專利名稱：高濃度有機(jī)廢水深度脫氮處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢水生物處理領(lǐng)域，尤其涉及對(duì)高濃度有機(jī)廢水的脫氮處理方法。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，水環(huán)境污染也不斷加劇，水污染防治得到越來(lái)越多的重視。生物處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用，特別是厭氧生物技術(shù)的發(fā)展，使得對(duì)于廢水中有機(jī)物的去除取得了良好的效果。然而，對(duì)于高濃度有機(jī)廢水中的氮素的治理，仍沒(méi)有一個(gè)較為可行的、可靠的技術(shù)，大多數(shù)仍只對(duì)于氨氮有一定的去除，總氮的深度去除沒(méi)能很好的解決。近年來(lái)，對(duì)于進(jìn)入受納水體的氮素的控制力度的加大，使得人們開始重視高濃度有機(jī)廢水中氮素的深度脫除問(wèn)題。就目前應(yīng)用的傳統(tǒng)處理工藝來(lái)看，可以分為厭氧生物處理與具有脫氮功能的好氧生物處理工藝相結(jié)合，以及在厭氧階段同時(shí)進(jìn)行反硝化和產(chǎn)甲烷化再與好氧工藝串聯(lián)這兩種方式。
第一種方式主要有厭氧加A/O工藝、厭氧加短程硝化反硝兩種工藝流程，從工藝路線上看，此兩種工藝對(duì)高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行了除碳和脫氮的分級(jí)分段處理，在各自的階段可以培養(yǎng)出優(yōu)勢(shì)微生物，在適合的條件下進(jìn)行生長(zhǎng)代謝，可以達(dá)到較好的處理效果。但在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，由于在厭氧處理階段高濃度有機(jī)廢水中的有機(jī)物得到較大程度的降解，好氧的脫氮生物處理(反硝化階段)的碳源不足，外加有機(jī)碳源又使得污水處理成本大大升高，因而脫氮效率不高，使得此兩種工藝存在出水中的氮素含量仍很高，脫氮效果受到限制。而且在硝化過(guò)程中需要消耗大量的堿(氧化1g氨氮理論需要7.14g堿度)，也增加了成本。
第二種方式主要有厭氧同時(shí)反硝化產(chǎn)甲烷加好氧工藝、厭氧同時(shí)反硝化產(chǎn)甲烷加厭氧除碳加好氧工藝兩種工藝流程，要在厭氧反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)反硝化，必須在好氧階段實(shí)現(xiàn)完全的硝化或亞硝化，動(dòng)力消耗依然大，而且全流程的脫氮效率取決于好氧階段的硝化液到厭氧階段的回流比，預(yù)達(dá)到的脫氮效率越高，所需的硝化液的回流比也越高，而過(guò)高的回流比會(huì)給厭氧反應(yīng)階段帶來(lái)顯著的不利影響，影響全流程的處理效果。另外過(guò)大的回流比產(chǎn)生的動(dòng)力消耗也十分巨大。反硝化反應(yīng)與產(chǎn)甲烷反應(yīng)在微觀上不可能實(shí)現(xiàn)同時(shí)，依然存在著先后的次序問(wèn)題，僅在宏觀上在同一反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)了同時(shí)。反硝化菌與產(chǎn)甲烷菌的共生顆粒污泥的培養(yǎng)馴化也存在著一定的難度和不穩(wěn)定性。
二十世紀(jì)九十年代以來(lái)發(fā)現(xiàn)的厭氧氨氧化現(xiàn)象為高濃度含氨廢水的生物脫氮處理的大發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。一批基于厭氧氨氧化理論的新型生物脫氮技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。由于在同一反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)多類反應(yīng)的矛盾性，嘗試在多段反應(yīng)器中分別實(shí)現(xiàn)高效除碳和高效除氮，并結(jié)合新型的生物脫氮技術(shù)產(chǎn)生了厭氧生物除碳加好氧除碳亞硝化加厭氧氨氧化(ANAMMOX)的工藝路線。
