專利名稱：一種基于甲烷化、反硝化和厭氧氨氧化耦合過程的污水處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)、污水處理領(lǐng)域。具體涉及到一種基于甲烷化、厭氧氨氧化和
反硝化耦合過程的污水生物處理工藝。
背景技術(shù)：
厭氧氨氧化工藝(ANaerobic A匪onium 0Xidation，簡稱ANA匪0X)是荷蘭Delft 工業(yè)大學(xué)最早發(fā)現(xiàn)并命名的一種新型生物脫氮工藝，該工藝指在厭氧條件下，以亞硝酸鹽 為電子受體，將氨氮直接氧化成氮氣從水中去除的過程，其生化反應(yīng)方程式為
NH4++1. 32N02—+H+ — 1. 02N2+0. 26N03—+2H20 在厭氧氨氧化過程中不但不需要有機物作為電子供體，反而有機物會對厭氧氨氧 化作用產(chǎn)生抑制作用。然而厭氧氨氧化過程中會有10%的硝酸鹽生成，這部分硝酸鹽不能 通過厭氧氨氧化途徑被去除，因此限制了該技術(shù)的脫氮效果。 在傳統(tǒng)生物脫氮除磷系統(tǒng)中，存在反硝化菌與聚磷菌對碳源的競爭，系統(tǒng)不能同 時滿足硝化菌、反硝化菌和聚磷菌的需求，硝化菌和聚磷菌所需的污泥齡不同等矛盾，因 此，傳統(tǒng)的生物脫氮除磷系統(tǒng)往往不能同時取得較好的脫氮、除磷效果。 [OOOS] 反硝化除磷技術(shù)是指聚磷菌(Poly-P Accumulating Organisms, PA0)能 在在沒有02的條件下利用N03—作為吸磷的電子受體，PA0體內(nèi)的聚羥基脂肪酸 (Polyhydroxyalkanoates， PHA)并非像傳統(tǒng)的好氧吸磷時被02氧化去除，而是作為N03—反 硝化的碳源，富磷污泥以剩余污泥的形式被排除出系統(tǒng)。但是，反硝化除磷仍然存在一些不 足(l)MC-N只有全部被氧化為N03—-N，才能通過反硝化除磷途徑被去除，根據(jù)反硝化聚磷 理論設(shè)計的4^81 工藝脫氮效果就因此受到限制，而朋4+^氧化則需要大量氧氣；(2)典型 城市污水TN/TP為6-12左右，而反硝化除磷缺氧段磷酸鹽吸收量與硝酸鹽消耗量的有一定 的比例關(guān)系，因此，即便是NH4+-N全部被氧化，反硝化除磷技術(shù)在去除磷的同時也只能脫去 一部分氮，其余的氮不能通過反硝化除磷途徑被去除。因此，有必要尋求這一問題的解決途 徑。 甲烷化可與反硝化耦合且經(jīng)馴化可適應(yīng)N03—-N的毒性并能達(dá)到較佳的脫氮降解 有機物的效果，有機物通過產(chǎn)甲烷而得以消耗，避免異養(yǎng)菌的過度生長影響厭氧氨氧化菌 的作用的生長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在有機碳源條件下實現(xiàn)厭氧氨氧化、反硝化與甲烷化 耦合的污水處理工藝，為污水中污染物的去除提供了一種新途徑。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種基于甲烷化、反硝化和厭氧氨氧 化耦合過程的污水處理工藝，其特征在于 (1)在氣提式厭氧反應(yīng)器中，接種具有反硝化除磷功能的顆粒污泥，使反應(yīng)器中的污泥濃度為5 10g/L ;所述具有反硝化除磷功能的顆粒污泥具有如下特征將硝酸 還原呈陽性，菌體內(nèi)又含聚磷顆粒，在缺氧狀態(tài)下能以硝酸鹽為電子受體同時反硝化吸 磷脫氮的菌種，如假單胞菌屬(Pseudomonas s卯)，沙雷氏菌屬(Serratia spp)和弧菌 (Vibriospp);本發(fā)明使用的接種污泥能在缺氧的條件下利用N03—作為吸磷的電子受體，此 時，PAO體內(nèi)的PHA并非像傳統(tǒng)的好氧吸磷時被02氧化去除，而是作為N03—反硝化的碳源， 實現(xiàn)了脫氮、除磷過程的耦合； (2)將待處理的污水泵入氣提式厭氧反應(yīng)器中，所述待處理的污水中至少含有 HC03—、 C02、 NH4+、 S042—、 N03—、 P043—，以提供甲烷化、反硝化和厭氧氨氧化反應(yīng)所需的基質(zhì)條件；
