申请日2014.07.15
公开(公告)日2014.10.15
IPC分类号C02F9/14; C02F3/02; C02F3/28
摘要
本发明公开了一种利用短程硝化反硝化处理餐厨厌氧废水的方法，属于环境工程污水生物处理技术领域。本发明针对废水高氨氮、低C/N比特性，通过高效生物脱氮反应器、短程硝化反应器及内源反硝化池，加以适当的条件控制，达到了深度脱氮效果。考虑到餐厨废水C/N失衡的问题，通过前置缺氧段充分利用易生物降解的COD进行反硝化，同时在短程硝化反应器中将NH4+-N氧化至NO2--N阶段，节省了反硝化阶段碳源需求。由于短程硝化过程只有氨氧化反应，没有亚硝酸盐氧化反应，所需曝气量较少，能耗较低。整个工艺对NH4+-N、TN、COD有较好的去除，所处理出水完全达到地方的接管排放标准。
权利要求书
1.一种餐厨厌氧废水的脱氮处理方法，其特征在于，将经过高效生物脱氮反应器脱氮处理后的物料进一步通过缺氧池1、短程硝化反应器、好氧池、缺氧池2进一步脱除氮;其中短程硝化反应器的亚硝化液和好氧池的硝化液部分回流至高效生物脱氮反应器，沉淀池的污泥回流至缺氧池1;采用水解酸化后的餐厨废水原水给高效生物脱氮反应器补充碳源，通过前置缺氧充分利用易降解的COD进行反硝化反应，并通过好氧池进一步去除废水中的NH4+-N。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将餐厨厌氧废水在配水池中搅拌均匀并通过投加碳源控制C/N，调节进料速度;2)从配水池底部将废水泵出与回流的硝化液、亚硝化液一起进入高效生物脱氮反应器中进行脱氮，高效生物脱氮反应器设有独立的排泥系统和集气系统;3)经高效生物脱氮反应器处理后的物料进入缺氧池1，控制温度、pH和HRT，对沉淀池和高效生物脱氮反应器中未完全反应的硝态氮和亚硝态氮进行反硝化脱氮，同时消耗易生物降解的还原性物质;4)经缺氧池1处理后的物料通过重力流向短程硝化反应器，短程硝化反应器设有独立的回流系统，使亚硝化液回流至高效生物脱氮反应器进行反硝化作用;5)经短程硝化反应器处理后的物料进入好氧池，进一步氧化短程硝化反应器没能去除的NH4+-N，好氧池设有回流系统，使硝化液回流至高效生物脱氮反应器进行反硝化作用;6)经过好氧池处理之后的物料进入缺氧池2，通过内源反硝化强化生物脱氮;7)物料经缺氧池2处理后进入沉淀池，沉淀池污泥部分回流至缺氧池1，沉淀池设有排泥系统，上清液达标排放。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1)投加经水解酸化后的餐厨原水作为碳源，控制BOD:TKN≥3，进料速度调节为4L/h～6L/h，pH值维持在7～8。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2)将配水池中的废水与硝化液、亚硝化液泵入高效生物脱氮反应器，控制温度35±1℃，pH为7.0～8.5，上升流速1～2m/h，水力停留时间为3～6小时;餐厨废水与硝化液、亚硝化液按体积比1:2:2混合进料;步骤3)控制温度35±1℃，pH为7.0～8.5，溶解氧<0.2mg/L，水力停留时间为1～2天。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤4)物料经缺氧池1流入短程硝化反应器，控制反应器温度32±1℃，控制pH为7～8，DO为0.5～1mg/L， 短程硝化池的流态为推流式，水力停留时间为1～2天，设置亚硝化液回流比为200%;步骤5)物料经短程硝化反应器后流入好氧池，控制温度32±1℃，控制pH为7～8，DO为2～3mg/L，设置硝化液回流比为200%。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤6)物料经过好氧池后流入缺氧池2，控制温度32±1℃，控制pH7～8，溶氧<0.2mg/L，缺氧池2的水力停留时间为12～24小时。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤7)物料经缺氧池2流入沉淀池，沉淀池为竖式沉淀池，经沉淀后污泥回流至缺氧池1，设置污泥回流比为100%，沉淀池设有独立的排泥系统。上清液排出，出水稳定并达标排放。
