專利名稱：下向流顆粒污泥床反硝化脫氮的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種含硝酸鹽水的處理方法，尤其涉及一種采用顆粒污泥床進行生物反硝化的處理方法，屬于水污染控制技術領域。
背景技術：
目前，許多國家的地下水已受到了硝酸鹽污染，并存在日益惡化的趨勢，許多城市地下水NO3-N濃度均已超過100mg·L-1。
世界上許多國家都已嚴格規(guī)定了飲用水中NO3-N含量的標準WHO建議飲用水NO3-N不超過10mg·L-1；歐共體規(guī)定飲用水中NO3-N最大允許濃度為11.3mg·L-1(N)；美國規(guī)定不超過10mg·L-1(N)；我國規(guī)定不超過20mg·L-1(N)。地下水硝酸鹽污染問題已日益成為人們關注的焦點。
在水污染控制領域，國內(nèi)外對硝酸鹽排放控制也越來越嚴格。1991年5月21日，歐盟對城市污水處理廠(WWTP)提出了新的標準(EEC標準)，規(guī)定在敏感區(qū)域TN含量不得超過10mg·L-1。我國于2002年對城市集中污水處理廠制定了TN排放標準(GB18918-2002)，其限值為20mg·L-1(＜12℃)與15mg·L-1(＞12℃)。
一般認為，無機氮和總磷分別超過0.3mg·L-1和0.02mg·L-1時，湖泊已處于富營養(yǎng)化狀態(tài)。
隨著水環(huán)境標準的不斷提高，對給水與排水中氮的控制也提出了更高的要求，促使人們對傳統(tǒng)處理工藝進行改造或開發(fā)新的處理技術。
有人提出單純從飲用水考慮，硝酸鹽選擇性離子交換樹脂去除硝酸鹽是合適的，但從經(jīng)濟考慮，難以適用城市大規(guī)模生活用水，尤其是工業(yè)給水。生物反硝化處理含氮水，由于成本低、工藝穩(wěn)定、適用規(guī)模大，一直是人們關注的方法。
目前研究與應用反硝化脫氮的主要工藝有活性污泥法，如A/O、SBR法與生物膜法(固定床、流化床、移動床)。
A/O、SBR等活性污泥法作為整個處理流程的一部分(又稱單級系統(tǒng))已有較普遍的研究設計，但很少用于單獨反硝化脫氮。
單獨反硝化脫氮技術更多地選擇生物膜法。
固定床反硝化負荷較高，一般可以達到1-3kgNO3-N·m-3·d-1，氮去除率99％以上，但容易堵塞或局部堵塞引起短路，所以無論是上流式還是下向流固定床，均需要反洗，而反洗系統(tǒng)操作復雜。
流化床反硝化負荷更高，可以達到2-10kgNO3-N·m-3·d-1左右，但存在穩(wěn)定流態(tài)化與載體再生問題。
移動床綜合了流化床、固定床與活性污泥法的一些優(yōu)點，但負荷較低，而且反應器出水通常還需要脫膜與絮狀污泥沉降處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對傳統(tǒng)生物脫氮工藝污泥濃度低、容積效率低、反應器體積大等問題，提供了一種下向流顆粒污泥床(DGSB)反硝化脫氮的方法。
本發(fā)明公開的利用下向流顆粒污泥床(DGSB)生物反硝化的方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)在上流式污泥床反應器內(nèi)培養(yǎng)反硝化顆粒污泥；2)將該反硝化顆粒污泥繼續(xù)在上流式污泥床反應器或序批式反應器中培養(yǎng)成上浮的反硝化顆粒污泥；3)將上浮反硝化顆粒污泥投入下向流顆粒污泥床反應器(DGSB)中開始啟動運行，反應器內(nèi)設攪拌裝置，進水方式采取頂部進水、流經(jīng)污泥床層后從反應器底部流出的下向流方式。
在本發(fā)明中，所述DGSB反應器中顆粒污泥為預先培養(yǎng)好的漂浮的反硝化顆粒污泥，顆粒污泥表面布滿濃密的反硝化菌。
在本發(fā)明中，所述DGSB反應器進水方式采取頂部進水、流經(jīng)污泥床層后從反應器底部流出的下向流方式。
在本發(fā)明中，所述DGSB反應器中攪拌機轉(zhuǎn)速為0-60rpm。
按照本發(fā)明方法進行生物反硝化，可以獲得很高的處理效率。反應器內(nèi)能夠保持較高的生物量，反應器內(nèi)污泥濃度以揮發(fā)性懸浮固體濃度VSS計，可以達到5-30gVSS·L-1；出水中NO3-N為1-2mg·L-1，NO2-N為0.1mg·L-1左右，污泥反硝化速率高達3.73gN·gVSS-1·d-1(30℃)，污泥床反硝化脫氮速率為45gN·L-1·d-1，容積負荷及反硝化脫氮效率很高，是普通生物反應器的10倍。DGSB反應器內(nèi)顆粒污泥在基質(zhì)代謝上優(yōu)于懸浮活性污泥、生物膜法，此外顆粒污泥容易與水分離，保證良好的出水水質(zhì)，與傳統(tǒng)工藝相比，本發(fā)明的工藝方法使污泥的生物活性和處理效率均有顯著提高，設備可成套小型化，氮去除率可達到95％。
