申请日2007.01.19
公开(公告)日2007.08.01
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明公开了一种垃圾渗滤液厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮的方法。该方法先将待处理垃圾废水和含硝氮水混合，使待处理废水成为含有COD、NH4+、NO2-和NO3-的有机废水，然后将有机废水进入引入活性污泥和垃圾渗滤液进行厌氧氨氧化菌和反硝化菌富集与驯化的厌氧污泥床，对有机废水中的COD、NH4+、NO2-或NO3-通过厌氧氨氧化菌与反硝化菌的协同作用，同步去脱COD、氨氮和硝氮，厌氧污泥床处理废水的温度控制为26～36℃。本发明在有机环境下，可成功实现厌氧氨氧化反应的同时，也成功实现反硝化反应，使多余的硝态氮通过反硝化变成氮气，既完全脱除了氮，又可去除一部分COD，具有重要的工程应用价值。
权利要求书
1、一种垃圾渗滤液厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮的方法，其特征在于先将待处理垃圾废水和含硝氮水混合，使待处理废水成为含有COD、NH4+、NO2-或NO3-的有机废水，然后将有机废水进入引入活性污泥和垃圾渗滤液进行厌氧氨氧化菌和反硝化菌富集与驯化的厌氧污泥床，对有机废水中的COD、NH4+、NO2-或NO3-通过厌氧氨氧化菌与反硝化菌的协同作用，同步去脱COD、氨氮和亚硝氮，厌氧污泥床处理废水的温度控制为26～36℃。
2、根据权利要求1所述的垃圾渗滤液厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮的方法，其特征在于厌氧污泥床处理废水的温度控制为30℃。
说明书
一种垃圾渗滤液厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮的方法
技术领域
本发明涉及一种垃圾渗滤液厌氧氨氧化与反硝化协同作用脱氮方法，具体是采用改进的厌氧污泥床反应器，通过垃圾渗滤液同时好氧厌氧活性污泥驯化后，直接将垃圾填埋渗滤液通入生物反应器，通过微生物体系的厌氧氨氧化与反硝化协同作用，来促进生物反应器中的厌氧氨氧化去除NH4+和NO2-，并通过反硝化作用去除厌氧氨氧化产生的NO3-和有机污染物(COD)。
背景技术
1977年，Broda根据热力学反应自由能计算，推测自然界中可能存在两种自养微生物可以将NH4+氧化成N2。1994年，Mulder等人发现荷兰Deflt大学一个污水脱氮流化床反应器存在NH4+消失，且随NH4+和NO3-的消耗，有N2生成。因为氨氮是在厌氧条件下被氧化，因此被称作厌氧氨氧化(ANAMMOX-Anaerobic AMMoniaOxidation)。随后的试验通过N平衡和氧化还原平衡证实发生了以NH4+作电子供体、NO3-为电子受体的氧化还原反应，从而证实了Broda的推测。
迄今，国外及国内有关ANAMMOX反应过程的研究文献有数十篇，见报道的计量方程式由Van der Heijiden等人于1994年通过对近200天的ANAMMOX试验数据进行衡算得到，如式(1)所示：
NH4++1.32NO2-+0.0066HCO3-+0.13H+→0.0066CH2O0.5N0.15+1.02N2↑
+0.26NO3-+2.03 H2O (1)
式中，CH2O0.5N0.15为ANAMMOX菌的细胞分子式(经验式)。
发明人采用自创的电子计量学方法，以NH4+为电子供体、以NO2-为电子受体，设ANAMMOX菌的细胞分子式为CαHβOεNδ，设电子供体用于细胞合成的分量为fs合成氮源为NO2-，推导出厌氧氨氧化反应的电子计量方程式为：
