公布日：2023.12.08
申请日：2023.09.25
分类号：C02F3/30(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N;C02F103/06(2006.01)N
摘要
本发明涉及废水处理领域，公开了一种垃圾中转站渗滤液深度脱氮方法，包括以下步骤：将废水通入厌氧池内，进行反硝化作用；将厌氧池出水通入缺氧池内，进行短程反硝化和厌氧氨氧化；将缺氧池出水通入好氧池内，利用分别负载于生物填料外层和内层的好氧和厌氧氨氧化菌进行好氧和厌氧氨氧化；将好氧池末端的泥水混合物部分回流到缺氧池内，剩余通入膜生物反应器内，进行泥水分离，并在曝气下利用异养菌降解有机物，同时进行氨到硝酸盐的转化；将膜生物反应器内的泥水混合物部分回流到厌氧池内。本发明的深度脱氮方法能够实现多条脱氮途径之间较好的配合，避免单一脱氮途径的缺陷，对碳源依赖性较小，且曝气量和污泥产量较小，对脱氮条件的要求较低。
权利要求书
1.一种垃圾中转站渗滤液深度脱氮方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将废水通入厌氧池内，利用反硝化菌将硝酸盐转化为亚硝酸盐和氮气；（2）将厌氧池出水通入到缺氧池内，利用短程反硝化菌将硝酸盐转化为亚硝酸盐，并利用厌氧氨氧化菌将亚硝酸盐和氨转化为氮气；（3）将缺氧池出水通入到好氧池内，利用生物填料外层负载的好氧氨氧化菌将氨转化为亚硝酸盐，并利用生物填料内层负载的厌氧氨氧化菌将亚硝酸盐和氨转化为氮气；（4）将好氧池出水通入到膜生物反应器内，进行泥水分离，并在曝气下利用异养菌将有机物转化成水和二氧化碳，利用好氧氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌将氨转化为硝酸盐；（5）将好氧池末端的泥水混合物部分回流到缺氧池内；（6）将膜生物反应器内的泥水混合物部分回流到厌氧池内。
2.如权利要求1所述的深度脱氮方法，其特征在于，步骤（3）中：生物填料外层还负载有亚硝酸盐氧化菌，用于将亚硝酸盐转化为硝酸盐；生物填料的内层还负载有反硝化菌，用于将硝酸盐转化为亚硝酸盐和氮气。
3.如权利要求1所述的深度脱氮方法，其特征在于，步骤（3）中：所述好氧池内的生物填料内层负载有单胺氧化酶，外层不负载有单胺氧化酶。
4.如权利要求3所述的深度脱氮方法，其特征在于，所述好氧池内的生物填料中，负载有单胺氧化酶的内层直径为生物填料直径的30~50%。
5.如权利要求3或4所述的深度脱氮方法，其特征在于，所述好氧池内的生物填料的制备方法包括以下步骤：（A）将含有涤纶成分的纤维束进行蛇形走线，中央固定在中心绳束内，形成多个以中心绳束为轴心呈放射状分布的一级纤维束环，获得辫带式的初编填料；（B）对初编填料进行硝化引入硝基后，将引入的硝基还原成氨基，获得氨基化初编填料；（C）将单胺氧化酶通过戊二醛连接到氨基化初编填料上，获得单胺氧化酶复合初编填料；（D）按照步骤（A）中的方法，在单胺氧化酶复合初编填料上，用纤维束制成多个以所述中心绳束为轴心呈放射状分布的二级纤维束环，获得直径大于初编填料的生物填料。
6.如权利要求1所述的深度脱氮方法，其特征在于，步骤（1）中：在将废水通入厌氧池前，先搅拌均匀。
7.如权利要求1所述的深度脱氮方法，其特征在于，步骤（5）中：所述好氧池末端的泥水混合物的回流比为100~500%。
8.如权利要求1所述的深度脱氮方法，其特征在于，步骤（6）中：所述膜生物反应器内的泥水混合物的回流比为50~150%。