(3)利用內(nèi)循環(huán)氣體泵對泵入污水進(jìn)行氣提攪拌，反應(yīng)器按進(jìn)水_反應(yīng)_沉淀_排 水-排泥(按需要)順序進(jìn)行，在溫度為32士rC的無氧條件下反應(yīng)3 5小時，實現(xiàn)有機 物以及氮、磷的去除，反應(yīng)結(jié)束后沉淀，實現(xiàn)泥水的分離；
(4)沉淀后上清液排出系統(tǒng)； (5)當(dāng)污泥體積大于反應(yīng)器體積的30%時，排除部分污泥，一般每隔一天排污泥1 次，每次排除污泥不大于10 40% 。 上述步驟(1)中所述具有反硝化除磷功能的顆粒污泥可以經(jīng)過人工培養(yǎng)獲得，培 養(yǎng)過程為 以城鎮(zhèn)污水處理廠的二沉池排放的污泥作為接種污泥，經(jīng)過如下兩個階段的培 養(yǎng) (A)采取厭氧/好氧方式運行，目的是富集聚磷菌，淘汰其它菌屬在SBR反應(yīng)器
中，加入接種污泥和按照cod :氨氮總磷=120 150 : 3 io : i 3的比例配制的
人工合成污水，厭氧攪拌1 4h，然后曝氣2 4h，曝氣結(jié)束后靜置沉淀0. 5 2h，然后排 水、進(jìn)水，在室溫28 °C 士2t:條件下每天運行2 4個周期； (B)采用厭氧/缺氧方式運行，目的是富集利用硝態(tài)氮為電子受體的反硝化聚磷
菌在sbr反應(yīng)器內(nèi)厭氧攪拌i 4h，然后加入按照cod :氨氮硝酸鹽總磷=120
150 : 3 10 : 15 40 : l 3的比例配制的污水，所說的硝酸鹽為1(冊3，缺氧攪拌2 4h，缺氧結(jié)束后靜置沉淀0. 5 2h，然后排水、進(jìn)水，每天運行2 4個周期，每周期結(jié)束時 檢測除磷效果，直至除磷效率達(dá)到80%以上； 通過對進(jìn)水曝氬氣30min以及用密封的方式嚴(yán)格控制反應(yīng)器中厭氧、缺氧狀態(tài)， 整個培養(yǎng)過程中控制污泥齡為25d，污泥濃度MLSS在2 5g/L，培養(yǎng)時間一般為15 30 天。 為了保證厭氧反應(yīng)的無氧條件，步驟(2)中的待處理的污水在泵入前進(jìn)行曝氬氣 處理，排除污水中的氧氣，以維持厭氧環(huán)境。 為保證所培養(yǎng)的微生物生長、繁殖需要，步驟(2)中待處理的污水中加入有適當(dāng) 微量元素作為補充，所述微量元素為鐵、銅、錳、鉬、鋅和/或鈷鹽。 本發(fā)明中，經(jīng)過復(fù)雜的生化反應(yīng)過程，污泥經(jīng)過污泥適應(yīng)與轉(zhuǎn)化期、過渡期、穩(wěn)定 期等過程。污泥的適應(yīng)與轉(zhuǎn)化期出水NH3_N不穩(wěn)定，呈現(xiàn)較大的波動下降；與NH3_N的去 除效果不同，N02—-N生成量呈波動性下降；與N02—-N對應(yīng)的N03—-N去除率逐漸減少，說明硝 化作用逐漸減弱；TN去除率先為負(fù)值而后去除率很低，除生物消耗外基本不去除；C0D去除 率逐漸增加。過渡期出水的N03—-N與N02—-N之和大于進(jìn)水的N03—-N， NH3_N的去除率呈現(xiàn)先降后升的趨勢，COD去除率逐步提高。穩(wěn)定期NH3-N去除量與N02—-N生成量開始出現(xiàn)波動下降，說明反應(yīng)器中已經(jīng)出現(xiàn)厭氧氨氧化菌。