申请日2018.03.26
公开(公告)日2018.09.04
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明属于废水处理的技术领域，公开了一种基于氨氮吸附和强化生物再生脱除低温废水中氨氮的方法。方法为：(1)将曝气生物装置中温下进行硝化污泥培养;(2)将低温氨氮废水通入含氨氮吸附填料的吸附装置，吸附，出水氨氮浓度<5mg/L，排放;出水氨氮浓度≥5mg/L，停止进水;(3)投加碱度，投加碱度的废水从吸附装置进入曝气生物装置，中温生化反应，随后废水又通入吸附装置中，废水在两装置中连续循环;(4)当废水的亚硝氮及硝氮浓度和≥150mg/L，排出废水，两装置进行下一周期的低温氨氮废水处理，曝气生物装置在废水处理整个过程中保持中温。本发明的方法简单，氨氮吸附填料再生效率高，处理低温氨氮废水稳定达标。
权利要求书
1.一种基于氨氮吸附和强化生物再生脱除低温废水中氨氮的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)向装有填料的曝气生物装置中接种硝化污泥，挂膜培养;
(2)将低温氨氮废水通入装有氨氮吸附填料的吸附装置中，吸附氨氮填料对低温氨氮废水中氨氮进行吸附，随着吸附的进行，出水中氨氮浓度会逐渐增加，当出水中氨氮浓度<5mg/L时，直接排放;当出水中氨氮浓度≥5mg/L时，停止进水，此时吸附装置中装有氨氮废水;
(3)向步骤(2)的装有氨氮废水的吸附装置中投加碱度，然后将投加了碱度的氨氮废水通入步骤(1)的曝气生物装置中，进行中温曝气生化反应，随后曝气生物装置中经过生化反应的废水又通入吸附装置中，这样废水在吸附装置和曝气生物装置中连续循环;
(4)经过循环运行，当步骤(3)的吸附装置和曝气生物装置中废水的亚硝氮及硝氮的浓度和≥150mg/L时，排出两装置中的废水，吸附装置中完成氨氮吸附填料的再生;
(5)将步骤(4)中完成氨氮吸附填料再生的吸附装置和排出废水的曝气生物装置进行下一周期的低温氨氮吸附废水处理;
下一周期的低温氨氮废水 处理具体是指将低温氨氮废水通入步骤(4)的完成氨氮吸附填料再生的吸附装置中，重复步骤(2)～(4);如此连续处理低温氨氮废水;在下一周期的低温氨氮废水处理中曝气生物装置为上一周期排出废水的曝气生物装置。
2.根据权利要求1所述基于氨氮吸附和强化生物再生脱除低温废水中氨氮的方法，其特征在于：步骤(1)中挂膜培养的具体步骤为：
向装有填料的曝气生物装置中接种硝化污泥，闷曝，连续进水，进水的氨氮浓度为30～60mg/L，投加碱度，曝气进行生化反应，当进水中一半以上的氨氮转化为亚硝氮和硝氮时，挂膜培养完成。
3.根据权利要求2所述基于氨氮吸附和强化生物再生脱除低温废水中氨氮的方法，其特征在于：碱度，以CaCO3计，为氨氮浓度的7-8倍;生化反应时，溶解氧浓度2～8mg/L，温度为20～35℃。
4.根据权利要求1所述基于氨氮吸附和强化生物再生脱除低温废水中氨氮的方法，其特征在于：在废水处理的整个过程中，曝气生物装置通过加热装置一直处于中温条件，中温的温度为20～35℃;所述废水处理包括废水中氨氮吸附、生化反应以及氨氮吸附填料的再生。
5.根据权利要求1所述基于氨氮吸附和强化生物再生脱除低温废水中氨氮的方法，其特征在于：步骤(2)中所述吸附装置的个数≥1，个数为整数;当有多个吸附装置时，曝气生物装置与一个吸附装置一起完成氨氮吸附填料再生后，曝气生物装置再与另一个吸附装置一起进行氨氮吸附填料的再生;氨氮吸附填料的再生是指按照步骤(3)和(4)进行操作实现氨氮吸附填料再生;吸附装置为多个时，多个吸附装置交替进行氨氮吸附填料再生;
