專利名稱：處理含氨廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理含氨廢水的方法，其中在第一步驟中，通過使用硝化性微生物處理和通過添加氧氣，進(jìn)行硝化處理，產(chǎn)生包含氨的氧化產(chǎn)物的溶液，和在第二步驟中，通過反硝化性微生物的作用，將氨的氧化產(chǎn)物與氨一起轉(zhuǎn)化成氮?dú)狻?br> 此方法由美國專利說明書5,078,884已知。通過氧化氨而形成的硝酸鹽用作氧化劑，以便在基本上厭氧條件下并借助于微生物來轉(zhuǎn)化仍需被降解的作為電子供體的氨。在此過程中，形成氮?dú)?，釋放入大氣中?br> 此方法的缺點(diǎn)是，正如可由所述文獻(xiàn)的圖2(右半部分)中所見，氨的降解是不可靠的。這就是說，可能會(huì)發(fā)生不需要的、釋放入地表水的情況。為了防止發(fā)生這種情況，將會(huì)需要各種投資如控制和測(cè)量設(shè)備。最后，這種方法涉及加入堿液(參見所述文獻(xiàn)的反應(yīng)式5)，堿液也必須加以控制。
本發(fā)明的目的是改進(jìn)現(xiàn)行的方法，特別是提供一種其費(fèi)用一效果比更可靠的方法，該方法不需要添加劑，且部分是因?yàn)檫@一原因，從排放控制的工藝角度來看是更簡(jiǎn)便了。
出人意外的是，此目的可以通過一種其特征如下的方法來實(shí)現(xiàn)，其中使用含碳酸氫鹽的廢水，它通過供應(yīng)空氣而基本上汽提出碳酸氫鹽且在第一步驟中，通過控制換氣作用來保持pH≤7.2，部分存在于廢水中的氨轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，產(chǎn)生含有亞硝酸鹽的溶液，并在第二步驟中，反硝化性微生物使用由此形成的亞硝酸鹽作為余下的氨的氧化劑。
用這種方式，提供一種給出相當(dāng)多優(yōu)點(diǎn)的方法，其中之一是基本上更具備自我調(diào)節(jié)的性質(zhì)。而且，避免使用添加劑。
從現(xiàn)有技術(shù)已知一種方法，該方法包含亞硝化步驟，其中氨轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽。在反亞硝化步驟中，當(dāng)有機(jī)碳源加入作為反亞硝化性微生物的底物時(shí)，亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氮?dú)狻＠缂状甲鳛槭褂糜袡C(jī)碳源。當(dāng)所述的甲醇降解時(shí)，消耗在亞硝化步驟中形成的酸，這提供反亞硝化過程的pH控制。此非連續(xù)方法的缺點(diǎn)是需要加入添加劑和需要更多的控制，如時(shí)間控制和底物供料控制。在所有條件下總的氨轉(zhuǎn)化均并非令人滿意，且限制在最高90％，且因?yàn)榇嗽?，通常需要隨后的處理。
此方法的第一種有利的實(shí)施方案的特征在于，在第一步驟中，將含有氨的廢水進(jìn)料到亞硝化反應(yīng)器中，加入的量應(yīng)使亞硝化反應(yīng)器中在操作時(shí)無淤漿滯留，進(jìn)行亞硝化反應(yīng)的溫度保持在25至60℃，pH保持在6至7.2之間。
用這樣的方式，為氨轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽、而不是硝酸鹽提供了有利的條件。
在第二步驟中，在進(jìn)行反亞硝化處理的反亞硝化反應(yīng)器中的溶液溫度優(yōu)選保持在25至60℃間，pH保持在6至9之間。
用這種方式，為亞硝酸鹽和氨轉(zhuǎn)化成氮?dú)馓峁┝擞欣臈l件。
根據(jù)本發(fā)明的第二種實(shí)施方案，第一步驟和第二步驟是在一個(gè)生物反應(yīng)器中同時(shí)進(jìn)行的，其中硝化和反硝化微生物的生物反應(yīng)器以固相存在，硝化性微生物基本上存在于固相外部的需氧部分，而反硝化性微生物基本上存在于固相內(nèi)部的厭氧部分，且取決于在生物反應(yīng)器中的氨的濃度，并以限制第一步驟的量提供氧氣。
此方法的優(yōu)點(diǎn)是只需要一個(gè)反應(yīng)器。優(yōu)選的是有點(diǎn)粗糙的載體包含生物膜，這就是說，它是包含硝化性和反硝化性微生物的層，且第一步驟發(fā)生在生物膜的外部的需氧部分。由于氧氣限制，此生物膜的外部的需氧部分不能夠?qū)⒍嘤?0％所提供的氨轉(zhuǎn)化，而氨以及在生物膜的外部的厭氧部分形成的亞硝酸鹽將在生物膜的內(nèi)部的厭氧部分轉(zhuǎn)化成氮?dú)?。此固相可以由自發(fā)形成的附聚物組成。
