申请日2014.09.05
公开(公告)日2016.01.27
IPC分类号C02F3/28; C02F103/32
摘要
厌氧产甲烷厌氧氨氧化联合处理大豆蛋白废水装置及方法，属于污水处理技术领域。设有进水水箱，进水水箱通过第一进水泵和管道与厌氧SBR反应器连通;厌氧SBR反应器设有反应区、顶部区，反应区底部设有与空气压缩机连通的微孔曝气头，反应区上部为顶部区;在反应区和顶部区之间设有第一溢流堰，第一溢流堰外部与出水管路相通;在反应区顶部设有出气口和气体回流管路。方法包括以下步骤：1)接种污泥;2)启动阶段;3)连续运行。本发明适用于大豆蛋白生产工艺产生的高COD、高氨氮废水的处理;也适用于其他高氨氮工业废水的脱氮处理。工艺完善，控制灵活，运行成本低，污水处理效果好，效率高。
权利要求书
1.厌氧产甲烷厌氧氨氧化联合处理大豆蛋白废水装置，其特征在于厌氧产甲烷厌氧氨氧化联合处理大豆蛋白废水装置，其特征在于设有进水水箱，进水水箱通过第一进水泵和管道与厌氧SBR反应器连通;厌氧SBR反应器设有反应区、顶部区，反应区底部设有与空气压缩机连通的微孔曝气头，反应区上部为顶部区;在反应区和顶部区之间设有第一溢流堰，第一溢流堰外部与出水管路相通;在反应区顶部设有出气口和气体回流管路;与微孔曝气头连通的空气压缩机设有两台，其中一台为回气压缩机，其进气口通过进气管道与所述厌氧 SBR反应器顶部的气体回流管路连通，另一台为氮气压缩机，其进气口与氮气瓶连通;回气压缩机和氮气压缩机与微孔曝气头之间的管道上分别设有阀门;厌氧SBR出水管路与储水箱相连，储水箱通过第二进水泵和管道与脱氮SBR反应器连接;脱氮SBR反应器设有脱氮SBR反应器反应区、脱氮SBR反应器顶部区，脱氮SBR反应器反应区底部设有与空气压缩机连通的微孔曝气头，脱氮SBR反应器反应区上部为脱氮SBR反应器顶部区;在脱氮SBR反应器反应区和脱氮SBR反应器顶部区之间设有第二溢流堰，第二溢流堰与第二出水管路相通;在脱氮SBR反应器顶部区顶部设有脱氮SBR反应器排气口;第二出水管路通往下一步处理。
2.根据权利要求1所述的厌氧产甲烷厌氧氨氧化联合处理大豆蛋白废水装置，其特征脱氮SBR反应器与厌氧SBR反应器的底部均设有污泥排放管路。
3.厌氧产甲烷厌氧氨氧化联合处理大豆蛋白废水方法，其特征包括以下步骤：
1)、接种污泥步骤;
2)、启动阶段步骤;
3)、连续运行步骤;
接种污泥步骤为：
取污水处理厂新鲜剩余污泥，稳定运行的厌氧反应器的厌氧颗粒污泥和稳定运行的一体式厌氧氨氧化反应器内挂膜情况较好的填料污泥;将厌氧颗粒污泥添加至厌氧SBR反应器内，使得颗粒污泥的浓度在5000-6000mg/L;将厌氧氨氧化填料污泥放入脱氮SBR反应器内，填充率为30%，随后将污水处理厂剩余污泥加入到SBR脱氮反应器，初始的絮体污泥浓度保持在2000mg/L;
启动阶段步骤为：