由于厭氧氨氧化工藝特別適合低有機(jī)碳高氨氮的廢水的脫氮處理，因此可以將厭氧好氧處理后的出水直接進(jìn)行厭氧氨氧化的生物脫氮處理。由于厭氧氨氧化菌是一自養(yǎng)菌，在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中以無(wú)機(jī)碳為碳源，因此在脫氮過(guò)程中無(wú)需添加有機(jī)碳源。而且厭氧氨氧化反應(yīng)做為一種新型的脫氮技術(shù)，其氮容積負(fù)荷率和去除負(fù)荷都是傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝所無(wú)法比擬的，因而對(duì)于原水中的氮的負(fù)荷有著更大的適應(yīng)范圍。但此工藝路線也存在著一些不足之處。首先是厭氧氨氧化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生20％左右的硝酸鹽氮，因此在出水的氨氮和亞硝酸鹽幾乎為零的情況下，仍存在著一定濃度的硝酸鹽氮，總氮的去除率只能達(dá)到85％左右。其次，雖然亞硝化反應(yīng)階段可以與好氧的除碳構(gòu)筑物合建，但仍需新建厭氧氨氧化的反應(yīng)裝置，增加了基建費(fèi)用。第三，厭氧氨氧化脫氮效率關(guān)鍵在于進(jìn)水中的基質(zhì)比例(氨氮/亞硝酸鹽氮)，當(dāng)好氧的亞硝化階段處理不穩(wěn)定時(shí)，出水的總氮將成倍增減，給工藝出水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)帶來(lái)潛在的影響。
通過(guò)以上的分析可以看出，目前在高濃度有機(jī)廢水的深度脫氮處理方面還沒(méi)有一種既高效、可靠又節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定的工藝路線。各種處理工藝都存在著缺點(diǎn)和不足之處，因此開發(fā)一種工藝路線合理、經(jīng)濟(jì)高效的脫氮工藝十分必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種符合實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的合理的對(duì)高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行深度生物脫氮的技術(shù)，它能夠在較大的環(huán)境因素的變化中適用，所需的控制性因素或控制條件少，易于穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)。這種技術(shù)能夠適應(yīng)多種高濃度有機(jī)廢水的除碳和深度脫氮要求，出水能夠達(dá)到有機(jī)物和氮素的排放標(biāo)準(zhǔn)。
本技術(shù)對(duì)于高濃度有機(jī)廢水的脫氮原理主要是基于亞硝化-厭氧氨氧化工藝。將厭氧加好氧處理工藝對(duì)有機(jī)物的良好去除與亞硝化-厭氧氨氧化工藝對(duì)氮的良好去除效果和獨(dú)特的適用條件相結(jié)合，在達(dá)到對(duì)廢水中有機(jī)物的高效去除的同時(shí)保證了總氮的深度脫除，使得出水的氨氮和總氮都能達(dá)到排放要求。與背景技術(shù)中所闡述的“厭氧加好氧加厭氧氨氧化”工藝的分級(jí)分段處理不同，將亞硝化-厭氧氨氧化技術(shù)真正融入到厭氧好氧的聯(lián)合處理工藝中，采用獨(dú)特的工藝路線，使工藝的運(yùn)行具有其他工藝所無(wú)法比擬的穩(wěn)定性和可靠性。
本發(fā)明所采用的亞硝化和厭氧氨氧化菌兩類微生物的基本代謝過(guò)程如下(1)亞硝化過(guò)程廢水中的氨氮在自養(yǎng)的亞硝化菌的作用下，以無(wú)機(jī)碳(碳酸根離子)為碳源進(jìn)行生長(zhǎng)代謝，發(fā)生亞硝化反應(yīng)。通過(guò)控制反應(yīng)過(guò)程中的工藝條件，如溶解氧，pH等，將硝化過(guò)程控制在亞硝化階段，只產(chǎn)生亞硝酸鹽，而不發(fā)生硝酸鹽的積累。
NH4++1.5O2+2HCO3→NO2-+2CO2+3H2O(2)厭氧氨氧化過(guò)程廢水中的氨氮和亞硝酸鹽氮在厭氧氨氧化菌的作用下，進(jìn)行厭氧的自養(yǎng)生長(zhǎng)代謝，發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)，等比例的去除氨氮和亞硝酸鹽氮。在此過(guò)程中，不需要有機(jī)物為碳源，而是以碳酸氫根離子為碳源，以氨氮為電子供體，亞硝酸鹽為電子受體，反應(yīng)需要維持閉光、嚴(yán)格厭氧，較高的溫度(25~35℃)等環(huán)境條件。
1.44NH4++NO2-+0.49HCO3-+0.13H+→2.012N2+0.18NO3-+0.333CH2O0.5N0.15+2.58H2O，本發(fā)明的工藝流程如下，具體分為依次串聯(lián)的三個(gè)區(qū)域(1)厭氧除碳區(qū)本功能區(qū)采用厭氧生物反應(yīng)器，在最優(yōu)條件下對(duì)原水中的有機(jī)污染物進(jìn)行厭氧的生物處理，去除絕大部分的有機(jī)物，并使沼氣的產(chǎn)率達(dá)到最大化以充分回收能量。
(2)好氧亞硝化加厭氧氨氧化脫氮區(qū)本功能區(qū)是實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行深度脫氮。在亞硝化反應(yīng)器中，廢水中的氨氮在亞硝化菌的作用下進(jìn)行自養(yǎng)的生長(zhǎng)代謝，轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮。為了使亞硝化反應(yīng)器出水符合后續(xù)的厭氧氨氧化反應(yīng)器的進(jìn)水基質(zhì)比例條件，只需控制亞硝化反應(yīng)進(jìn)行50％左右的程度，即亞硝化反應(yīng)器的出水中所含的氨氮與亞硝酸鹽氮的質(zhì)量比例約為1∶1。由于此階段的亞硝化反應(yīng)只需要在微氧的條件下進(jìn)行，一方面可以節(jié)省曝氣量，另一方面使得進(jìn)入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器的水中溶解氧濃度盡量的低，減少抑制性影響。
