專(zhuān)利名稱(chēng)：污水生物脫氮處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種對(duì)污水中的含氮化合物通過(guò)活性污泥中的微生物以生物化學(xué)方式進(jìn)行的脫氮處理方法。
活性污泥脫氮法，是以存在于活性污泥中的硝化菌和脫氮菌等微生物在其生存和增殖過(guò)程中進(jìn)行的生物化學(xué)作用，將污水中溶解的各種含氮化合物(可表示為NH3-N形式)轉(zhuǎn)化為非活性的氣態(tài)氮并放逐于大氣中的方法。其反應(yīng)和處理過(guò)程基本上可以分為包括硝酸化和/或亞硝酸化在內(nèi)的硝化反應(yīng)過(guò)程，及隨后進(jìn)行的脫氮反應(yīng)或又可稱(chēng)為反硝化反應(yīng)的兩步。由于硝化過(guò)程是在硝酸菌或亞硝酸菌參與下進(jìn)行的需氧反應(yīng)，在反應(yīng)過(guò)程中并將有H+產(chǎn)生；而反硝化過(guò)程則是在脫氮菌參與下進(jìn)行的厭氧反應(yīng)，在反應(yīng)過(guò)程中將有OH-產(chǎn)生。因此，一直沿用至今的以脫氮活性污泥法對(duì)含氮污水進(jìn)行處理傳統(tǒng)方式，都是使上述在反應(yīng)性質(zhì)和條件上對(duì)相去甚遠(yuǎn)的硝化反應(yīng)處理過(guò)程和反硝化反應(yīng)處理過(guò)程分別在兩個(gè)相互分隔的獨(dú)立反應(yīng)容器等反應(yīng)空間中進(jìn)行和完成。這種處理方式首先和直接的問(wèn)題就是為其處理所需的占地面積大，反應(yīng)系統(tǒng)的利用率難以提高。
鑒于此，本發(fā)明的目的是為解決上述問(wèn)題提供一種全新的通過(guò)活性污泥中存在的微生物以生物化學(xué)方式脫除污水中各種含氮化合物的方法，能使常規(guī)的污水脫氮處理設(shè)備的利用率大幅度提高，并使為處理所需的占地面積能成倍減少。
本發(fā)明的污水生物脫氮處理方法及其原理，同樣是在活性污泥中存在的微生物參與下，經(jīng)其自身生存和增殖過(guò)程所進(jìn)行的硝酸化或亞硝酸化反應(yīng)和脫氮反應(yīng)兩個(gè)生物化學(xué)過(guò)程完成。本發(fā)明所說(shuō)方法過(guò)程是使pH6-12的含氮污水進(jìn)入含有活性污泥并在其中設(shè)置有多孔性材料體的同一反應(yīng)空間中處理6-18小時(shí)。
在本發(fā)明的上述處理方法中，由于在常規(guī)的反應(yīng)處理容器等反應(yīng)空間中存在有為脫氮所需的各種微生物賴以生存和增殖的活性污泥，這是以脫氮活性污泥法對(duì)污水進(jìn)行處理的必要條件和前提。在存在有該活性污泥的同一反應(yīng)空間中同時(shí)又設(shè)置有適當(dāng)?shù)亩嗫仔圆牧象w后，由其材料體自身所具有的多孔性狀決定，存在于該材料體內(nèi)部多孔空間中的反應(yīng)液，與包圍于該材料體外的液體間進(jìn)行各種物質(zhì)交換，特別是對(duì)溶于液體中的氣體進(jìn)行交換的速度和交換量均受到阻礙，且由內(nèi)向外呈按梯度變化和分布的形式。因而經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)钠胶鈺r(shí)間，在該多孔材料體內(nèi)可以形成并相對(duì)穩(wěn)定地維持有另一個(gè)在溫度、pH等多方面都與包圍于其外部的液相環(huán)境具有顯著不同的局部環(huán)境，特別是還可以在外部含氧充足的液相環(huán)境中形成并維持一個(gè)能有利于厭氧菌生存和增殖的缺氧環(huán)境。而對(duì)于包圍于該多孔材料體外的液相，其氧含量、溫度及pH等條件參數(shù)又能根據(jù)需要方便容易地進(jìn)行人為調(diào)整和改變。