厌氧SBR反应器：开启水泵向反应器内进水，进水完成后反应器开始进行曝气混合;反应器一个周期为48h，连续曝气46h，沉淀 1.5h，排水进水0.5h;原水取大豆蛋白废水处理工艺一级处理工艺出水，COD浓度为5000-6000mg/L，氨氮100-200mg/L，采用人工配水进行启动，通过控制投加碳源量达到上述进水COD浓度要求，或者采用实际废水直接进行启动，根据实际废水的COD浓度进行稀释达到上述要求;检查系统气密性，开启氮气压缩机向反应器内注入氮气维持反应器的厌氧状态，溶解氧降为零后关闭氮气压缩机改用回气压缩机，保证厌氧污泥在反应器内充分混合，不存在沉淀和死区;厌氧SBR反应器产生的气体达到设定压力时，从压力阀排到收集装置进行回用;控制反应器出水COD为500mg/L以下，氨氮 400-500mg/L，若出水COD浓度过高，采取提升反应器温度、延长水力停留时间、增加污泥浓度方式来达到要求;出水COD降低到 500mg/L以下时，逐渐缩短SBR厌氧反应器的水力停留时间;系统的反应周期时间降低至24h能够达到出水COD要求时，厌氧SBR 反应器启动完成;
脱氮SBR反应器：开启水泵从储水箱中间歇式进水，进水总氮浓度400-500mg/L，其中氨氮浓度350-450mg/L，采用人工配水进行启动，通过控制硫酸铵的投加量到达进水氨氮浓度要求，或者采用实际废水进行启动，根据实际废水浓度进行稀释达到上述要求;检查系统的气密性，开启曝气系统;调整曝气管路的阀门，控制反应区的溶解氧在1.0mg/L以下，同时保证填料污泥在反应区充分悬浮，不出现短流和死区;若仅通过曝气进行混合溶解氧无法稳定维持在1.0 mg/L以下，则增设搅拌器进行混合，以达到要求;启动阶段控制水力停留时间为48h，以12h为一周期，每周期内曝气10.5h，沉淀1.5h，使出水中的硝态氮浓度和亚硝态氮浓度维持在15mg/L以下，若硝态氮和亚硝态氮浓度过高，则升高反应器温度并降低溶解氧，以达到要求;当出水中的亚硝态氮浓度低于5mg/L时，减少曝气时间来降低水力停留时间，并调整曝气系统和搅拌器以保证充氧和混合效果;每天在固定时间从反应区排出混合污泥，排出的混合污泥体积占反应区体积的1/10-1/15;在上述条件下运行，当反应器的氨氮去除负荷，即单位体积反应器在单位时间能够去除的污染物的量，达到0.3kg N/(m3·d)，同时总氮去除率超过75%时，则确定启动结束，进入平稳运行期;如果达不到上述要求，则继续上述的运行过程，直到反应器进入平稳运行期。
4.根据权利要求3所述的厌氧产甲烷厌氧氨氧化联合处理大豆蛋白废水方法，其特征连续运行步骤为：
厌氧SBR反应器：为保证系统的COD去除效果和为厌氧氨氧化 SBR反应器提供稳定进水，连续监测反应器进出水COD、氨氮的变化情况，实时调整厌氧SBR反应器的水力停留时间，避免厌氧氨氧化的进水出现较大的水质波动;
脱氮SBR反应器：为保证系统的脱氮效果以及运行的稳定性，连续监测反应区的溶解氧浓度，并及时调节曝气系统，避免出现过曝气或充氧不足的现象;通过增加或减少混合污泥排放的总量，以维持合理的污泥龄;在连续运行过程中，要控制进水量，避免进水水质和水量大范围的波动，保证系统内的反应温度，pH值基本恒定，维持稳定的污染物去除效果。
说明书
厌氧产甲烷厌氧氨氧化联合处理大豆蛋白废水装置及方法
技术领域
本发明涉及厌氧产甲烷厌氧氨氧化联合处理大豆蛋白废水装置及方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
