一種快速實現(xiàn)生物濾池厭氧氨氧化的方法與裝置制造方法
【專利摘要】一種快速實現(xiàn)生物濾池厭氧氨氧化的方法與裝置，屬于污水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。包括圓筒型反應(yīng)裝置、進水箱、曝氣盤、集水槽、反沖洗進水管、反沖洗出水管、反沖洗水泵、反沖洗進氣管、壓力表；整個反應(yīng)過程的溫度在控制在30-33℃；氨氮與亞硝態(tài)氮的比例為1:1.32；控制系統(tǒng)濾速為1.5-2.0m/h；并通過基于壓力制值變化特征點控制厭氧氨氧化生物濾池的反沖洗周期和強度。本發(fā)明具有有利于經(jīng)濟有效地控制水體氮素污染，提高污水深度脫氮效率和回用水水質(zhì)。
【專利說明】一種快速實現(xiàn)生物濾池厭氧氨氧化的方法與裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種含氮廢水生物處理工藝的快速實現(xiàn)方法，與傳統(tǒng)硝化一反硝化脫 氮工藝相比能夠節(jié)省約62. 5%的供氧量、100%的外加碳源，污泥產(chǎn)量可減少70?80%。適 用于污泥消化液、垃圾滲濾液和污水處理廠二級水的深度處理，有利于經(jīng)濟有效地控制水 體氮素污染，提高污水深度脫氮效率和回用水水質(zhì)，并降低回用水處理成本，屬于污水處理

【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，環(huán)境問題也日益受到人類的關(guān)注，其中水體的富營養(yǎng) 化現(xiàn)象（指在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進入湖泊、河口、海灣 等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其 他生物大量死亡的現(xiàn)象）逐漸引起人們的高度重視。生物硝化反硝化是目前普遍采用的污 水脫氮方法。傳統(tǒng)硝化作用分兩步進行。首先，氨氮在氨氧化菌（A0B)的作用下轉(zhuǎn)化為亞 硝酸鹽；隨后，亞硝酸鹽通過亞硝酸氧化菌（N0B)轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。反硝化作用是在缺氧及存 在有機碳源的條件下，由反硝化菌將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽并進一步還原為氮氣。但當處 理低氨氮廢水（如某些以居民生活污水為主的城市污水）時，由于碳源不足或水溫波動等 原因，脫氮效率較低。
[0003] 厭氧氨氧化生物脫氮技術(shù)是在厭氧條件下，厭氧氨氧化菌以亞硝酸鹽氮或硝酸鹽 氮為電子受體，直接將氨氧化并生成氮氣的過程。與傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝或同時硝化反 硝化工藝相比，厭氧氨氧化為自養(yǎng)微生物過程，并具有不需要外加有機碳源、污泥產(chǎn)量少、 不需曝氣、節(jié)省運行費用、不需要酸堿中和劑、無二次污染等優(yōu)點，適用于低碳氮比廢水的 處理。實現(xiàn)厭氧氨氧化對于提高脫氮效率、節(jié)省能源和碳源具有重要的意義，但目前該工 藝的應(yīng)用多集中于高氨氮廢水的處理問題上，對于處理低C/N比的生活污水或城市污水過 程，尚未有行之有效的實現(xiàn)厭氧氨氧化深度脫氮的方法。
[0004] 生物濾池是生物膜法處理污水的傳統(tǒng)工藝，于19世紀末發(fā)展起來，先于活性污泥 法。生物濾池具有微生物種類豐富、生物量大、食物鏈長、剩余污泥產(chǎn)量少、等優(yōu)點，適合低 濃度污水處理，但到目前為止對生物濾池污染物去除機理尚不十分明確，未能充分發(fā)揮其 處理潛力；同時如何進一步強化其生物作用等問題還沒有進行系統(tǒng)深入的研究。因此研究 厭氧氨氧化生物濾池的快速實現(xiàn)方法及穩(wěn)定性問題具有重要的理論意義和應(yīng)用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種快速實現(xiàn)生物濾池厭氧氨氧化的方法，通過施加各種有 利于實現(xiàn)厭氧氨氧化生物濾池的調(diào)控方法，給出最優(yōu)的環(huán)境控制參數(shù)，達到快速實現(xiàn)厭氧 氨氧化生物濾池深度脫氮的效果。