所述多个吸附装置是指分别按照步骤(2)进行吸附并停止进水的吸附装置。
6.根据权利要求1所述基于氨氮吸附和强化生物再生脱除低温废水中氨氮的方法，其特征在于：步骤(2)中装有氨氮吸附填料的吸附装置在通入低温氨氮废水前需进行生物挂膜培养;当进行生物挂膜培养时，生物挂膜培养的具体步骤为：向装有氨氮吸附填料的吸附装置中接种硝化污泥，闷曝，连续进水，进水的氨氮浓度为30～60mg/L，投加碱度，曝气进行生化反应，当进水中一半以上的氨氮转化为亚硝氮和硝氮时，挂膜培养完成。
7.根据权利要求6所述基于氨氮吸附和强化生物再生脱除低温废水中氨氮的方法，其特征在于：碱度，以CaCO3计，为氨氮浓度的7-8倍;生化反应时，溶解氧浓度2～8mg/L，温度为20～35℃。
8.根据权利要求1所述基于氨氮吸附和强化生物再生脱除低温废水中氨氮的方法，其特征在于：步骤(2)中所述低温氨氮废水中氨氮浓度为5～60mg/L;低温氨氮废水的温度≤16℃;
步骤(3)中在曝气生物装置中进行中温生化反应的条件为：温度为20～35℃，溶解氧浓度2～8mg/L;
步骤(3)中碱度的投加量满足：碱度与氨氮的质量比为(8～12)：1。
9.根据权利要求8所述基于氨氮吸附和强化生物再生脱除低温废水中氨氮的方法，其特征在于：步骤(2)中所述低温氨氮废水的温度5～16℃。
10.根据权利要求1所述基于氨氮吸附和强化生物再生脱除低温废水中氨氮的方法，其特征在于：步骤(3)中废水循环至装有氨氮吸附填料的吸附装置中时，废水处理的条件为溶解氧浓度2～8mg/L。
说明书
一种基于氨氮吸附和强化生物再生脱除低温废水中氨氮的方法
技术领域
本发明属于废水处理的技术领域，涉及一种脱除低温废水中氨氮的方法，具体涉及一种利用填料(如：沸石)吸附氨氮及其强化生物再生脱除低温废水中氨氮的方法。
背景技术
低温下微生物特别是废水处理硝化菌的活性受到抑制，冬季由于污水水温偏低，国内不少污水处理厂出水氨氮往往难以达标。沸石对氨氮的吸附受温度的影响较小，可以利用沸石吸附低温含氨氮废水保证出水氨氮达标。但是沸石对氨氮的吸附容量是有限的，因此需要对氨氮吸附饱和的沸石进行再生以提高沸石利用率。沸石再生可将沸石中吸附的氨氮解吸富集，若集中处理解吸的氨氮，可达到减少处理水量和节省处理成本的目的。
沸石再生可通过物理再生、化学再生及电化学再生，如高温煅烧法、溶剂提取法、电解再生等，但是成本较高，操作复杂。沸石也可通过生物再生，生物再生是化学离子交换和微生物代谢的耦合，具有操作简单，处理成本低，可操作性强的优点。单独吸附氨氮填料(如：沸石)生物再生周期长，且再生效率低，难以满足连续处理大量低温废水的要求。
本发明将装有氨氮吸附填料的吸附装置与保持中温的曝气生物装置串联，在进行填料再生时，两装置中的废水形成循环，并利用加热装置对曝气生物装置进行加热，使得曝气生物装置在废水处理的整个过程中保持中温恒温，水循环的过程中，吸附装置的水温升高，微生物活性恢复快，同时有硝化细菌接种到吸附装置中，大幅提升氨氮的转化，实现氨氮吸附填料的高效再生，且处理成本低，达到高效脱除低温废水中氨氮的效果。
发明内容