在厭氧氨氧化反應(yīng)器中，厭氧氨氧化菌群在厭氧條件下以氨氮為電子供體，以亞硝酸鹽氮為電子受體，以碳酸氫根離子為碳源進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)，氨氮與亞硝酸鹽氮以1∶1~1∶1.32的比例同時(shí)被去除生成氮?dú)?，同時(shí)產(chǎn)生20％左右的硝酸鹽氮。
(3)傳統(tǒng)硝化反硝化(A/O工藝)區(qū)雖然廢水中的氨氮在亞硝化-厭氧氨氧化階段已經(jīng)得到去除，但由于厭氧氨氧化反應(yīng)本身需要產(chǎn)生約為15~20％的硝酸鹽，當(dāng)原水中氮的濃度較低時(shí)，厭氧氨氧化出水的硝酸鹽的含量也相應(yīng)的增加。為了使出水中的總氮進(jìn)一步去除，在工藝路線的最后加一段傳統(tǒng)硝化反硝化階段處理工藝(A/O工藝)，來(lái)保證出水的氮素達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
在缺氧段(A段)厭氧氨氧化出水中的硝酸鹽與來(lái)自進(jìn)水超越而來(lái)的1％~5％的原水混合后進(jìn)行反硝化反應(yīng)，超越來(lái)的少量原水為反硝化反應(yīng)補(bǔ)充有機(jī)碳源，過(guò)剩的有機(jī)物在好氧段(O段)進(jìn)行好氧生物反應(yīng)，得到去除，含氮的有機(jī)物分解后產(chǎn)生的氨氮在好氧段進(jìn)行硝化反應(yīng)，硝酸鹽回流到缺氧段同樣進(jìn)行反硝化脫氮反應(yīng)。在好氧段，厭氧氨氧化出水中的有機(jī)物進(jìn)一步氧化分解，使得最終的出水的有機(jī)物(COD)和總氮、氨氮都達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
由于前一階段的厭氧階段已經(jīng)脫除了95％~98％以上的有機(jī)物；亞硝化-厭氧氨氧化反應(yīng)已經(jīng)去除了廢水中約80％以上的總氮，從而使得工藝后部的傳統(tǒng)硝化反硝化階段(A/O)工藝的負(fù)荷大大降低，使得反應(yīng)器的容積需求減小，需要的供氣量減少。而A段需要的原水超越量只占總量的1％~5％，動(dòng)力的消耗較小。
當(dāng)前一階段反應(yīng)運(yùn)行不穩(wěn)定后，此階段的硝化反硝化工藝也可以保證出水的達(dá)標(biāo)排放，從而使全流程具有運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。
為降低進(jìn)入亞硝化反應(yīng)器和厭氧氨氧化反應(yīng)器的懸浮物的量，使得亞硝化反應(yīng)器內(nèi)的菌種能在最優(yōu)的條件下生長(zhǎng)代謝，防止引入過(guò)多的異養(yǎng)菌對(duì)亞硝化菌產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)性影響，減少亞硝化菌過(guò)多的隨出水流失量，在厭氧除碳區(qū)和好氧亞硝化加厭氧氨氧化脫氮區(qū)增加中間沉淀池，對(duì)從厭氧生物反應(yīng)器的出水進(jìn)行懸浮物去除，減少厭氧生化反應(yīng)器中流失的厭氧異養(yǎng)菌對(duì)亞硝化-厭氧氨氧化反應(yīng)段的競(jìng)爭(zhēng)性影響，沉淀污泥可回流到升流厭氧反應(yīng)器中。
中間沉淀池后設(shè)置反硝化I段，厭氧氨氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的硝酸鹽氮回流到反硝化I段，以經(jīng)中間沉淀后的厭氧生物除碳反應(yīng)器出水中所剩余的有機(jī)物為碳源進(jìn)行反硝化反應(yīng)，使得進(jìn)入后續(xù)的好氧亞硝化反應(yīng)器中的有機(jī)物進(jìn)一步降低，減少有機(jī)物對(duì)亞硝化以及厭氧氨氧化的潛在的抑制性影響。
在厭氧除碳區(qū)，可以采用高效第三代厭氧反應(yīng)器，中溫的厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(IC)，厭氧顆粒膨脹床反應(yīng)器(EGSB)，也可采用兩種升流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)來(lái)達(dá)到除碳的目的，使得出水中的有機(jī)物，特別是易生物降解的有機(jī)物得到最大程度的降解，為后續(xù)的脫氮處理工藝減輕負(fù)擔(dān)。
