申请日2018.08.08
公开(公告)日2018.12.07
IPC分类号C02F3/30; C02F3/28; B01D53/84; B01D53/52; C02F101/16; C02F101/38
摘要
本发明公开了一种短程反硝化促进废水总氮去除的方法，高氨氮废水经过前处理单元去除有机物生产沼气后进入短程硝化‑厌氧氨氧化脱氮单元、去除氨氮和大部分总氮后，出水进入硫还原短程反硝化单元，通入沼气使硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮，硫还原短程反硝化单元部分出水回流至短程硝化‑厌氧氨氧化脱氮单元继续进行厌氧氨氧化反应进一步去除总氮，剩余出水进入后处理单元，在后处理单元进行深度处理，后处理单元出水达到排放标准后排放。本发明的优点表现在：厌氧消化出水总氮去除率高，同时实现废水脱氮与沼气脱硫，完全自养脱氮，沼气生物脱硫不需加氧，整个废水脱氮与沼气脱硫系统运行费用低。
权利要求书
1.一种短程反硝化促进废水总氮去除的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)高氨氮废水进入前处理单元进行厌氧消化，去除有机物并产生沼气;
(2)厌氧消化出水进入短程硝化-厌氧氨氧化脱氮单元，在短程硝化-厌氧氨氧化脱氮单元去除氨氮及总氮;
(3)短程硝化-厌氧氨氧化脱氮单元出水从反应器顶部进入硫还原短程反硝化单元，该单元接种污泥，并从反应器底部通入沼气，控制沼气与该单元进水的体积比;
(4)硫还原短程反硝化单元出水回流至短程硝化-厌氧氨氧化脱氮单元，在短程硝化-厌氧氨氧化脱氮单元再进行厌氧氨氧化反应进一步去除总氮;
(5)硫还原短程反硝化单元部分出水进入后处理单元，去除污泥，同时去除磷和难降解有机物。
2.根据权利要求1所述的短程反硝化促进废水总氮去除的方法，其特征在于：所述前处理单元为厌氧消化单元;后处理单元为絮凝单元或沉淀单元。
3.根据权利要求2所述的短程反硝化促进废水总氮去除的方法，其特征在于：所述接种污泥为好氧或厌氧污泥中的一种或多种按任意比例的混合。
4.根据权利要求3所述的短程反硝化促进废水总氮去除的方法，其特征在于：所述控制沼气与该单元进水的体积比，使沼气中S2与该单元进水中NO3--N的摩尔比为1:1。
5.根据权利要求4所述的短程反硝化促进废水总氮去除的方法，其特征在于：所述硫还原短程反硝化单元出水回流至短程硝化-厌氧氨氧化脱氮单元，回流比为进水的100%~500%。
6.根据权利要求5所述的短程反硝化促进废水总氮去除的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，在15~35 oC下，硫还原短程反硝化单元中废水停留为0.5~2天，在硫还原短程反硝化单元的反硝化微生物作用下，S2–还原NO3-生成NO2-。
7.根据权利要求6所述的短程反硝化促进废水总氮去除的方法，其特征在于：所述高氨氮废水的氨氮浓度为300~1800 mg N/L。
8.根据权利要求7所述的短程反硝化促进废水总氮去除的方法，其特征在于：所述步骤(2)中涉及的生物化学反应为：
NH4+ + 1.44O2 + 0.05CO2 → 0.99NO2– + 0.01C5H7NO2 + 1.99H+ + 0.97 H2O (1)
在短程硝化-厌氧氨氧化脱氮单元硝化微生物作用下，O2氧化NH4+生成NO2-;
NH4+ +1.32NO2–→ 1.02N2 + 0.26NO3– + 0.066CH2O0.5N0.l5 + 2.03H2O (2)
在厌氧氨氧化微生物作用下，NO2–氧化NH4+生成氮气和NO3-。
9.根据权利要求8所述的短程反硝化促进废水总氮去除的方法，其特征在于：所述硝化微生物为氨氧化细菌或氨氧化古菌，厌氧氨氧化微生物为厌氧氨氧化菌。
10.根据权利要求9所述的短程反硝化促进废水总氮去除的方法，其特征在于：所述步骤(3)中涉及的生物化学反应为：
NO3–+ S2–+ 2H → S0 + NO2–+ H2O (3)
在硫还原短程反硝化单元的反硝化微生物作用下，S2–还原NO3-生成NO2-。
说明书
短程反硝化促进废水总氮去除的方法
技术领域
本发明涉及一种以沼气中硫化氢为电子供体的短程反硝化促进废水总氮去除的方法，属于废水处理领域，适用于畜禽养殖废水、高氮高浓度工业有机废水、垃圾渗滤液、城市污水厂剩余污泥厌氧消化处理沼气工程产生的沼液的脱氮以及沼气脱硫。
背景技术
畜禽养殖废水、高氮高浓度工业有机废水、垃圾渗滤液、城市污水厂剩余污泥一般采用厌氧消化去除有机物并生产沼气，厌氧处理出水是一种高氮低碳废水，排入水体之前需要进行脱氮处理。针对高氮低碳废水，传统的生物脱氮主要采用硝化-反硝化法，分为2个阶段，首先是自养的硝化菌在好氧的条件下将氨氮氧化为亚硝态氮(NO2--N)、硝态氮(NO3--N)，然后通过异养的反硝化菌在缺氧的条件下利用有机碳源将NO3--N、NO2--N还原为氮气。传统硝化-反硝化法对高氮低碳废水的脱氮效果差，主要是因为反硝化过程需要易降解有机物，高氮低碳废水缺乏易降解有机物。另外硝化过程产生酸度，使混合液pH值降低，影响微生物活性和处理系统效能。
