CN105293818A

CN105293818A - 一种固定化技术耦合canon工艺的氨氮废水处理方法

Info

Publication number: CN105293818A
Application number: CN201510310563.5A
Authority: CN
Inventors: 戴昕
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2016-02-03

Abstract

一种固定化技术耦合CANON工艺的氨氮废水处理方法，属于环境保护领域。该方法通过将氨氧化细菌与厌氧氨氧化细菌包埋至固定化载体中，并将包埋法固定化微生物与生物流化床结合起来，通过控制进水浓度、反应器内DO浓度等指标，实现氨氮废水高效、低耗等处理。

Description

一种固定化技术耦合CANON工艺的氨氮废水处理方法

技术领域

本发明属于环境保护领域。具体涉及一种固定化技术耦合CANON工艺的氨氮废水处理方法。

背景技术

可持续发展和碳减排一直是污水处理领域的重要发展目标和趋势。传统的硝化-反硝化生化脱氮反应过程如下：

第一步，氨氮在亚硝酸盐还原菌作用下转化为亚硝态氮：

NH₄ ⁺+3/2O₂→NO₂ ^-+2H⁺+H₂O-ΔEΔE=278.42KJ

第二步，亚硝酸盐在硝酸盐菌的作用下转化为硝酸盐：

NO₂ ^-+1/2O₂→NO₃ ^--ΔEΔE=278.42KJ

上述过程氧化1g氨氮约需4.3gO₂，并大约消耗7.14gCaCO₃碱度。

上述过程还需要经过反硝化过程才能实现完全脱氮，转化过程如下：

NO₃ ^-→NO₂ ^-→NO→NO₂→N₂

传统硝化-反硝化流程较长、处理效率不高。

上世界九十年代，荷兰Delft工业大学首次发现了厌氧氨氧化现象，并很快成为全世界水处理领域的研究热点。它是在厌氧或者缺氧条件下，厌氧氨氧化细菌以NH₄ ⁺-N为电子供体，以NO₂ ^--N为电子受体，将NH₄ ⁺-N、NO₂ ^--N同时转化成N₂。由于其去除率高，污泥产生量少和运行成本低，具体反应式如下：

NH₄ ⁺+1.32NO₂ ^-+0.066HCO₃ ^-+0.13H⁺→1.0N₂+0.26NO₃ ^-+0.066CH₂O_0.5N_0.15+2.03H₂O

相比传统生化脱氮技术而言，CANON技术具有以下优点：（1）厌氧氨氧化菌为自养菌，无需外加有机物作为电子供体，即可节省费用，又可以防止二次污染；（2）在厌氧氨氧化过程中，只需要将氨氮转化为NO₂ ^-（利用SHARON工艺），相比传统硝化-反硝化而言，耗氧量下降62.5%，并且彻底改变了过去需要通过投加电子供体（碳源）才能脱氮的传统途径，大大节省了碳源和CO₂的排放；（3）厌氧氨氧化菌生长缓慢、产率低，工艺剩余污泥少；（4）厌氧氨氧化流程短、效率高，可以减少工艺占地，降低基建费用。

然而，氨氧化细菌及厌氧氨氧化菌产率系数低、世代周期长、活性易受抑制，在实际处理过程中易被淘汰。因此，如何获得并维持***中氨氧化细菌及厌氧氨氧化菌的生物量，充分发挥氨氧化细菌及厌氧氨氧化菌的作用，是CANON工艺能否成功的关键。

发明内容

本发明的目的是为了解决氨氧化细菌及厌氧氨氧化菌生长缓慢、世代周期长、在传统生化体系与异养菌竞争不占优势、易流失等不足，将生物流化床技术、包埋法固定化微生物技术、CANON技术结合起来，提供一种高效、经济、稳定、剩余污泥少的固定化技术耦合CANON工艺的氨氮废水处理方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种固定化技术耦合CANON工艺的氨氮废水处理方法，其技术解决方案为：氨氮废水经过调节池均质均量后首先自流或由泵提升进入除碳单元去除废水中大部分有机污染后，由泵提升进入内循环生物流化床反应器，与内循环生物流化床反应器中固定化微生物载体充分接触，首先利用载体表层及表面固定的氨氧化细菌将一部分氨氮转化为亚硝酸盐，同时在载体内部的厌氧氨氧化菌作用下，将生成的亚硝态氮与剩余的氨氮转化为氮气，实现氨氮的去除；内循环生物流化床反应器底部设置了曝气***，起到流化载体以及提供溶解氧的作用；内循环生物流化床反应器内部设置有导流中心筒，形成反应器内的循环流动效果，用于载体与氨氮废水的充分接触；顶部设置三项分离器，用于载体与废水的分离。