在厭氧除碳區(qū)，中溫厭氧生物反應(yīng)器運(yùn)行在35~40℃，出水的溫度維持在30℃以上，此溫度恰恰是穩(wěn)定亞硝化反應(yīng)與厭氧氨氧化反應(yīng)的最適合溫度。從而使得能量的利用率提高，生物代謝環(huán)境也得到優(yōu)化，脫氮效率可達(dá)到較高的水平。
由此，本發(fā)明將亞硝化-厭氧氨氧化反應(yīng)與厭氧生物處理和傳統(tǒng)硝化反硝化工藝有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，在高效的除碳脫氮的同時(shí)，反應(yīng)的能耗得到較大程度的降低，運(yùn)行的穩(wěn)定性得到提升，是一種針對(duì)高濃度有機(jī)廢水深度脫氮的可靠技術(shù)，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。
本發(fā)明與厭氧生物除碳加好氧除碳亞硝化加厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝相比，本發(fā)明真正實(shí)現(xiàn)了厭氧氨氧化技術(shù)與傳統(tǒng)的厭氧好氧技術(shù)的融合。前者對(duì)厭氧氨氧化工藝的進(jìn)水進(jìn)行較高程度的前處理，如有機(jī)物的去除，懸浮物的去除等，才能保證出水中有機(jī)物達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。而且厭氧氨氧化反應(yīng)本身所產(chǎn)生的約20％左右的硝酸鹽氮，使得出水中的總氮不能進(jìn)一步降低，而工藝運(yùn)行的穩(wěn)定性也有潛在的問(wèn)題。而本技術(shù)在厭氧氨氧化階段后接的傳統(tǒng)的A/O工藝，能確保出水的達(dá)標(biāo)排放。本發(fā)明結(jié)合了厭氧加好氧工藝與亞硝化加厭氧氨氧化工藝各自的優(yōu)點(diǎn)，做到了真正的技術(shù)融合，分段處理即能在各類型微生物最優(yōu)化的生長(zhǎng)環(huán)境中進(jìn)行生物處理，又不同于簡(jiǎn)單的分級(jí)分段，工藝路線較為緊湊。
本發(fā)明對(duì)于高濃度有機(jī)廢水中的潛在能量回收達(dá)到最大化，有利于污水處理的節(jié)能降耗。本技術(shù)較多的采用了厭氧的生物處理技術(shù)，運(yùn)行成本大大降低，是一種可持續(xù)的污水處理技術(shù)。
本發(fā)明所需的供氣量較其他工藝低，外加碳源和外加堿量都有降低。本技術(shù)應(yīng)用了自養(yǎng)的亞硝化-厭氧氨氧化脫氮技術(shù)，無(wú)需外加碳源；而后段的傳統(tǒng)硝化反硝化階段A/O工藝以總進(jìn)水中超越的少量原水作為有機(jī)碳源，也無(wú)需外加碳源。半亞硝化所需的堿度較傳統(tǒng)工藝在為降解，而A/O工藝的進(jìn)水負(fù)荷不高，因此堿度的消耗量較少。同樣，半亞硝化反應(yīng)的實(shí)際需氧量也較傳統(tǒng)完全硝化工藝大為減小，全流程的動(dòng)力消耗降低。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了厭氧氨氧化工藝在工業(yè)廢水的實(shí)際應(yīng)用，并為其他新型脫氮工藝的實(shí)際應(yīng)用開發(fā)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。


圖1表示實(shí)施例的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
(1)啟動(dòng)階段為了達(dá)到較快的啟動(dòng)速度，縮短啟動(dòng)時(shí)間，可以采用已經(jīng)培養(yǎng)好的厭氧顆粒污泥、活性較高的亞硝化污泥以及厭氧氨氧化污泥。在各段工藝進(jìn)行串聯(lián)前，分別達(dá)到較好的生物活性。
首先啟動(dòng)厭氧除碳生物反應(yīng)器，厭氧微生物對(duì)原水中的有機(jī)物進(jìn)行水解酸化反應(yīng)，使較復(fù)雜的有機(jī)物水解為較為簡(jiǎn)單的小分子有機(jī)物，并產(chǎn)生簡(jiǎn)單的有機(jī)酸，之后產(chǎn)甲烷菌利用有機(jī)酸進(jìn)行產(chǎn)甲烷反應(yīng)，生成沼氣，有機(jī)物得到降解。在啟動(dòng)動(dòng)力過(guò)程中，應(yīng)逐步的提高有機(jī)物的負(fù)荷，并保持反應(yīng)器內(nèi)混合液在中溫(35~40℃)下反應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)的活性達(dá)到正常的水平后，出水的懸浮污泥也減少到較低的水平，沼氣產(chǎn)量連續(xù)穩(wěn)定，反應(yīng)器啟動(dòng)成功。