荷兰Delft工业大学于1997年提出并开发了一种新型脱氮工艺(短程硝化-厌氧氨氧化工艺)受到了国内外广泛重视。其基本原理是：先在有氧的条件下，利用氨氧化菌将氨氧化成NO2-，然后在厌氧或缺氧条件下，厌氧氨氧化菌以NO2-作为电子受体，直接将NH4+氧化为N2。在厌氧氨氧化过程中，将NH4+和NO2-转化为N2的过程为完全自养，且NH4+-N的氧化无需分子态氧的参与，而NO2--N的还原也无需有机物的参与。所以，与传统硝化-反硝化生物脱氮工艺相比，厌氧氨氧化工艺可以节省62.5%的供氧量，而且不需要外加碳源，因而可以大幅度地降低脱氮的基建投资和运行成本。但是，理论上，短程硝化-厌氧氨氧化工艺对总氮的去除效率只能达到89%，对于高氮低碳的厌氧处理出水，经过短程硝化-厌氧氨氧化工艺处理后，仍然含有较高浓度总氮，主要是硝态氮，还不能达到要求日益严格的排放标准，需要进一步处理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种短程反硝化促进废水总氮去除的方法。采用本发明处理厌氧消化出水，完全自养脱氮，总氮去除率高，同时实现废水脱氮与沼气脱硫，沼气生物脱硫不需加氧，整个废水脱氮与沼气脱硫系统运行费用低。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种短程反硝化促进废水总氮去除的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)高氨氮废水进入前处理单元进行厌氧消化，去除有机物并产生沼气;
(2)厌氧消化出水进入短程硝化-厌氧氨氧化脱氮单元，在短程硝化-厌氧氨氧化脱氮单元去除氨氮及大部分总氮;
(3)短程硝化-厌氧氨氧化脱氮单元出水从反应器顶部进入硫还原短程反硝化单元，该单元接种污泥，并从反应器底部通入沼气，控制沼气与该单元进水的体积比;
(4)硫还原短程反硝化单元出水回流至短程硝化-厌氧氨氧化脱氮单元，在短程硝化-厌氧氨氧化脱氮单元再进行厌氧氨氧化反应进一步去除总氮;
(5)硫还原短程反硝化单元部分出水进入后处理单元，去除污泥，同时去除磷和难降解有机物。
所述前处理单元为厌氧消化单元，例如完全混合式厌氧反应器、厌氧接触反应器、上流式厌氧污泥床等;后处理单元为絮凝单元或沉淀单元。
所述接种污泥为好氧或厌氧污泥中的一种或多种按任意比例的混合。
所述控制沼气与该单元进水的体积比，使沼气中S2与该单元进水中NO3--N的摩尔比为1:1~1。
所述硫还原短程反硝化单元出水回流至短程硝化-厌氧氨氧化脱氮单元，回流比为进水的100%~500%。
所述短程硝化-厌氧氨氧化脱氮单元采用一步法或采用两步法。
所述步骤(3)中，在15~35 oC下，硫还原短程反硝化单元中废水停留(HRT)为0.5~2天，在硫还原短程反硝化单元的反硝化微生物作用下，S2–还原NO3-生成NO2-。
所述高氨氮废水的氨氮浓度为300~1800 mg N/L。
所述步骤(2)中涉及的生物化学反应为：
NH4+ + 1.44O2 + 0.05CO2 → 0.99NO2–+ 0.01C5H7NO2 + 1.99H+ + 0.97 H2O (1)
在短程硝化-厌氧氨氧化脱氮单元硝化微生物作用下，O2氧化NH4+生成NO2-;
NH4+ +1.32NO2–→ 1.02N2 + 0.26NO3–+ 0.066CH2O0.5N0.l5 + 2.03H2O (2)
在厌氧氨氧化微生物作用下，NO2–氧化NH4+生成氮气(N2)和NO3-。
所述硝化微生物可以是氨氧化细菌或氨氧化古菌，厌氧氨氧化微生物为厌氧氨氧化菌。
所述步骤(3)中涉及的生物化学反应为：
NO3–+ S2–+ 2H → S0 + NO2–+ H2O (3)
在硫还原短程反硝化单元的反硝化微生物作用下，S2–还原NO3-生成NO2-。
采用本发明的优点在于：
① 提高厌氧消化出水总氮去除率，短程硝化-厌氧氨氧化工艺对总氮的去除效率理论上只能达到89%，采用本发明，总氮去除率可达到95%以上。
② 可同时实现废水脱氮与沼气脱硫，本发明既能提高总氮去除率，又能消耗沼气中硫化氢，可以实现沼气脱硫。
③ 厌氧消化出水完全自养脱氮，短程硝化、厌氧氨氧化、硫还原短程反硝化都是自养过程，不需要外加碳源。
④ 沼气脱硫不需加氧，也不需要脱硫剂;沼气脱硫一般采用化学脱硫和生物脱硫。前者需要脱硫剂，费用高;后者需要加氧，存在爆炸风险。本发明既不需要加氧也不需要脱硫剂。
⑤ 减少整个废水脱氮与沼气脱硫系统运行费用。其脱硫成本比化学脱硫节约80%以上，比加氧生物脱硫节约40%以上。