顯然，在同一反應(yīng)體系和反應(yīng)空間中形成并在不同區(qū)域相對(duì)集中和穩(wěn)定地同時(shí)存在有兩個(gè)互不相同的反應(yīng)環(huán)境，特別是含氧量明顯不同的環(huán)境后，就可以使好氧性的硝化菌和厭氧性的脫氮菌能夠在該同一反應(yīng)空間的不同區(qū)域中相安無(wú)事地分別得以生存并增殖，這是使以活性污泥脫氮法對(duì)污水的處理能得以進(jìn)行和完成的充分條件。因此，本發(fā)明的上述方法可以使必需在相互分隔的獨(dú)立反應(yīng)空間中分別進(jìn)行硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)的傳統(tǒng)方式，改變?yōu)榭梢栽谕环磻?yīng)容器等反應(yīng)空間中進(jìn)行和完成。其所帶來(lái)的必然和直接的結(jié)果顯然是在不改變現(xiàn)有活性污泥脫氮的處理?xiàng)l件和操作要求的前提下，可以使現(xiàn)有反應(yīng)設(shè)備的利用率提高一倍，而為處理所需的占地面積則基本可相應(yīng)減少一半。另一方面，由于本發(fā)明上述方法是使硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)在同一容器等形式的反應(yīng)空間中進(jìn)行和完成，利用其各自反應(yīng)過(guò)程中存在和產(chǎn)生的如使反應(yīng)體系中酸堿度的變化等一些因相反而能具有一定相對(duì)互補(bǔ)性的因素，可以使整個(gè)反應(yīng)環(huán)境在一定范圍內(nèi)成為能對(duì)酸堿變化具有一定緩沖能力，且對(duì)其各自反應(yīng)的進(jìn)行均有利的緩沖體系，在一定程度上使反應(yīng)條件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，即，可以使按傳統(tǒng)方式分別獨(dú)立進(jìn)行的硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)的操作和控制調(diào)節(jié)的工作相對(duì)更為簡(jiǎn)化和方便。例如，通過(guò)在該同一反應(yīng)系統(tǒng)中同時(shí)進(jìn)行的硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)過(guò)程間能產(chǎn)生互補(bǔ)作用的相關(guān)因素和/或配合有適當(dāng)人為的調(diào)節(jié)操作，可以使本發(fā)明上述方法中所說(shuō)的反應(yīng)液相的酸堿度維持在pH6-10的范圍內(nèi)；使該反應(yīng)液相的溫度維持在為10℃-40℃的范圍內(nèi)。通過(guò)按常規(guī)方式以鼓風(fēng)設(shè)備向反應(yīng)液中送入的攪拌用空氣或其它適當(dāng)形式，使所說(shuō)的處理過(guò)程中保持反應(yīng)液相中的含氧量為4-10毫克/升的范圍內(nèi)等。
在上述方法的基礎(chǔ)上中，進(jìn)一步使所說(shuō)的該多孔性材料體為具有可變形性的柔韌性多孔材料體，如常用的且不含有CN-、重金屬或其它對(duì)硝化菌和脫氮菌等反應(yīng)微生物的生存和增殖可能產(chǎn)生毒害作用成份的柔軟高分子泡沫材料體等形式為更好。因其在反應(yīng)液相中根據(jù)水流和/或氣流變化情況能有一定作相應(yīng)適應(yīng)性的進(jìn)退變形和/或變化的活動(dòng)余地，這對(duì)于使在該多孔材料體中形成和保持的為進(jìn)行反硝化反應(yīng)所必需的局部環(huán)境盡量少受外部液相環(huán)境變化的影響而維持相對(duì)穩(wěn)定是有利的。