我国是大豆蛋白生产大国，每年产生大量的大豆蛋白废水。大豆蛋白废水属于典型的高COD、高氨氮类废水，然而现有的大豆蛋白废水处理工艺大豆只针对COD、SS等指标进行处理。随着“十二五”国民经济和社会发展规划纲要中，氨氮减排10%的目标的提出，现有的大豆蛋白废水处理工艺难以满足新标准要求。
(1)大豆蛋白废水水质特点
大豆蛋白制品生产较集中、生产量较大，故在加工过程中产生的废水量非常大。我国大豆蛋白制品生产企业众多，每年生产大豆蛋白10万t 以上，采用酸沉法生产大豆分离蛋白过程中，高浓度废水来自于离心分离时产生的水洗水和乳清废水;低浓度废水来自于清洗水。一般情况下，每生产1t大豆分离蛋白产生高浓度水大约30t，产生低浓度废水约70t。大豆蛋白废水排放相对集中、有机物浓度高、对环境的污染严重，其中 BOD高达5000-8000mg/L，COD高达12000-20000mg/L，悬浮固体高达 1500mg/L。同时，大豆蛋白废水的可生化性好，BOD:COD高达0.6-0.7，营养配比合理(C:N:P平均为100:4.7:0.2)，有毒有害物质含量少，适于采用生物处理。此外，大豆蛋白废水还具有温度较高，pH值较低，容易腐败并释放出硫化氢等恶臭气体，氮、磷含量较高，易导致水体富营养化等特点。
(2)大豆蛋白废水处理技术
我国对大豆蛋白废水的处理源于20世纪70年代，由于废水中有机物含量高，BOD/COD比值较高，可生化性好，目前一般采取多级生物方法进行处理。针对大豆蛋白废水有机物含量超高的特点，常采用以厌氧为主并与好氧相结合的工艺，这是因为：好氧工艺虽然对污染物的去处相当彻底，但大豆蛋白废水的有机物含量太高，很难保证足够的曝气量，且曝气量太大会增加能耗，增大处理费用;而若单独用厌氧工艺，出水水质很难满足要求。大豆蛋白废水首段经过厌氧发酵，在此过程中绝大部分有机污染物被降解去除，一部分难降解的大分子物质也被转化成小分子中间产物;厌氧出水进入好氧发酵段，采用活性污泥法或氧化塘法处理，出水COD可以达到排放标准。但是现有的方法中大多只是针对COD的去除，单纯的厌氧 -好氧工艺串联使用不能有效地进行脱氮，除水中仍含有较高的氨氮、总氮含量。急需引入一种新的工艺有效去除大豆蛋白废水中的氨氮、总氮含量。
(3)厌氧氨氧化脱氮处理技术
目前厌氧氨氧化工艺处理高氨氮废水的技术优势最显著。厌氧氨氧化技术主要利用厌氧氨氧化菌作为工艺主体，该菌种具有独特的代谢途径，厌氧的条件下可利用亚硝酸盐作为电子供体直接将氨氮氧化成氮气，并且这一过程不需要有机碳源。将厌氧氨氧化引入大豆蛋白废水处理工艺比起普通的厌氧-好氧联合处理具有明显优势：厌氧氨氧化菌是化能自养菌，以无机碳作为碳源，在厌氧工艺之后，废水中COD浓度大大降低并含有高浓度的氨氮，非常适合厌氧氨氧化菌的生长;硝化过程只需将50%的氨氮氧化至亚硝酸盐氮，工艺的需氧量和供氧能耗大幅下降;厌氧氨氧化的脱氮效率和去除负荷较高，但是产生污泥产量少。因此，厌氧产甲烷工艺与厌氧氨氧化工艺的联合使用，可产生显著的经济效益、环境效益和综合效益。该工艺符合可持续发展规律的工艺，应用市场广阔。
发明内容
目前处理大豆蛋白废水等高C/N比废水时需要解决的问题包括：如何在有效去除COD的同时降低出水的氨氮含量;利用自养菌脱氮的过程中如何避免高COD对菌群活性的抑制。
