專利名稱：一種高效好氧生物脫氮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污水處理方法，具體地說(shuō)，是一種對(duì)污水中的含氮化合物通過活性污泥中的微生物在同一反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)進(jìn)行好氧硝化反硝化的脫氮處理方法。
背景技術(shù)：
目前，氮元素是造成湖泊、內(nèi)海等封閉性水域富營(yíng)養(yǎng)化的主要元素之一，它會(huì)引起藻類的過渡增殖，造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，大量藻類死亡會(huì)耗去水中的氧，而一些藻類蛋白質(zhì)毒素可富集在生物體內(nèi)，并通過食物鏈?zhǔn)谷酥卸尽８鲊?guó)對(duì)廢水中含氮物質(zhì)的排放都有較嚴(yán)格的限制。我國(guó)1998年實(shí)施的污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)對(duì)氨氮作出如下規(guī)定執(zhí)行一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的水域，排水中氨氮濃度不得超過15毫克/升；執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的水域，其排水中氨氮的濃度不得超過25毫克/升；我國(guó)《再生水回用于景觀水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》CJ/95-2000規(guī)定水體中凱氏氮應(yīng)不高于15毫克/升。
在目前已應(yīng)用的多種脫氮方法中，生物脫氮法仍然是廢水脫氮的主要手段，它主要包括有機(jī)氮的氨化、氨氮硝化，硝酸鹽的分解或反硝化等步驟。傳統(tǒng)的脫氮理論為氨氮的去除通過硝化和反硝化兩個(gè)階段完成，由于硝化菌和反硝化菌對(duì)環(huán)境條件的要求不同，這兩個(gè)過程不能同時(shí)發(fā)生，而只能序列式進(jìn)行，即硝化反應(yīng)發(fā)生在好氧條件下，由自養(yǎng)菌以氧作為電子受體，把NH4+-N氧化成NO2--N和NO3-N。在細(xì)分的情況下，通常把NH4+-N氧化成NO2--N的過程稱為亞硝化過程，由亞硝化菌完成；把NO2--N轉(zhuǎn)化為NO3--N的過程稱為硝化過程，由硝化菌完成，有時(shí)這兩個(gè)過程又統(tǒng)稱為硝化過程。反硝化反應(yīng)發(fā)生在缺氧或厭氧條件下，通過異養(yǎng)菌以NO2-和NO3-作為電子受體，將其還原成氣態(tài)物質(zhì)排出。生物脫氮工藝大多將缺氧過程與好氧過程分開進(jìn)行，形成分級(jí)硝化反硝化工藝。主要有經(jīng)典脫氮工藝和A/O法(缺氧-好氧法)等。經(jīng)典脫氮工藝主要由氨化、硝化反應(yīng)器和反硝化反應(yīng)器組成，在脫氮過程中要添加甲醇(CH3OH)以補(bǔ)充碳源，同時(shí)加堿以調(diào)節(jié)pH值，工藝流程見圖1；A/O法把反硝化反應(yīng)器置于硝化反應(yīng)器前面，從硝化反應(yīng)器出來(lái)的硝化液部分回流到反硝化反應(yīng)器，在處理過程中加堿以調(diào)節(jié)pH值，工藝流程見圖2。
這些處理工藝有其明顯的缺點(diǎn)工藝流程較長(zhǎng)，占地面積大，基建投資高，動(dòng)力消耗和運(yùn)行費(fèi)用都較高；系統(tǒng)抗沖擊能力弱；硝化過程產(chǎn)生的酸度需加堿中和；經(jīng)典脫氮工藝還需在反硝化過程中添加甲醇作碳源，既增加費(fèi)用又可能帶來(lái)二次污染。
近年來(lái)，脫氮工藝有了新的發(fā)展，主要是在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)硝化和反硝化，以縮短或簡(jiǎn)化流程。歸納起來(lái)主要有以下三種類型1.在一個(gè)反應(yīng)裝置中，分為不同的反應(yīng)區(qū)域。如有的把反應(yīng)裝置分為好氧、兼氧和厭氧等不同的區(qū)域，分別進(jìn)行硝化反硝化(參看中國(guó)專利92108434.X和00206626.2)。2.在同一反應(yīng)裝置中通過在不同時(shí)段進(jìn)行不同的工藝控制(如溶解氧DO，pH值等)，使硝化反硝化在同一裝置的不同時(shí)段進(jìn)行(參看美國(guó)專利US5266200)。3.