[0006] -種快速實現(xiàn)生物濾池厭氧氨氧化的裝置，其特征在于，包括圓筒型反應(yīng)裝置、進 水箱、曝氣盤、集水槽、反沖洗進水管、反沖洗出水管、反沖洗水泵、反沖洗進氣管、壓力表； 圓筒型反應(yīng)裝置（18)的外部為一層水浴加熱裝置（17)，水浴加熱裝置內(nèi)設(shè)有加熱棒，加熱 棒和外部的溫控裝置（6)連接用于控制水浴加熱的溫度；圓筒型反應(yīng)裝置的側(cè)面設(shè)有多個 突出水浴加熱裝置表面的取樣口（14);圓筒型反應(yīng)裝置（18)內(nèi)設(shè)有反應(yīng)器濾料層，在反應(yīng) 器濾料層的頂部和底部分別安裝有壓力表P1和P2,圓筒型反應(yīng)裝置（18)的底部為底部裝 置，底部裝置的底部安裝有曝氣盤，底部裝置與圓筒型反應(yīng)裝置（18)連通，圓筒型反應(yīng)裝 置（18)的頂部安裝有出水槽（19)，出水槽（19)的頂部開有排氣口（9)，出水槽（19)通過 出水管（16)與出水箱/反沖洗進水箱（15)連接，出水箱/反沖洗進水箱（15)通過反沖洗 進水管（13)經(jīng)由反沖洗水泵（12)、第一玻璃轉(zhuǎn)子流量計（11)、閥門與底部裝置連通；出水 槽（19)通過反沖洗出水管⑶與反沖洗出水箱（7)連接；空氣壓縮機⑵通過反沖洗進氣 管（10)經(jīng)由第二玻璃轉(zhuǎn)子流量計、閥門與底部裝置連通；進水箱（1)通過進水管（3)經(jīng)由 進水蠕動泵（4)和進水閥門與底部裝置連通。
[0007] 反應(yīng)器濾料層的濾料為膨脹粘土，優(yōu)選FILTRALITEHR3-6mm(挪威，膨脹粘土）。
[0008] 本發(fā)明采用上述裝置進行生物濾池厭氧氨氧化深度脫氮的方法，特征在于，采用 連續(xù)進水的運行方式，反應(yīng)器濾料層接種成熟的厭氧氨氧化污泥，將待處理的二級水（短 程硝化一反硝化出水）以1.5_2m/h濾速流過濾床，在整個反應(yīng)過程中，始終控制系統(tǒng)內(nèi)溫 度保持在30_33°C范圍內(nèi)，具體過程包括如下步驟：
[0009] 將成熟厭氧氨氧化污泥接種到生物濾池中，調(diào)節(jié)待處理的二級水，使得二級水中 進水氨氮：亞硝態(tài)氮質(zhì)量濃度比維持在1:1. 32,用進水蠕動泵將二級水以從底部裝置泵入 到圓筒型反應(yīng)器中，使其通過反應(yīng)器濾料層，在厭氧氨氧化菌的作用下，氨態(tài)氮與亞硝態(tài)氮 反應(yīng)生成氮氣，從反應(yīng)器頂部排氣口排出，凈化水從出水管排放；
[0010] 具體操作步驟為：
[0011] 1)啟動階段：將反應(yīng)器水浴加熱裝置的水浴套中加滿水，打開溫控裝置，溫度控 制在30-33°C;將厭氧氨氧化污泥從反應(yīng)器取樣口泵入到反應(yīng)器濾料層中；打開進水閥門， 打開進水蠕動泵，至少使水填滿圓筒型反應(yīng)器，一般調(diào)節(jié)使濾速維持在〇. 5-lm/h，運行3d， 進入到正常運行階段；
[0012]2)正常運行階段：打開進水閥門，然后打開進水蠕動泵，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速使濾速維持在 1. 5-2.Om/h，待處理的二級水由反應(yīng)器底部連續(xù)進入到生物濾池中，通過濾料層，在厭氧氨 氧化菌的作用下，氨態(tài)氮與亞硝態(tài)氮反應(yīng)生成氮氣，從反應(yīng)器頂部排氣口排出，凈化水從出 水口排放至出水箱；
[0013] 3)反沖洗運行階段：當反應(yīng)器濾料層系統(tǒng)中壓力差即反應(yīng)器濾料層底部和頂部 的壓力差P大于等于1. 6P0時，即P=P2-P1彡1. 6P0時，其中P0為濾料未接種污泥前反 應(yīng)器濾料層底部和頂部的水壓力差，關(guān)閉進水閥門及蠕動泵，進行反沖洗，模式為：先進行 氣沖，然后氣水聯(lián)合沖，再進行水沖，待濾料層系統(tǒng)中壓力為1.2P0 1.6P0，停止水 沖，否則應(yīng)繼續(xù)氣水聯(lián)合沖；