与传统的硝化反硝化工艺或同时硝化反硝化工艺相比，厌氧氨氧化具有突出的优点。主要表现在：(1)无需外加有机物作电子供体，既可节省费用，又可防止二次污染;(2)硝化反应每氧化1mol NH4+耗氧2mol，而在厌氧氨氧化反应中，每氧化1molNH4+只需要0.75mol氧，耗氧下降62.5%(不考虑细胞合成时)，所以，可使耗氧能耗大为降低;(3)传统的硝化反应氧化1molNH4+可产生2molH+，反硝化还原1molNO3-或NO3-将产生1molOH-，而厌氧氨氧化的生物产酸量大为下降，产碱量降至为零，可以节省可观的中和试剂。
反硝化反应是在厌氧条件下，反硝化菌以有机物(含氮有机物CaHbOcNd、碳氢化合物CaHbOc、有机酸CaHbOc-等)为电子供体，以NO3-、NO2-为电子受体，将硝态氮最终转变为N2的过程。其电子计量学反发应通式为：
反应需要的COD/N比分别为：
迄今，国内外研究ANAMMOX生物脱氮大多用氨盐和亚硝酸盐人工配水进行小规模试验，取得成功和较高的处理效率，但由于实际的含氮废水大都含有有机污染物，且用NH4+和NO2-配水进行的ANAMMOX过程均会产生一定量的NO3-，所以，在有机环境下，可能同时存在厌氧氨氧化与反硝化两种主要的厌氧脱氮反应。
通过对ANAMMOX反应与反硝化反应的电子计量学分析可知：ANAMMOX反应消耗无机碳源CO2，并产生一定量的NO3-;而反硝化反应消耗有机碳源(COD)，但产生CO2，可为ANAMMOX反应提供一定的碳源，有利于ANAMMOX的进行。因此，如能在同一反应器系统中实现厌氧氨氧化与反硝化脱氮的协同作用，则对生物脱氮新技术的开发具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于针对国内外厌氧氨氧化研究主要限于用氨盐和亚硝酸盐人工配水进行小规模试验的缺点，提供一种垃圾渗滤液厌氧氨氧化与反硝化协同作用脱氮方法。
为达到上述发明目的，本发明采取了如下技术方案：
一种垃圾渗滤液厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮的方法：先将待处理垃圾废水和含硝氮水混合，使待处理废水成为含有COD、NH4+、NO2-和NO3-的有机废水，然后将有机废水进入引入活性污泥和垃圾渗滤液进行厌氧氨氧化菌和反硝化菌富集与驯化的厌氧污泥床，对有机废水中的COD、NH4+、NO2-或NO3-通过厌氧氨氧化菌与反硝化菌的协同作用，同步去脱COD、氨氮和硝氮，厌氧污泥床处理废水的温度控制为26～36℃。
先对于现有技术本发明具有的优点：
本发明向生物反应器中加入活性污泥和垃圾渗滤液配制的废水，与迄今国内外已有报道的技术明显不同的是：现有技术研究的废水基本不含有机物，而本发明的试验用水含有大量有机物-COD(这样更能符合环境工程的实际要求)。本发明采用特殊处理的污泥驯化，在有机环境下，在厌氧污泥床反应器中可以实现了垃圾渗滤液的厌氧氨氧化与反硝化的协同作用。在厌氧氨氧化活性稳定阶段(120d开始)，氨氮和亚硝氮的平均去除率分别为94.79%和98.17%;COD最高去除率可达51.68%，在厌氧氨氧化活性稳定阶段，COD平均去除率为23.51%，相应的平均容积去除负荷分别为84.53mg/(L.d)。进入稳定运行阶段后，在第19日到第57日，亚硝氮去除量和氨氮去除量的比值在2.77～7.67之间波动，平均比值为4.17，比文献报道的1.32大为增加，说明存在较强的反硝化反应。在第58日到第125日，亚硝氮去除量和氨氮去除量的比值在1.17～3.28之间波动，平均比值为2.03，仍高于文献报道的1.32，存在一定的反硝化反应。在第128日到第202日，亚硝氮去除量和氨氮去除量的比值在1.22到1.64之间波动，平均比值为1.37，与文献报道的无机环境下的1.32相当接近。说明在有机环境下，厌氧氨氧化反应器可成功实现厌氧氨氧化反应的同时，也成功实现反硝化反应，使多余的硝态氮通过反硝化变成氮气，既完全脱除了氮，又可去除一部分COD。解决了国际上在该领域的难题，具有重要的工程应用价值。