通過向反應(yīng)裝置中添加特殊結(jié)構(gòu)的材料(如多孔性材料)，多孔性材料上附著生長(zhǎng)有生物膜，其內(nèi)部保持缺氧而外部保持好氧這樣不同的環(huán)境；或向體系中投加經(jīng)過特殊的外形結(jié)構(gòu)處理的化學(xué)物質(zhì)(如具有一定結(jié)構(gòu)和碳數(shù)的羧酸類或醇類物質(zhì))，它們?cè)谧鳛殡娮咏o予體的同時(shí)還可以創(chuàng)造適合硝化、反硝化反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的好氧和缺氧環(huán)境(參看美國(guó)專利US6551511B1)；類似的還有顆粒污泥。以上三種類型的實(shí)質(zhì)是在同一反應(yīng)體系的不同反應(yīng)空間或不同反應(yīng)時(shí)間形成相對(duì)集中和穩(wěn)定地同時(shí)存在兩個(gè)不相同的反應(yīng)環(huán)境(特別是溶解氧DO不同的環(huán)境)，使硝化和反硝化在同一反應(yīng)器中同時(shí)進(jìn)行(參看中國(guó)專利00132076.9)。
這些新發(fā)展的脫氮工藝雖然表面上縮短了工藝流程，使脫氮在同一體系中進(jìn)行，但其生物脫氮的本質(zhì)和傳統(tǒng)脫氮工藝沒有差別，它們?nèi)允前春醚跸趸?、缺氧反硝化的模式進(jìn)行脫氮反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種通過好氧活性污泥中存在的微生物以完全好氧模式去除污水中各種含氮化合物的方法，能使常規(guī)的污水處理設(shè)備的利用率大幅度提高，真正實(shí)現(xiàn)生化、硝化及反硝化在空間上、時(shí)間上完全同時(shí)進(jìn)行。本發(fā)明的脫氮技術(shù)是使微生物在一個(gè)構(gòu)筑物中進(jìn)行反應(yīng)，無(wú)需在時(shí)間和空間上劃分不同的操作單元，對(duì)于一次性的設(shè)備投資、運(yùn)行費(fèi)用及運(yùn)行的復(fù)雜性都大大地降低了。
請(qǐng)參考圖4，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下方法含氮污水為TKN(總凱氏氮)100～800mg/L、C/N(CODcr/NH4+-N，以下同)3～10、N/P(NH+-N/PO4-3-P)4~12。該污水(圖4中為“原廢水”)進(jìn)入嚗氣池中進(jìn)行處理，回流比R＝0.5～4，保持嚗氣池中的pH值為6.8～8.8，DO為2～6毫克/升，溫度10～35℃，在嚗氣池中處理10～16小時(shí)。通過鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行嚗氣，采用高效微孔擴(kuò)散器向嚗氣池中輸送空氣，使嚗氣池內(nèi)均處于高溶解氧狀態(tài)。
在嚗氣池中置有復(fù)合菌群。復(fù)合菌群中同時(shí)生長(zhǎng)生化、硝化及反硝化菌群。該復(fù)合菌群由北京貝拉日用化學(xué)品有限責(zé)任公司提供，牌號(hào)為BL01的復(fù)合菌群，混合液復(fù)合菌群濃度為3～6g/L。
該法適宜處理高氨氮濃度污水，如垃圾滲濾液、蓄禽養(yǎng)殖場(chǎng)廢水、生物制藥廠廢水及某些化工廠廢水等，也適宜處理一般含氨氮的生活污水。
發(fā)明人設(shè)計(jì)的完全好氧反應(yīng)器可參見圖3。其嚗氣裝置1是一個(gè)微孔嚗氣板，它能充分提高氧傳遞效率，保證反應(yīng)器各部分組分的充分混合，氣體由進(jìn)氣口2進(jìn)入，在反應(yīng)器3的不同高度分別設(shè)有排水口4，在器壁上裝有水位標(biāo)尺5，底部進(jìn)氣口2也用作排泥口，通過閥門6和7分別來(lái)進(jìn)行控制，通過鼓風(fēng)機(jī)8對(duì)嚗氣池進(jìn)行嚗氣，空氣通過高效微孔嚗氣板進(jìn)入反應(yīng)器，空氣量由流量計(jì)9控制，反應(yīng)器可以采用連續(xù)或間歇式運(yùn)行，廢水可以直接由反應(yīng)器頂端加入。反應(yīng)裝置中既不加填料，也不分區(qū)域、不分時(shí)段，始終保持高溶解氧狀態(tài)(DO為2～6mg/L)，總氮能持續(xù)減少，總氮的去除率可達(dá)到90％以上。證實(shí)反硝化不只在缺氧條件下進(jìn)行，在好氧情況下也能進(jìn)行；且反硝化過程產(chǎn)生的堿度能平衡硝化過程產(chǎn)生的酸度，pH的調(diào)節(jié)降到最低；另外這種好氧反硝化菌也是一種異養(yǎng)菌，能大大提高進(jìn)水的有機(jī)負(fù)荷，而不影響硝化率。