[0014]4)反沖洗結(jié)束后返回至步驟2)，即正常運行階段。
[0015] 厭氧氨氧化生物脫氮工藝的實現(xiàn)條件在本質(zhì)上是厭氧氨氧化細菌菌群結(jié)構(gòu)的形 成及優(yōu)化，即盡可能淘汰系統(tǒng)中其它菌種（如氨氧化菌、亞硝酸鹽氧化菌、異養(yǎng)菌），保留厭 氧氨氧化細菌。
[0016] 本發(fā)明所提供的快速實現(xiàn)生物濾池厭氧氨氧化深度脫氮的方法是將提高厭氧氨 氧化菌生長速率，抑制其它菌種生長速率，即最有利于富集厭氧氨氧化細菌、淘汰其它菌種 的因素綜合在一起的，具體包括：
[0017] 1)溫度。將反應(yīng)器系統(tǒng)運行溫度控制在30-33°C之間，有利于富集厭氧氨氧化細 菌。溫度主要是通過影響微生物體內(nèi)酶的活性來發(fā)揮作用，在30°C以上溫度條件下，厭氧氨 氧化細菌的生長速率大于亞硝酸氧化細菌和異養(yǎng)菌的生長速率，長期在這種條件下運行， 有利于富集厭氧氨氨氧化細菌。
[0018] 2)pH。將反應(yīng)器系統(tǒng)pH控制在7. 5-8. 5,有利于厭氧氨氧化細菌的生長。pH值對 厭氧氨氧化過程的影響主要表現(xiàn)在2個方面：lpH值會影響細胞內(nèi)的電解質(zhì)平衡，直接影 響微生物的活性甚至其能否存活；2pH值還會影響溶液中基質(zhì)或抑制物的濃度，而間接影 響微生物的活性。
[0019] 3)有機物。將進水C0D濃度控制在40mg/L以下，有利于富集厭氧氨氧化細菌。厭 氧氨氧化菌屬于自養(yǎng)型細菌，其生長無需有機碳的參與，但有機物作為廢水生物處理中常 見的電子供體，易與亞硝酸氮發(fā)生反硝化反應(yīng)。因此，較低濃度的有機物對厭氧氨氧化活 性影響不大，而大量有機物則會抑制厭氧氨氧化活性。
[0020] 本發(fā)明具有以下益效果：
[0021] 1)脫氮效果好，氨氮和亞硝態(tài)氮去除率達到95%以上、總氮小于5mg/L，2002年 國家頒布的排污標準中，對城鎮(zhèn)污水最嚴格的排放標準為出水氨氮小于5mg/L、總氮小于 15mg/L，本發(fā)明的出水氨氮和總氮遠低于國家頒布的排污標準。
[0022] 2)節(jié)能降耗效果好，由于厭氧氨氧化菌是自養(yǎng)菌，反硝化過程中直接以氨作為電 子供體，因此反應(yīng)無需外加有機碳源，既節(jié)省了運行成本，又可防止二次污染。
[0023] 3)亞硝酸鹽氮是厭氧氨氧化的關(guān)鍵性電子受體，硝化階段只需將NH; -N氧化 為NC^_N，這樣可減62.5%的耗氧量，供氧能耗大幅下降。
[0024] 4)厭氧氨氧化工藝的產(chǎn)酸量大為降低，產(chǎn)堿量更降至零，能夠節(jié)約大量的中和試 劑。
[0025] 5)厭氧氨氧化細菌的世代時間為10-13d，工藝的污泥產(chǎn)量少，僅為傳統(tǒng)生物脫氮 工藝污泥產(chǎn)量的8%左右，無形中減少了污泥后續(xù)處理和處置的費用及環(huán)境壓力，并且厭 氧氨氧化生物濾池反沖洗周期時間長，使得系統(tǒng)的運行管理更為簡便。
[0026] 6)厭氧氨氧化工藝可有多種形式，如SHAR0N-ANAMM0X、CANNON等。
[0027] 7)本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于污水處理廠污泥消化液、垃圾滲濾液的處理，在二級水深 度處理也有較深的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1、實施例中快速實現(xiàn)生物濾池厭氧氨氧化深度脫氮方法的試驗裝置；
[0029] 本裝置外部構(gòu)型和設(shè)備：本裝置主體外部構(gòu)型為圓柱形（外部有一層水浴加熱）， 1進水箱；2空氣壓縮機；3進水管；4進水蠕動泵；5壓力表；6溫控裝置；7反沖洗出水箱； 8反沖洗出水管；9排氣口； 10反沖洗進氣管；11玻璃轉(zhuǎn)子流量計；12反沖洗水泵；13反沖 進水管；14取樣口； 15出水箱/反沖洗進水箱；16出水管；17水浴加熱裝置；18圓筒型反 應(yīng)裝置；19出水槽.