再啟動(dòng)脫氮的亞硝化-厭氧氨氧化反應(yīng)段。對(duì)厭氧反應(yīng)器的出水進(jìn)行除懸浮的處理，可以采用沉淀、過(guò)濾等操作。為了使后續(xù)的亞硝化和厭氧氨氧化反應(yīng)器中的微生物菌種得到較大程度的優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)，懸浮物的去除較為關(guān)鍵，較高的懸浮物去除率可以使后續(xù)工藝達(dá)到較高的穩(wěn)定性。之后依次啟動(dòng)亞硝化反應(yīng)器和厭氧氨氧化反應(yīng)器。在亞硝化反應(yīng)器中接種事先培養(yǎng)的活性較高的亞硝化污泥，維持穩(wěn)定的進(jìn)水量(為正常負(fù)荷運(yùn)行下的20％~30％)，水力停留時(shí)間HRT控制在0.8~1.0d左右，以厭氧出水與自來(lái)水以1∶3的比例混合來(lái)啟動(dòng)反應(yīng)器。通過(guò)調(diào)節(jié)供氣量使反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧較低，達(dá)到0.1mg/L以下，待亞硝化反應(yīng)穩(wěn)定，亞硝化率達(dá)到較高水平(98％以上)，逐步提高供氣量，使亞硝化反應(yīng)控制在50％左右的亞硝化程度。啟動(dòng)亞硝化反應(yīng)器也應(yīng)當(dāng)從較低的氮容積負(fù)荷水平開始，控制進(jìn)水的總氮容積負(fù)荷在0.5kgN/(m3·d)以內(nèi)，逐步的提高進(jìn)水的氮容積負(fù)荷，采取先提高進(jìn)水中實(shí)際廢水的比例再提高進(jìn)水流量，以達(dá)到正常的處理負(fù)荷(一般運(yùn)行在2~3kgN/(m3·d))，此時(shí)的水力停留時(shí)間HRT在0.2d~0.3d。待全負(fù)荷運(yùn)行下的出水的氨氮與亞硝酸鹽氮的比例能夠穩(wěn)定的維持在1∶1左右時(shí)，開始以實(shí)際廢水啟動(dòng)厭氧氨氧化反應(yīng)器。
接種了模擬廢水培養(yǎng)的活性良好的厭氧氨氧化污泥的厭氧氨氧化反應(yīng)器在啟動(dòng)實(shí)際廢水的處理過(guò)程中也采取了循序漸進(jìn)的方法。控制一定的進(jìn)水量(為正常運(yùn)行時(shí)的20％左右)，水力停留時(shí)間HRT＝1.0d左右，先以較低的實(shí)際廢水比例來(lái)馴化厭氧氨氧化污泥，此時(shí)控制進(jìn)水的總氮容積負(fù)荷為0.5kgN/(m3·d)以下。待反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定產(chǎn)氣，出水中氨氮與亞硝酸鹽濃度都降下到5mg/L以下時(shí)，可分階段的提高進(jìn)水中實(shí)際廢水的比例，每次提高10％~20％左右的比例，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的馴化培養(yǎng)，厭氧氨氧化污泥已經(jīng)能適應(yīng)100％濃度的實(shí)際廢水，此時(shí)反應(yīng)器的總氮去除負(fù)荷應(yīng)維持穩(wěn)定的水平，出水中氨氮與亞硝酸鹽氮都小于5mg/L。再逐步提高進(jìn)水流量，縮短水力停留時(shí)間，最終達(dá)到水力停留時(shí)間HRT＝0.3d~0.4d左右，進(jìn)水總氮的容積負(fù)荷為2.0kgN/(m3·d)左右，成功啟動(dòng)了厭氧氨氧化反應(yīng)。
工藝流程后段的傳統(tǒng)硝化反硝化階段A/O工藝的啟動(dòng)運(yùn)行較為簡(jiǎn)單，只需控制相應(yīng)的最優(yōu)化的工藝條件，全部以厭氧氨氧化反應(yīng)器的出水為進(jìn)水，并引入1％~5％左右的原水來(lái)做為反硝化的碳源，逐步提高進(jìn)水量來(lái)達(dá)到正常的處理負(fù)荷?？刂芆段的溶解氧為2~3mg/L，水力停留時(shí)間HRT在0.3~0.4d，污泥齡在15d左右，并根據(jù)需要補(bǔ)加一定量的堿度?？刂茀捬醵?A段)的溶解氧在0.5mg/L左右，水力停留時(shí)間HRT在0.1~0.2d左右。硝化液的回流比控制在400％左右，污泥回流比在50~100％.根據(jù)出水的達(dá)標(biāo)排放要求以及前兩階段的工藝運(yùn)行穩(wěn)定性來(lái)調(diào)節(jié)具體的工藝運(yùn)行參數(shù)。
(2)運(yùn)行階段在全流程成功啟動(dòng)后，按照工藝最佳經(jīng)濟(jì)性能比確定的參數(shù)來(lái)維持運(yùn)行。并對(duì)每一功能區(qū)的運(yùn)行穩(wěn)定狀況進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)。在厭氧產(chǎn)甲烷階段達(dá)到盡可能高的有機(jī)物去除率；在懸浮物去除工藝中保證出水懸浮物小于30mg/L；其特征在于所述亞硝化反應(yīng)器中亞硝化率控制在98％以上，所述亞硝化率＝亞硝酸鹽氮/(亞硝酸鹽氮+硝酸鹽氮)，控制亞硝化反應(yīng)的程度在50~55％，即出水的氨氮和亞硝酸鹽氮比例在1∶1.0~1.32，溶解氧濃度在0.1~0.2mg/L，水溫20~30℃、水力停留時(shí)間0.2~0.5d、并根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)耐都訅A.