8.根据权利要求1～7任一所述的方法，其特征在于，所述高效生物脱氮反应器采用底部进料，4根布水管均匀分布，反应器中部与顶部设有三相分离器，顶部有气体收集及排空管道，同时通过气体流量计计量产气量;反应器还设有内回流管道，出水被收集在立管中，部分出水从立管的底部与原废水相混和，其余出水会从立管中溢流排出;罐体外部有水浴保温夹套，通过水循环泵、水循环罐、加热棒及温控装置，维持反应器温度在35℃左右，运行方式为连续运行;反应器还设有温度计、pH计、取样口，接种了具备反硝化能力的污泥，污泥浓度MLVSS为15～30g/L。
9.根据权利要求1～7任一所述的方法，其特征在于，短程硝化反应器采用钢结构，设有精密定时搅拌器，功率100W，转速100rpm，通过空气泵进行曝气，空气泵流量为70L/min，曝气泵通过曝气主管道与多个曝气支管道向好氧池均匀曝气;短程硝化反应器设有工业在线溶氧仪，溶解氧饱和度范围为0-500%，溶解氧浓度范围为0-320ppm，控制池内DO在0.5～1mg/L;pH监测仪为工业在线pH控制器，控制反应器中pH为7～8;短程硝化反应器通过硅胶加热带进行加热，同时通过温控进行调节加热状态，控制反应器温度在32±1℃;短程硝化反应器承接缺氧池1的出水，最大程度使废水中的氨氮氧化至亚硝酸盐。
说明书
一种利用短程硝化反硝化处理餐厨厌氧废水的方法
技术领域
本发明涉及一种利用短程硝化反硝化处理餐厨厌氧废水的方法，属于环境工 程污水生物处理技术领域。
背景技术
随着经济的快速增长、城市进程的加快，城市餐厨垃圾的产生量持续增长， 由此对环境造成的污染也日益严重，餐厨垃圾的减量化、无害化、资源化处置已 经成为当今研究的热点。
餐厨垃圾是城市生活垃圾的主要组成部分，占城市生活垃圾的比例约为 37～62%。据清华大学固体废物污染控制及资源化研究所的统计数据表明，我国 城市每年产生餐厨垃圾6000万吨以上。餐厨垃圾以淀粉类、食物纤维素、动物 脂肪类等有机物质为主要成分。所以餐厨垃圾是一种放错了位置的资源，餐厨垃 圾资源化利用可以解决餐厨垃圾因处置不当引起的“垃圾猪”问题及“地沟油” 回流餐桌危害人体健康的问题。
从2005年开始，北京、上海、西宁、宁波、苏州等一些城市先后出台法规 和政策，禁止未经处理的餐厨废弃物直接喂猪，并建立了城市餐厨废弃物资源化 处理设施。
餐厨废水水质复杂，具有高氨氮、高COD、高盐分、高SS和低C/N等特 点，其处理难度较大，特别是餐厨废水中含有的较高浓度的氮素，如不能进行深 度处理而随意排放，可引起水体富营养化。对于废水中C/N较低的问题，如利 用传统硝化反硝化工艺进行处理，需补充大量的碳源，处理成本较高。因为，在 传统硝化反硝化工艺中，氨先被氧化成硝酸盐(NH4+-N→NO2--N→NO3--N，全 程硝化)，再被还原成氮气(NO3--N→NO2--N→N2，全程反硝化)。针对生物脱 氮而言，硝化过程中的“NO2--N→NO3--N”与反硝化过程中的“NO3--N→NO2--N” 是一段多走的路程，将其从工艺中省去同样能够实现废水的生物脱氮。
短程硝化反硝化工艺尤其适用于低碳氮比、高氨氮、高pH和高碱度废水的 脱氮处理。废水中的氨经过NH4+-N→NO2--N→N2的途径得到脱除，整个过程比 传统全程硝化反硝化可节约25%的耗氧量，反硝化阶段减少了约40%的有机碳 源，亚硝态氮作为反硝化底物的反硝化速率是以硝态氮为底物的1.5～2倍，运输 工具、贮存设备和投加设备也可相应减少。
