申请日2015.11.15
公开(公告)日2016.02.24
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明属于污水处理领域内的一种高氨氮废水的生物脱氮系统，由前处理单元、脱氮单元和后处理单元依次连接而成，脱氮单元中加有零价铁、二价铁离子或三价铁离子，加入好氧或厌氧污泥作为接种污泥，培养具有硝化、自养反硝化、Fe3+还原和Fe2+氧化的多功能微生物混合污泥;脱氮单元采用间歇供氧，供氧期间脱氮单元中的高氨氮废水溶解氧浓度不高于1.5mg/L。本发明克服了现有生物脱氮工艺脱氮效果差，不能实现完全脱氮，耗时较长的技术缺陷，提供的高氨氮废水的生物脱氮系统全程完全自养脱氮，脱氮效率高，费用低。
权利要求书
1.一种高氨氮废水的生物脱氮系统，由前处理单元、脱氮单元和后处理单元依次连接而成，高氨氮废水经过前处理单元去除有机物后进入脱氮单元，在脱氮单元去除氨氮后进入后处理单元，在后处理单元沉淀污泥，后处理单元出水达到排放标准后排放或回用，其特征在于脱氮单元中加有零价铁(Fe0)、二价铁离子(Fe2+)或三价铁离子(Fe3+)，加入好氧或厌氧污泥作为接种污泥，培养具有硝化、自养反硝化、Fe3+还原和Fe2+氧化的多功能微生物混合污泥;脱氮单元采用间歇供氧，供氧与不供氧时间根据出水中NH4+和NO3-、NO2-浓度调节，NH4+浓度高时，延长供氧时间，缩短不供氧时间，NO3-、NO2-浓度高时，延长不供氧时间，缩短供氧时间;供氧期间脱氮单元中的高氨氮废水溶解氧浓度不高于1.5mg/L。
2.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物脱氮系统，其特征在于所述前处理单元为厌氧生物处理单元、沉淀单元或自然处理单元。
3.根据权利要求1或2所述的高氨氮废水的生物脱氮系统，其特征在于所述后处理单元为絮凝单元、沉淀单元。
4.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物脱氮系统，其特征在于所述接种污泥为硝化污泥、反硝化污泥和厌氧氨氧化污泥中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物脱氮系统，其特征在于所述二价铁离子或三价铁离子与氨氮浓度的摩尔比为1.0~6.0﹕1;零价铁与氨氮浓度的摩尔比为2~20﹕1。
6.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物脱氮系统，其特征在于所述零价铁为铁粉、废铁渣、铁刨花和废钢铁中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物脱氮系统，其特征在于所述脱氮单元中高氨氮废水的pH值为6.5~8.5，在15~35oC下，高氨氮废水在反应器中停留0.5~5天，然后进入后处理单元。
8.根据权利要求1所述的高氨氮废水的生物脱氮系统，其特征在于所述高氨氮废水的氨氮浓度为10~1000mgN/L。
说明书
高氨氮废水的生物脱氮系统
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种高氨氮废水的生物脱氮系统。
背景技术
高氨氮高浓度有机废水一般采用厌氧处理去除有机物，厌氧处理出水则为高氮低碳废水，针对高氮低碳废水，传统的生物脱氮主要采用硝化-反硝化法，分为2个阶段，首先是自养的硝化菌在好氧的条件下将氨氮氧化为NO3--N、NO2--N，然后通过异养的反硝化菌在缺氧的条件下利用有机碳源将NO3--N、NO2--N还原为氮气。硝化-反硝化法对生活污水、食品加工废水等低氨氮废水有较好的脱氮效果，对于高氮低碳废水的脱氮效果差，主要是因为反硝化过程需要易降解有机物，高氮低碳废水缺乏易降解有机物。另外硝化过程产生酸度，使混合液pH值降低，影响微生物活性和处理系统效能，因此需要加碱中和，增加了处理费用。荷兰Delft工业大学于1997年提出并开发了一种新型脱氮工艺(短程硝化-厌氧氨氧化)受到了国内外广泛重视。其基本原理是：先在有氧的条件下，利用氨氧化菌将氨氧化成NO2-，然后在厌氧或缺氧条件下，厌氧氨氧化菌以NO2-作为电子受体，直接将NH4+氧化为N2。在厌氧氨氧化过程中，将NH4+和NO2-转化为N2的过程为完全自养，且NH4+-N的氧化无需分子态氧的参与，而NO2--N的还原也无需有机物的参与。所以，与传统硝化-反硝化生物脱氮工艺相比，厌氧氨氧化工艺工艺可以节省62.5%的供氧量，而且不需要外加碳源，因而可以大幅度地降低脱氮的基建投资和运行成本。