專利名稱：禽畜養(yǎng)殖廢水亞硝化-厭氧氨氧化處理方法及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到高氨氮、低C/N比的工業(yè)廢水處理技術，具體涉及一種亞硝化-厭氧氨 氧化處理方法及設備。
背景技術：
亞硝化-厭氧氨氧化2001年Van Dongen U. ( Van Dongen， M. S. M. Jetten, M.C.M Van Loosdrecht. The SHARON-ANAMMOX process for treatment of ammonium rich wastewater^]. Wat Sci. Tech.， 2001, 44(1):1 53-160)等人以荷蘭鹿特丹污水處理廠的污泥 上清液作為組合工藝的進水，SHARON反應器采用CSTR形式，體積為10L，污泥停留 時間等于水力停留時間，均為ld。 ANAMMOX反應器采用顆粒污泥SBR形式。試驗結 果表明，在氮負荷為1.2kgN/(mM)時SHARON反應器中53^NH4+被氧化成N(V，且無 N(V生成。ANAMMOX反應器能去除所有的N02—-N 。在試驗期間氮負荷可達 0.75kgN/( m3'd)。在氮負荷為1.2kgN/( m3'd)時超過80%的NH4+被轉化為N2。
葉建鋒(葉建鋒，何校初，陳峰.亞硝酸型硝化一厭氧氨氧化工藝運行性能的研究[J]. 工業(yè)水處理，2006， 26(7): 19-22)等人均以總容積2.5L的透明玻璃放水瓶作為亞硝酸鹽硝 化反應器和厭氧氨氧氧化反應器，在兩個反應器成功啟動的基礎上，得出反應器容積負荷 率過大時，厭氧氨氧化反應器的去除能力未能同步的得到提高；脫氮系統(tǒng)總的NH4+-N平 均去除率達95%以上，系統(tǒng)的容積氨氮去除率為20.1mg/(L，d),有機物的總去除率穩(wěn)定 在90%左右。
吳永明(吳永明.亞硝化一厭氧氨氧化聯合工藝及其處理高氨氮廢水的研究[D].長 沙:湖南大學環(huán)境科學與工程系,2005)以總容積3.25L的連續(xù)完全混合反應器(CSTR)作為 亞硝化反應器，總容積為2.5L的三角玻璃錐形瓶作為厭氧氨氧化反應器，恒溫水浴自動 控制反應器溫度，組成亞硝化一厭氧氨氧化聯合工藝，在進水氨氮濃度約為600mg/L的 情況下，出水的氨氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮平均濃度分別為40mg/L、 27 mg/L、 56.5 mg/L， 氨氮平均去除率為93.3%，總無機氮平均去除率為79.2%。
盧俊平(盧俊平.亞硝化一厭氧氨氧化生物脫氮工藝研究[D].北京中國農業(yè)大學資 源與環(huán)境學院，2005)用有機玻璃制成高1.6m，直徑9.25cm，總有效容積61L的亞硝化
反應器，用CSTR反應器作為厭氧氨氧化反應器，對亞硝化一厭氧氨氧化生物脫氮工藝進 行了研究，試驗研究結果表明，以純氨氮人工配水為處理對象，在TN容積負荷為0.358kg/ (m^d)的條件下，亞硝化一厭氧氨氧化組合工藝成功實現了高氨氮廢水高效生物脫氮。試 驗運行期間，最高NH4+-N、 TN去除率分別為99.9%、 90.8%,平均NH4+-N、 TN去除率 分別為96.1%、 76.1%。組合工藝的脫氮效率受限于前級亞硝化反應器NH4+、 N02—出水濃 度比例。當厭氧氨氧化反應比例控制在