上述内循环生物流化床反应器进水要求COD≤2000mg/L，氨氮浓度≤1000mg/L，COD/NH₄ ⁺≤4.0。若废水水质满足内循环生物流化床反应器进水要求，可省去除碳单元；当进水COD浓度不满足此要求时需设置除碳单元来满足内循环生物流化床反应器进水要求。

上述除碳单元包括但不限于沉淀、吸附、过滤、厌氧生化、水解酸化、好氧生化、电化学氧化、高级氧化、膜生物反应器中的一种或多种单元组合。

上述固定化微生物载体采用包埋方式固定微生物，包埋胶体采用3%-7%聚乙烯醇、0.3-1.0%海藻酸钠、0.05%-0.5%碳酸钙、0.05%-0.5%二氧化硅；固定液采用饱和硼酸和0.2%-1%的铝盐溶液。

上述固定化微生物载体通过碳酸钙和二氧化硅对载体湿真密度进行调节，载体湿真密度为0.90-1.10/cm³。

上述固定化微生物载体中同时包埋氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌，氨氧化细菌包埋量为10-100mgVSS/mL包埋胶体，厌氧氨氧化菌包埋量为20-100mgVSS/mL包埋胶体。

上述内循环生物流化床反应器中固定化微生物载体投加量为5%-40%。

上述内循环生物流化床反应器中设置在线溶解氧测定仪，在线溶解氧测定仪与曝气风机联动，将导流中心筒内溶解氧控制在2-6mg/L范围内。

有益效果：

（1）低浓度包埋胶体制备出的固定化微生物载体有利于改善传质效果和载体密度。

本发明载体采用的包埋较低浓度较低，低浓度包埋胶体制备出的固定化微生物载体孔隙率较高，传质性能得到改善，一方面有利于微生物与废水充分接触以提高处理效率，另一方面，高孔隙率载体有利于反应生成的氮气的逸出，避免氮气在载体内部积累导致载体胀大并破碎。

低浓度包埋胶体制备出的固定化微生物载体便于将载体湿真密度控制在0.90-1.10g/cm³，在减少载体达到流化状态所需的能耗及运行费用的同时，也保证了载体的沉降性能。

（2）固定化微生物载体有利于***中菌种的保护与保存。

本发明将氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌固定于载体中，延长了菌种在反应器中的固体停留时间，避免了传统工艺中因氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌生长缓慢、世代周期长而易流失的不足。此外，固定化载体对其中的菌种起到保护作用，能减轻废水中有毒或抑制性物质对微生物带来的不利影响。

（3）固定化微生物载体内同时包埋氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌有利于同步短程硝化-厌氧氨氧化的实现。

本发明采用的固定化微生物载体，由于氧扩散的限制，在固定化微生物载体中存在着好氧区和缺氧区或无氧区，这个结构使氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌能够在同一反应器中存在，也使短程硝化和厌氧氨氧化能同时进行。同步短程硝化-厌氧氨氧化不仅可以避免亚硝酸盐的积累对微生物带来的不利影响，同时还可以省去回流混合液带来的能耗。

（4）充分利用内循环生物流化床反应器的比表面积大、接触均匀、传质速度快、压损低等优点。

内循环生物流化床反应器的比表面积大、接触均匀、传质速度快、压损低等优点能够与固定化微生物载体形成有利互补，提高固定化微生物载体的处理效率。

附图说明

图1是本发明在内循环生物流化床反应器进水COD≤2000mg/L，氨氮浓度≤1000mg/L，COD/NH₄ ⁺≤4.0情况下的工艺流程图。

图中，1-调节池；2-进水提升泵；3-曝气风机；4-内循环生物流化床反应器；5-内循环生物流化床反应器壳体；6-导流中心筒；7-固定化微生物载体；8-三相分离器；9-出水堰；10-排气口；11-曝气装置

图2是本发明在内循环生物流化床反应器进水不满足COD≤2000mg/L，氨氮浓度≤1000mg/L，COD/NH₄ ⁺≤4.0情况下的工艺流程图。

图中，1-调节池；2-除碳单元；3-进水提升泵；4-曝气风机；5-内循环生物流化床反应器；6-内循环生物流化床反应器壳体；7-导流中心筒；8-固定化微生物载体；9-三相分离器；10-出水堰；11-排气口；12-曝气装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例