作為固相，優(yōu)選的是使用選自載送生物膜的顆粒狀載體和載送生物膜的不可移動(dòng)載體的相。
如果載體是顆粒狀，則載體的大小優(yōu)選是0.1至1mm。用這種方式，提供高的生物質(zhì)量密度，并且生物反應(yīng)器的大小可以保持在一定的范圍內(nèi)。在典型的情況下，生物膜表面的氨負(fù)載大于2-3gN/m2·天。有點(diǎn)粗糙的載體表面是有利的。
在第二步驟中，在反應(yīng)器中進(jìn)行反亞硝化一亞硝化反應(yīng)的溶液溫度優(yōu)選保持在5至60℃之間，pH保持在6至9之間。
這就為氨轉(zhuǎn)化成氮?dú)鈩?chuàng)造了有利的條件。
本發(fā)明將用下文的詳細(xì)說明方式以及本發(fā)明方法的實(shí)施例作進(jìn)一步的闡述。其參數(shù)給于附圖
中。
本發(fā)明方法包含一個(gè)亞硝化反應(yīng)和反亞硝化反應(yīng)。正如由示于反應(yīng)圖中并且在下文中將作闡述的綜合反應(yīng)式I可見，不需要加入pH調(diào)節(jié)物質(zhì)。根據(jù)反應(yīng)式II的亞硝化，每轉(zhuǎn)化一當(dāng)量的氨產(chǎn)生二個(gè)當(dāng)量的質(zhì)子。在可以通過實(shí)施本發(fā)明而適當(dāng)?shù)靥幚淼膹U水中，HCO3-是氨離子的抗衡離子。這樣的廢水的實(shí)例包括來源于垃圾池的滲濾廢水和來源于需氧純化過程的流出物。根據(jù)反應(yīng)式III，在亞硝化反應(yīng)期間需要為氨的氧化提供空氣，同樣還應(yīng)確保除去CO2。因此，每轉(zhuǎn)化一當(dāng)量的氨，亞硝化反應(yīng)凈產(chǎn)生一個(gè)當(dāng)量的酸。根據(jù)反應(yīng)式IV，每轉(zhuǎn)化一當(dāng)量的氨，反亞硝化反應(yīng)需要一當(dāng)量的酸。這就是說，通過使用來源于硝化反應(yīng)的CO2-汽提的流出物，不需要進(jìn)行pH調(diào)節(jié)。
通過除去CO2，進(jìn)行亞硝化的溶液汽提掉了HCO3-，降低了溶液的緩沖能力。這就是說，其pH可能會(huì)變化，特別是由于在此步驟中酸的形成而其pH可能會(huì)降低。HCO3-的pK，即HCO3緩沖的最佳點(diǎn)的pH為6.37。pH的下降抑制亞硝化過程，且氨只部分地轉(zhuǎn)化，但是，根據(jù)本發(fā)明所提供的知識(shí)，達(dá)到了所需的程度(即，至多50％)。結(jié)果，可得到適量的氨，提供給隨后的反亞硝化過程，該過程使用酸且因此受益于上述的低pH。
不受任何理論的局限，申請(qǐng)人假定，由于亞硝化有機(jī)體只接受NH3和HNO2、而不接受NH4+和NO3這一事實(shí)，而獲得良好的控制質(zhì)量。當(dāng)pH下降，NH3(底物)的濃度降低，而抑制亞硝化反應(yīng)的HNO2濃度增加。
實(shí)施例在無淤漿滯留的條件下操作攪拌著的批處理反應(yīng)器(2.4升)，并進(jìn)料給富氨的廢水(41mM；pH=8.0)。在一天中填滿80％的反應(yīng)器體積。溫度保持在33℃，并且溶解的氧濃度為20％。在此條件下，生物物質(zhì)濃度是每升140mg干重。反應(yīng)器流出物的pH是大約6.7。注意此pH未經(jīng)加入底物化合物如甲醇而調(diào)節(jié)。在廢水中的40-50％的氨被轉(zhuǎn)化。
將1.2ml/分鐘的流出物進(jìn)料給流化床反應(yīng)器(容量2升)。流化床反應(yīng)器中的pH是穩(wěn)定的且是大約7.9。凱氏氮在流化床中經(jīng)0.6kg N/m3·天的速率轉(zhuǎn)化?？傆?jì)除去83％的氮。相關(guān)參數(shù)給于圖中。
此百分率可以通過將部分來源于流化床的流出物返回到批處理反應(yīng)器中來增加。由于在流化床反應(yīng)器中的穩(wěn)定的pH，返回量不是非常關(guān)鍵的，且可以設(shè)定在一個(gè)常數(shù)值。太高的返回導(dǎo)致氨在批量反應(yīng)器中的降解增加。這就造成在流化床反應(yīng)器中的酸消耗下降，其結(jié)果是氨的降解再次下降。
