申请日2018.10.25
公开(公告)日2019.01.18
IPC分类号C02F9/14; C02F3/34; C02F1/28; C02F101/16
摘要
本发明属于低浓度氨氮废水处理的技术领域，公开了一种稳定实现低浓度氨氮废水亚硝化的方法。方法：1)向装有氨氮吸附剂的固定反应器中通入低浓度氨氮废水进行吸附，吸附完成后，接种硝化污泥进行生物挂膜培养;2)排出废水，通入低浓度氨氮废水进行吸附，当出水中氨氮浓度接近排放限值时，停止进水，吸附完成;3)向吸附完成的固定反应器中投加碱度，曝气，并升温，在内循环条件下进行生化解吸，排出再生液;4)再次向固定床反应器中通入低浓度氨氮废水进行吸附;5)吸附完成，按照步骤3)进行生化解吸;6)循环步骤4)和5)。本发明的方法实现低浓度氨氮废水的稳定亚硝化，且再生液含高浓度亚硝氮，减少后续脱氮的处理成本。
权利要求书
1.一种稳定实现低浓度氨氮废水亚硝化的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)向装有氨氮吸附剂的固定反应器中通入低浓度氨氮废水，氨氮吸附剂对废水中的氨氮进行吸附，吸附完成后，接种硝化污泥进行生物挂膜培养;
(2)在生物挂膜完成后，排出固定反应器中的废水，通入低浓度氨氮废水，氨氮吸附剂对废水中的氨氮进行吸附，随着吸附的进行，当出水中氨氮浓度接近排放限值时，停止通入低浓度氨氮废水，吸附完成;
(3)向吸附完成的固定反应器中投加碱度，曝气，并升温，在内循环条件下进行生化解吸，氨氮转化为亚硝酸盐，稳定实现低浓度氨氮废水的亚硝化，生化解吸完毕后，排出含高浓度亚硝酸盐的再生液;
(4)再次向固定床反应器中通入低浓度氨氮废水，氨氮吸附剂对废水中的氨氮进行吸附，随着吸附的进行，当出水中氨氮浓度接近排放限值时，停止通入低浓度氨氮废水，吸附完成;
(5)按照步骤(3)进行生化解吸即向吸附完成的固定反应器中投加碱度，曝气，并升温，在内循环条件下进行生化解吸，氨氮转化为亚硝酸盐，稳定实现低浓度氨氮废水的亚硝化，生化解吸完毕后，排出含高浓度亚硝酸盐的再生液;
(6)循环步骤(4)和(5)，从而实现低浓度氨氮废水的稳定亚硝化处理。
2.根据权利要求1所述稳定实现低浓度氨氮废水亚硝化的方法，其特征在于：步骤(3)中所述生化解吸的条件：温度为32～42℃;溶解氧为0.1～7.0mg/L;生化解吸的时间为8～24h，碱度投加量为填料吸附的氨氮脱附量的8倍。
3.根据权利要求1所述稳定实现低浓度氨氮废水亚硝化的方法，其特征在于：步骤(1)中所述生物挂膜条件为：硝化污泥的污泥浓度为3000～10000mg/L;温度为20～40℃;溶解氧为0.1～7.0mg/L;投加碱度，碱度的投加量为氨氮总质量的8倍，闷曝时长为8～24h。
4.根据权利要求3所述稳定实现低浓度氨氮废水亚硝化的方法，其特征在于：所述碱度是以碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种以上作为碱度原料;
在闷曝的过程中，吸附剂两侧的废水通过内循环装置进行内循环。
5.根据权利要求1所述稳定实现低浓度氨氮废水亚硝化的方法，其特征在于：步骤(1)中所述吸附完成是指氨氮吸附剂对废水中氨氮进行吸附后，出水中氨氮浓度随着吸附的进行会逐渐增大，当出水中氨氮浓度接近排放限值时，停止通入低浓度氨氮废水，吸附完成;所述排放限值为5.0mg/L，接近排放限值是指出水中氨氮浓度为4～5mg/L。
