專利名稱：一種高效穩(wěn)定的短程硝化-厭氧氨氧化生物脫氮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水生物脫氮技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及-種高效、穩(wěn)定的短程硝化-厭氧氨氧化生物脫氮方法。
背景技術(shù)：
隨著氮素污染的日益加劇和人們環(huán)境意識的逐漸增強，脫氮技術(shù)，特別是廢水生物脫氮技術(shù)已引起世界各國的普遍關(guān)注。尤其在我國，由于近年來氮污染問題引起的湖泊富營養(yǎng)化所帶來的危害警示和社會對污水深度處理要求的不斷提高，研究脫氮技術(shù)迫在眉睫。傳統(tǒng)的生物脫氮技術(shù)——硝化/反硝化工藝要消耗大量的溶解氧和有機碳源，投資和運行費用都比較高，特別是在處理低C/N比高濃度氮廢水方面有極大的局限性。因此，開發(fā)高效、經(jīng)濟的生物脫氮工藝并推廣應(yīng)用具有重要的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益。近年來，由于不斷發(fā)現(xiàn)新的生物脫氮特殊菌株或菌群及微生物轉(zhuǎn)化機制，許多生物脫氮技術(shù)的新工藝和新概念也不斷涌現(xiàn)，其中短程硝化(SHARON)和厭氧氨氧化(ΑΝΑΜΜ0Χ)工藝的聯(lián)合被認(rèn)為是該領(lǐng)域最有發(fā)展前景的技術(shù)。世界上第一個生產(chǎn)性的SHAR0N-ANAMM0X工藝已于2002年在荷蘭鹿特丹Dokhaven污水處理廠正式運行。同時，該工藝在垃圾滲濾液、污泥消化液、禽畜養(yǎng)殖廢水等高濃度含氮廢水處理中也獲得了高效的脫氮效果。這說明SHAR0N-ANAMM0X工藝蘊藏著潛在的市場應(yīng)用前景，控制其高效、穩(wěn)定地運行可促進該工藝進一步推廣應(yīng)用。SHARON過程和ΑΝΑΜΜ0Χ過程的協(xié)調(diào)運行是SHAR0N-ANAMM0X工藝實現(xiàn)穩(wěn)定化、高效化的重要條件。同時，控制no2_-n的轉(zhuǎn)化比例并維持長期的no2_-n積累以及ΑΝΑΜΜ0Χ微生物的大量繁殖是SHAR0N-ANAMM0 X工藝高效、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素。目前SHAR0N-ANAMM0X工藝多采用能形成生物膜、顆?；驊腋∥勰嗟姆磻?yīng)器形式運行。兩步工藝分別在不同的反應(yīng)器里實現(xiàn)SHARON和ΑΝΑΜΜ0Χ過程，其最大的問題是兩步的協(xié)調(diào)運行不易控制。有研究表明，在限氧條件下，亞硝化菌和厭氧氨氧化菌可以在一個反應(yīng)器里共生。2004 年在 Strass (Austria)和 2007 年在 Glarnerland (Switzerland)分別采用連續(xù)進水、間歇曝氣的SBR反應(yīng)器形式實現(xiàn)了生產(chǎn)性規(guī)模的SHAR0N-ANAMM0X工藝裝置的啟動，目前以SOOgNnT3Cr1的負(fù)荷穩(wěn)定運行。和兩步SHAR0N-ANAMM0X工藝運行方式相t匕，一體式SHAR0N-ANAMM0X工藝由于亞硝化反應(yīng)和厭氧氨氧化反應(yīng)的有效協(xié)調(diào)，總體性能顯著提高，但控制操作比較繁瑣，厭氧氨氧化菌的有效富集沒有得到強化。固定化厭氧氨氧化菌被認(rèn)為是一種穩(wěn)定、高效的脫氮工藝。有研究將固定化技術(shù)用于SHAR0N-ANAMM0X工藝。其中SHARON過程采用聚乙二醇凝膠載體包埋硝化活性污泥固定化技術(shù)，處理甲烷廠的消化液，其出水進入采用聚乙二醇凝膠載體包埋厭氧氨氧化菌的厭氧氨氧化反應(yīng)器，總氮的去除負(fù)荷高達(dá)4.0kg Nm-3Cf1,脫氮效率大大提高。