[0030]圖2為采用實施例1工藝出水效果圖。

【具體實施方式】
[0031] 以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明，單本發(fā)明并不限于以下實 施例。
[0032] 實施例1
[0033] 以某大學(xué)家屬區(qū)處理后的二級出水（短程硝化一反硝化出水）作為實驗對象。厭 氧氨氧化生物濾池反應(yīng)器有效容積16L，以FILTRALITEHR3-6mm(挪威，膨脹粘土）（優(yōu)選） 為濾料，濾料層高度為1. 2m，承托層高0. 2m，連續(xù)進水，進水濾速維持在0. 5m/h，進水氨氮： 亞硝態(tài)氮質(zhì)量濃度比維持在1:1. 32,NH;-N濃度為18mg/L，N〇i-N濃度為24mg/L;通 過溫控裝置控制反應(yīng)溫度在30-33°C范圍內(nèi)。
[0034] 1)啟動階段：將反應(yīng)器水浴套中加滿水，打開溫控裝置，溫度控制在30_33°C;用 蠕動泵將待接種的成熟厭氧氨氧化污泥從反應(yīng)器取樣口泵入到反應(yīng)器濾料層中；打開進水 閥門，打開4-進水蠕動泵，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速使濾速維持在0. 5m/h，運行3d后進入到階段2,即正常 運行階段；
[0035] 2)正常運行階段：打開進水閥門，然后打開4-進水蠕動泵，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速使濾速維持 在1. 5-2.Om/h，待處理的二級水由反應(yīng)器底部連續(xù)進入到生物濾池中，通過濾料層，在厭氧 氨氧化菌的作用下，氨態(tài)氮與亞硝態(tài)氮反應(yīng)生成氮氣，從反應(yīng)器頂部9-排氣口排出，凈化 后出水從16-出水管排放至15-出水箱；
[0036] 3)反沖洗運行階段：當反應(yīng)器濾料層系統(tǒng)中壓力大于等于P= P2-P1 > 1.6P0(P0 :濾料未接種污泥前濾料層底部和頂部的水壓差）時，進行反沖洗：1) 氣沖：首先關(guān)閉進水閥門及4-進水蠕動泵，從反應(yīng)器上部第二個取樣口排水（此時第二個 取樣口的高度高于濾料層的頂高），液位達到第二個取樣口時停止排水；打開反沖洗進氣 閥門和2-空氣壓縮機，調(diào)節(jié)玻璃轉(zhuǎn)子流量計，曝氣量為10-20L/min(優(yōu)選15L/min)，維持 2min;2)氣沖+水沖：再打開12-反沖洗進水泵，反沖洗進水閥門，調(diào)節(jié)玻璃轉(zhuǎn)子流量計， 流量為200-400L/h(優(yōu)選300L/h)，維持3min;3)水沖：關(guān)閉反沖洗進氣閥門和2-空氣壓 縮機，調(diào)節(jié)玻璃轉(zhuǎn)子流量計使水沖流量為400-500L/h( -般水沖階段的水沖流量大于氣沖 +水沖階段的水沖流量，優(yōu)選400L/h)，待濾料層系統(tǒng)中壓力為1.2P0彡P(guān)彡1.6P0，關(guān)閉 12-反沖洗進水泵和反沖洗進水閥門，反沖洗結(jié)束。
[0037] 4)反沖洗結(jié)束后返回至步驟2,即正常運行階段。
[0038] 采用上述工藝出水效果見圖2。
【權(quán)利要求】
1. 一種快速實現(xiàn)生物濾池厭氧氨氧化的裝置，其特征在于，包括圓筒型反應(yīng)裝置、進水 箱、曝氣盤、集水槽、反沖洗進水管、反沖洗出水管、反沖洗水泵、反沖洗進氣管、壓力表；圓 筒型反應(yīng)裝置（18)的外部為一層水浴加熱裝置（17)，水浴加熱裝置內(nèi)設(shè)有加熱棒，加熱棒 和外部的溫控裝置（6)連接用于控制水浴加熱的溫度；圓筒型反應(yīng)裝置的側(cè)面設(shè)有多個突 出水浴加熱裝置表面的取樣口（14);圓筒型反應(yīng)裝置（18)內(nèi)設(shè)有反應(yīng)器濾料層，在反應(yīng) 