6.根据权利要求1所述稳定实现低浓度氨氮废水亚硝化的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述低浓度氨氮废水是指氨氮浓度在20-150mg/L的废水;
步骤(2)和(4)中所述低浓度氨氮废水是指氨氮浓度在20-150mg/L的废水。
7.根据权利要求1所述稳定实现低浓度氨氮废水亚硝化的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述氨氮吸附剂为天然沸石、人造沸石、麦饭石中的一种以上;
步骤(3)中所述生化解吸中的碱度，是指使用碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种以上作为碱度原料。
8.根据权利要求1所述稳定实现低浓度氨氮废水亚硝化的方法，其特征在于：步骤(3)中所述高浓度亚硝酸盐再生液的亚硝酸盐浓度不小于200mg/L。
说明书
一种稳定实现低浓度氨氮废水亚硝化的方法
技术领域
本发明属于环境工程废水处理领域，具体涉及一种稳定实现低浓度氨氮废水亚硝化的方法。
背景技术
为更加低碳节能的处理氨氮废水，人们相继开发出了厌氧氨氧化工艺和亚硝化反硝化工艺等废水生物脱氮技术。厌氧氨氧化工艺因其能耗低、无需外加碳源等优点，无疑是最佳的生物脱氮工艺。另外一个低碳节能的生物脱氮工艺则是亚硝化反硝化工艺。无论是厌氧氨氧化工艺，还是亚硝化反硝化工艺，都必须实现氨氮废水的稳定亚硝化。对于低浓度氨氮废水，难点和关键同样在于先实现低浓度氨氮废水的稳定亚硝化。
实现低浓度氨氮废水亚硝化的方法有低溶解氧法、间歇曝气法、游离氨(FA)抑制法等方式。低溶解氧法利用了氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)对水中氧亲和力的不同来抑制NOB，从而实现低浓度氨氮废水的亚硝化。但该方法对反应器运行的操控要求很高，一旦溶解氧失控将引发NOB的生长，进而破坏系统的亚硝化;此外在长期低溶解氧运行后，NOB有可能逐步适应低溶解氧环境并将亚硝酸盐转化为硝酸盐。间歇曝气法同样利用了AOB和NOB之间的氧亲和力不同，通过控制曝气的时长来抑制NOB的生长，以实现低浓度氨氮废水的亚硝化。但短时间的曝气不利于维持较高的AOB活性，同时在低氨氮浓度的条件下，有可能一旦完全硝化后就不能逆转为亚硝化，故对控制系统要求高。FA抑制法则是利用反应器中的FA浓度大小处于强烈抑制NOB而较少抑制AOB的范围来实现低浓度氨氮废水的亚硝化，但低浓度氨氮废水的FA浓度往往很低，并不具备明显的NOB抑制作用。因此，若能使反应器中的FA浓度大小稳定处于特定的范围，即可实现低浓度氨氮废水的亚硝化。
专利申请“一种低碳/氮比的中低浓度废水低碳处理方法(申请号：201810097604.0)”中提及了一种基于吸附和生化解吸实现低浓度氨氮废水的亚硝化方法。在该亚硝化方法中，低浓度氨氮废水首先经过吸附处理后，再经过生化解吸再生吸附剂，利用吸附剂与液相之间的FA浓度来控制实现生物膜的亚硝化作用，从而可获得一定浓度的亚硝酸盐，并实现吸附剂的再生和重新循环使用。相比于上述其他的亚硝化方法，以FA控制亚硝化的方法操控更简单，并可保证AOB拥有充足的生长基质，但在吸附与生化解吸的多次循环运行后发现，该方法的亚硝化率(亚硝酸盐/(亚硝酸盐+硝酸盐))会逐步下降，同样出现了亚硝化被破坏，硝酸盐积累现象。
