申请日2014.04.03
公开(公告)日2018.10.02
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明涉及一种从废水中生物除氮的方法，包括：(a)提供包括铵的废水流;(b)向含有包括具有厌氧氨氧化细菌的核心和氨氧化细菌的外边缘的颗粒的粒状污泥的反应器中连续地供应废水流;(c)反应器中的废水在铵氧化条件下经过氨氧化得到包括氮气的气体流和粒状污泥和非粒状污泥在处理过的废水中的分散体，铵氧化条件包括5‑25℃范围内的温度、在废水中0.4mg/L‑4.0mg/L范围内的溶解氧浓度和废水在反应器中0.5小时至1.5天范围内的水力停留时间;和(d)连续地将得到的分散体分离成包括粒状污泥的流和包括处理过的废水和非粒状污泥的流，并将包括粒状污泥的流循环至反应器中和从方法中排出非粒状污泥，其中粒状污泥在反应器中具有至少10倍于水力停留时间的停留时间，和其中任何非粒状污泥在反应器中的停留时间等于水力停留时间或最多是水力停留时间的三倍。
权利要求书
1.一种从废水中生物除氮的方法，包括：
(a)提供包括铵的废水流;
(b)向含有包括具有厌氧氨氧化细菌的核心和氨氧化细菌的外边缘的颗粒的粒状污泥的反应器中连续地供应所述废水流;
(c)所述反应器中的所述废水在铵氧化条件下经过氨氧化，得到包括氮气的气体流和粒状污泥和非粒状污泥在处理过的废水中的分散体，所述铵氧化条件包括5-25℃范围内的温度、在所述废水中0.4mg/L-4.0mg/L范围内的溶解氧浓度和所述废水在所述反应器中0.5小时至1.5天范围内的水力停留时间;和
(d)连续地将得到的所述分散体分离成包括粒状污泥的流和包括处理过的废水和非粒状污泥的流，并将所述包括粒状污泥的流循环至所述反应器中和从所述方法中排出所述非粒状污泥，
其中在步骤(d)中通过在所述反应器中对污泥颗粒施加剪切来分离所述分散体，其中所述粒状污泥在所述反应器中具有至少30倍于所述水力停留时间的停留时间，和其中任何非粒状污泥在所述反应器中的所述停留时间等于所述水力停留时间或最多是所述水力停留时间的二倍。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(a)中提供的所述废水流具有生物需氧量(BOD)和氮含量，其中BOD和氮含量的商低于2。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中任何非粒状污泥的所述停留时间在所述水力停留时间的1至1.5倍范围内且所述粒状污泥的所述停留时间为所述水力停留时间的至少50至500倍。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤(d)包括在包括大量平行斜板的斜板沉降器中分离所述分散体，其中所述分散体在所述斜板间以3至15m/h范围内的向上速度流动。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述分散体在所述斜板间以4至12m/h范围内的向上速度流动。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中以50至500s-1范围内的剪切速率施加所述剪切。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过使气体在所述反应器中流经所述废水而对所述污泥颗粒施加所述剪切。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述气体以3至20m/h范围内的表观气速流过所述废水。
9.根据权利要求8所述的方法，其中气体在所述反应器中以5至15m/h范围内的表观气速流过所述废水。
10.根据权利要求8所述的方法，其中在步骤(c)中得到的气体流被循环到所述反应器中，以形成流过所述废水的至少部分所述气体。
11.根据权利要求9所述的方法，其中在步骤(c)中得到的气体流被循环到所述反应器中，以形成流过所述废水的至少部分所述气体。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述水力停留时间在从1小时到1天的范围内。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤(c)中所述溶解氧浓度在1.0至3.0mg/L的范围内。
14.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述反应器具有低于5的高度直径比。
15.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过从工业或生活废水流中去除BOD而提供包括铵的所述废水流。
16.根据权利要求15所述的方法，其中将从工业或生活废水流中去除的BOD经过厌氧消化，得到生物气。
说明书
从废水中生物除氮的方法
技术领域
本发明涉及在含有包括具有厌氧氨氧化细菌的核心和氨氧化细菌的外边缘的颗粒的粒状污泥的反应器中在低于25℃的温度下从废水中生物除氮的方法。
