申请日2015.06.09
公开(公告)日2016.02.03
IPC分类号C02F9/14
摘要
一种固定化技术耦合CANON工艺的氨氮废水处理方法，属于环境保护领域。该方法通过将氨氧化细菌与厌氧氨氧化细菌包埋至固定化载体中，并将包埋法固定化微生物与生物流化床结合起来，通过控制进水浓度、反应器内DO浓度等指标，实现氨氮废水高效、低耗等处理。
摘要附图
权利要求书
1.一种固定化技术耦合CANON工艺的氨氮废水处理方法，其技术解决方案为：氨氮废水经过调节池均质均量后首先自流或由泵提升进入除碳单元去除废水中大部分有机污染后，由泵提升进入内循环生物流化床反应器，与内循环生物流化床反应器中固定化微生物载体充分接触，首先利用载体表层及表面固定的氨氧化细菌将一部分氨氮转化为亚硝酸盐，同时在载体内部的厌氧氨氧化菌作用下，将生成的亚硝态氮与剩余的氨氮转化为氮气，实现氨氮的去除;内循环生物流化床反应器底部设置了曝气系统，起到流化载体以及提供溶解氧的作用;内循环生物流化床反应器内部设置有导流中心筒，形成反应器内的循环流动效果，用于载体与氨氮废水的充分接触;顶部设置三项分离器，用于载体与废水的分离。
2.如权利要求1所述的内循环生物流化床反应器进水要求COD≤2000mg/L，氨氮浓度≤1000mg/L，COD/NH4+≤4.0，若废水水质满足内循环生物流化床反应器进水要求，可省去除碳单元;当进水COD浓度不满足此要求时需设置除碳单元来满足内循环生物流化床反应器进水要求。
3.如权利要求2所述的除碳单元包括但不限于沉淀、吸附、过滤、厌氧生化、水解酸化、好氧生化、电化学氧化、高级氧化、膜生物反应器中的一种或多种单元组合。
4.如权利要求1所述的固定化微生物载体采用包埋方式固定微生物，包埋胶体采用3%-7%聚乙烯醇、0.3-1.0%海藻酸钠、0.05%-0.5%碳酸钙、0.05%-0.5%二氧化硅;固定液采用饱和硼酸和0.2%-1%的铝盐溶液。
5.如权利要求1所述的固定化微生物载体通过碳酸钙和二氧化硅对载体湿真密度进行调节，载体湿真密度为0.90-1.10/cm3。
6.如权利要求1所述的固定化微生物载体中同时包埋氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌，氨氧化细菌包埋量为10-100mgVSS/mL包埋胶体，厌氧氨氧化菌包埋量为20-100mgVSS/mL包埋胶体。
7.如权利要求1所述的内循环生物流化床反应器中固定化微生物载体投加量为5%-40%。
8.如权利要求1所述的内循环生物流化床反应器中设置在线溶解氧测定仪，在线溶解氧测定仪与曝气风机联动，将导流中心筒内溶解氧控制在2-6mg/L范围内。
说明书
一种固定化技术耦合CANON工艺的氨氮废水处理方法
技术领域
本发明属于环境保护领域。具体涉及一种固定化技术耦合CANON工艺的氨氮废水处理方法。
背景技术
可持续发展和碳减排一直是污水处理领域的重要发展目标和趋势。传统的硝化-反硝化生化脱氮反应过程如下：
第一步，氨氮在亚硝酸盐还原菌作用下转化为亚硝态氮：
NH4++3/2O2→NO2-+2H++H2O-ΔEΔE=278.42KJ
第二步，亚硝酸盐在硝酸盐菌的作用下转化为硝酸盐：
NO2-+1/2O2→NO3--ΔEΔE=278.42KJ
上述过程氧化1g氨氮约需4.3gO2，并大约消耗7.14gCaCO3碱度。
上述过程还需要经过反硝化过程才能实现完全脱氮，转化过程如下：
NO3-→NO2-→NO→NO2→N2
传统硝化-反硝化流程较长、处理效率不高。
上世界九十年代，荷兰Delft工业大学首次发现了厌氧氨氧化现象，并很快成为全世界水处理领域的研究热点。它是在厌氧或者缺氧条件下，厌氧氨氧化细菌以NH4+-N为电子供体，以NO2--N为电子受体，将NH4+-N、NO2--N同时转化成N2。由于其去除率高，污泥产生量少和运行成本低，具体反应式如下：
NH4++1.32NO2-+0.066HCO3-+0.13H+→1.0N2+0.26NO3-+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O
相比传统生化脱氮技术而言，CANON技术具有以下优点：(1)厌氧氨氧化菌为自养菌，无需外加有机物作为电子供体，即可节省费用，又可以防止二次污染;(2)在厌氧氨氧化过程中，只需要将氨氮转化为NO2-(利用SHARON工艺)，相比传统硝化-反硝化而言，耗氧量下降62.5%，并且彻底改变了过去需要通过投加电子供体(碳源)才能脱氮的传统途径，大大节省了碳源和CO2的排放;(3)厌氧氨氧化菌生长缓慢、产率低，工艺剩余污泥少;(4)厌氧氨氧化流程短、效率高，可以减少工艺占地，降低基建费用。