區(qū)間時，組合工藝的脫氮效率為60%左 右；當反應比例控制在
區(qū)間時，組合工藝的脫氮效率為80%左右。
傳統(tǒng)厭氧氨氧化反應器具有結構相對復雜，有的采用UASB及EGSB反應器，裝有 復雜的三相分離系統(tǒng)，而本發(fā)明采用厭氧生物濾池作為厭氧氨氧化的載體，具有生物量大， 廢水與微生物接觸充分等優(yōu)點；傳統(tǒng)的厭氧氨氧化反應器采用專一厭氧形式，而本發(fā)明采 用厭氧與好氧相結合的方式，好氧接觸作為氨氮被氧化為N02—途徑，有利于亞硝酸鹽的 積累，去除效率高；氧傳遞效率高，曝氣量小，運行成本低；且停留時間短，約24h，節(jié) 省了占地面積。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現有技術存在的上述不足，提出禽畜養(yǎng)殖廢水亞硝化-厭氧氨氧 化處理方法及設備。針對某些高氨氮、低C/N比工業(yè)廢水的特點，傳統(tǒng)的好氧、厭氧處 理諸如養(yǎng)豬廢水、養(yǎng)狗廢水等高氨氮廢水，都很難達標排放，為了解決這一難題，通過如 下技術方案來實現本發(fā)明的目的
一種禽畜養(yǎng)殖廢水亞硝化-厭氧氨氧化處理方法，其特征在于包括如下步驟
(1)亞硝化階段，將廢水中的68%~76%氨氮在生物膜接觸氧化的作用下轉化為1^02—,其
中一部分亞硝酸鹽氮被氧化為硝酸鹽氮；(2)在厭氧氨氧化細菌的作用下廢水中的氨氮和
生成的N(V發(fā)生化學反應，生成氮氣而從水中脫離。
上述方法中，亞硝化階段的廢水的pH值為7.8~8.0，用曝氣管曝氣的方法將DO濃度
控制在1.5~3.5mg/L，同時控制該階段的廢水停留時間和廢水溫度；厭氧氨氧化反應時亞
硝酸鹽氮與氨氮的比值為3:2;。
上述方法中，亞硝化階段的廢水停留時間為24h和廢水溫度為3(TC。 用于實現上述方法的設備，包括一容器，容器分為兩層，上層裝有好氧軟性填料，形
成好氧生物膜；下層裝有陶粒填料，形成厭氧濾層；厭氧濾層底部設有穿孔隔板，隔板下
方設有排水口并裝有溫度計；好氧生物膜與厭氧濾層之間有間隙，作為好氧與厭氧的過度 區(qū)域；在好氧生物膜與厭氧濾層之間設有曝氣管，好氧生物膜與厭氧濾層下方均設有一取 樣口，所述容器頂部設有進水口，底部設有出水口。
上述設備中，所述容器還通過導氣管與一鼓風機相連，導氣管從容器頂部伸入并與放 置于好氧生物膜與厭氧濾層之間的曝氣管的一端相連，曝氣管的另一端裝有堵頭，曝氣管 上開有若干小孔，通過鼓風機往容器中鼓風，所述鼓風機的風量輸出端還設有流量計。 上述設備中，所述進水口與提升泵的輸出端連接，提升泵的另一端與儲水池連接。 上述設備中，所述容器為圓筒形，所述厭氧濾層與好氧生物膜的高度比為3: 4。 與傳統(tǒng)的生物脫氮(即完全硝化反硝化)工藝相比，亞硝化一厭氧氨氧化組合工藝具 有如下優(yōu)點
傳統(tǒng)的脫氮過程一般為完全硝化反硝化，即脫氮過程為NH4+—NCV—NCV—N2; 而短程硝化反硝化則是將氨氮的硝化控制在亞硝酸鹽階段，隨后進行反硝化，即脫氮過程 為NH4+—N02——N2。通過這一途徑脫氮，優(yōu)點是十分明顯的(1)硝化控制在亞硝化 階段，可節(jié)省供氣量25%左右，節(jié)省動力消耗；(2)可以縮短水力停留時間(HRT )， 減少反應器的體積和占地面積；G)傳統(tǒng)脫氮工藝的反硝化過程需要外加碳源，聯合工藝 幾乎不需要外加碳源；(4)具有良好的沉降性能和較高的生物相濃度，避免了污泥膨脹。