術語“污泥反硝化速率”指微生物(揮發(fā)性懸浮固體)在單位時間、單位質(zhì)量去除的硝酸鹽氮的量。


圖1為流程圖。
圖2為顆粒污泥形狀。
圖3為顆粒污泥內(nèi)部結(jié)構。
圖4為顆粒污泥表面桿狀菌形態(tài)圖。
具體實施例方式
參見圖1，本發(fā)明的方法包括如下步驟將預先培養(yǎng)好的含有反硝化菌的上浮反硝化顆粒污泥投入設有攪拌裝置2的反應器1內(nèi)，含硝酸鹽氮原水以0.5-30m·h-1時的下向流速從頂部進入反應器1，然后從底部流出；在溫度10-45℃和攪拌轉(zhuǎn)速0-60rpm的條件下，運行約1-2周后，出水中NO3-N為1-2mg·L-1，NO2-N為0.1mg·L-1左右。
實施例1(1)反硝化顆粒污泥培養(yǎng)。
在上流式污泥床反應器內(nèi)，以甲醇為碳源，接種活性污泥經(jīng)30天左右培養(yǎng)出了良好的反硝化顆粒污泥。該污泥在脫氮率98.0％以上時，反硝化速率可達1-3.6gN·gVSS-1·d-1。
(2)上浮反硝化顆粒污泥培養(yǎng)。
將第一步培養(yǎng)的顆粒污泥繼續(xù)在上流式污泥床反應器中培養(yǎng)2周，在污泥負荷1.5gN·gVSS-1·d-1以上時，顆粒污泥會逐漸上浮；(3)將上浮顆粒污泥投入圖1的反應器內(nèi)，頂部進水、底部出水進行培養(yǎng)，至反應器內(nèi)顆粒污泥完全呈漂浮狀態(tài)，揮發(fā)性懸浮固體濃度達到12.0g·L-1左右。
反應器結(jié)構參數(shù)反應器高1.0m，內(nèi)徑為0.5m。
反應器中顆粒污泥形狀不太規(guī)則，如圖2所示，粒徑較大，約5-10mm，顆粒內(nèi)部有空洞，如圖3，是污泥包裹的氣囊引起的，密度為0.9821g·cm-3，揮發(fā)性懸浮固體濃度與懸浮固體濃度比值為0.75，顆粒表面桿狀菌顯得純凈、致密，如圖3。
進水COD與硝酸鹽氮的比值為3.75。
操作條件與處理結(jié)果見表1。
表1

表1顯示(1)反應器負荷高。污泥床負荷為48gN·L-1·d-1時，相應的脫氮率為95.36％。(2)污泥活性高。最大污泥脫氮活性為3.73gN·gVSS-1·d-1。(3)污泥濃度較高。在下向水力流速為2.0-7.5m·h-1、進水NO3-N濃度為100-133mg·L-1運行狀態(tài)下，污泥床內(nèi)揮發(fā)性懸浮固體濃度始終保持在11-13gVSS·L-1。(4)出水濃度低。反應器出水NO3-N一般在1-2mg·L-1，NO2-N為0.1mg·L-1左右。即使污泥床負荷為48gN·L-1·d-1時，出水NO3-N仍為5.78mg·L-1，NO2-N為0.11mg·L-1。
權利要求
1.一種下向流顆粒污泥床(DGSB)反硝化脫氮的方法，其特征在于包括如下步驟將預先培養(yǎng)好的含有反硝化菌的上浮反硝化顆粒污泥投入設有攪拌裝置的反應器內(nèi)，在10-45℃的溫度和攪拌下，將含硝酸鹽原水從頂部送入反應器，然后從底部流出反應器。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，反應器內(nèi)污泥是上浮的反硝化顆粒污泥，顆粒直徑0.5-20mm，顆粒污泥表面分布著濃密的反硝化菌。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，反應器進水方式采取頂部進水、流經(jīng)污泥床后從反應器底部流出的下向流方式，流速范圍為0.5-30m/h。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，攪拌機攪拌轉(zhuǎn)速為0-60rpm。
5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，反應器內(nèi)污泥濃度可以達到5-30gVSS·L-1(VSS為揮發(fā)性懸浮固體)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種下向流顆粒污泥床(DGSB)反硝化脫氮的方法。包括如下步驟反應器內(nèi)持有上浮的反硝化顆粒污泥；含硝酸鹽原水從反應器上部進入，流經(jīng)污泥床后從反應器底部流出；反應器內(nèi)設攪拌裝置；反應器內(nèi)顆粒污泥濃度較高并顯示極高的反硝化脫氮速率。本發(fā)明不僅具有高效、節(jié)能與設備小型化的特點，而且反應器結(jié)構簡單、效果穩(wěn)定、操作簡便、易于應用和推廣等優(yōu)點。
文檔編號C02F101/16GK1749183SQ20051002791
公開日2006年3月22日 申請日期2005年7月20日 優(yōu)先權日2005年7月20日
發(fā)明者金雪標, 劉國紅, 閻寧, 趙慶祥 申請人:上海師范大學