然而，氨氧化细菌及厌氧氨氧化菌产率系数低、世代周期长、活性易受抑制，在实际处理过程中易被淘汰。因此，如何获得并维持系统中氨氧化细菌及厌氧氨氧化菌的生物量，充分发挥氨氧化细菌及厌氧氨氧化菌的作用，是CANON工艺能否成功的关键。
发明内容
本发明的目的是为了解决氨氧化细菌及厌氧氨氧化菌生长缓慢、世代周期长、在传统生化体系与异养菌竞争不占优势、易流失等不足，将生物流化床技术、包埋法固定化微生物技术、CANON技术结合起来，提供一种高效、经济、稳定、剩余污泥少的固定化技术耦合CANON工艺的氨氮废水处理方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种固定化技术耦合CANON工艺的氨氮废水处理方法，其技术解决方案为：氨氮废水经过调节池均质均量后首先自流或由泵提升进入除碳单元去除废水中大部分有机污染后，由泵提升进入内循环生物流化床反应器，与内循环生物流化床反应器中固定化微生物载体充分接触，首先利用载体表层及表面固定的氨氧化细菌将一部分氨氮转化为亚硝酸盐，同时在载体内部的厌氧氨氧化菌作用下，将生成的亚硝态氮与剩余的氨氮转化为氮气，实现氨氮的去除;内循环生物流化床反应器底部设置了曝气系统，起到流化载体以及提供溶解氧的作用;内循环生物流化床反应器内部设置有导流中心筒，形成反应器内的循环流动效果，用于载体与氨氮废水的充分接触;顶部设置三项分离器，用于载体与废水的分离。
上述内循环生物流化床反应器进水要求COD≤2000mg/L，氨氮浓度≤1000mg/L，COD/NH4+≤4.0。若废水水质满足内循环生物流化床反应器进水要求，可省去除碳单元;当进水COD浓度不满足此要求时需设置除碳单元来满足内循环生物流化床反应器进水要求。
上述除碳单元包括但不限于沉淀、吸附、过滤、厌氧生化、水解酸化、好氧生化、电化学氧化、高级氧化、膜生物反应器中的一种或多种单元组合。
上述固定化微生物载体采用包埋方式固定微生物，包埋胶体采用3%-7%聚乙烯醇、0.3-1.0%海藻酸钠、0.05%-0.5%碳酸钙、0.05%-0.5%二氧化硅;固定液采用饱和硼酸和0.2%-1%的铝盐溶液。
上述固定化微生物载体通过碳酸钙和二氧化硅对载体湿真密度进行调节，载体湿真密度为0.90-1.10/cm3。
上述固定化微生物载体中同时包埋氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌，氨氧化细菌包埋量为10-100mgVSS/mL包埋胶体，厌氧氨氧化菌包埋量为20-100mgVSS/mL包埋胶体。
上述内循环生物流化床反应器中固定化微生物载体投加量为5%-40%。
上述内循环生物流化床反应器中设置在线溶解氧测定仪，在线溶解氧测定仪与曝气风机联动，将导流中心筒内溶解氧控制在2-6mg/L范围内。
有益效果：
(1)低浓度包埋胶体制备出的固定化微生物载体有利于改善传质效果和载体密度。
本发明载体采用的包埋较低浓度较低，低浓度包埋胶体制备出的固定化微生物载体孔隙率较高，传质性能得到改善，一方面有利于微生物与废水充分接触以提高处理效率，另一方面，高孔隙率载体有利于反应生成的氮气的逸出，避免氮气在载体内部积累导致载体胀大并破碎。
低浓度包埋胶体制备出的固定化微生物载体便于将载体湿真密度控制在0.90-1.10g/cm3，在减少载体达到流化状态所需的能耗及运行费用的同时，也保证了载体的沉降性能。
(2)固定化微生物载体有利于系统中菌种的保护与保存。
本发明将氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌固定于载体中，延长了菌种在反应器中的固体停留时间，避免了传统工艺中因氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌生长缓慢、世代周期长而易流失的不足。此外，固定化载体对其中的菌种起到保护作用，能减轻废水中有毒或抑制性物质对微生物带来的不利影响。
(3)固定化微生物载体内同时包埋氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌有利于同步短程硝化-厌氧氨氧化的实现。
本发明采用的固定化微生物载体，由于氧扩散的限制，在固定化微生物载体中存在着好氧区和缺氧区或无氧区，这个结构使氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌能够在同一反应器中存在，也使短程硝化和厌氧氨氧化能同时进行。同步短程硝化-厌氧氨氧化不仅可以避免亚硝酸盐的积累对微生物带来的不利影响，同时还可以省去回流混合液带来的能耗。
(4)充分利用内循环生物流化床反应器的比表面积大、接触均匀、传质速度快、压损低等优点。
内循环生物流化床反应器的比表面积大、接触均匀、传质速度快、压损低等优点能够与固定化微生物载体形成有利互补，提高固定化微生物载体的处理效率。