圖1為本發(fā)明亞硝化-厭氧氨氧化一體化設備構造示意圖。其中1為儲水池，2為提 升泵，4為曝氣管，5為厭氧濾層，6為好氧填料，7為鼓風機，8為流量計，3、 9為取樣 d。
圖2為本發(fā)明設備處理養(yǎng)殖廢水時，COD與停留時間關系圖。是不同水力停留時間 條件下的COD去除效果，曲線10表示平均進水COD (mg/L)， 11表示平均出水COD (mg/L)， 12表示COD平均去除率(％)。
圖3為本發(fā)明設備處理養(yǎng)殖廢水時，氨氮與停留時間關系圖，表明了不同水力停留時 間條件下各氮的濃度變化，13表示平均進水TN (mg/L)， 14表示平均出水TN (mg/L)， 15表示進水氨氮(mg/L)， 16表示出水氨氮(mg/L)， 17表示出水亞硝態(tài)氮(mg/L)。
圖4為本發(fā)明設備處理養(yǎng)殖廢水時，DO與COD去除關系圖，不同DO濃度下COD 去除效果，曲線18表示平均進水COD (mg/L) ,19表示平均COD去除率，20表示平均
出水COD (mg/L)。
圖5為本發(fā)明設備處理養(yǎng)殖廢水時，DO與出水氮含量關系圖，不同DO濃度下各氮 的濃度變化，21表示出水總氮(mg/L)， 22表示進水氨氮(mg/L)， 23表示出水TN(mg/L)， 24表示出水氨氮(mg/L)， 25表示出水亞硝態(tài)氮(mg/L)。
圖6為本發(fā)明設備處理養(yǎng)殖廢水時，pH、溫度對氨氮去除關系圖，曲線26、 27、 28 為30'C、 25°C、 35'C時在不同pH下對氨氮去除率。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的描述，但本發(fā)明要求保護的范圍并不局限 于實施例表述的范圍。
如圖1所示， 一種亞硝化-厭氧氨氧化一體化設備，包括一圓筒形容器，圓筒形容器
分為兩層，上層裝有好氧軟性填料，形成好氧生物膜6;下層裝有陶粒填料，形成厭氧濾 層5;厭氧濾層5底部設有穿孔隔板，隔板下方設有排水口并裝有溫度計；好氧生物膜6 與厭氧濾層5之間有間隙，作為好氧與厭氧的過度區(qū)域；在好氧生物膜6與厭氧濾層5 之間設有曝氣管4，厭氧濾層5下方設有取樣口9，所述容器頂部設有進水口，底部設有 出水口。圓筒形容器還通過導氣管與一鼓風機7相連，導氣管從容器頂部伸入并與放置于 好氧生物膜與厭氧濾層之間的曝氣管的一端相連，曝氣管的另一端裝有堵頭，曝氣管上開 有若干小孔，通過鼓風機7往容器中鼓風，所述鼓風機的風量輸出端還設有流量計8。進 水口與提升泵2的輸出端連接，提升泵2的另一端與儲水池1連接。在厭氧生物膜與濾層 之間設有15cm的間距間距，濾層與軟性填料的高度設置為3: 4。
實施例中，該設備高約3米，形狀如圓筒結構，直徑為400mm，進水口在筒體頂部， 出水在底部，設置一取樣口，距離出水口 100mm;上部懸掛好氧接觸填料，高度為1.3 米，在距離筒體底部1.55米處設有一曝氣管，底部裝有陶粒填料高約1.5米，
應用本發(fā)明的亞硝化-厭氧氨氧化一體化設備處理養(yǎng)殖廢水，廢水從反應器的上部流 入，然后在生物膜的作用下，廢水中的氨氮一部分轉化為N02'，然后在厭氧氨氧化菌的 作用下氨氮與NOf反應生成氮氣從廢水中脫離。亞硝化-厭氧氨氧化反應器的因素和運行 結果如附圖所示
