CN101229944A - 高氨氮废水的生物强化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高氨氮废水的生物强化处理方法，属于污水处理技术领域。该方法采用的是厌氧-缺氧-好氧组合工艺，所用反应器均为生物滤池反应器，内部填充大孔聚氨酯基载体，在生物滤池生物膜驯化培养过程中，投加高效复合微生物，通过固定化技术强化处理高氨氮废水。各个单元作用详见说明书。本发明的优点是通过固定化技术有效结合了生物滤池和生物强化两种工艺，可同时去除渗滤液中碳和氮等污染，脱氮效率高，无需外加有机碳源；高效菌固定生长在载体上，减轻了高氨氮对生物的抑制作用，且避免了传统方法中菌的流失；承受进水污染物负荷变化的能力很强，有抵抗系统冲击的能力，是一种高效组合生物处理方法。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体地说是涉及一种高氨氮废水的生物强化处理方法，该方法是生物滤池和生物强化通过固定化技术而组合起来去除废水中高氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和有机物等污染物的处理工艺，适用于城市生活垃圾渗滤液、养殖废水、焦化废水和污泥厌氧消化液等高氨氮废水的处理。
背景技术
氮元素在废水中的主要存在形式有分子态氮、有机态氮、氨态氮、亚硝态氮、硝态氮，以及部分存在于硫氢化物和氰化物中的氮，在未处理的原废水中，有机氮和氨氮是氮的主要存在形式。由于氨氮的毒性作用、硝酸盐的致癌作用以及氮化物对生态系统、河流、湖泊、近海海洋的酸化和富营养化作用，含氮化合物在水污染问题中扮演着越来越重要的角色，尤其是高氨氮废水更是引起广泛的关注，是含氮废水处理中的难点。
排放高氨氮废水的有城市生活垃圾填埋场，以及钢铁、化肥、制药、石油化工、无机化工、铁合金、玻璃制造、肉类加工和饲料生产等工业部门，这些废水中污染物的种类和浓度因行业不同而千变万化，即使同类工业不同工厂的废水其浓度也各不相同，变化较大。
对于高氨氮废水处理技术的研究，经过近几十年的发展，已出现大量行之有效的处理工艺，形成了废水脱氮的技术体系，总结起来主要有两大类，即物化法和生物法。
物化法脱氮主要以吹脱和气提法、折点加氯法、离子交换法、化学沉淀法、电渗析法和催化湿式氧化法等方法为主。但是氨吹脱、汽提工艺均易生成水垢，而吹脱法除氨又不适宜在寒冷的冬季使用，因为水温低时吹脱效率低。折点加氯法效果佳，不受水温影响，但对于高浓度氨氮废水的处理运行成本太高，而且副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染。离子交换法投资省、操作较为方便，氨氮去除率也很高，但是对硝态氮、亚硝态氮以及有机氮没有去除能力。化学沉淀法操作简单，但是运行费用高，需要附加污泥分离装置，且易造成二次污染。电渗析法，无需添加氧化剂、絮凝剂等药品，操作简便；但是其能耗大，成本高，还存在着析氧析氢等副反应。湿式催化氧化法操作条件较为苛刻，能耗较大。
对比上述的物化法，生物脱氮技术适用范围最广，且无二次污染，是较为经济有效的处理技术。生物脱氮是指污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被异养型微生物氧化分解，转化为氨氮，然后再由自养型硝化菌将其转化为NO3 -，最后再由反硝化菌将NO3 -还原为N2，从而达到脱氮的目的的过程。
随着经济和科学技术的发展，人们的环境意识和水环境标准的不断提高，传统的活性污泥法以及在传统活性污泥工艺基础上改造而成的A/O法，A2/O法等工艺，虽然在脱氮方面起到了一定的作用，仍存在很多问题，如占地面积大，有机负荷低，低温时效率低，动力消耗及运行费用高等；而且在处理高氨氮废水时，由于高浓度的游离氨会抑制硝化细菌的活性，导致出水难以达标；对于低C/N比的高氨氮废水，则要常加额外的碳源。