本發(fā)明的污水生物脫氮處理方法及其原理，是存在于活性污泥的好氧微生物參與下，經(jīng)其自身生存和增殖過程所進(jìn)行的同步硝化和反硝化的生物化學(xué)過程。
在好氧條件下培養(yǎng)硝化或亞硝化菌及反硝化菌，以獲得適于在好氧條件下同步硝化反硝化的復(fù)合菌群。在好氧條件下的實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)在整個(gè)脫氮過程中，NO2--N和NO3--N均沒有積累，說(shuō)明硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)的確在同一反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)進(jìn)行。硝化菌的硝化產(chǎn)物成為反硝化菌反硝化反應(yīng)的直接電子受體。由于能承受變化較大的C/N比的進(jìn)水負(fù)荷，該復(fù)合菌群除了包括好氧硝化菌和好氧反硝化菌，也包含大量生化菌，在好氧條件下由生化菌將含氮有機(jī)物分解為NH4+-N，再由好氧硝化菌群將NH1+-N轉(zhuǎn)化為NO2--N或NO3--N，同時(shí)由好氧反硝化菌群把NO2--N或NO3--N轉(zhuǎn)化為N2，整個(gè)過程為好氧條件下的同時(shí)生化、硝化及反硝化。
在本發(fā)明的上述處理方法中，生化、硝化及反硝化在相同的好氧條件和同一反應(yīng)系統(tǒng)中同時(shí)進(jìn)行，可簡(jiǎn)化操作難度，大大降低投資費(fèi)用和運(yùn)行成本。硝化反應(yīng)的產(chǎn)物可直接成為反硝化反應(yīng)的底物，避免了培養(yǎng)過程中NO2--N和NO3--N的積累對(duì)硝化反應(yīng)的抑制，加速了硝化進(jìn)程。
在本發(fā)明的上述處理方法中，由于硝化和反硝化在同一反應(yīng)器中同時(shí)進(jìn)行和完成，改變了傳統(tǒng)好氧硝化和缺氧反硝化體系存在強(qiáng)烈相反酸堿度的需求，而具有一定的相對(duì)互補(bǔ)性，從而對(duì)酸堿度的變化具有很強(qiáng)的緩沖作用。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.節(jié)省反應(yīng)器體積和構(gòu)筑物占地面積，減少投資。
2.反硝化反應(yīng)產(chǎn)生的堿度可以彌補(bǔ)硝化反應(yīng)堿度的消耗，簡(jiǎn)化運(yùn)行操作，減少運(yùn)行費(fèi)用。
3.由于復(fù)合菌群中同時(shí)生長(zhǎng)生化、硝化及反硝化菌群，反應(yīng)物直接成為下一步反應(yīng)的底物，避免反應(yīng)物的積累，加速反應(yīng)的進(jìn)程。
4.能適應(yīng)C/N比變化很大的進(jìn)水負(fù)荷，同時(shí)能適應(yīng)很高的有機(jī)進(jìn)水負(fù)荷和氨氮負(fù)荷。


圖1為經(jīng)典生物脫氮工藝流程。
圖2為A/O(Anoxic/Oxic)生物脫氮工藝流程圖。
圖3為本發(fā)明所用裝置的示意圖。
圖4為本發(fā)明的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下通過具體的實(shí)施范例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅局限于以下的實(shí)例。凡基于本發(fā)明上述主題所實(shí)現(xiàn)的同樣方法均應(yīng)屬于本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1～12處理水質(zhì)為以粉狀玉米面和NH4Cl調(diào)制成人工模擬合成高氨氮廢水，并添加各種營(yíng)養(yǎng)鹽，BOD5/CODcr＝0.6，N/P＝12，使用時(shí)據(jù)不同的需要進(jìn)行稀釋。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1、表2及表3。序批式生物反應(yīng)器(Sequencing Batch Reactor，縮寫SBR)總有效容積13L，底部安裝有微孔嚗氣板1，通過鼓風(fēng)機(jī)8進(jìn)行嚗氣，流量計(jì)9起控制流量的作用，清參見圖3。由結(jié)果可以看出氨氮得到全部的去除，總氮去除率達(dá)到73.49～91.99％，CODCr的去除率達(dá)到81.44～95.62％。