本发明解决了上述技术难题，提出了一种将厌氧产甲烷与厌氧氨氧化耦合的装置。该装置应用填料载体技术有效的持留并富集厌氧产甲烷菌和厌氧氨氧化菌，通过合理的反应器结构和曝气方式使污泥在反应器内部循环流动，为氨氧化菌和厌氧氨氧化提供最佳的生长环境，通过合理的水力停留时间及SBR运行周期在两个阶段中有效去除COD和氨氮，实现脱氮效率的提高和运行的稳定。
厌氧产甲烷厌氧氨氧化联合处理大豆蛋白废水装置，设有进水水箱，进水水箱通过第一进水泵和管道与厌氧SBR反应器连通;厌氧SBR反应器设有反应区、顶部区，反应区底部设有与空气压缩机连通的微孔曝气头，反应区上部为顶部区;在反应区和顶部区之间设有第一溢流堰，第一溢流堰外部与出水管路相通;在反应区顶部设有出气口和气体回流管路;与微孔曝气头连通的空气压缩机设有两台，其中一台为回气压缩机，其进气口通过进气管道与所述厌氧SBR反应器顶部的气体回流管路连通，另一台为氮气压缩机，其进气口与氮气瓶连通;回气压缩机和氮气压缩机与微孔曝气头之间的管道上分别设有阀门;厌氧SBR出水管路与储水箱相连，储水箱通过第二进水泵和管道与脱氮SBR反应器连接;脱氮SBR反应器设有脱氮SBR反应器反应区、脱氮SBR反应器顶部区，脱氮SBR反应器反应区底部设有与空气压缩机连通的微孔曝气头，脱氮SBR反应器反应区上部为脱氮SBR反应器顶部区;在脱氮SBR反应器反应区和脱氮SBR反应器顶部区之间设有第二溢流堰，第二溢流堰与第二出水管路相通;在脱氮SBR反应器顶部区顶部设有脱氮SBR反应器排气口;第二出水管路通往下一步处理;脱氮SBR反应器与厌氧SBR反应器的底部均设有污泥排放管路。
厌氧产甲烷厌氧氨氧化联合处理大豆蛋白废水的方法，包括以下步骤：
1)接种污泥步骤;
取污水处理厂新鲜剩余污泥，稳定运行的厌氧反应器的厌氧颗粒污泥和稳定运行的一体式厌氧氨氧化反应器内挂膜情况较好的填料污泥;将厌氧颗粒污泥按添加至厌氧SBR反应器内，使得颗粒污泥的浓度在 5000-6000mg/L;将厌氧氨氧化填料污泥放入脱氮SBR反应器内，填充率约为30%，随后将污水处理厂剩余污泥加入到SBR脱氮反应器，初始的絮体污泥浓度保持在2g/L;
2)启动阶段步骤;
厌氧SBR反应器：开启水泵向反应器内进水，进水完成后反应器开始进行曝气混合;反应器一个周期为48h，连续曝气46h，沉淀1.5h，排水进水0.5h;原水取大豆蛋白废水处理工艺一级处理工艺出水，COD浓度为 5000-6000mg/L，氨氮100-200mg/L，如果采用人工配水进行启动，可以通过控制投加碳源量达到上述进水COD浓度要求，如果采用实际废水直接进行启动，可以根据实际废水的COD浓度进行稀释达到上述要求;检查系统气密性，开启氮气压缩机向反应器内注入氮气维持反应器的厌氧状态，溶解氧降为零后关闭氮气压缩机改用回气压缩机，保证厌氧污泥在反应器内充分混合，不存在沉淀和死区;厌氧SBR反应器产生的气体达到设定压力时，从压力阀排到收集装置进行回用;控制反应器出水COD为500mg/L 以下，氨氮400-500mg/L，若出水COD浓度过高，可采取提升反应器温度、延长水力停留时间、增加污泥浓度等方式来达到要求;出水COD降低到 500mg/L以下时，逐渐缩短SBR厌氧反应器的水力停留时间;系统的反应周期时间降低至24h仍可达到出水COD要求时，厌氧SBR反应器启动完成。