当前短程硝化的研究主要是实现亚硝态氮的累积，并考察实现短程硝化的最 佳条件如温度、溶解氧、pH、游离氨等，绝大多数研究还停留在SBR工艺阶段， 或者是针对城市生活污水的脱氮处理，并且在以DO控制短程硝化过程中存在如 DO较难稳定控制、DO升高系统容易转化为全程硝化、低DO环境容易引起系 统的污泥膨胀等问题。
本发明针对高氨氮、低C/N餐厨厌氧废水提出了一种高效的脱氮处理技术， 该技术在现有短程硝化反硝化工艺基础上进行改进，强化对高氮素餐厨废水的脱 氮，以满足废水达标排放的要求。
发明内容
本发明的目的是要提供一种利用短程硝化反硝化除了餐厨厌氧废水处理的 方法，解决现有的生物脱氮工艺中所需外加碳源较多、系统操作复杂、对能源消 耗较多，且总氮脱除效率不高等问题。
本发明将经过高效生物脱氮反应器脱氮处理后的物料进一步通过缺氧池1 (第一缺氧池)、短程硝化反应器、好氧池、缺氧池2(第二缺氧池)进一步脱 除氮;其中短程硝化反应器的亚硝化液和好氧池的硝化液部分回流至高效生物脱 氮反应器，沉淀池的污泥回流至缺氧池1;采用水解酸化后的餐厨废水原水给高 效生物脱氮反应器补充碳源，通过前置缺氧充分利用易降解的COD进行反硝化， 并通过好氧池进一步去除废水中的NH4+-N。
本发明具体技术方案如下：1)将餐厨厌氧废水在配水池中搅拌均匀并通过 投加碳源控制C/N，调节进料速度;2)从配水池底部将废水泵出与回流的硝化 液、亚硝化液一起进入高效生物脱氮反应器中进行脱氮，控制温度、pH和水力 停留时间(HRT)，脱氮反应器设有独立的排泥系统和集气系统;3)经高效生物 脱氮反应器处理后的物料进入缺氧池1，控制温度、pH和HRT，对沉淀池和高 效生物脱氮反应器中未完全反应的硝态氮和亚硝态氮进行反硝化脱氮，同时消耗 易生物降解的还原性物质(COD);4)缺氧池1的物料通过重力流向短程硝化 反应器，控制温度、pH、溶解氧(DO)，短程硝化池设有独立的回流系统，使 亚硝化液回流至高效生物脱氮反应器进行反硝化作用;5)经短程硝化反应器后 的物料进入好氧池，控制温度、pH、溶解氧，进一步氧化短程硝化反应器没能 去除的NH4+-N，好氧池设有回流系统，使硝化液回流至高效生物脱氮反应器进 行反硝化作用;6)经过好氧池之后的物料进入缺氧池2，控制温度和pH，通过 内源反硝化强化生物脱氮;7)物料经缺氧池2反应后进入沉淀池，沉淀池的污 泥回流至缺氧池1，沉淀池上清液达标排放。
对于上述步骤1)～7)，进一步优选：
步骤1)餐厨废水SS(悬浮固体)需在配水池进行搅拌使高效生物脱氮反 应器的进水均匀，根据实际情况投加经水解酸化后的餐厨原水作为碳源，控制 BOD(生化需氧量):TKN(凯氏氮)≥3，将进料速度调节为4L/h～6L/h，pH值 维持在7～8;
步骤2)将配水池中的废水与硝化液、亚硝化液泵入高效生物脱氮反应器， 控制温度35±1℃，pH为7.0～8.5，上升流速1～2m/h，水力停留时间为3～6小时; 餐厨废水与硝化液、亚硝化液按体积比1:2:2混合进料;
高效生物脱氮反应器设有独立的排泥系统和集气系统，接种了具备反硝化能 力的污泥，污泥浓度MLVSS为15～30g/L;
步骤3)经高效生物脱氮反应器脱氮后的物料进入缺氧池1，进一步脱氮及 去除易降解COD，控制温度35±1℃，pH为7.0～8.5，溶解氧<0.2mg/L，水力停 留时间为1～2天;
步骤4)物料经缺氧池1流入短程硝化反应器，控制反应器温度32±1℃， 控制pH为7～8，DO为0.5～1mg/L，短程硝化池的流态为推流式，水力停留时间 为1～2天，设置亚硝化液回流比为200%;