二十世纪七八十年代产生的生物强化技术通过向反应系统中投加高效微生物可以改善处理系统的出水水质，尤其是投加高效硝化菌和反硝化菌对废水中去除高氨氮效果显著。但是由于投加的高效菌往往悬浮于系统中，容易发生失活和流失，不能与出水有效分离，长期投加又会增加水处理成本，生物强化技术的广泛应用受到了限制。
发明内容
本发明目的在于弥补现有技术中存在的不足之处，而提供一种生物滤池和生物强化通过固定化技术而组合起来处理高氨氮废水的方法。
通过深入各种高氨氮废水的水质特征，综合比较国内外高氨氮废水处理方法，针对高氨氮废水的处理难点，开发出高氨氮废水生物强化处理的方法，即生物滤池+生物强化的组合工艺。该工艺不仅有效的将有机物和高氨氮去除，还可以达到60-90％的总氮去除率。
本发明的技术方案是：采用的是厌氧-缺氧-好氧组合工艺，所用反应器均为生物滤池反应器，内部填充大孔聚氨酯基载体，在生物滤池生物膜驯化培养过程中，投加高效复合微生物，通过固定化技术强化处理高氨氮废水；包括如下顺序的步骤：
厌氧和缺氧处理：预处理过的高氨氮废水顺序经过厌氧滤池和缺氧滤池，废水中的大部分有机物和毒性物质进行了降解，其中将有机氮降解为氨氮，为后续的处理打下基本；同时，通过反硝化可去除回流水中的氮氧化物；
好氧处理：缺氧滤池出水进入曝气生物滤池反应器，进行彻底的硝化反应，去除高氨氮，同时去除一部分总氮和余下的有机物，出水回流到厌氧滤池或缺氧滤池中，回流路线及回流比例根据实际的水质情况而定，以去除曝气生物滤池段产生的余下的氮氧化物，保证出水氨氮浓度达到15mg/L以下。
厌氧滤池、缺氧滤池、曝气生物滤池的数量和容积比根据所处理的高氨氮废水水源不同可以适当改变。
当进水氨氮浓度大于1500mg/L时，出水回流到厌氧滤池，与进水混合进入反应器，以降低进水氨氮浓度，减轻对微生物的抑制作用；进水氨氮浓度小于1500mg/L时，出水回流到缺氧滤池，以去除曝气生物滤池段产生的余下的氮氧化物。
系统中采用的大孔聚氨酯基生物载体，其湿密度与水相当，悬浮在反应器内，且流化态载体之间不易结膜堵塞，反应器无需反冲洗。
投加的高效复合微生物可自固定在大孔聚氨酯基载体的表面和内部，固定后的微生物不易流失、微生物负载量高。
曝气生物滤池反应器中，由于大孔聚氨酯基载体与高效复合微生物的固定化作用，使载体内部同时形成厌氧-缺氧-好氧的微环境，反应器中发生同步硝化反硝化反应，在完全硝化的同时去除一部分总氮。
所采用的高效复合微生物为Biosystem B系列产品
处理过程中各工艺段所需要的条件为：厌氧滤池和缺氧滤池的温度保持在30-35℃之间，进水pH值调节在6.8-7.5之间；曝气生物滤池的温度保持在20-30℃之间，pH调节到6.5-8.5之间，溶解氧调节在2.0-6.0mg/L之间。
本发明相比现有技术具有如下优点：通过固定化技术有效结合了生物滤池和生物强化两种工艺，可同时去除渗滤液中碳和氮等污染，同时还可脱色、除臭；脱氮效率高，无需外加有机碳源；高效菌固定生长在载体上，减轻了高氨氮对生物的抑制作用；由于采用了固定化技术，使得系统内生物量很大，生物种类丰富，含有短杆菌、长杆菌和球菌等，有大量菌胶团，世代时间长的硝化菌、反硝化菌等可有效固定在载体上，避免了传统方法中菌的流失；承受进水污染物负荷变化的能力很强，有抵抗系统冲击的能力，是一种高效组合生物处理方法。
本发明的技术原理为：首先采用厌氧滤池和缺氧滤池通过反硝化、水解酸化和厌氧产甲烷反应去除大部分有机物和氮氧化物，将有机氮转化为氨氮。缺氧滤池出水中高浓度氨氮和残余有机物在后续的曝气生物滤池中得到进一步的降解，发生完全硝化反应，去除高氨氮，同时去除一部分总氮和余下的有机物，出水回流到厌氧滤池或缺氧滤池(回流路线和回流比例根据实际的水质情况而定)，去除曝气生物滤池段产生的余下的氮氧化物，使出水氨氮达标排放。