为了克服低温下含氨氮废水不易生化处理达标排放的问题及吸附氨氮填料(如：沸石)原位生物再生效率低的缺点，本发明的目的在于提供一种基于氨氮吸附和强化生物再生脱除低温废水中氨氮的方法。本发明在氨氮吸附填料再生时，将氨氮吸附装置(装有氨氮吸附填料的装置)与中温条件下运行的高效硝化曝气生物装置进行串联，两装置中的废水形成循环，通过这种串联的运行模式(即废水在氨氮吸附装置和曝气生物装置间循环)，吸附装置温度得到提升，其中微生物活性恢复快，再生液(循环废水)中氨氮的生物转化，增加氨氮吸附填料内部与再生液(循环废水)中氨氮的浓度差，加速氨氮吸附填料中吸附的氨氮向再生液(循环废水)中扩散及转化，从而加快氨氮吸附填料的生物再生。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种基于氨氮吸附和强化生物再生脱除低温废水中氨氮的方法，包括以下步骤：
(1)向装有填料的曝气生物装置中接种硝化污泥，挂膜培养;
(2)将低温氨氮废水通入装有氨氮吸附填料的吸附装置中，吸附氨氮填料对低温氨氮废水中氨氮进行吸附，随着吸附的进行，出水中氨氮浓度会逐渐增加，当出水中氨氮浓度<5mg/L时，直接排放;当出水中氨氮浓度≥5mg/L时，停止进水，此时吸附装置中装有氨氮废水;
(3)向步骤(2)的装有氨氮废水的吸附装置中投加碱度，然后将投加了碱度的氨氮废水通入步骤(1)的曝气生物装置中，中温生化反应，随后曝气生物装置中经过生化反应的废水又通入吸附装置中，这样废水在吸附装置和曝气生物装置中连续循环;在循环的过程中，吸附装置尽管没有加热装置加热，但是由于曝气生物装置中的中温条件，曝气生物装置中废水循环至吸附装置时，吸附装置温度得到提升，氨氮被微生物连续转化;
(4)经过循环运行，当步骤(3)的吸附装置和曝气生物装置中废水的亚硝氮及硝氮的浓度和≥150mg/L时，排出两装置中的废水，吸附装置中完成氨氮吸附填料的再生;
(5)将步骤(4)中完成氨氮吸附填料再生的吸附装置和排出废水的曝气生物装置进行下一周期的低温氨氮废水处理;
下一周期的低温氨氮废水处理具体是指将低温氨氮废水通入步骤(4)的完成氨氮吸附填料再生的吸附装置中，重复步骤(2)～(4);如此连续处理低温氨氮废水;在下一周期的低温氨氮废水处理中曝气生物装置为上一周期排出废水的曝气生物装置。
步骤(1)中挂膜培养的具体步骤为：
向装有填料的曝气生物装置中接种硝化污泥，闷曝，连续进水，进水的氨氮浓度为30～60mg/L，投加碱度，曝气进行生化反应，当进水中一半以上的氨氮转化为亚硝氮和硝氮时，挂膜培养完成。碱度，以CaCO3计，为氨氮浓度的7-8倍;生化反应时，溶解氧浓度2～8mg/L，温度为20～35℃。
步骤(2)中装有氨氮吸附填料的吸附装置在通入低温氨氮废水前需进行生物挂膜培养;生物挂膜培养的具体步骤为：向装有氨氮吸附填料的吸附装置中接种硝化污泥，闷曝，连续进水，进水的氨氮浓度为30～60mg/L，投加碱度，曝气进行生化反应，当进水中一半以上的氨氮转化为亚硝氮和硝氮时，挂膜培养完成。碱度，以CaCO3计，为氨氮浓度的7～8倍;生化反应时，溶解氧浓度2～8mg/L，温度为20～35℃。所述硝化污泥为驯化成熟的硝化污泥，即能够使得氨氮废水中氨氮的去除率达到90%以上。
步骤(2)中所述低温氨氮废水中氨氮浓度为5～60mg/L，优选为6～60mg/L;低温氨氮废水的温度≤16℃，优选为5～16℃，更优选为5～15℃。
步骤(3)中在曝气生物装置中进行中温生化反应的条件为：温度为20～35℃，溶解氧浓度2～8mg/L;
步骤(3)中碱度的投加量满足：碱度与氨氮的质量比为(8～12)：1。
步骤(3)中废水循环至装有氨氮吸附填料的吸附装置中时，废水处理的条件为溶解氧浓度2～8mg/L。