在亞硝化階段的亞硝化率控制在98％以下，亞硝化程度在50％左右，出水的氨氮和亞硝酸鹽氮比例在1∶1左右，溶解氧濃度在0.1mg/L左右，水溫25℃左右、水力停留時(shí)間0.2~0.5d、并根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)耐都訅A；厭氧氨氧化階段控制出水的總氮去除率在85％左右，氨氮與亞硝酸鹽氮濃度在5mg/L以下，并根據(jù)進(jìn)水總氮的容積負(fù)荷的變化增加出水的回流，防止進(jìn)水過(guò)高的沖擊負(fù)荷對(duì)反應(yīng)器運(yùn)行的影響，減少較高濃度亞硝酸鹽氮對(duì)厭氧氨氧化菌的抑制性影響，最終達(dá)到水力停留時(shí)間HRT＝0.3d~0.4d左右，進(jìn)水總氮的容積負(fù)荷為2.0kgN/(m3·d)左右。；厭氧氨氧化反應(yīng)器出水部分回流到反硝化池I中，厭氧氨氧化反應(yīng)產(chǎn)生的硝酸與厭氧生化除碳反應(yīng)器出水中的有機(jī)物進(jìn)行反硝化反應(yīng)，進(jìn)一步降低有機(jī)物的含量，減少有機(jī)物對(duì)亞硝化-厭氧氨氧化反應(yīng)的潛在的抑制性影響。在傳統(tǒng)硝化反硝化(A/O工藝)區(qū)，控制O段的溶解氧為2~3mg/L，水力停留時(shí)間HRT在0.3~0.4d，污泥齡在15d左右，并根據(jù)需要補(bǔ)加一定量的堿度?？刂茀捬醵?A段)的溶解氧在0.5mg/L左右，水力停留時(shí)間HRT在0.1~0.2d左右。硝化液的回流比控制在400％左右，污泥回流比在50~100％，在A/O工藝的反硝化池II中，厭氧氨氧化反應(yīng)產(chǎn)生的占進(jìn)水總氮13~20％的硝酸鹽氮與超越的1~5％原水中的有機(jī)物發(fā)生反硝化反應(yīng)，使出水中總氮進(jìn)一步降低，而硝化池則對(duì)超越原水中有機(jī)物進(jìn)一步生化，對(duì)超越原水中的氨氮進(jìn)行完全硝化，同時(shí)回流到反硝化池II中反硝化，從而保證了出水中有機(jī)物、氨氮以及總氮的達(dá)標(biāo)，同時(shí)前面工藝階段的不穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)的負(fù)荷的變化也應(yīng)在此階段達(dá)到處理要求。
運(yùn)行階段除懸浮物設(shè)施的排放污泥，亞硝化階段污泥以及傳統(tǒng)硝化反硝化階段A/O工藝的剩余污泥都回流到厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中進(jìn)行厭氧的消化，一方面可以使污泥得到減量化和穩(wěn)定化，減少相應(yīng)配套的污泥處理設(shè)施的處理負(fù)荷，另一方面可以厭氧消化產(chǎn)生一定量的沼氣，對(duì)污泥中潛在的能量進(jìn)行回收，符合可持續(xù)污水污泥處理技術(shù)的要求。最終的剩余污泥從厭氧反應(yīng)器中排出。
某生物制藥廠主要生產(chǎn)那它霉素和紅曲霉素，排放的發(fā)酵生產(chǎn)廢水為高濃度有機(jī)廢水，與車間沖洗水混合后的污水量為50m3/d，水質(zhì)為COD＝40000mg/L，BOD＝24000mg/L，氨氮＝1200mg/L，總氮＝2400mg/L，pH＝4.0~4.5。應(yīng)用本發(fā)明的高濃度有機(jī)廢水的深度脫氮技術(shù)，采用高效的厭氧生物處理對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行降解去除，結(jié)合亞硝化-厭氧氨氧化技術(shù)與傳統(tǒng)硝化反硝化技術(shù)，對(duì)廢水中的氨氮和總氮進(jìn)行高效去除，COD的總?cè)コ蕿?9.9％，氨氮總?cè)コ蕿?9.6％，總氮去除率為99.2％，保證了出水的有機(jī)物與氮的達(dá)標(biāo)排放。