脱氮SBR反应器：开启水泵从储水箱中间歇式进水，进水总氮浓度 400-500mg/L，其中氨氮浓度350-450mg/L，如果采用人工配水进行启动，可以通过控制硫酸铵的投加量到达进水氨氮浓度要求，如果直接采用实际废水进行启动，可以根据实际废水浓度进行稀释达到上述要求;检查系统的气密性，开启曝气系统;调整曝气管路的阀门，控制反应区的溶解氧在 1.0mg/L以下，同时保证填料污泥在反应区充分悬浮，不出现短流和死区;若仅通过曝气进行混合溶解氧无法稳定维持在1.0mg/L以下，则增设搅拌器进行混合，以达到要求;启动阶段控制水力停留时间为48h，以 12h为一周期，每周期内曝气10.5h，沉淀1.5h，使出水中的硝态氮浓度和亚硝态氮浓度维持在15mg/L以下，若硝态氮和亚硝态氮浓度过高，则升高反应器温度并降低溶解氧，以达到要求;当出水中的亚硝态氮浓度低于5mg/L时，减少曝气时间来降低水力停留时间，并调整曝气系统和搅拌器以保证充氧和混合效果;每天在固定时间从反应区排出混合污泥，排出的混合污泥体积占反应区体积的1/10-1/15;在上述条件下运行，当反应器的氨氮去除负荷，即单位体积反应器在单位时间可以去除的污染物的量，达到0.3kgN/(m3·d)，同时总氮去除率超过75%时，则确定启动结束，进入平稳运行期;如果达不到上述要求，则继续上述的运行过程，直到反应器进入平稳运行期;
3)连续运行步骤;
厌氧SBR反应器：为保证系统的COD去除效果和为厌氧氨氧化SBR反应器提供稳定进水，连续监测反应器进出水COD、氨氮的变化情况，实时调整厌氧SBR反应器的水力停留时间，避免厌氧氨氧化的进水出现较大的水质波动;
脱氮SBR反应器：为保证系统的脱氮效果以及运行的稳定性，连续监测反应区的溶解氧浓度，并及时调节曝气系统，避免出现过曝气或充氧不足的现象;通过增加或减少混合污泥排放的总量，以维持合理的污泥龄;在连续运行过程中，要控制进水量，避免进水水质和水量大范围的波动，保证系统内的反应温度，pH值基本恒定，维持稳定的污染物去除效果。
本发明与传统的高氨氮污泥处理工艺和常规的厌氧氨氧化脱氮处理工艺等相比，具有如下优点：
1)本发明将厌氧产甲烷与厌氧氨氧化技术联合使用，在厌氧产甲烷阶段充分去除COD之后，利用厌氧氨氧化脱氮效率高、适于处理低C/N 废水的特点进一步降低废水中氨氮，达到同时高效去除COD、氨氮的目的。
2)本发明中利用的主要菌群世代周期较长，污泥量增长缓慢，每天仅需排出反应器内污泥的1/10-1/15，降低污泥处理的成本。
3)厌氧SBR反应器采用出气回流装置，仅需供给初始少量氮气就可维持反应器内的厌氧状态和污泥的充分混合，降低运行费用。而脱氮SBR 反应器中的气体回流解决了填料污泥悬浮和低溶解氧的维持之间的矛盾，通过调整曝气系统的阀门改变回流气体和空气的比例可在加大曝气量的同时维持降低的溶解氧。
本发明适用于大豆蛋白生产工艺产生的高COD、高氨氮废水的处理;也适用于其他高氨氮工业废水的脱氮处理。工艺完善，控制灵活，运行成本低，污水处理效果好，效率高。