采用本发明方法处理某制药废水生化尾水，水质如下:氨氮=200-400mg/L，CODcr=100-200mg/L，pH=7.8～8.5，废水由调节池1收集后,通过水泵2将其提升内循环生物流化床反应器3中，其中固定化微生物载体7的投加量为20%，载体包埋胶体采用6.5%聚乙烯醇、0.6%海藻酸钠、0.1%碳酸钙、0.1%二氧化硅；固定液采用饱和硼酸和0.8%的铝盐溶液，载体中氨氧化细菌包埋量为20mgVSS/mL包埋胶体，厌氧氨氧化菌包埋量为40mgVSS/mL包埋胶体，鼓风机3通过曝气装置11向内循环生物流化床反应器4内充氧，使导流中心筒6内溶解氧控制在3.5mg/L左右，反应器中废水夹带着固定化载体在中心筒6内外部实现循环流动，曝气气泡、固定化载体与废水的混合体经由三相分离器8实现固液气三相分离，载体由于比重大，由导流中心筒6外侧回流至内循环生物流化床反应器4底端，气体由排气口10排放，废水由出水堰9排出内循环生物流化床反应器4。在16h停留时间条件下氨氮降至20mg/L以内，NO_x浓度可降至10mg/L以内，出水PH=6.8～8.0，整个处理过程中无需额外投加碱和外加碳源。

对比例

某制药废水生化尾水，水质如下:氨氮=200-400mg/L，CODcr=100-200mg/L，pH=7.8～8.5，废水收集后,通过水泵将其提升内循环生物流化床反应器，反应器中投加XQ-25型球形悬浮填料（参照HJ/T246-2006标准），载体投加量20%，内循环生物流化床反应器导流中心筒内溶解氧控制在3.5mg/L左右，在24h停留时间条件下氨氮降至50mg/L左右，出水硝态氮浓度在120-300mg/L，亚硝态氮浓度在10mg/L以内，处理过程中需要额外投加700-1500ppm的烧碱，方能将***pH维持在7左右。

Claims

1.一种固定化技术耦合CANON工艺的氨氮废水处理方法，其技术解决方案为：氨氮废水经过调节池均质均量后首先自流或由泵提升进入除碳单元去除废水中大部分有机污染后，由泵提升进入内循环生物流化床反应器，与内循环生物流化床反应器中固定化微生物载体充分接触，首先利用载体表层及表面固定的氨氧化细菌将一部分氨氮转化为亚硝酸盐，同时在载体内部的厌氧氨氧化菌作用下，将生成的亚硝态氮与剩余的氨氮转化为氮气，实现氨氮的去除；内循环生物流化床反应器底部设置了曝气***，起到流化载体以及提供溶解氧的作用；内循环生物流化床反应器内部设置有导流中心筒，形成反应器内的循环流动效果，用于载体与氨氮废水的充分接触；顶部设置三项分离器，用于载体与废水的分离。

2.如权利要求1所述的内循环生物流化床反应器进水要求COD≤2000mg/L，氨氮浓度≤1000mg/L，COD/NH₄ ⁺≤4.0，若废水水质满足内循环生物流化床反应器进水要求，可省去除碳单元；当进水COD浓度不满足此要求时需设置除碳单元来满足内循环生物流化床反应器进水要求。

3.如权利要求2所述的除碳单元包括但不限于沉淀、吸附、过滤、厌氧生化、水解酸化、好氧生化、电化学氧化、高级氧化、膜生物反应器中的一种或多种单元组合。

4.如权利要求1所述的固定化微生物载体采用包埋方式固定微生物，包埋胶体采用3%-7%聚乙烯醇、0.3-1.0%海藻酸钠、0.05%-0.5%碳酸钙、0.05%-0.5%二氧化硅；固定液采用饱和硼酸和0.2%-1%的铝盐溶液。

5.如权利要求1所述的固定化微生物载体通过碳酸钙和二氧化硅对载体湿真密度进行调节，载体湿真密度为0.90-1.10/cm³。

6.如权利要求1所述的固定化微生物载体中同时包埋氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌，氨氧化细菌包埋量为10-100mgVSS/mL包埋胶体，厌氧氨氧化菌包埋量为20-100mgVSS/mL包埋胶体。

7.如权利要求1所述的内循环生物流化床反应器中固定化微生物载体投加量为5%-40%。

8.如权利要求1所述的内循环生物流化床反应器中设置在线溶解氧测定仪，在线溶解氧测定仪与曝气风机联动，将导流中心筒内溶解氧控制在2-6mg/L范围内。