具体步骤按如下进行：
高氨氮废水在调节池中调pH在6.8-7.5之间，进入厌氧滤池和缺氧滤池，去除大部分有机物、氮氧化物及毒性物质，将有机氮转化成氨氮；
缺氧滤池出水进入曝气生物滤池，彻底硝化去除氨氮，同时去除一部分总氮和余下的可生化有机物，出水氨氮低于15mg/L。
其中：
调节池中，高氨氮废水的pH值调至6.8-7.5之间，各种高氨氮废水水质差别很大，即使同一种高氨氮废水，水质波动也很大，pH值波动范围很宽，采用的调节药剂是醋酸，盐酸或氧化钙。
所用生物滤池反应器内部均填充大孔聚氨酯基载体，在生物滤池生物膜驯化培养过程中投加高效复合微生物强化剂，使其固定在载体表面及内部。
反应器首先采用调pH值后的人工配水来驯化，逐步在人工配水中加大实际高氨氮废水的比例，直至完全进实际高氨氮原水。厌氧和缺氧滤池温度保持在30-35℃之间，水力停留时间为12-48h，COD容积负荷可高达20kg/(m3·d)，去除率为70-90％，缺氧滤池出水中氮氧化物浓度显著降低。曝气生物滤池中由于高效复合微生物的固定化作用，可以使载体内部形成厌氧-缺氧-好氧的微环境，硝化菌固定在载体表层，反硝化菌固定在载体内部，为同步硝化反硝化反应的发生创造了环境，有利于总氮的去除。曝气生物滤池温度保持在20-30℃之间，停留时间为12-36h，溶解氧浓度为2-6mg/L；COD容积负荷可高达10kg/(m3·d)，去除率为65-98％；氨氮容积负荷可达0.5-2.0kg/(m3·d)，去除率高达99％；曝气生物滤池部分总氮去除率可达到50-70％，出水部分回流至厌氧滤池或缺氧滤池中，进行剩余氮氧化物的进一步去除。
本发明是一种高效处理高氨氮废水的方法，可应用于任何高氨氮浓度，水质波动大的废水处理。
本发明的实施方式的过程是：分别取垃圾渗滤液、药厂废水和焦化废水的样品进入调节池，调节pH值在6.8-7.5之间，然后进入厌氧滤池和缺氧滤池去除有机物和氮氧化物，出水再进入曝气生物滤池进一步去除水中的氨氮和剩余有机污染物。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合图1和3个实施例，对本发明加以进一步说明，但本发明不只限于这些实施例。
实施例1：
采用本发明方法处理垃圾渗滤液，采用一级厌氧滤池+一级缺氧滤池+三级曝气生物滤池的组合反应器，所采用的高效复合微生物是Biosystem B350和Bll0。原水CODCr浓度为3800-24000mg/L，NH4 +-N浓度为1050-2100 mg/L，厌氧滤池和缺氧滤池水温控制在30-35℃，曝气生物滤池水温控制在20-28℃，总停留时间为96h，最终出水CODCr浓度为260-950mg/L，NH4 +-N浓度为2.0-30.0mg/L。CODCr平均去除率达到90％以上，NH4 +-N平均去除率达到99％以上。
实施例2：
采用本发明方法处理药厂生产废水的稀释水，采用两级缺氧滤池+三级曝气生物滤池的组合反应器，所采用的高效复合微生物是Biosystem B350和B500。进水CODCr浓度为950-2500mg/L，NH4 +-N浓度为300-450mg/L，厌氧滤池和缺氧滤池水温控制在30-35℃，曝气生物滤池水温控制在25-30℃，总停留时间为72h，最终出水CODCr浓度为50-150mg/L，NH4 +-N浓度为1.0-6.0mg/L。
实施例3：