综上所述，低浓度氨氮废水的亚硝化关键技术难点在于稳定性。目前报道的所有低浓度氨氮废水亚硝化方法，均在长期运行后出现亚硝酸盐积累被破坏，硝酸盐积累的情况。硝酸盐的积累将阻断厌氧氨氧化或亚硝化反硝化工艺的可行性，增加废水脱氮的处理成本。故在如何保障低浓度氨氮废水的稳定亚硝化，仍是目前该领域的技术难题。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，实现低浓度氨氮废水的稳定亚硝化，本发明提供了一种稳定实现低浓度氨氮废水亚硝化的方法。本发明利用装填了氨氮吸附剂填料的固定床反应器对低浓度氨氮废水进行吸附处理，待吸附处理的出水氨氮浓度接近排放限值(NH4+-N=5.0mg/L)时，停止吸附;随后反应器转入生物挂膜阶段，通过投加一定量的接种污泥、碱度和曝气，对填料进行微生物挂膜，同时利用微生物的作用将部分被吸附的氨氮转化，恢复填料的氨氮吸附容量。在完成生物挂膜后，利用该反应器对低浓度氨氮废水进行吸附-生化解吸的循环处理，并控制生化解吸环节的运行温度，从而实现该反应器对低浓度氨氮废水稳定亚硝化处理。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种稳定实现低浓度氨氮废水亚硝化的方法，包括以下步骤：
(1)向装有氨氮吸附剂的固定反应器中通入低浓度氨氮废水，氨氮吸附剂对废水中的氨氮进行吸附，吸附完成后，接种硝化污泥进行生物挂膜培养;所述吸附完成是指氨氮吸附剂对废水中氨氮进行吸附后，出水中氨氮浓度随着吸附的进行会逐渐增大，当出水中氨氮浓度接近排放限值时，停止通入低浓度氨氮废水，吸附完成;所述排放限值为5.0mg/L，接近排放限值是指出水中氨氮浓度为4～5mg/L;
(2)在生物挂膜完成后，排出固定反应器中的废水，通入低浓度氨氮废水，氨氮吸附剂对废水中的氨氮进行吸附，随着吸附的进行，当出水中氨氮浓度接近排放限值时，停止通入低浓度氨氮废水，吸附完成;所述排放限值为5.0mg/L;
(3)向吸附完成的固定反应器中投加碱度，曝气，并升温，在内循环条件下进行生化解吸，氨氮转化为亚硝酸盐，稳定实现低浓度氨氮废水的亚硝化，生化解吸完毕后，排出含高浓度亚硝酸盐的再生液;
(4)再次向固定床反应器中通入低浓度氨氮废水，氨氮吸附剂对废水中的氨氮进行吸附，随着吸附的进行，当出水中氨氮浓度接近排放限值时，停止通入低浓度氨氮废水，吸附完成;所述排放限值为5.0mg/L;
(5)按照步骤(3)进行生化解吸即向吸附完成的固定反应器中投加碱度，曝气，并升温，在内循环条件下进行生化解吸，氨氮转化为亚硝酸盐，稳定实现低浓度氨氮废水的亚硝化，生化解吸完毕后，排出含高浓度亚硝酸盐的再生液;
(6)循环步骤(4)和(5)，从而实现低浓度氨氮废水的稳定亚硝化处理。
步骤(1)中所述氨氮吸附剂为天然沸石、人造沸石、麦饭石中的一种以上;所述低浓度氨氮废水是指氨氮浓度在20-150mg/L的废水;
步骤(1)中所述生物挂膜条件为：硝化污泥的污泥浓度为3000～10000mg/L;温度为20～40℃;溶解氧为0.1～7.0mg/L;投加碱度，碱度的投加量为氨氮(填料再生脱附的氨氮)总质量的8倍，闷曝时长为8～24h。所述碱度是以碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种以上作为碱度原料。在闷曝的过程中，吸附剂两侧的废水通过内循环装置进行内循环。
步骤(2)和(4)中所述低浓度氨氮废水是指氨氮浓度在20-150mg/L的废水;
