CN107487847A - 一种一体化厌氧氨氧化强化内源反硝化sbbr深度脱氮的方法 - Google Patents

一种一体化厌氧氨氧化强化内源反硝化sbbr深度脱氮的方法 Download PDF

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Abstract

一种一体化厌氧氨氧化强化内源反硝化SBBR深度脱氮的方法属于污水生物处理领域。该***包括生活污水水箱，SBBR反应器。生活污水进入SBBR反应器后，反硝化菌利用污水中的有机物将上个反应周期产生的硝态氮反硝化去除，并将剩余的有机物储存至细菌体内合成内碳源，反应结束后进行曝气，在生物膜上进行一体化厌氧氨氧化反应(即同步短程硝化厌氧氨氧化反应)，去除污水中的氨氮，生成少量的硝态氮，反应完成后开启搅拌，反硝化菌进行内碳源反硝化，进一步降低出水硝态氮浓度。本发明发挥了一体化厌氧氨氧化技术与序批式生物膜法的优势，同时充分利用进水中的有机物，在单一***内实现低碳氮比生活污水的深度脱氮，操作简单，节约能耗。

Description

一种一体化厌氧氨氧化强化内源反硝化SBBR深度脱氮的方法
技术领域
本发明涉及一种一体化厌氧氨氧化强化内源反硝化SBBR深度脱氮的方法，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
随着水体富营养化问题的日益突出、水质指标体系不断严格，污水脱氮除磷，尤其是脱氮问题成为了水污染控制中的热点。传统多级分设备的生物脱氮工艺在污水脱氮方面应用广泛，但存在着硝化细菌易流失、需外加碳源或碱度，容易发生污泥膨胀，工艺流程长，基建投资费用高等方面的问题。为此，本发明提供一种将一体化厌氧氨氧化(即同步短程硝化厌氧氨氧化)技术与SBBR反应器(序批式生物膜反应器)优势相结合的方法，同时充分利用污水中的有机物，在单一***中实现低碳氮比生活污水的深度脱氮。
一体化厌氧氨氧化技术是近年来发现的一种新的脱氮工艺，在低DO条件下，短程硝化与厌氧氨氧化可在同一***中同时进行，简化了操作的难度，该工艺在节省资金、能源及简化生物除氮技术等方面具有很大优点，和常规的生物脱氮工艺相比，该工艺能节省大量的碳源与曝气能耗，同时具有污泥生成量少等一系列优点，因而近年来成为国内外的研究热点。此外，通过强化内源反硝化反应，可充分利用污水中的有机物，进一步降低出水硝态氮浓度，实现低碳氮比城市污水的深度脱氮。
SBBR反应器是通过向SBR反应器(序批式反应器)添加微生物载体而形成的可控制非稳态生物膜污水处理工艺。采用SBBR反应器进行脱氮具有以下重要特点：微生物附着生长，易生成世代长的微生物(如厌氧氨氧化菌)；在反应初期，基质丰富，有利于碳的转化和储存；生物膜能创造缺氧微环境，有利于在好氧情况下实现一体化厌氧氨氧化反应。
随着生物膜厚度的增加，其传质阻力相应增加，沿传质方向逐渐形成外层为好氧层、内层为缺/厌氧层的微环境。好氧层主要进行短程硝化反应，缺氧层主要进行厌氧氨氧化与反硝化反应，可在同一反应器内进行有机物与氮的去除。
本发明通过生物填料挂膜，形成对短程硝化菌、厌氧氨氧化菌、反硝化菌各自有利的微环境，利用菌群间的协作，实现氮的深度去除。
发明内容
针对当前生活污水碳氮比低，传统脱氮工艺效果不好，能耗大等问题，本发明将一体化厌氧氨氧化技术与SBBR反应器的优势相结合，同时通过强化内源反硝化，可在单一***中实现有机物与氮的深度去除，反应器形式简单，可控性和灵活性高，易于操控。
利用一体化厌氧氨氧化强化内源反硝化深度脱氮的SBBR***，其特征在于：包括生活污水水箱(1)、SBBR反应器(2)；其中所述生活污水水箱(1)通过进水泵(3)与SBBR反应器(2)相连接；所述SBBR反应器(2)设有填料支架(4)、生物填料(5)、气泵(6)、气体流量计(7)、曝气盘(8)、排水阀(9)、排泥阀(10)、DO探头(11)、搅拌器(12)；所述生物填料(5)呈立方体状，材质为聚氨酯，孔隙率大于90％，比表面积20～23m2/g，填充率20％～25％，用尼龙绳将其穿挂在填料支架(4)上，均匀分布于SBBR反应器(2)中，微生物附着生长在填料上形成生物膜，而生物膜的表面到内部存在DO浓度梯度，可形成好氧—缺氧区域微环境，在生物膜外表面(好氧层)主要进行短程硝化反应，内部(缺氧层)主要进行厌氧氨氧化与反硝化反应。
以一体化厌氧氨氧化强化内源反硝化SBBR进行深度脱氮的方法，主要包括以下步骤：
1)城市生活污水由生活污水水箱(1)经进水泵(3)进入SBBR反应器(2)，进水结束后，搅拌器(12)开启，使生活污水与生物填料(5)上附着生长的微生物充分接触，生物填料(5)上的反硝化菌利用污水中的有机物将上一反应周期剩余的硝态氮反硝化去除，同时将剩余的有机物储存至细菌体内合成内碳源，控制搅拌器转速为60-80r/min，避免转速过快将空气带入水中，破坏缺/厌氧环境，DO<0.2mg/L，以保证良好的缺氧反硝化与厌氧内碳源储存条件，反应时间为90～120min；
2)上述反应结束后，气泵(6)开启，通过气体流量计(7)控制DO为0.5～1.5mg/L，此时，主要生长在生物膜外表面(好氧层)的短程硝化菌进行短程硝化反应，将污水中的氨氮氧化为亚硝态氮；与此同时，主要生长在生物膜内部(缺氧层)的厌氧氨氧化菌以短程硝化菌产生的亚硝态氮为电子受体，以污水中剩余的氨氮为电子供体进行厌氧氨氧化作用，将氨氮与亚硝态氮转化为氮气去除，同时产生少量的硝态氮，反应时间240～360min；