采用本发明方法处理焦化废水，采用一级厌氧滤池+一级缺氧滤池+两级曝气生物滤池的组合反应器，所采用的高效复合微生物是Biosystem B350。进水CODCr浓度为3500-5000mg/L，NH4 +-N浓度为450-700mg/L，厌氧滤池和缺氧滤池水温控制在30-35℃，曝气生物滤池水温控制在20-30℃，总停留时间为36-48h，最终出水CODCr浓度为80-130mg/L，NH4 +-N浓度为0.2-1.5mg/L。
由上述实例可见，本发明方法对于不同种类的高氨氮废水均具有良好的处理效果。
Claims (8)
1.高氨氮废水的生物强化处理方法，其特征在于采用的是厌氧-缺氧-好氧组合工艺，所用反应器均为生物滤池反应器，内部填充大孔聚氨酯基载体，在生物滤池生物膜驯化培养过程中，投加高效复合微生物，通过固定化技术强化处理高氨氮废水；包括如下顺序的步骤：
厌氧和缺氧处理：预处理过的高氨氮废水顺序经过厌氧滤池和缺氧滤池，废水中的大部分有机物和毒性物质进行了降解，其中将有机氮降解为氨氮，为后续的处理打下基本；同时，通过反硝化可去除回流水中的氮氧化物；
好氧处理：缺氧滤池出水进入曝气生物滤池反应器，进行彻底的硝化反应，去除高氨氮，同时去除一部分总氮和余下的有机物，出水回流到厌氧滤池或缺氧滤池中，回流路线及回流比例根据实际的水质情况而定，以去除曝气生物滤池段产生的余下的氮氧化物，保证出水氨氮浓度达到15mg/L以下。
2.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物强化处理方法，其特征在于厌氧滤池、缺氧滤池、曝气生物滤池的数量和容积比，根据所处理的高氨氮废水水源不同，可以适当改变。
3.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物强化处理方法，其特征在于当进水氨氮浓度大于1500mg/L时，出水回流到厌氧滤池，与进水混合进入反应器，以降低进水氨氮浓度，减轻对微生物的抑制作用；进水氨氮浓度小于1500mg/L时，出水回流到缺氧滤池，以去除曝气生物滤池段产生的余下的氮氧化物。
4.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物强化处理方法，其特征在于系统中采用的大孔聚氨酯基生物载体，其湿密度与水相当，悬浮在反应器内，且流化态载体之间不易结膜堵塞，反应器无需反冲洗。
5.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物强化处理方法，其特征在于投加的高效复合微生物可自固定在大孔聚氨酯基载体的表面和内部，固定后的微生物不易流失、微生物负载量高。
6.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物强化处理方法，其特征在于曝气生物滤池反应器中，由于大孔聚氨酯基载体与高效复合微生物的固定化作用，使载体内部同时形成厌氧-缺氧-好氧的微环境，反应器中发生同步硝化反硝化反应，在完全硝化的同时去除一部分总氮。
7.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物强化处理方法，其特征在于所采用的高效复合微生物为Biosystem B系列产品。
8.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物强化处理方法，其特征在于处理过程中各工艺段所需要的条件为：厌氧滤池和缺氧滤池的温度保持在30-35℃之间，进水pH值调节在6.8-7.5之间；曝气生物滤池的温度保持在20-30℃之间，pH调节到6.5-8.5之间，溶解氧调节在2.0-6.0mg/L之间。
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