步骤(3)中所述生化解吸的条件：温度为32～42℃;溶解氧为0.1～7.0mg/L;生化解吸的时间为8～24h，碱度投加量为填料吸附的氨氮脱附量(氨氮脱附量可通过处理废水的氨氮浓度、处理水量、吸附时长三者乘积得到)的8倍;
步骤(3)中所述生化解吸中的碱度，是指使用碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种以上作为碱度原料;
步骤(3)中所述高浓度亚硝酸盐再生液的亚硝酸盐浓度不小于200mg/L。
本发明的实施装置包括固定床反应器、储药装置、加热装置、曝气装置、吸附出水收集装置、再生液出水收集装置;
所述固定床反应器的下端和上端通过反应器外侧的管道连接，所述管道为内循环管道，该管道上设有内循环泵;所述固定床反应器的底部设有曝气装置;所述固定床反应器通过管道与储药装置连接，所述管道为进药管，所述进药管上设有加药泵;所述固定床反应器的下端设有进水口和出水口，所述出水口为下端出水口，下端出水口与再生液出水收集装置连接;所述固定床反应器的上端设有上端出水口，上端出水口与吸附出水收集装置连接。
所述固定床反应器设有填料层，内循环管道的两端分别位于填料层的两侧，填料层的两侧的液体通过内循环管实现内循环。所述填料层为氨氮吸附剂填料层。
所述加热装置设置在曝气装置的外侧，对通入固定床反应器中空气进行加热;或者设置在固定床反应器的外侧，对固定床反应器中废水提供热量;或者设置在内循环管道上，在废水循环的过程中给废水加热;
所述加热装置，包括了电热器，水源热泵，蒸汽，热水，太阳能，热空气等多种加热方式，具体实施方式根据所选的加热方式进行确定。
所述曝气装置，包括鼓风机(气泵)和气管，气管与固定床反应器下端相连接。
吸附出水收集装置用于储存吸附处理出水，而再生液出水收集装置用于储存生化解吸完毕后排出的再生液。
本发明首先通过固定床反应器吸附处理低浓度氨氮废水，可获得氨氮浓度低于5.0mg/L的出水，随后利用填料上的生物膜，在适当温度条件下，实现稳定的亚硝化生化解吸，从而实现了低浓度氨氮废水的稳定亚硝化。
本发明的原理为：
低浓度氨氮废水中的氨氮，经过固定床反应器的吸附处理，出水氨氮浓度可达到相关排放标准直接排放;待出水氨氮浓度达到排放限值时(即吸附穿透)，停止吸附操作，将固定床反应器转为生化解吸，通过维持较高的运行温度，一方面可提高铵离子的解吸速率、另一方面提高AOB的比增长速率和增大生化解吸过程中的FA对NOB的抑制作用，从而促使生化解吸的主要产物为亚硝氮，获得高浓度亚硝酸盐再生液;在生化解吸完毕后(停止加热)，填料的氨氮吸附容量得到恢复，排出再生液，固定床反应器可重新用于低浓度氨氮废水的吸附处理，在吸附穿透后，再重新切换为生化解吸，同时维持高温的运行条件以实现稳定的亚硝化反应。如此循环，实现低浓度氨氮废水的稳定亚硝化。
本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明通过固定床反应器的吸附处理保证低浓度氨氮废水的达标处理，同时利用在较高的运行温度下铵离子的解吸速率增大、AOB的比增长速率快和增强FA对NOB的抑制作用来保证固定床反应器生化解吸中稳定的亚硝化，从而实现低浓度氨氮废水的稳定亚硝化，解决了低浓度氨氮废水稳定亚硝化的难题。
(2)本发明可获得含有高浓度亚硝氮的再生液，为后续的亚硝化反硝化或厌氧氨氧化奠定了基础，可大幅减少后续脱氮的处理成本，是实现更加经济可靠处理低浓度氨氮废水的重要技术手段。