3)上述一体化厌氧氨氧化反应完成后，气泵(6)关闭，搅拌器(12)开启，控制转速为60-80r/min，DO<0.2mg/L，反硝化菌利用储存的内碳源将厌氧氨氧化反应产生的硝态氮通过缺氧反硝化进一步去除，以降低出水的硝态氮浓度，反应时间为90～120min；
4)反应结束后，静置沉淀5min后进行泥水分离，上清液通过排水阀(9)排出，排放的水量等于***最初的进水量；脱落的生物膜经排泥阀(10)排出。
以一体化厌氧氨氧化强化内源反硝化SBBR***进行深度脱氮的方法与现有技术相比具有下列优点：
1)将序批式生物膜法与一体化厌氧氨氧化技术的优势相结合，同时通过强化内源反硝化，充分利用生活污水中的有机物，在单一***中便可实现低碳氮比生活污水的深度脱氮。
2)生物膜作为一种特殊的微生物聚集形式，其在传质条件及多种细菌共生上具有独特的优势，可在生物膜上形成稳定的好氧、缺氧/厌氧微环境，微生物种类丰富、生物活性高。
3)短程硝化与厌氧氨氧化反应同步进行，可显著的节省碳源和曝气量，且可避免亚硝态氮积累对细菌造成生物毒性影响，脱氮效果良好。
4)生物填料具有较强的拦截与吸附污染物的能力，出水清澈。
5)装置简单，可控性与灵活性好，简化了操作的难度。
附图说明
图1为一体化厌氧氨氧化强化内源反硝化深度脱氮SBBR***的结构示意图。
图1中：1-生活污水水箱；2-SBBR反应器；3-进水泵；4-填料支架；5-生物填料；6-气泵；7-气体流量计；8-曝气盘；9-排水阀；10-排泥阀；11-DO探头；12-搅拌器。
图2为利用一体化厌氧氨氧化强化内源反硝化SBBR***处理生活污水的运行效果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方案。
如图1所示，一体化厌氧氨氧化强化内源反硝化深度脱氮的SBBR***，主要包括生活污水水箱(1)、SBBR反应器(2)。SBBR反应器(2)主体由有机玻璃制成，有效容积10L。所述生活污水水箱(1)通过进水泵(3)与SBBR反应器(2)相连接；所述SBBR反应器(2)设有填料支架(4)、生物填料(5)、气泵(6)、气体流量计(7)、曝气盘(8)、排水阀(9)、排泥阀(10)、DO探头(11)、搅拌器(12)；所述生物填料(5)呈立方体状，材质为聚氨酯，孔隙率大于90％，比表面积20～23m2/g，填充率20％～25％，用尼龙绳将其穿挂在填料支架(4)上，均匀分布于SBBR反应器(2)中，供微生物附着生长。
以一体化厌氧氨氧化强化内源反硝化SBBR实现生活污水深度脱氮的方法，主要包括以下步骤：
1)城市生活污水由生活污水水箱(1)经进水泵(3)进入SBBR反应器(2)，进水结束后，搅拌器(12)开启，使生活污水与生物填料(5)上附着生长的微生物充分接触，生物填料(5)上的反硝化菌利用污水中的有机物将上一反应周期剩余的硝态氮反硝化去除，同时将剩余的有机物储存至细菌体内合成内碳源，控制搅拌器转速为60-80r/min，避免转速过快将空气带入水中，破坏缺/厌氧环境，DO<0.2mg/L，以保证良好的缺氧反硝化与厌氧内碳源储存条件，反应时间为90～120min；
2)上述缺/厌氧反应结束后，气泵(6)开启，通过气体流量计(7)控制DO为0.5～1.5mg/L，此时，主要生长在生物膜外表面(好氧层)的短程硝化菌进行短程硝化反应，将污水中的氨氮氧化为亚硝态氮；与此同时，主要生长在生物膜内部(缺氧层)的厌氧氨氧化菌以短程硝化菌产生的亚硝态氮为电子受体，以污水中剩余的氨氮为电子供体进行厌氧氨氧化作用，将氨氮与亚硝态氮转化为氮气去除，同时产生少量的硝态氮，反应时间240～360min；
3)上述一体化厌氧氨氧化反应完成后，气泵(6)关闭，搅拌器(12)开启，反硝化菌利用储存的内碳源将厌氧氨氧化反应产生的硝态氮通过内源反硝化作用进一步去除，以降低出水的硝态氮浓度；控制搅拌器转速为60-80r/min，DO<0.2mg/L，反应时间为90～120min；
4)反应结束后，搅拌器(12)关闭，静置沉淀5min后进行泥水分离，上清液通过排水阀(9)排出，排放的水量等于***最初的进水量；脱落的生物膜经排泥阀(10)排出。
以实验室周边某住宅小区生活污水为处理对象，考察该***的脱氮性能。
实验期间进水水质如下：
实验期间运行参数：
SBBR反应器(有效容积10L)
缺/厌氧阶段：进生活污水5L，控制搅拌器转速为60-80r/min，DO<0.2mg/L，反应时间120min；
好氧阶段：曝气240～360min，控制DO为0.5～1.5mg/L；
后置缺氧阶段：控制搅拌器转速为60-80r/min，DO<0.2mg/L，反应时间120min；
静沉阶段：静置沉淀5min，排水5L。
在该运行条件下，反应器运行效果如图2所示。出水平均COD、NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TN分别为30.26、0.88、0.12、5.36、6.67mg/L，达到了深度脱氮的效果。
以上是本发明的具体实施例，便于该技术领域的技术人员能更好的理解和应用本发明，本发明的实施不限于此，因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明保护范围之内。
该***充分发挥序批式生物膜法、一体化厌氧氨氧化技术的优势，充分利用污水中的有机物强化内源反硝化，节能降耗的同时可实现低碳氮比生活污水氮的深度去除；此外，反应器形式简单，操作简便，应用前景十分广阔。