在上述反應(yīng)體系中，所說(shuō)的多孔性材料體可以根據(jù)反應(yīng)需要設(shè)置在反應(yīng)空間中所需和適當(dāng)?shù)奈恢锰帯Ｒ话阋允蛊錇閼腋∮谔幚矸磻?yīng)液相中的形式為佳。在具體的懸浮形式上，可以是經(jīng)連接結(jié)構(gòu)使一個(gè)或若干個(gè)該多孔性材料體在反應(yīng)空間中以所處位置相對(duì)固定的形式懸浮于反應(yīng)空間中；也可以為在反應(yīng)空間中的不同位置處設(shè)置兩個(gè)或更多個(gè)用于定位或限位的結(jié)構(gòu)，并使一個(gè)或若干個(gè)所說(shuō)的該多孔性材料體以能在被這些定位或限位結(jié)構(gòu)限定的范圍內(nèi)作適度移游浮動(dòng)的方式懸浮于反應(yīng)空間中。此外，試驗(yàn)結(jié)果還顯示，一般情況下使所說(shuō)的上述設(shè)置于反應(yīng)空間中的多孔性材料體的體積為占整個(gè)處理反應(yīng)空間有效容積的30％-60％時(shí)，該同一反應(yīng)體系中的硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)均可以使對(duì)含氮污水的脫氮處理能順利進(jìn)行和完成。
使用本發(fā)明的上述方法對(duì)含氮污水進(jìn)行處理的另一顯著特點(diǎn)還表現(xiàn)在，其對(duì)含氮污水的處理既可以為在該反應(yīng)容器中以分批的間歇式進(jìn)行處理，也可以使被處理污水在所說(shuō)的處理時(shí)間內(nèi)由進(jìn)入該反應(yīng)空間的進(jìn)口起向最后離開(kāi)反應(yīng)空間的出口方向連續(xù)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)過(guò)程中進(jìn)行和完成。采用在連續(xù)運(yùn)行中進(jìn)行動(dòng)態(tài)處理的方式，還可以使對(duì)污水的處理效率得到進(jìn)一步的提高。此外，由于本發(fā)明上述處理方法的最大特點(diǎn)是在同一反應(yīng)空間中同時(shí)進(jìn)行和完成在傳統(tǒng)方式下必須由相互分離的兩個(gè)獨(dú)立反應(yīng)系統(tǒng)中進(jìn)行和完成的兩個(gè)處理過(guò)程，因此，在上述使占地面積可減少一半的基礎(chǔ)上，還可以使各反應(yīng)設(shè)備和/或容器采取向空中高度發(fā)展的方式設(shè)置成為可能。通過(guò)這種全新的設(shè)置方式可以使為污水處理所需的設(shè)備和/或反應(yīng)容器不可避免對(duì)土地的占用面積能再進(jìn)一步大為減少。
此外，由于反應(yīng)體系中活性污泥的存在，在上述具有適度緩沖作用的反應(yīng)體系等有利條件下，存在于活性污泥中其它微生物對(duì)被處理污水中存在的其它有機(jī)類(lèi)污染成份同樣也進(jìn)行分解處理，使其一方面可作為對(duì)脫氮處理過(guò)程所需的氫供應(yīng)來(lái)源，另一方面使被處理污水在進(jìn)行上述脫氮反應(yīng)處理過(guò)程的同時(shí)，被處理污水的COD、BOD等指標(biāo)同樣也能得到較為理想的處理效果。
以下通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍局限于以下的實(shí)例。凡基于本發(fā)明上述主題所實(shí)現(xiàn)的同樣技術(shù)均應(yīng)屬于本發(fā)明的范圍。
在存在有活性污泥的常規(guī)脫氮處理反應(yīng)器中，以可懸浮于反應(yīng)液相中的方式設(shè)置有具有可變形海綿狀的柔韌性高分子多孔泡沫材料體。反應(yīng)器的總體積為7.5立方米，其中的海綿狀的柔韌性高分子多孔泡沫材料體為4.0立方米，每小時(shí)的污水流量為0.5立方米/小時(shí)。經(jīng)預(yù)處理為pH6-12的含NH3-N待處理石化廢水以10℃-25℃的進(jìn)料溫度進(jìn)入反應(yīng)器，并使其保持為在12小時(shí)的處理時(shí)間內(nèi)由反應(yīng)器的進(jìn)口運(yùn)行至出口的連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行和完成脫氮處理反應(yīng)。