反硝化作用逐漸減弱，厭氧氨氧化作用逐漸增強，實現(xiàn)了厭氧氨氧化與甲烷反硝化耦合，表現(xiàn)在NH3-N、 TN、 N03—-N和COD的持續(xù)穩(wěn)定的去除。 本發(fā)明中，產(chǎn)甲烷菌能夠在厭氧環(huán)境中降低有機物對厭氧氨氧化菌的影響。然而N03—-N對產(chǎn)甲烷菌具有抑制作用，需要反硝化菌為其解毒。 加強反硝化菌活性也加強了產(chǎn)甲烷菌活性，而加強產(chǎn)甲烷菌活性不影響反硝化菌活性；甲烷化可與反硝化耦合且經(jīng)馴化可適應(yīng)N(V-N的毒性并能達(dá)到較佳的脫氮降解有機物的效果。通過污泥消化產(chǎn)甲烷，NH4+-N部分氧化至N02—-N，然后以NH4+-N為電子供體厭氧氨氧化，即可實現(xiàn)了甲烷化和厭氧氨氧化。 即采用N03—-N部分反硝化至N02—-N，然后以NH4+_N為電子供體厭氧氨氧化，利用甲烷菌產(chǎn)甲烷降解有機物作用為厭氧氨氧化解除抑制，從而實現(xiàn)甲烷化、反硝化和厭氧氨氧化的耦合。 本發(fā)明的有益效果為 1、本發(fā)明實現(xiàn)甲烷化、反硝化與厭氧氨氧化耦合，在氣提式厭氧反應(yīng)器中同時實現(xiàn)C0D、氨氮、總氮的去除； 2、本發(fā)明方法操作步驟簡單，對于NH3_N、 TN、 N03—_N和COD能夠持續(xù)穩(wěn)定去除，其NH3-N、 TN、 N03—-N及COD的去除率分別可達(dá)40 65% (平均45% ) 、58 79% (平均69% )、86 99% (平均94% )及76 87% (平均81% )。


圖1是本發(fā)明反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中1、水封瓶；2、氣囊；3、進(jìn)水箱；4、進(jìn)水蠕動泵；5、氣體流量計；6、內(nèi)循環(huán)氣泵；7、氣體緩沖瓶；8、溫控裝置；9、出水蠕動泵；10、取樣口 ；11、出水閥；12、出水收集箱；13、曝氣頭。
具體實施例方式
下面通過實施例的方式，對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范
圍不局限于所述實施例。 實施例1 如圖1所示，本發(fā)明中使用氣提式厭氧反應(yīng)器，其殼體由有機玻璃制成，外筒①5.2X88(直徑X長cm)，反應(yīng)器總?cè)莘e為8. 1L，有效容積為6.4L。內(nèi)置曝氣頭13，利用內(nèi)循環(huán)氣泵6進(jìn)行氣提攪拌；反應(yīng)器溫度采用實時在線控制，水溫為32士rc。反應(yīng)器用黑布包裹以避免光照同時保溫，蠕動泵4將進(jìn)水箱3內(nèi)的合成廢水從上部小流量引入反應(yīng)器，出水用蠕動泵9排出，合成污水在進(jìn)水前曝氬氣30min，以排除進(jìn)水中的氧氣。采用蠕動泵4進(jìn)水的方式，可以避免反應(yīng)器內(nèi)溶解氧不會突然增高和反應(yīng)器內(nèi)溫度變化過大。通過打開出水閥11采用蠕動泵9定時排水，排水時，氣囊2內(nèi)氣體被吸入反應(yīng)器，保證反應(yīng)器內(nèi)氣壓的穩(wěn)定，防止了外面空氣的進(jìn)入。排水管要盡量靠近出水收集箱13的桶底，這樣可以利用排出水作為水封l，防止空氣從排水管進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部。