但是，由于厌氧氨氧化菌生长缓慢、细胞产率低，在工程上很难培养出足够数量的厌氧氨氧化污泥，并且厌氧氨氧化菌对温度敏感，最适温度是30~40℃，工程上很少有废水具有这个温度，还有，控制短程硝化也是一大难点。因此，短程硝化-厌氧氨氧化工艺在实际工程应用还很少。另外，短程硝化-厌氧氨氧化工艺还会产生一定量的NO3-，因此，总氮的去除效率也不是很高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有生物脱氮工艺脱氮效果差，不能实现完全脱氮，耗时较长的技术缺陷，为人们提供一种全程完全自养脱氮，脱氮效率高，费用低的高氨氮废水的生物脱氮系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的高氨氮废水的生物脱氮系统，由前处理单元、脱氮单元和后处理单元依次连接而成，高氨氮废水经过前处理单元去除有机物后进入脱氮单元，在脱氮单元去除氨氮后进入后处理单元，在后处理单元沉淀污泥，后处理单元出水达到排放标准后排放或回用，其特征在于脱氮单元中加有零价铁(Fe0)、二价铁离子(Fe2+)或三价铁离子(Fe3+)，加入好氧或厌氧污泥作为接种污泥，培养具有硝化、自养反硝化、Fe3+还原和Fe2+氧化的多功能微生物混合污泥;脱氮单元采用间歇供氧，供氧与不供氧时间根据出水中NH4+和NO3-、NO2-浓度调节，NH4+浓度高时，延长供氧时间，缩短不供氧时间，NO3-、NO2-浓度高时，延长不供氧时间，缩短供氧时间;供氧期间脱氮单元中的高氨氮废水溶解氧浓度不高于1.5mg/L。
上述方案中，所述前处理单元为厌氧生物处理单元、沉淀单元或自然处理单元，以去除有机物、悬浮物和对脱氮微生物有抑制作用的物质。
上述方案中，所述后处理单元为絮凝单元、沉淀单元，以去除污泥，同时达到去除磷和难降解有机物的作用。
上述方案中，所述接种污泥为硝化污泥、反硝化污泥和厌氧氨氧化污泥中的一种或多种。
上述方案中，所述二价铁离子或三价铁离子与氨氮浓度的摩尔比为1.0~6.0﹕1;零价铁与氨氮浓度的摩尔比为2~20﹕1。
上述方案中，所述零价铁为铁粉、废铁渣、铁刨花和废钢铁中的一种或多种。
上述方案中，所述脱氮单元中高氨氮废水的pH值为6.5~8.5，在15~35oC下，高氨氮废水在反应器中停留0.5~5天，然后进入后处理单元。
上述方案中，所述高氨氮废水的氨氮浓度为10~1000mgN/L。
本发明所涉及的生物反应为：
4Fe+3O2+6H2O=4Fe(OH)3(化学反应)
3Fe(OH)3+5H++NH4+→3Fe2++9H2O+0.5N2(生物反应，厌氧铁氨氧化)
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3(化学反应)
在硝化微生物作用下，O2氧化NH4+生成NO3-、NO2-;零价铁与水中的溶解氧经过系列氧化反应后生成Fe3+，在铁还原微生物作用下，Fe3+氧化NH4+生成氮气(N2)、NO3-、NO2-和Fe2+;在铁氧化微生物作用下，Fe2+还原NO3-、NO2-生产氮气(N2)和Fe3+;在另一类铁氧化微生物作用下，剩余的Fe2+被氧气氧化生成Fe3+。整个脱氮单元具有循环脱氮作用。
本发明所用的接种污泥范围广泛，包括一般性的好氧或厌氧污泥，可选择一种污泥单独接种或多种污泥同时混合接种。
运试表明，本发明的高氨氮废水的生物脱氮系统能处理的氨氮浓度高达1000mg/L，出水氨氮浓度可达到15mg/L以下，氨氮去除率高达99%，出水总氮浓度可达到25mg/L以下，总氮去除率高达95%。
本发明的优点表现在以下几方面：
(1)铁既是电子供体又作电子受体，在反应体系中以还原态Fe(Ⅱ)与氧化态Fe(Ⅲ)这两种形式交替转换，同时带动体系中的含氮化合物持续脱除，具有双重脱氮功能;
(2)全程完全自养脱氮，不需要外加碳源，节省运行费用;
(3)氧的利用率明显提高，体系耗氧量少，进而能耗费用低;
(4)脱氮单元碱度得到平衡，不用加碱维持系统碱度;
(5)剩余污泥少，节省污泥处理处置费用;
(6)同时具有除磷作用;
(7)运行费用比传统脱氮除磷技术降低40%以上。
本发明适合于处理高氨氮有机废水，尤其适合于处理低碳氮比、高氨氮浓度的有机废水，如厌氧消化上清液、垃圾渗滤液、养殖废水、制药废水、光电废水等。
因此，本发明克服了现有生物脱氮工艺脱氮效果差，不能实现完全脱氮，耗时较长的技术缺陷，提供的高氨氮废水的生物脱氮系统全程完全自养脱氮，脱氮效率高，费用低。