h运行15～20天、4.2～4.8h运行35～45天、2.6～3.4h运行45～55天。缩短氨氮停留时间后，废水中总氮含量不变。
上述厌氧氨氧化菌的富集方法，监测出水中氨氮的同时，监测出水的pH、出水中亚硝态氮、硝态氮的含量。通过监测pH的变化知道厌氧氨氧化菌是否处于优势，能否发生厌氧氨氧化反应。在厌氧氨氧化菌富集的初期，亚硝态氮被去除，硝态氮积累。通过监测出水中亚硝态氮、硝态氮和氨氮三者的浓度比值关系，可知厌氧氨氧化反应与理论值的差别，并推测出现和理论值偏差的原因，及时对进水条件进行调整。在厌氧氨氧化菌富集过程中，不仅氨氮去除，亚硝态氮也要去除，只有监测到出水中硝态氮浓度高于进水，才是厌氧氨氧化反应。
优选的，所述厌氧颗粒污泥中MLSS为3000～10000mg/L，MLVSS为2500～9000mg/L。
所述废水中含有氨氮、亚硝态氮和厌氧氨氧化菌生长所必须的元素。
优选的，所述废水中氨氮和亚硝态氮的摩尔比为1:1～1.5。
所述氨氮的来源为硫酸铵。
所述亚硝态氮的来源为亚硝酸钠。
优选的，所述废水包括营养物质，所述营养物质包括碳酸氢钾、硫酸镁、硫酸二氢钾、亚硝酸钠、氯化钙、硫酸铵。进一步优选的，废水中碳酸氢钾的浓度为480～520mg/L，硫酸镁的浓度(以MgSO4·7H2O)为110～130mg/L，磷酸二氢钾的浓度为25～30mg/L，亚硝酸钠的浓度为135～150mg/L，氯化钙的浓度为130～140mg/L，硫酸铵的浓度为125～145mg/L。
进一步优选的，所述营养物质还包括微量元素Ⅰ;所述微量元素I包括硫酸亚铁和EDTA。废水中的硫酸亚铁的浓度(以FeSO4·7H2O计)为4～6g/L，EDTA的浓度为15～25g/L。
进一步优选的，所述营养物质还包括微量元素Ⅱ;所述微量元素II包括H3BO3、MnCl2、CuSO4、ZnSO4、NiCl2、Na2MoO4、CoCl2。废水中H3BO3的浓度为0.01～0.02g/L、MnCl2的浓度(以MnCl2·4H2O计)为0.9～1.1g/L、CuSO4的浓度(以CuSO4·5H2O计)为0.15～0.35g/L、ZnSO4的浓度(以ZnSO4·7H2O计)为0.35～0.55g/L、NiCl2的浓度(以NiCl2·6H2O计)为0.1～0.3g/L、Na2MoO4的浓度(以Na2MoO4·2H2O计)为0.15～0.3g/L、CoCl2的浓度(以CoCl2·6H2O计)为0.15～0.35g/L。
优选的，所述废水中总氮的浓度为50～60mg/L。
优选的，所述废水中氨氮的浓度为28～30mg/L。废水中氨氮的浓度为28～30mg/L时，氨氮去除率稳定是指氨氮去除率在一段时间内保持在100%。在厌氧氨氧化菌富集的过程中，可实现了水中氨氮的完全去除，出水氨氮浓度低于国家废水排放标准5mg/l;处理废水量超过192L，日处理水量达24个反应器体积。
优选的，所述废水中亚硝态氮的浓度为28～30mg/L。
本发明的去除废水中氨氮的装置所采用的技术方案为：
一种去除废水中氨氮的装置，包括污泥床反应器，还包括与所述污泥床反应器串联的用于提供厌氧氨氧化所需NO2-的短程消化装置;所述污泥床反应器，包括污泥床反应区;所述污泥床反应区内沿水流动方向依次设置有聚氨酯海绵填料层和纤维球填料层。
厌氧氨氧化将铵离子(NH4+)和亚硝酸根(NO2-)氧化为氮气，本发明的去除废水中氨氮的装置，将短程硝化装置与上述污泥床反应器串联，可在污泥床反应器中的厌氧氨氧化菌完成富集后，提供NO2-作为厌氧氨氧化菌的电子受体，一体化工艺去除废水中氨氮。
所述污泥床反应区用于发生厌氧氨氧化反应。
所述污泥床反应器为上流式厌氧污泥床反应器;所述上流式厌氧污泥床反应器包括反应器筒体，所述反应器;所述污泥床反应区设置在反应器筒体内。
所述聚氨酯海绵填料层的填料为聚氨酯海绵填料;所述聚氨酯海绵填料的填充率为35～45%。聚氨酯海绵填料的密度为0.8～1.5g/cm3。聚氨酯海绵填料的丝径为0.6～1.5mm。聚氨酯海绵填料的有机负荷0.7～1.2kg/(m3·d)。聚氨酯海绵填料中海绵状通道相互贯通，填料整块可实现全方位培菌载体。
所述纤维球填料层的填料为纤维球填料;所述纤维球填料的填充率为55～65%。纤维球填料是由纤维丝扎结而成的球形滤料，弹性效果好。纤维球填料的直径为30～50mm。
所述纤维球填料为由纤维丝组成。所述聚氨酯海绵填料的孔隙率为96～99%。所述聚氨酯海绵填料的比表面积为8×104～12×104m2/m3。
所述纤维球填料的密度为1.3～1.8g/cm3。所述纤维球填料的孔隙率为94～98%。