反應(yīng)器上部有一個出氣孔，出氣孔和氣管相連，氣管上連接著一個氣囊2(間斷地向其充(A，保證緩沖氣囊一直存有氣體，為厭氧氨氧化菌提供碳源和排除反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧)，以保證進(jìn)出水的順暢和收集產(chǎn)氣。尾端與用玻璃瓶制作的水封相連，保證氣體溢出和隔絕外來空氣，氣體計量采用氣體流量計5。 —種基于甲烷化、反硝化和厭氧氨氧化反應(yīng)耦合過程的污水生物處理工藝，具體步驟如下 (1)在氣提式厭氧反應(yīng)器中投入具有反硝化除磷功能的顆粒污泥，厭氧反應(yīng)器中污泥濃度5-10g/L ; (2)將待處理的污水泵入反應(yīng)器，在反應(yīng)器成功啟動后實現(xiàn)了厭氧氨氧化、反硝化與甲烷化耦合，所說待處理的污水中至少含有HC03—、 C02、 NH4+、 S042—、 N03—、 P043—，其水質(zhì)為COD 1000 1600mg/L、氨氮160 250mg/L、硝態(tài)氮160 350mg/L、磷酸鹽20 250mg/L ; (3)利用內(nèi)循環(huán)氣體泵對泵入污水進(jìn)行氣提攪拌，在溫度為32士rC的無氧條件下厭氧反應(yīng)3 5小時后沉淀；
(4)沉淀后上清液排出系統(tǒng)； (5)當(dāng)污泥體積大于反應(yīng)器體積的30%時，排出10 40%體積份的污泥。
處理結(jié)果表現(xiàn)在NH3-N、TN、N(V-N和COD的持續(xù)穩(wěn)定的去除，其NH3_N、TN、NOf-N及COD的去除率分別可達(dá)40 65% (平均45% ) 、58 79% (平均69% ) 、86 99% (平均94% )及76 87% (平均81% )。 本發(fā)明采用氣提式反應(yīng)器，因而，能有效持留甲烷化、反硝化和厭氧氨氧化菌體，攪拌均勻尤其針對高徑比大的反應(yīng)器能長期穩(wěn)定運行及有利于厭氧顆粒污泥形成，合適培養(yǎng)厭氧氨氧化菌。反應(yīng)器中接種的顆粒污泥在5個多月的連續(xù)運行期間逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽攸S色顆粒污泥，經(jīng)PCR檢測具有厭氧氨氧化活性。
實施例2 本實施例中接種污泥及反應(yīng)步驟同實施例l，不同點在于泵入反應(yīng)器的污水為模擬生活污水水質(zhì)，具體水質(zhì)為COD 120-150mg/L、氨氮40-80mg/L、硝態(tài)氮5-20mg/L、磷酸鹽3-10mg/L。甲烷化、反硝化和厭氧氨氧化反應(yīng)耦合后反應(yīng)器第18d，出水NH4+-N能穩(wěn)定在5-15mg/L ;出水N(V-N 0-lmg/L，出水N03—-N為2-5mg/L左右，出水總氮降到6-18mg/L左右，出水磷酸鹽O. 1-0. 3mg/L，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002) —級標(biāo)準(zhǔn)B中TN的要求，即20mg/L。實施例中發(fā)現(xiàn)DPB積累N02—，這些N02—被厭氧氨氧化菌利用，DPB反硝化消耗進(jìn)水中夾帶的溶解氧，為厭氧氨氧化菌消除氧氣，進(jìn)而為厭氧氨氧化反應(yīng)的進(jìn)行創(chuàng)造條件，同時DPB為厭氧氨氧化菌提供無機碳源二氧化碳，在反應(yīng)系統(tǒng)中，聚磷菌能快速吸收進(jìn)水中VFA，可有效抑制其他異養(yǎng)菌生長，也為厭氧氨氧化菌生長提供良好環(huán)境。
權(quán)利要求