以養(yǎng)豬廢水為例，有關影響因素及實施效果如下所示
1 、停留時間與氨氮轉化、COD去除率的關系 設備運行穩(wěn)定后，分別考察了水力停留時間為6h、 8h、 10h、 12h、 15h、 18h、 24h 時的一體化反應器對養(yǎng)豬廢水中污染物的去除效果，不同停留時間下的進、出水COD及 平均COD去除率見圖2，進7乂>1114+-1^、 TN、出水NHZ-N、 TN、 N02、N見圖3， TN、 氨氮去除率及取樣口的亞硝酸鹽積累率及NH4+-N/N02—-N見圖4。
從圖2可以看出，在COD平均進水濃度為200mg/L左右時，出水COD基本上在 100mg/L以下。當HRT (停留時間)在12h以上時，COD去除率穩(wěn)定在70%以上；當 HRT為24h達到最大，平均去除率為85%，此時平均進水COD濃度為200mg/L，平均出 水COD濃度為30mg/L。
從圖3可以看出，水力停留時間對出水氮氮和出水總氮濃度均有一定影響，出水的亞 硝酸鹽含量均在20mg/L以下，隨著水力停留時間的延長，出水亞硝酸鹽濃度有不同程度 的下降。當HRT在18h以上時，出水亞硝酸鹽濃度在10mg/L以下；當HRT大于15h時， 出水氨氮濃度和總氮濃度隨著水力停留時間的延長總體呈下降趨勢；當HRT為24h時， 平均進水氨氮濃度為159mg/L，總氨濃度為200mg/L,平均出水氨氮濃度為25mg/L，總 氮濃度為60mg/L，亞硝酸鹽氮濃度為8.97mg/L。
圖3表明，不同的水力停留時間條件下，取樣口的亞硝酸鹽積累率基本都能穩(wěn)定在 90%以上，總氮和氨氮的平均去除率隨著水力停留時間的延長，總體呈上升趨勢，最大去 除率發(fā)生在水力停留時間為24h時，其中平均氨氮去除率為74.28%，總氮平均去除率為 60%，取樣口的亞硝酸鹽/氨氮的比值為3:2。
2、溶解氧濃度與出水COD，以及各氮含量關系
考察DO對一體化反應器的影響，實驗表明主要影響亞硝化段的亞硝酸鹽積累率及 NH4+-N/N02—-N，以及好氧段殘留的DO可能對厭氧段的厭氧環(huán)境造成沖擊。分別研究了 DO濃度為0.5mg/L、 1.0mg/L、 1.5mg/L、 2.0mg/L、 2.5 mg/L、 3.0mg/L、 3.5 mg/L時的 一體化反應器的去除效果。進、出水COD及平均COD去除率見圖4。各氮去除率與DO 關系見圖5。
從圖4可以看出，在不同的DO濃度下，對COD均有較好的去除效果。平均出水COD 的都在90mg/L以下。當DO濃度為3.5mg/L時，平均進水COD濃度為206mg/L，平均 出水COD濃度為25mg/L，平均去除率為87.86% 。
從圖5可以看出，隨著DO含量的增加，各氮的出水含量先減小后增大的過程，當 DO含量為2mg/L時，NH4+-N轉化率為68%， N02~N/NH4+-N為3:2,各氮出水含量最小。
3、 pH、溫度與各氮去除率的關系
在溶解氧濃度為1.5 3.5mg/L、 HRT為24小時的情況下考察pH、溫度對氨氮去除效 率的影響，如圖6所示。
選擇反應器在溫度25t:， 30°C， 35'C下在不同pH條件下的氨氮去除效率。從圖6可 以看出，在進水平均進水氨氮濃度為159mg/L的情況下，隨著pH和溫度的提升，氨氮去 除率先增后降，當pH達到7 8，溫度為3(TC時，反應器對氨氮的去除率達到最大值，為 94%，此時氨氮有76c/。轉化為亞硝酸鹽氮，其余為厭氧氨氧化去除；總出水氨氮為9.5mg/L， 處理效果明顯，基本達到排放要求。