本发明的方法中，在废水处理的整个过程中，曝气生物装置通过加热装置加热一直处于中温条件，中温的温度为20～35℃;所述废水处理包括废水中氨氮吸附、生化反应以及氨氮吸附填料的再生;也包括从一个周期的废水处理到下一个周期的废水处理。
步骤(2)中所述吸附装置的个数≥1，个数为整数;当有多个吸附装置时，曝气生物装置与一个吸附装置一起完成氨氮吸附填料再生后，曝气生物装置再与另一个吸附装置一起进行氨氮吸附填料的再生;氨氮吸附填料的再生是指按照步骤(3)和(4)进行操作实现氨氮吸附填料再生;多个吸附装置交替进行氨氮填料再生;
所述多个吸附装置是指分别按照步骤(2)进行吸附并停止进水的吸附装置。
步骤(1)中所述硝化污泥为驯化成熟的硝化污泥，即能够使得氨氮废水中氨氮的去除率达到90%以上。
步骤(2)中所述装有氨氮吸附填料的吸附装置中氨氮吸附填料装填高度为1～3米。
步骤(4)中排出两装置中的废水后，吸附装置需进行反冲洗。
本发明的方法所采用的装置，包括装有氨氮吸附填料的吸附装置、曝气生物装置以及废水收集装置，所述吸附装置的上端与曝气生物装置的下端通过管道连接，该管道上设有泵;所述吸附装置的下端与曝气生物装置的上端通过管道连接，所述管道上设有循环泵;吸附装置和曝气生物装置的底部设有曝气装置;所述吸附装置设有进水口和出水口，出水口与废水收集装置连接;所述曝气生物装置设有出水口，出水口与废水收集装置连接。所述曝气生物装置的外部设有加热装置，给曝气生物装置中废水进行加热。
本发明利用吸附装置中氨氮吸附填料(如：天然沸石填料)吸附低温氨氮废水中氨氮，通过将吸附饱和的吸附装置与曝气生物装置连接，实现废水在两装置中的循环，从而强化氨氮吸附填料(如：沸石)中氨氮的解吸与生物再生。两装置的循环运行能够加速曝气生物装置中氨氮的转化，又能增加氨氮吸附填料(如：沸石)内部与再生液(循环废水)氨氮的浓度差，促进沸石中被吸附的氨氮向再生液中扩散及转化。
本发明中常温条件下运行的富含大量硝化微生物的曝气生物装置，在两装置间的废水循环时，一方面可提高吸附装置的温度，使其中的微生物快速恢复活性，同时存在向氨氮吸附填料(如：沸石滤层)接种硝化菌的可能，加速氨氮吸附填料(如：沸石)的原位生物再生;另一方面，可使曝气生物装置废水中的氨氮浓度快速降低，增加氨氮吸附填料表面与再生液(循环废水)中氨氮浓度差，使得氨氮吸附填料内部氨氮向较低氨氮浓度的废水(曝气生物装置中废水，较低浓度是因为在曝气生物装置中氨氮向亚硝氮及硝态氮转化，当曝气生物滤池中废水循环至吸附装置时，氨氮吸附填料内部氨氮浓度高于来自曝气生物滤池废水的浓度)中转移与扩散，再通过硝化作用的曝气生物装置将其转化，达到快速生物再生的目标。
若是将氨氮的吸附和转化在同一个装置中进行，其效率较低。本发明的方法可快速将氨氮转化成硝态氮及亚硝态氮，使得曝气生物滤池废水中的氨氮浓度降低，同时能够增加氨氮吸附填料内部和来自曝气生物滤池废水的氨氮浓度差，氨氮吸附填料中氨氮解吸速率提升，氨氮吸附填料再生效率大幅提高。本发明的再生的效率是同一个装置再生效率的2-6倍。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明方法适用于处理低温氨氮废水，保证出水氨氮达标，不受低温的影响;
(2)本发明提高了氨氮吸附填料吸附氨氮后原位再生效率，本发明(双曝气生物滤池串联即吸附和转化采用了两个装置，废水在两装置中循环)在单位时间内的再生效率是单个沸石曝气生物滤池再生效率的2-6倍;
(3)本发明的方法简单、高效、投资成本低，节能降耗，效果稳定可靠。