但包埋材料會對底物、中間產(chǎn)物或反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生一定的傳質(zhì)限制。開發(fā)或改性現(xiàn)有的包埋材料會改善其傳質(zhì)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有實現(xiàn)SHAR0N-ANAMM0X工藝的各種反應(yīng)器及運行方式存在的問題，提出一種高效、穩(wěn)定的短程硝化-厭氧氨氧化生物脫氮方法。即耦合生物膜和包埋技術(shù)，采用改性的傳質(zhì)性能好的包埋材料固定化厭氧氨氧化菌，置于附著有亞硝化菌的多孔生物膜球形載體中，強化傳質(zhì)過程，根據(jù)亞硝化-厭氧氨氧化反應(yīng)速度對微生物富集程度進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)兩種菌生物效能的協(xié)調(diào)發(fā)揮，采用上流式膨脹床反應(yīng)器，通過工藝條件的優(yōu)化控制達(dá)到工藝的連續(xù)、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定運行，從而實現(xiàn)SHAR0N-ANAMM0X工藝的簡潔化、穩(wěn)定化、高效化和經(jīng)濟化，為新型生物脫氮工藝的進一步推廣應(yīng)用提供新的思路和途徑。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)其目的。一種高效、穩(wěn)定的短程硝化-厭氧氨氧化生物脫氮方法，其特征在于亞硝化菌采用生物膜固定化、厭氧氨氧化菌采用包埋技術(shù)固定化，通過生物膜-包埋強化耦合技術(shù)實現(xiàn)從氨氮到氮氣的高效、穩(wěn)定的生物降解轉(zhuǎn)化。厭氧氨氧化菌的包埋固定化，選用海藻酸鈉、聚乙烯醇、羥甲基纖維素鈉、聚乙二醇及其組合作為包埋材料，添加納米分子篩、沸石、多孔二氧化硅、活性碳等多孔材料作為改性劑，增加包埋材料中反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳質(zhì)通道。亞硝化菌的生物膜固定化，采用中空多孔塑料或其它材質(zhì)小球作為生物膜載體，將厭氧氨氧化菌包埋材料安放至中空小球中心，將小球放入含有氨氮和亞硝化菌污泥的水中進行限氧曝氣，亞硝化菌在多孔塑料小球表面生長倍增形成生物膜。采用上流式膨脹床反應(yīng)器，加入生物膜固定化的亞硝化菌和包埋固定化的厭氧氨氧化菌，優(yōu)化控制協(xié)同耦合反應(yīng)條件，達(dá)到高效、穩(wěn)定的氨氮降解效率。


附圖為生物膜-包埋生物固定化材`料示意圖。附圖中:1、中空多孔亞硝化菌生物膜載體；2、連接支架；3、承載厭氧氨氧化凝膠球的網(wǎng)套；4、包埋的厭氧氨氧化凝膠球。
具體實施例方式采用中空多孔塑料小球作為生物膜載體，將小球放入含有氨氮和亞硝化菌污泥的水中進行限氧曝氣，亞硝化菌在多孔塑料小球表面生長倍增形成生物膜。通過改變氨氮負(fù)荷、溶解氧濃度、溶解氧限氧方式、堿度、微量元素、生物膜污泥負(fù)載量等因素，考察氨氮的亞硝化速率及影響因素。將厭氧氨氧化活性污泥、海藻酸鈉、多孔材料沸石混合均勻后滴入氯化鈣溶液中形成小球，得到包埋的厭氧氨氧化凝膠球。通過改變氨氮和亞硝酸氮濃度、堿度、微量元素、包埋污泥負(fù)載量等因素，考察氨氮的厭氧氨氧化降解速率及影響因素。根據(jù)亞硝化和厭氧氨氧化反應(yīng)規(guī)律，將厭氧氨氧化凝膠球安放至中空多孔塑料小球中心，調(diào)節(jié)反應(yīng)條件，使亞硝化和厭氧氨氧化的反應(yīng)速率相匹配。采用上流式膨脹床反應(yīng)器，加入生物膜固定化的亞硝化菌和包埋固定化的厭氧氨氧化菌，優(yōu)化控制亞硝化-厭氧氨氧化協(xié)同耦合反應(yīng)條件，根據(jù)進水氨氮濃度，調(diào)節(jié)出水循環(huán)回注、水力停留時間，確定最佳的氨氮降解反應(yīng)工藝條件，達(dá)到高效、穩(wěn)定的氨氮降解效率。實施例1:
將厭氧氨氧化活性污泥2.5X 104mg/L、海藻酸鈉3%、多孔材料沸石2%混合均勻后滴入2%氯化鈣溶液中形成小球，得到包埋的厭氧氨氧化凝膠球。采用聚乙烯中空多孔小球作為生物膜載體，將包埋好的厭氧氨氧化菌安放至中空小球中間，如附圖所示，將小球放入氨氮20mg/L和亞硝化菌污泥5X103mg/L的水中進行限氧曝氣(D01mg/L)，亞硝化菌在多孔塑料小球表面生長倍增形成生物膜。采用14L的上流式膨脹床反應(yīng)器，加入上述生物膜固定化的亞硝化菌和包埋固定化的厭氧氨氧化菌約占反應(yīng)器的2/3，優(yōu)化控制亞硝化-厭氧氨氧化協(xié)同耦合反應(yīng)條件，對氨氮濃度為300mg/L的進水 ，其氨氮降解效率高達(dá)95%。
權(quán)利要求
1.一種高效、穩(wěn)定的短程硝化-厭氧氨氧化生物脫氮方法，其特征在于亞硝化菌采用生物膜固定化、厭氧氨氧化菌采用包埋技術(shù)固定化，通過生物膜-包埋強化耦合技術(shù)實現(xiàn)從氨氮到氮氣的高效、穩(wěn)定的生物降解轉(zhuǎn)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效、穩(wěn)定的短程硝化-厭氧氨氧化生物脫氮方法，其特征在于厭氧氨氧化菌采用包埋固定化，選用海藻酸鈉、聚乙烯醇、羥甲基纖維素鈉、聚乙二醇及其組合作為包埋材料，添加納米分子篩、沸石、多孔二氧化硅、活性碳等多孔材料作為改性齊U，增加包埋材料中反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳質(zhì)通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效、穩(wěn)定的短程硝化-厭氧氨氧化生物脫氮方法，其特征在于亞硝化菌采用生物膜固定化，選用中空多孔塑料或其它材質(zhì)小球作為生物膜載體，將厭氧氨氧化菌包埋材料安放至中空小球中心,將小球放入含有氨氮和亞硝化菌污泥的水中進行限氧曝氣，亞硝化菌在多孔塑料小球表面生長倍增形成生物膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效、穩(wěn)定的短程硝化-厭氧氨氧化生物脫氮方法，其特征在于采用上 流式膨脹床反應(yīng)器，加入生物膜固定化的亞硝化菌和包埋固定化的厭氧氨氧化菌，優(yōu)化控制亞硝化和厭氧氨氧化協(xié)同耦合反應(yīng)條件，達(dá)到高效、穩(wěn)定的氨氮降解效率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高效穩(wěn)定的短程硝化-厭氧氨氧化生物脫氮方法，所述方法耦合生物膜和包埋技術(shù)，采用改性的傳質(zhì)性能好的包埋材料固定化厭氧氨氧化菌，置于附著有亞硝化菌的多孔生物膜球形載體中，強化傳質(zhì)過程，根據(jù)亞硝化-厭氧氨氧化反應(yīng)速度對微生物富集程度進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)兩種菌生物效能的協(xié)調(diào)發(fā)揮，采用上流式膨脹床反應(yīng)器，通過工藝條件的優(yōu)化控制達(dá)到工藝的連續(xù)、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定運行，從而實現(xiàn)短程硝化-厭氧氨氧化工藝的簡潔化、穩(wěn)定化、高效化和經(jīng)濟化。
文檔編號C02F3/28GK103241835SQ201310208280
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月30日
發(fā)明者郭曉燕 申請人:南開大學(xué)