在污水的動(dòng)態(tài)運(yùn)行處理過(guò)程中，反應(yīng)液相的pH值可自動(dòng)或經(jīng)人為稍加調(diào)整，使其保持在6-10的范圍內(nèi)，液相溫度控制為10℃-40℃。處理過(guò)程中還應(yīng)按常規(guī)方式經(jīng)鼓風(fēng)設(shè)備向反應(yīng)液中連續(xù)送入空氣進(jìn)行攪拌，并使反應(yīng)液相中的含氧量保持為5-7毫克/升。各例污水處理前后的相關(guān)檢測(cè)指標(biāo)如下表所示。表中顯示的檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，采用上述大致相同的運(yùn)行方式對(duì)含污情況不盡相同的污水進(jìn)行處理后，均能獲得滿意的處理結(jié)果。
表1各例污水處理前后的相關(guān)檢測(cè)指標(biāo)
權(quán)利要求
1．污水生物脫氮處理方法，在活性污泥中存在的微生物參與下經(jīng)生物化學(xué)的硝酸化或亞硝酸化反應(yīng)和脫氮反應(yīng)兩過(guò)程完成，其特征在于使pH6-12的含氮污水進(jìn)入含有活性污泥并在其中設(shè)置有多孔性材料體的同一反應(yīng)空間中處理6-18小時(shí)。
2．如權(quán)利要求1所述污水的生物脫氮處理方法，其特征在于所說(shuō)的多孔材料體為具有可變形性的柔韌性多孔性材料體。
3．如權(quán)利要求1所述污水的生物脫氮處理方法，其特征在于所說(shuō)的可變形性柔韌性多孔性材料體為軟性高分子泡沫材料體。
4．如權(quán)利要求1至3之一所述的污水生物脫氮處理方法，其特征在于所說(shuō)的多孔性材料體為懸浮于處理反應(yīng)液相中的形式。
5．如權(quán)利要求1至3之一所述的污水生物脫氮處理方法，其特征在于所說(shuō)的多孔性材料體的體積占整個(gè)處理反應(yīng)空間容積的50％-60％。
6．如權(quán)利要求1至3之一所述的污水生物脫氮處理方法，其特征在于所說(shuō)的反應(yīng)液相的pH為6-10。
7如權(quán)利要求1至3之一所述的污水生物脫氮處理方法，其特征在于所說(shuō)的反應(yīng)液相的溫度為10℃-40℃。
8．如權(quán)利要求1至3之一所述的污水生物脫氮處理方法，其特征在于所說(shuō)的處理過(guò)程中保持反應(yīng)液相中的含氧量為4-10毫克/升。
9．如權(quán)利要求8所述的污水生物脫氮處理方法，其特征在于所說(shuō)的反應(yīng)液的氧含量由向反應(yīng)液中送入攪拌用空氣的方式實(shí)現(xiàn)。
10．如權(quán)利要求1至3之一所述的污水生物脫氮處理方法，其特征在于所說(shuō)的污水處理過(guò)程是使被處理污水在所說(shuō)的處理時(shí)間內(nèi)由進(jìn)入反應(yīng)空間的進(jìn)口向離開(kāi)反應(yīng)空間的出口方向的連續(xù)動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行和完成。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種污水的生物脫氮處理方法,在活性污泥中存在的微生物參的與下,經(jīng)生物化學(xué)的硝酸化或亞硝酸化反應(yīng)和脫氮反應(yīng)兩過(guò)程完成。其過(guò)程是使pH6－12的含氮污水進(jìn)入含有活性污泥并在其中設(shè)置有多孔性材料體的同一反應(yīng)空間中處理6—18小時(shí)。
文檔編號(hào)C02F3/12GK1297852SQ0013207
公開(kāi)日2001年6月6日 申請(qǐng)日期2000年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月14日
發(fā)明者李開(kāi)春 申請(qǐng)人:李開(kāi)春