步骤5)物料经短程硝化反应器后流入好氧池，控制温度32±1℃，控制pH 为7～8，DO为2～3mg/L，设置硝化液回流比为200%;
步骤6)物料经过好氧池后流入缺氧池2，由于缺氧池2缺少可利用的碳源， 所以细胞通过内源呼吸进行反硝化脱氮，控制温度32±1℃，控制pH7～8，溶氧 <0.2mg/L，缺氧池2的水力停留时间为12～24小时;
步骤7)物料经缺氧池2流入沉淀池，沉淀池为竖式沉淀池，经沉淀后污泥 回流至缺氧池1，设置污泥回流比为100%，沉淀池设有独立的排泥系统。上清 液排出，出水稳定并达标排放。
所述高效生物脱氮反应器采用底部进料，4根布水管均匀分布，反应器中部 与顶部设有三相分离器，顶部有气体收集及排空管道，同时通过气体流量计计量 产气量;反应器还设有内回流管道，出水被收集在立管中，部分出水从立管的底 部与原废水相混和，其余出水会从立管中溢流排出;罐体外部有水浴保温夹套， 通过水循环泵、水循环罐、加热棒及温控装置，维持反应器温度在35℃左右， 运行方式为连续运行;反应器还设有温度计、pH计、取样口，接种了具备反硝 化能力的污泥，污泥浓度MLVSS为15～30g/L。
所述高效生物脱氮反应器包括：气体流量计(1)、气液分离器(2)、三相分 离器(3)、第一反应区(4)、第二反应区(5)、进水口(6)、储气罐(7)。
所述短程硝化反应器采用钢结构，设有功率100W、转速100rpm的精密搅 拌器，通过空气泵进行曝气，空气泵流量为70L/min，空气泵通过曝气主管道与 多个曝气支管道向反应器内均匀曝气;短程硝化反应器设有工业在线溶氧仪，溶 解氧饱和度范围为0-500%，溶解氧浓度范围为0-320ppm，控制池内DO在 0.5～1mg/L;pH监测仪为工业在线pH控制器，控制反应器中pH为7～8;短程 硝化反应器通过硅胶加热带进行加热，同时通过温控进行调节加热状态，控制反 应器温度在32±1℃;短程硝化反应器承接缺氧池1的出水，最大程度使废水中 的氨氮氧化至亚硝酸盐。
所述短程硝化反应器包括：精密搅拌器(10)、DO测定仪(16)、pH测定 仪(17)、DO探头(18)、pH探头(19)、曝气头(20)、流量计(21)、空气泵 (22)。
本发明短程硝化反应器中平均亚硝态氮累积率高达90%以上，整个工艺出水 的COD<400mg/L，平均去除率为74%;NH4+-N<20mg/L，平均去除率为98.5%; TN<60mg/L，平均去除率为75%;SS<400mg/L，色度<60，TP<8mg/L，完全达 到地区污水接管排放标准。
本发明针对餐厨废水高COD、高氨氮、低C/N的特性，开发出了一种高效 的餐厨废水短程硝化反硝化脱氮处理方法。在现有短程硝化反硝化工艺基础上进 行改进，设置在线DO仪和pH仪，实时监测系统中的DO及时调整系统中的曝 气量，使废水中大部分的NH4+-N氧化至NO2--N阶段，通过回流至高效脱氮反 应器进行脱氮，同时针对短程硝化反应器出水NH4+-N不能完全达标排放和较低 DO容易引起污泥膨胀等问题，在短程硝化反应器后设置好氧池进一步去除废水 中的NH4+-N，并且可以避免因长时间低DO环境引起的污泥膨胀。通过自主设 计研发的高效脱氮反应器与短程硝化反硝化反应器，加以适当的条件控制，获得 了很好的脱氮及去除COD的效果。考虑到餐厨废水C/N失衡，总氮去除率较低 等问题，采用水解酸化后的餐厨废水原水给脱氮反应器补充碳源的方法，同时通 过前置缺氧充分利用易生物降解的COD进行反硝化，这样的方法相对于传统的 以甲醇等作为碳源补充的方法节省了大量的费用。同时，以亚硝态氮作为反硝化 底物的反硝化速率是以硝态氮为底物的1.5～2倍，缩短了反应时间，并可节约25% 左右的供氧量，减少污泥产量，降低了废水的处理成本。所处理出水完全达到地 方的接管排放标准。