雖然本發(fā)明方法具有好得多的自我調(diào)節(jié)性質(zhì)，且自發(fā)地產(chǎn)生的氨綜合降解至少為大約80％，亞硝化反應(yīng)器的內(nèi)含物的pH可以任選通過提供來源于反硝化反應(yīng)器的流出物的方式來調(diào)節(jié)。因此，在此無需任何外加添加物。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，將廢水進(jìn)料給反亞硝化步驟。在反亞硝化期間，使用來源于廢物流的氨，并且將來源于反亞硝化反應(yīng)器的一部分進(jìn)料給亞硝化反應(yīng)器。在那，形成亞硝酸鹽，并將之進(jìn)料給反亞硝化反應(yīng)器。
如果來源于反亞硝化步驟的流出物被排出，所述的流出物可以先進(jìn)行硝化步驟，以避免亞硝酸鹽排出。
用描述于文獻(xiàn)中的方式，不費(fèi)多大困難就可從現(xiàn)存的降解氨的水處理廠的淤泥中獲得適合的微生物。另外，用于反亞硝化的培養(yǎng)物可以由荷蘭Baarn的霉菌培養(yǎng)物中心局(Centraal Bureau voorSchimmelcultures)獲得，登記號(hào)為949.87。
權(quán)利要求
1. 一種處理含氨的廢水的方法，其中，在第一步驟中，通過使用硝化性微生物和通過加入氧，將含氨的廢水進(jìn)行硝化處理，產(chǎn)生一種包含了氨的氧化產(chǎn)物的溶液，在第二步驟中，通過反硝化性微生物的作用，將氨的氧化產(chǎn)物與氨一起轉(zhuǎn)化成氮?dú)?，其特征在于，使用含有碳酸氫鹽的廢水，它通過提供空氣而基本汽提掉碳酸氫鹽，并在第一步驟中，通過控制換氣作用來保持pH≤7.2，部分存在于廢水中的氨轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，產(chǎn)生一種含有亞硝酸鹽的溶液，并在第二步驟中，反硝化性微生物使用由此形成的亞硝酸鹽作為余下的氨的氧化劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在第一步驟中，將含有氨的廢水進(jìn)料到亞硝化反應(yīng)器中，加入的量應(yīng)使亞硝化反應(yīng)器中在操作時(shí)無淤漿滯留，進(jìn)行亞硝化反應(yīng)的溫度保持在25至60℃，pH保持在6至7.2之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，在第二步驟中，在進(jìn)行亞硝化處理的反亞硝化反應(yīng)器中的溶液溫度優(yōu)選保持在25至60℃之間，pH保持在6至9之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，第一步驟和第二步驟是在一個(gè)生物反應(yīng)器中同時(shí)進(jìn)行的，其中硝化和反硝化微生物的生物反應(yīng)器以固相存在，硝化性微生物基本上存在于固相外部的需氧部分，而反硝化性微生物基本上存在于固相內(nèi)部的厭氧部分，且取決于在生物反應(yīng)器中的氨的濃度，以限制第一步驟的量提供氧氣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，作為固相，使用選自載送生物膜的顆粒狀載體和載送生物膜的不可移動(dòng)載體的相。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，在反應(yīng)器中進(jìn)行反亞硝化-硝化反應(yīng)的溶液溫度保持在5至60℃之間，pH保持在6至9之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及處理其中碳酸氫根離子作為廢水中存在的銨離子的抗衡離子的含氨廢水的方法。根據(jù)本發(fā)明,一半的銨轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽,產(chǎn)生含氨和亞硝酸鹽的溶液,且在第二步驟中,亞硝酸鹽用作氨的氧化劑。在本發(fā)明方法中,一半的氨自發(fā)轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽,從而提供一種需要更少控制的方法。同時(shí),本發(fā)明方法不需要外部添加物。
文檔編號(hào)C02F3/30GK1231651SQ97198209
公開日1999年10月13日 申請(qǐng)日期1997年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月23日
發(fā)明者M·C·M·范·盧斯德萊希特, M·S·M·杰頓 申請(qǐng)人:代爾夫特工業(yè)大學(xué)