表1.不同DO的處理結(jié)果(實(shí)施例1～4)進(jìn)水NH4+-N＝150mg/L，CODCr＝900mg/L，C/N＝6，反應(yīng)時(shí)間12小時(shí)，溫度25℃，pH控制在7.8，復(fù)合菌群濃度為4g/L左右。
實(shí)施例1，DO＝2.0mg/L；實(shí)施例2，DO＝2.5mg/L；實(shí)施例3，DO＝3.0mg/L；實(shí)施例4，DO＝4.0mg/L。

注TN＝NH1--N+NO3--N+NO2--N，ηNH4--N表示氨氮去除率，ηTN表示總氮去除率，ηCODCr表示CODCr去除率，以下同。
表2.不同C/N的處理結(jié)果(實(shí)施例5～8)進(jìn)水NH4+-N＝150mg/L，DO控制在2.8mg/L，反應(yīng)時(shí)間12小時(shí)，溫度25℃，pH控制在7.8。復(fù)合菌群濃度為4g/L左右。
實(shí)施例5，C/N＝5；實(shí)施例6，C/N＝6；實(shí)施例7，C/N＝8；實(shí)施例8，C/N＝10。

表3.不同pH的處理結(jié)果(實(shí)施例9～12)進(jìn)水NH4+-N＝150mg/L，CODCr＝750mg/L，C/N＝5，DO控制在2.8mg/L，溫度25℃，反應(yīng)時(shí)間12小時(shí)。復(fù)合菌群濃度為4g/L左右。
實(shí)施例9，pH＝7.0；實(shí)施例10，pH＝7.5；實(shí)施例11，pH＝8.0；實(shí)施例12，pH＝8.5。

實(shí)施例13～15某垃圾填埋場(chǎng)滲濾液，采用本發(fā)明的方法處理，每小時(shí)處理量1.5～2M3，嚗氣池D02～6mg/L，嚗氣池出來(lái)的液體部分回流到嚗氣池，工藝流程見圖4。當(dāng)進(jìn)水CODcr2000～4500mg/L，氨氮400～700mg/L，pH在8.2左右，在pH不作任何調(diào)節(jié)的情況下，ηCODCR達(dá)到70％以上，ηNH4--N達(dá)到97％以上，ηTN達(dá)到70％左右，具體數(shù)據(jù)見表4。
表4.垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理結(jié)果(實(shí)施例13～15)復(fù)合菌群濃度為5g/L。

權(quán)利要求
1.一種高效好氧生物脫氮方法，其特征在于，包含下列步驟含氮污水進(jìn)入嚗氣池中進(jìn)行處理，回流比R＝0.5～4，保持嚗氣池中的pH值為6.8～8.8，DO為2～6mg/L，混合液中復(fù)合菌群濃度為3～6g/L，溫度10～35℃，進(jìn)水TKN100～800mg/L、C/N比3～10、N/P比4～12，在嚗氣池中處理10～16小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效好氧生物脫氮方法，其特征在于所述的復(fù)合菌群是BL01。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效好氧生物脫氮方法，其特征在于還可以通過鼓風(fēng)機(jī)對(duì)嚗氣池進(jìn)行嚗氣，空氣是通過嚗氣擴(kuò)散器進(jìn)入反應(yīng)器的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的，其特征在于所述的嚗氣擴(kuò)散器是高效微孔嚗氣板。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的，其特征在于嚗氣池內(nèi)均處于高溶解氧狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效好氧生物脫氮方法。該方法通過回流比、pH值、DO值的調(diào)節(jié)，并加入復(fù)合菌群來(lái)處理含氮污水。該法適宜處理高氨氮濃度污水，如垃圾滲濾液、蓄禽養(yǎng)殖場(chǎng)廢水、生物制藥廠廢水及某些化工廠廢水等，也適宜處理一般含氨氮的生活污水。該法具有節(jié)省反應(yīng)器體積、簡(jiǎn)化運(yùn)行操作、減少運(yùn)行費(fèi)用的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F3/20GK1546396SQ20031012137
公開日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2003年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月16日
發(fā)明者汪蘋, 馮旭東, 王斌, 廖永紅, 柯國(guó)華, 蘋 汪 申請(qǐng)人:北京工商大學(xué)