一種基于甲烷化、反硝化和厭氧氨氧化耦合過程的污水處理工藝，其特征在于(1)在氣提式厭氧反應(yīng)器中，接種具有反硝化除磷功能的顆粒污泥，使反應(yīng)器中的污泥濃度為5～10g/L；(2)將待處理的污水泵入氣提式厭氧反應(yīng)器中，所述待處理的污水中至少含有HCO3-、CO2、NH4+、SO42-、NO3-、PO43-；(3)利用內(nèi)循環(huán)氣體泵對泵入污水進(jìn)行氣提攪拌，在溫度為32±1℃的無氧條件下厭氧反應(yīng)3～5小時后沉淀；(4)沉淀后上清液排出系統(tǒng)；(5)當(dāng)污泥體積大于反應(yīng)器體積的30％時，排出10～40％體積份的污泥。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于甲烷化、反硝化和厭氧氨氧化耦合過程的污水處理工藝，其特征在于步驟(1)中所述具有反硝化除磷功能的顆粒污泥的培養(yǎng)過程為以城鎮(zhèn)污水處理廠的二沉池排放的污泥作為接種污泥，經(jīng)過如下兩個階段的培養(yǎng)(A) 采取厭氧/好氧方式運行，目的是富集聚磷菌，淘汰其它菌屬在SBR反應(yīng)器中，加入接種污泥和按照cod :氨氮總磷=120 150 : 3 io : i 3的比例配制的人工合成污水，厭氧攪拌1 4h，然后曝氣2 4h，曝氣結(jié)束后靜置沉淀0. 5 2h，然后排水、進(jìn) 水，在室溫28 °C 士2t:條件下每天運行2 4個周期；(B) 采用厭氧/缺氧方式運行，目的是富集利用硝態(tài)氮為電子受體的反硝化聚磷菌在SBR反應(yīng)器內(nèi)厭氧攪拌i 4h，然后加入按照coD :氨氮硝酸鹽總磷=120 150 : 3 10 : 15 40 : l 3的比例配制的污水，缺氧攪拌2 4h，缺氧結(jié)束后靜置 沉淀0. 5 2h，然后排水、進(jìn)水，每天運行2 4個周期，每周期結(jié)束時檢測除磷效果，直至 除磷效率達(dá)到80%以上；整個培養(yǎng)過程中控制污泥齡為25d，污泥濃度MLSS在2 5g/L，培養(yǎng)時間為15 30天。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于甲烷化、反硝化和厭氧氨氧化耦合過程的污水處理 工藝，其特征在于步驟(2)中的待處理的污水在泵入前進(jìn)行曝氬氣處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于甲烷化、反硝化和厭氧氨氧化耦合過程的污水處 理工藝，其特征在于步驟(2)中待處理的污水中加入有微量元素，所述微量元素為鐵、銅、 錳、鉬、鋅和/或鈷鹽。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于甲烷化、反硝化和厭氧氨氧化耦合過程的污水處理工藝，其特征在于(1)在氣提式厭氧反應(yīng)器中，接種具有反硝化除磷功能的顆粒污泥，使反應(yīng)器中的污泥濃度為5～10g/L；(2)將待處理的污水泵入氣提式厭氧反應(yīng)器中，所述待處理的污水中至少含有HCO3-、CO2、NH4+、SO42-、NO3-、PO43-；(3)利用內(nèi)循環(huán)氣體泵對泵入污水進(jìn)行氣提攪拌，在溫度為32±1℃的無氧條件下厭氧反應(yīng)3～5小時后沉淀；(4)沉淀后上清液排出系統(tǒng)；(5)當(dāng)污泥體積大于反應(yīng)器體積的30％時，排出10～40％體積份的污泥。本發(fā)明實現(xiàn)甲烷化、反硝化與厭氧氨氧化耦合，在氣提式厭氧反應(yīng)器中同時實現(xiàn)COD、氨氮、總氮的去除。
文檔編號C02F3/12GK101767872SQ20101001760
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者周文理, 操家順 申請人:河海大學(xué);南京河?？萍加邢薰?br>