本发明的去除废水中氨氮的方法所采用的技术方案为：
一种去除废水中氨氮的方法，包括以下步骤：
1)放置厌氧颗粒污泥，通入富集用废水使富集用废水在无氧条件下依次流过厌氧颗粒污泥、聚氨酯海绵填料和纤维球填料，待氨氮去除率稳定，完成厌氧氨氧化菌的富集;
2)将待处理废水依次通过完成厌氧氨氧化菌的富集的聚氨酯海绵填料层和纤维球填料层，发生厌氧氨氧化反应去除氨氮。
本发明的去除废水中氨氮的方法，厌氧氨氧化菌富集时间端，成本低、工艺简单，便于推广应用。
所述富集用废水的pH为7～8.2。通入废水时，需要控制富集用废水中溶解氧的浓度为0.3～2.98mg/mL。
优选的，所述控制富集用废水中的溶解氧的浓度为0.3～0.5mg/mL。
上述去除废水中氨氮的方法，还包括增加待处理废水中亚硝态氮含量的步骤。增加待处理废水中亚硝态氮含量是在待处理废水中混入经短程硝化反应处理后含亚硝态氮的污水。混入亚硝态氮的量可以经过计算根据厌氧氨氧化反应需要确定。以短程硝化反应提供厌氧氨氧化反应所需亚硝酸根离子，可实现一体化工艺去除废水中低浓度氨氮。
优选的，氨氮去除率稳定是指氨氮去除率在一段时间内维持75%以上，即表明氨氮去除率稳定。优选的，氨氮去除率稳定是指氨氮去除率在1～15天内维持在75%以上，即表明氨氮去除率稳定。
上述厌氧氨氧化菌的富集方法，氨氮去除率稳定前，水力停留时间为16～19h。
进一步优选的，氨氮去除率稳定前，水力停留时间为17～17.5h。优选的，从放置厌氧颗粒污泥到确认氨氮去除率稳定的时间为(46-74)天。
上述去除废水中氨氮的方法，还包括待氨氮去除率稳定后，缩短水力停留时间。缩短水力停留时间是将水力停留时间依次缩短至6～8h运行55～65天、5.2～5.8h运行15～20天、4.2～4.8h运行35～45天、2.6～3.4h运行45～55天。缩短氨氮停留时间后，废水中总氮含量不变。
步骤1)中，氨氮去除率是否稳定，可以通过检测出水中氨氮的浓度来判断。
步骤1)中，监测出水中氨氮的同时，监测出水的pH、出水中亚硝态氮、硝态氮的含量。通过监测pH的变化知道厌氧氨氧化菌是否处于优势，能否发生厌氧氨氧化反应。在厌氧氨氧化菌富集的初期，亚硝态氮被去除，硝态氮积累。通过监测出水中亚硝态氮、硝态氮和氨氮三者的浓度比值关系，可知厌氧氨氧化反应与理论值的差别，并推测出现和理论值偏差的原因，及时对进水条件进行调整。在厌氧氨氧化菌富集过程中，不仅氨氮去除，亚硝态氮也要去除，只有监测到出水中硝态氮浓度高于进水，才是厌氧氨氧化反应。
优选的，所述厌氧颗粒污泥中MLSS为3000～10000mg/L，MLVSS为2500～9000mg/L。
所述富集用废水中含有氨氮、亚硝态氮和厌氧氨氧化菌生长所必须的元素。
优选的，所述氨氮和亚硝态氮的摩尔比为1:1～1.5。
优选的，所述富集用废水包括营养物质，
所述营养物质包括碳酸氢钾、硫酸镁、硫酸二氢钾、亚硝酸钠、氯化钙、硫酸铵。进一步优选的，废水中碳酸氢钾的浓度为480～520mg/L，硫酸镁的浓度(以MgSO4·7H2O)为110～130mg/L，磷酸二氢钾的浓度为25～30mg/L，亚硝酸钠的浓度为135～150mg/L，氯化钙的浓度为130～140mg/L，硫酸铵的浓度为125～145mg/L。
进一步优选的，所述营养物质还包括微量元素Ⅰ;所述微量元素I包括硫酸亚铁和EDTA。废水中的硫酸亚铁的浓度(以FeSO4·7H2O计)为4～6g/L，EDTA的浓度为15～25g/L。
进一步优选的，所述营养物质还包括微量元素Ⅱ;所述微量元素II包括H3BO3、MnCl2、CuSO4、ZnSO4、NiCl2、Na2MoO4、CoCl2。废水中H3BO3的浓度为0.01～0.02g/L、MnCl2的浓度(以MnCl2·4H2O计)为0.9～1.1g/L、CuSO4的浓度(以CuSO4·5H2O计)为0.15～0.35g/L、ZnSO4的浓度(以ZnSO4·7H2O计)为0.35～0.55g/L、NiCl2的浓度(以NiCl2·6H2O计)为0.1～0.3g/L、Na2MoO4的浓度(以Na2MoO4·2H2O计)为0.15～0.3g/L、CoCl2的浓度(以CoCl2·6H2O计)为0.15～0.35g/L。
优选的，所述富集用废水中总氮的浓度为50～60mg/L。
优选的，所述富集用废水中氨氮的浓度为28～30mg/L。废水中氨氮的浓度为28～30mg/L时，氨氮去除率稳定是指氨氮去除率在一段时间内保持在100%。
优选的，富集用废水中亚硝态氮的浓度为28～30mg/L。
现有技术的厌氧颗粒污泥均可用于本发明的厌氧氨氧化菌的富集方法和去除废水中氨氮的方法。