背景技术
废水的组合硝化和厌氧氨氧化(anammox)的方法在本领域中是已知的且通常用于在中温温度下(即在25-40℃的范围内)富铵废水流的处理。在该方法中，一半铵先通过氨氧化细菌按照下列反应式氧化形成亚硝酸盐：
4NH4++3O2→2NH4++2NO2-+4H++2H2O (1)
生成的铵和亚硝酸盐然后通过厌氧氨氧化细菌按照下列反应式转化成双氮气体：
NH4++NO2-→N2+2H2O (2)
已知这两个方法步骤均在单一反应器中进行，其中氨氧化细菌和厌氧氨氧化细菌形成具有厌氧氨氧化细菌的核心和氨氧化细菌的外边缘的紧凑污泥颗粒。该方法例如在J.R.Vázquez-Padín等人，Water Science&Technology(2011)，第1282-1288页中所描述。
厌氧氨氧化细菌生长速率缓慢，因此废水的组合硝化和厌氧氨氧化主要应用于温度约30℃的废水流。而且在中温温度，氨氧化细菌的最大生长速率大于亚硝酸盐氧化细菌的最大生长速率，因此避免了不想要的亚硝酸盐向硝酸盐的氧化。
然而，如果废水的组合硝化和厌氧氨氧化能够在低温(即低于25℃，优选地在10和20℃之间)下进行将是有利的，因为生活废水通常在该低温下可用。在低温下废水的组合硝化和厌氧氨氧化已经在J.R.Vázquez-Padín等人，Water Science&Technology(2011)，第1282-1288页中提出，已经研究了在低温下在两单元配置和单一单元配置中用于稀释废水流的组合硝化和厌氧氨氧化的适当的条件。发现在单一反应器中在20℃进行组合硝化和厌氧氨氧化是可能的。反应器具有5.5的高度直径比。在施加的方法条件下，形成具有厌氧氨氧化细菌的核心和氨氧化细菌的外边缘的紧凑污泥颗粒。Vázquez-Padín等人公开的方法在批量模式下运行。
WO2011/110905公开了一种在曝气池中在低氧浓度(小于1.0mg/L的溶解氧)在7和25℃之间的温度下含铵废水的生物净化方法，其中蒸煮器产生的污泥水在高于25℃的温度下的全程自养脱氮(deammonification)形成的剩余污泥被送入曝气池中，以连续地增加曝气池中厌氧氨氧化细菌的量。在WO2011/110905的方法中，部分污泥在曝气池中被循环而没有去除非粒状污泥。
在本领域中需要用于在低温下在工业规模可以进行和用于非稀释废水流的组合硝化和厌氧氨氧化的改进的方法，其中不需要厌氧氨氧化细菌的连续增加。
发明内容
现已发现通过在包括具有厌氧氨氧化细菌和氨氧化细菌的粒状污泥的单一反应器中在粒状污泥的停留时间至少是水力停留时间的十倍，和其中在反应器中形成的任何非粒状污泥的停留时间最多是水力停留时间的三倍和其中水力停留时间在0.5小时到1.5天的范围内的条件下进行组合硝化和厌氧氨氧化方法，所述方法可以在低于25℃的温度下进行，甚至可以在具有相对低的高度直径比的反应器中进行，即使没有厌氧氨氧化细菌的增加。通过将液体反应器流出物分离成包括粒状污泥和没有非粒状污泥或具有很少量非粒状污泥的部分和包括非粒状污泥的部分而得到所述条件，其中粒状污泥的停留时间显著高于水力停留时间，和其中非粒状污泥的停留时间不远高于水力停留时间或类似于水力停留时间。这样的分离可以例如通过使用斜板沉降器和以反应器流出物的相对较高的向上速度操作该沉降器获得。分离的粒状污泥循环至反应器中且非粒状污泥从所述方法中排出。
因此，本发明提供一种从废水中生物除氮的方法，包括：
(a)提供包括铵的废水流;
(b)向含有包括具有厌氧氨氧化细菌的核心和氨氧化细菌的外边缘的颗粒的粒状污泥的反应器中连续地供应所述废水流;
(c)所述反应器中的所述废水在铵氧化条件下经过氨氧化，得到包括氮气的气体流和粒状污泥和非粒状污泥在处理过的废水中的分散体，所述铵氧化条件包括5-25℃范围内的温度、在所述废水中0.4mg/L-4.0mg/L范围内的溶解氧浓度和所述废水在所述反应器中0.5小时至1.5天范围内的水力停留时间;和
(d)连续地将得到的所述分散体分离成包括粒状污泥的流和包括处理过的废水和非粒状污泥的流，并将所述包括粒状污泥的流循环至所述反应器中和从所述方法中排出所述非粒状污泥，
其中所述粒状污泥在所述反应器中具有至少10倍于所述水力停留时间的停留时间，和其中任何非粒状污泥在所述反应器中的所述停留时间等于所述水力停留时间或最多是所述水力停留时间的三倍。
根据本发明的方法的优点为亚硝酸盐氧化细菌和异养氧化菌被选择性地从所述反应器中去除，而具有厌氧氨氧化细菌和氨氧化细菌的粒状污泥的停留时间增加。因此，不想要的亚硝酸盐至硝酸盐的氧化被最小化。而且，亚硝酸盐氧化细菌和异养氧化菌的选择性去除使所述方法在相对较高的溶解氧浓度下进行，这对在硝化步骤中的转化率是有利的。所述方法的另一个优点是任何流入的固体通常从具有非粒状污泥的液体反应器流出物中被分离出来。
优选地，根据本发明的方法在所述反应器中在步骤(c)的高剪切条件下进行。该高剪切的优点在于污泥颗粒上的非粒状(即絮状)生物质的生长被阻止或最小化，并有利于在步骤(d)中粒状污泥和非粒状污泥之间的分离。可选地，在步骤(c)中氨氧化反应器的液体流出物在所述反应器外例如在步骤(c)和(d)之间或在分离步骤(d)中经受剪切。