Claims (2)

1.利用一体化厌氧氨氧化强化内源反硝化实现生活污水深度脱氮的SBBR***，其特征在于：
包括生活污水水箱(1)、SBBR反应器(2)；其中所述生活污水水箱(1)通过进水泵(3)与SBBR反应器(2)相连接；所述SBBR反应器(2)设有填料支架(4)、生物填料(5)、气泵(6)、气体流量计(7)、曝气盘(8)、排水阀(9)、排泥阀(10)、DO探头(11)和搅拌器(12)；所述生物填料(5)呈立方体状，材质为聚氨酯，孔隙率大于90％，比表面积20～23m2/g，填充率20％～25％，用尼龙绳将其穿挂在填料支架(4)上，均匀分布于SBBR反应器(2)中。
2.应用权利要求1所述的一体化厌氧氨氧化强化内源反硝化SBBR深度脱氮的方法，其特征在于：
1)城市生活污水由生活污水水箱(1)经进水泵(3)进入SBBR反应器(2)，进水结束后，搅拌器(12)开启，控制DO<0.2mg/L，反应时间90～120min；
2)上述反应结束后，气泵(6)开启，通过气体流量计(7)控制DO为0.5～1.5mg/L，在生物膜上进行一体化厌氧氨氧化反应，去除污水中的氨氮，同时生成硝态氮，反应时间240～360min；
3)一体化厌氧氨氧化反应完成后，搅拌器(12)开启，DO<0.2mg/L，反硝化菌利用储存的内碳源进行反硝化作用，反应时间90～120min；
4)反应结束后，静置沉淀5min进行泥水分离，上清液通过排水阀(9)排出；脱落的生物膜经排泥阀(10)排出。
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