權利要求
1、一種禽畜養(yǎng)殖廢水亞硝化-厭氧氨氧化處理方法，其特征在于包括如下步驟(1)亞硝化階段，將廢水中的68％～76％氨氮在生物膜接觸氧化的作用下轉化為NO2-，其中一部分亞硝酸鹽氮被氧化為硝酸鹽氮；(2)在厭氧氨氧化細菌的作用下廢水中的氨氮和生成的NO2-發(fā)生化學反應，生成氮氣而從水中脫離。
2、 根據權利要求書1所述的亞硝化-厭氧氨氧化處理方法，其特征在于亞硝化階段的 廢水的pH值為7.8~8.0，用曝氣管曝氣的方法將DO濃度控制在1.5 3.5mg/L，同時控制 該階段的廢水停留時間和廢水溫度；厭氧氨氧化反應時亞硝酸鹽氮與氨氮的比值為3:2;。
3、 根據權利要求書2所述的亞硝化-厭氧氨氧化的處理方法，其特征在于亞硝化階段 的廢水停留時間為24h和廢水溫度為30°C。
4、 一種用于實現權利要求1 3任一項所述方法的設備，其特征在于包括一容器，容 器分為兩層，上層裝有好氧軟性填料，形成好氧生物膜(6);下層裝有陶粒填料，形成厭 氧濾層(5);厭氧濾層(5)底部設有穿孔隔板，隔板下方設有排水口并裝有溫度計；好 氧生物膜(6)與厭氧濾層(5)之間有間隙，作為好氧與厭氧的過度區(qū)域；在好氧生物膜(6)與厭氧濾層(5)之間設有曝氣管(4)，好氧生物膜(6)與厭氧濾層(5)下方均設 有一取樣口 (3、 9)，所述容器頂部設有進水口，底部設有出水口。
5、 根據權利要求4所述的設備，其特征在于所述容器還通過導氣管與一鼓風機(7) 相連，導氣管從容器頂部伸入并與放置于好氧生物膜與厭氧濾層之間的曝氣管的一端相 連，曝氣管的另一端裝有堵頭，曝氣管上開有若千小孔，通過鼓風機(7)往容器中鼓風， 所述鼓風機的風量輸出端還設有流量計(8)。
6、 根據權利要求5所述的設備，其特征在于所述進水口與提升泵(2)的輸出端連接， 提升泵(2)的另一端與儲水池(1)連接。
7、 根據權利要求6所述的設備，其特征在于所述容器為圓筒形，所述厭氧濾層(5) 與好氧生物膜(6)的高度比為3: 4。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種禽畜養(yǎng)殖廢水亞硝化-厭氧氨氧化處理方法及設備，該處理方法先將廢水中的部分氨氮在好氧菌的作用下轉化為NO₂^-，然后在Anammox自養(yǎng)菌的作用下廢水中的氨氮和生成的NO₂^-發(fā)生化學反應，生成氮氣而從水中脫離。設備包括一容器，容器分為上下兩層，上層裝有軟性填料，為好氧生物膜生長黏附的場所，下層裝有陶粒，在其上生長厭氧生物膜，厭氧濾層底部設有穿孔隔板，隔板下方設有取樣口、溫度計；好氧生物膜與厭氧濾層之間有間隙，并設有曝氣管，所述容器頂部設有進水口，底部設有出水口。本發(fā)明可節(jié)省供氣量25％左右，節(jié)省動力消耗；縮短水力停留時間，減少設備的體積；具有良好的沉降性能和較高的生物相濃度。
文檔編號C02F3/30GK101357806SQ20081019836
公開日2009年2月4日 申請日期2008年9月5日 優(yōu)先權日2008年9月5日
發(fā)明者林德賢, 秦四海, 剛 羅, 黃瑞敏 申請人:華南理工大學;廣州市佳境水處理技術工程有限公司