廠區(qū)排放的污水采用本方法處理流程如附圖1所示廠區(qū)排放的污水經(jīng)廠區(qū)排水管道排入現(xiàn)有車間外的貯水池中，然后由泵提升至pH調(diào)節(jié)槽，經(jīng)過(guò)pH調(diào)節(jié)后自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池，進(jìn)行水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)；然后由調(diào)節(jié)池內(nèi)的提升泵提升至高效厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)池(IC反應(yīng)器)進(jìn)行厭氧處理，厭氧出水自流排入一級(jí)脫氮單元，一級(jí)脫氮單元由反硝化池I、亞硝化池和厭氧氨氧化(ANAMMOX)脫氮池組成，厭氧氨氧化(ANAMMOX)脫氮池出水含一定量的硝酸鹽，回流到反硝化池I進(jìn)行反硝化脫氮。一級(jí)脫氮單元出水自流進(jìn)入二級(jí)脫氮單元，二級(jí)脫氮單元由反硝化池II與硝化池組成，從調(diào)節(jié)池出水中超越流出1~5％左右的污水進(jìn)入反硝化池II，為反硝化補(bǔ)充有機(jī)碳源；二級(jí)脫氮單元出水達(dá)標(biāo)排放。
污染指標(biāo)削減情況見(jiàn)表1。
表1污染指標(biāo)削減情況表

各處理單元污染物去除率見(jiàn)表2。
表2各處理單元有機(jī)物去除分配表

權(quán)利要求
1.一種用于高濃度有機(jī)廢水深度脫氮處理方法，該方法包括順次串聯(lián)在一起的厭氧除碳區(qū)、好氧亞硝化加厭氧氨氧化脫氮區(qū)和傳統(tǒng)硝化反硝化區(qū)在厭氧除碳區(qū)，采用厭氧生物反應(yīng)器，對(duì)原水中的有機(jī)污染物進(jìn)行厭氧的生物處理，去除有機(jī)物，并產(chǎn)生沼氣以充分回收能量；好氧亞硝化加厭氧氨氧化脫氮區(qū)包括如下工序亞硝化反應(yīng)器中，廢水中的氨氮在亞硝化菌的作用下進(jìn)行自養(yǎng)的生長(zhǎng)代謝，轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，為了使亞硝化反應(yīng)器出水符合后續(xù)的厭氧氨氧化反應(yīng)器的進(jìn)水基質(zhì)比例條件，只需控制亞硝化反應(yīng)進(jìn)行50％~57％的程度，即亞硝化反應(yīng)器的出水中所含的氨氮與亞硝酸鹽氮的質(zhì)量比例1∶1~1∶1.32；在厭氧氨氧化反應(yīng)器中，厭氧氨氧化菌群在厭氧條件下以氨氮為電子供體，以亞硝酸鹽氮為電子受體，以碳酸氫根離子為碳源進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)，氨氮與亞硝酸鹽氮以1∶1~1∶1.32的比例同時(shí)被去除生成氮?dú)?，同時(shí)產(chǎn)生硝酸鹽氮，硝酸鹽氮占進(jìn)水總氮的13~20％；傳統(tǒng)硝化反硝化區(qū)在缺氧段厭氧氨氧化出水中的硝酸鹽與來(lái)自進(jìn)水超越而來(lái)的1％~5％的原水混合后進(jìn)行反硝化反應(yīng)，超越來(lái)的少量原水為反硝化反應(yīng)補(bǔ)充有機(jī)碳源，過(guò)剩的有機(jī)物在好氧段進(jìn)行好氧生物反應(yīng)得到去除，含氮的有機(jī)物分解后產(chǎn)生的氨氮在好氧段進(jìn)行硝化反應(yīng)，硝酸鹽回流到缺氧段同樣進(jìn)行反硝化脫氮反應(yīng)；在好氧段，厭氧氨氧化出水中的有機(jī)物進(jìn)一步氧化分解，使得最終的出水的有機(jī)物和總氮、氨氮都達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高濃度有機(jī)廢水深度脫氮處理方法，其特征在于在厭氧除碳區(qū)和好氧亞硝化加厭氧氨氧化脫氮區(qū)之間連接中間沉淀池，對(duì)從厭氧除碳生物反應(yīng)器的出水進(jìn)行懸浮物去除，在懸浮物去除工藝中保證出水懸浮物小于30mg/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于高濃度有機(jī)廢水深度脫氮處理方法，其特征在于在中間沉淀池與好氧亞硝化加厭氧氨氧化脫氮區(qū)之間設(shè)置反硝化池I，將厭氧氨氧化反應(yīng)器的出水回流到反硝化池I，經(jīng)中間沉淀后的厭氧生化處理出水與厭氧氨氧化反應(yīng)器部分出水在所述反硝化池I進(jìn)行反硝化，進(jìn)一步降低有機(jī)物含量，減少有機(jī)物對(duì)后續(xù)亞硝化加厭氧氨氧化脫氮效率的潛在的抑制性影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于高濃度有機(jī)廢水深度脫氮處理方法，厭氧氨氧化反應(yīng)器出水回流到反硝化池I的比例根據(jù)厭氧除碳生物反應(yīng)器的運(yùn)行效果進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制回流比在50~100％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4所述的于高濃度有機(jī)廢水深度脫氮處理方法，其特征在于在厭氧除碳區(qū)，可以采用高效第三代厭氧反應(yīng)器，中溫的厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器，厭氧顆粒膨脹床反應(yīng)器，也可采用兩級(jí)升流式厭氧污泥床反應(yīng)器來(lái)達(dá)到除碳的目的，使得出水中的有機(jī)物的95％以上得到降解，為后續(xù)的脫氮處理工藝減輕負(fù)擔(dān)。厭氧生物反應(yīng)器運(yùn)行在35~40℃，出水的溫度維持在30℃以上。