器濾料層的頂部和底部分別安裝有壓力表P1和P2,圓筒型反應(yīng)裝置（18)的底部為底部裝 置，底部裝置的底部安裝有曝氣盤，底部裝置與圓筒型反應(yīng)裝置（18)連通，圓筒型反應(yīng)裝 置（18)的頂部安裝有出水槽（19)，出水槽（19)的頂部開有排氣口（9)，出水槽（19)通過 出水管（16)與出水箱/反沖洗進水箱（15)連接，出水箱/反沖洗進水箱（15)通過反沖洗 進水管（13)經(jīng)由反沖洗水泵（12)、第一玻璃轉(zhuǎn)子流量計（11)、閥門與底部裝置連通；出水 槽（19)通過反沖洗出水管⑶與反沖洗出水箱（7)連接；空氣壓縮機⑵通過反沖洗進氣 管（10)經(jīng)由第二玻璃轉(zhuǎn)子流量計、閥門與底部裝置連通；進水箱（1)通過進水管（3)經(jīng)由 進水蠕動泵（4)和進水閥門與底部裝置連通。
2. 按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，反應(yīng)器濾料層的濾料為膨脹粘土。
3. 按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，反應(yīng)器濾料層的濾料FILTRALITE HR3-6mm。
4. 利用權(quán)利要求1-3的任一裝置進行生物濾池厭氧氨氧化深度脫氮的方法，特征在 于，采用連續(xù)進水的運行方式，反應(yīng)器濾料層接種成熟的厭氧氨氧化污泥，將待處理的二級 水以1. 5-2m/h濾速流過濾床，在整個反應(yīng)過程中，始終控制系統(tǒng)內(nèi)溫度保持在30-33°C范 圍內(nèi)，具體過程包括如下步驟： 將成熟厭氧氨氧化污泥接種到生物濾池中，調(diào)節(jié)待處理的二級水，使得二級水中進水 氨氮：亞硝態(tài)氮質(zhì)量濃度比維持在1:1. 32,用進水蠕動泵將二級水以從底部裝置泵入到圓 筒型反應(yīng)器中，使其通過反應(yīng)器濾料層，在厭氧氨氧化菌的作用下，氨態(tài)氮與亞硝態(tài)氮反應(yīng) 生成氮氣，從反應(yīng)器頂部排氣口排出，凈化水從出水管排放； 具體操作步驟為： 1) 啟動階段：將反應(yīng)器水浴加熱裝置的水浴套中加滿水，打開溫控裝置，溫度控制在 30-33°C ;將厭氧氨氧化污泥從反應(yīng)器取樣口泵入到反應(yīng)器濾料層中；打開進水閥門，打開 進水蠕動泵，至少使水填滿圓筒型反應(yīng)器； 2) 正常運行階段：打開進水閥門，然后打開進水蠕動泵，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速使濾速維持在 1. 5-2. Om/h，待處理的二級水由反應(yīng)器底部連續(xù)進入到生物濾池中，通過濾料層，在厭氧氨 氧化菌的作用下，氨態(tài)氮與亞硝態(tài)氮反應(yīng)生成氮氣，從反應(yīng)器頂部排氣口排出，凈化水從出 水口排放至出水箱； 3) 反沖洗運行階段：當反應(yīng)器濾料層系統(tǒng)中壓力差即反應(yīng)器濾料層底部和頂部的壓 力差P大于等于1. 6P0時，即P = P2-P1彡1. 6P0時，其中P0為濾料未接種污泥前反應(yīng)器 濾料層底部和頂部的水壓力差，關(guān)閉進水閥門及蠕動泵，進行反沖洗，模式為：先進行氣沖， 然后氣水聯(lián)合沖，再進行水沖，待濾料層系統(tǒng)中壓力為1. 2P0 < P < 1. 6P0，停止水沖，否則 應(yīng)繼續(xù)氣水聯(lián)合沖； 4) 反沖洗結(jié)束后返回至步驟2)，即正常運行階段。
【文檔編號】C02F101/16GK104355404SQ201410586331
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】楊慶, 馮紅利, 劉秀紅, 谷鵬超 申請人:北京工業(yè)大學(xué)