6.據(jù)權(quán)利要求5所述的高濃度有機(jī)廢水深度脫氮處理方法，其特征在于所述亞硝化反應(yīng)器中亞硝化率控制在98％以上，亞硝化程度在50~57％，出水的氨氮和亞硝酸鹽氮比例在1∶1.0~1∶1.32，溶解氧濃度在0.1~0.2mg/L，水溫20~30℃、水力停留時(shí)間HRT＝0.2~0.5d、并根據(jù)實(shí)際情況投加堿。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高濃度有機(jī)廢水深度脫氮處理方法，其特征在于所述厭氧氨氧化反應(yīng)器中，厭氧氨氧化階段控制出水的總氮去除率在80％以上，氨氮與亞硝酸鹽氮濃度在5mg/L以下，并根據(jù)進(jìn)水總氮的容積負(fù)荷的變化增加厭氧氨氧化反應(yīng)器的內(nèi)回流量，防止進(jìn)水過(guò)高的沖擊負(fù)荷對(duì)反應(yīng)器運(yùn)行的影響，減少較高濃度亞硝酸鹽氮對(duì)厭氧氨氧化菌的抑制性影響，水力停留時(shí)間HRT＝0.3d~0.4d，進(jìn)水總氮的容積負(fù)荷為1.8kgN/(m3·d)~2.2kgN/(m3·d)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高濃度有機(jī)廢水深度脫氮處理方法，其特征在于所述傳統(tǒng)硝化反硝化區(qū)，控制好氧段的溶解氧為2~3mg/L，水力停留時(shí)間HRT＝0.3~0.4d，污泥齡在15d左右，并根據(jù)需要補(bǔ)加適量的堿。控制厭氧段的溶解氧在0.5mg/L左右，水力停留時(shí)間HRT＝0.1~0.2d左右。硝化液的回流比控制在400％左右，污泥回流比在50~100％。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高濃度有機(jī)廢水深度脫氮處理方法，其特征在于所述亞硝化階段污泥以及傳統(tǒng)硝化反硝化階段的剩余污泥都回流到厭氧生物反應(yīng)器中進(jìn)行厭氧的消化。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高濃度有機(jī)廢水深度脫氮處理方法，其特征在于將原水的1~5％超越到厭氧氨氧化反應(yīng)器后的反硝化池II中，作為反硝化的碳源，節(jié)省了反硝化所需投加的外碳源。
全文摘要
一種高濃度有機(jī)廢水深度脫氮處理方法，屬?gòu)U水生物處理領(lǐng)域，該方法包括包括順次串聯(lián)在一起的厭氧除碳區(qū)、好氧亞硝化加厭氧氨氧化脫氮區(qū)和傳統(tǒng)硝化反硝化(A/O工藝)區(qū)，在厭氧除碳區(qū)，采用厭氧生物反應(yīng)器，對(duì)原水中的有機(jī)污染物進(jìn)行厭氧的生物處理，去除絕大部分的有機(jī)物，在好氧亞硝化加厭氧氨氧化脫氮區(qū)，氨氮與亞硝酸鹽氮被去除生成氮?dú)?，在傳統(tǒng)硝化反硝化(A/O工藝)區(qū)將厭氧氨氧化出水中的硝酸鹽進(jìn)行反硝化反應(yīng)以氮?dú)庑问脚懦?，過(guò)剩的有機(jī)物進(jìn)行好氧生物反應(yīng)，得到去除，使得最終的出水的有機(jī)物(COD)和總氮、氨氮都達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明在高效的除碳脫氮的同時(shí)，反應(yīng)的能耗得到較大程度的降低，運(yùn)行的穩(wěn)定性得到提升。
文檔編號(hào)C02F101/38GK101050026SQ20071009024
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月17日
發(fā)明者杜兵, 孫艷玲, 劉寅, 曹建平, 何然 申請(qǐng)人:北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院