9.如权利要求1所述的深度脱氮方法，其特征在于，步骤（1）~（4）中：所述厌氧池内废水的溶解氧含量不高于0.2mg/L，缺氧池、好氧池和膜生物反应器内废水的溶解氧含量分别为0.1~0.6、0.5~2.0和1~3mg/L。
10.如权利要求1所述的深度脱氮方法，其特征在于，步骤（1）~（3）中，所述厌氧池、缺氧池和好氧池内的水力停留时间分别为2~4h、5~7h和8~14h。
发明内容
为了解决现有的硝化反硝化脱氮方法需要外加碳源，且曝气量和污泥产量大，成本高，而现有的基于厌氧氨氧化的脱氮方法对脱氮条件的要求严格的技术问题，本发明提供了一种垃圾中转站渗滤液深度脱氮方法。该深度脱氮方法能够实现多条脱氮途径之间较好的配合，对碳源的依赖性较小，在进行垃圾中转站渗滤液的脱氮时无需外加碳源，且曝气量和污泥产量较小，对脱氮条件的要求较低。
本发明的具体技术方案为：一种垃圾中转站渗滤液深度脱氮方法，包括以下步骤：(1)将废水通入厌氧池内，利用反硝化菌将硝酸盐转化为亚硝酸盐和氮气；(2)将厌氧池出水通入到缺氧池内，利用短程反硝化菌将硝酸盐转化为亚硝酸盐，并利用厌氧氨氧化菌将亚硝酸盐和氨转化为氮气；(3)将缺氧池出水通入到好氧池内，利用生物填料外层负载的好氧氨氧化菌将氨转化为亚硝酸盐，并利用生物填料内层负载的厌氧氨氧化菌将亚硝酸盐和氨转化为氮气；(4)将好氧池出水通入到膜生物反应器内，进行泥水分离，并在曝气下利用异养菌将有机物转化成水和二氧化碳，利用好氧氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌将氨转化为硝酸盐；(5)将好氧池末端的泥水混合物部分回流到缺氧池内；(6)将膜生物反应器内的泥水混合物部分回流到厌氧池内。
采用本发明的方法，能够充分利用好氧和厌氧氨氧化菌、亚硝酸盐氧化菌、反硝化菌等不同微生物的生化作用，使硝化-反硝化、短程硝化-厌氧氨氧化、短程反硝化-厌氧氨氧化之间较好地配合，避免了单一脱氮途径的缺陷，在不外加碳源且曝气量和污泥产量较小的情况下，即可使可生化有机物含量有限的垃圾中转站渗滤液实现较大程度的脱氮，并且，脱氮效果受到脱氮条件的限制相对较小，因而对脱氮条件的要求较低。
作为优选，步骤(3)中：生物填料外层还负载有亚硝酸盐氧化菌，用于将亚硝酸盐转化为硝酸盐；生物填料的内层还负载有反硝化菌，用于将硝酸盐转化为亚硝酸盐和氮气。
利用好氧池内生物填料外层的亚硝酸盐氧化菌和内层的反硝化菌，能够与整个深度脱氮流程中的其他微生物配合，进一步提高废水脱氮效果。
作为优选，步骤(1)～(3)中：所述厌氧池、缺氧池和好氧池内，均采用辫带式生物填料作为微生物载体。
辫带式生物填料(生物绳)由中心绳束和以中心绳束为轴心向四周放射状分布的无数纤维束环构成，能够解决悬浮污泥易于发生污泥膨胀和随水流流失的问题，同时还具有较大的比表面积，有利于功能菌附着在其上形成生物膜，且有利于生物膜与废水接触并传质。
作为优选，步骤(3)中：所述好氧池内的生物填料内层负载有单胺氧化酶，外层不负载有单胺氧化酶。
在好氧池内的生物填料中，外层的好氧氨氧化菌所产生的亚硝酸盐能够快速传递给内层的厌氧氨氧化菌，同时，内层的厌氧氨氧化菌有助于减轻亚硝酸盐的积累对好氧氨氧化菌造成的毒性，通过这种方式，将好氧和厌氧氨氧化菌集成在同一生物填料中，有利于提高脱氮效果。
不过，虽然外层的好氧氨氧化菌会消耗氧气，减少进入内层的氧气量，但厌氧氨氧化菌的生长和厌氧氨氧化作用要求严格厌氧(有研究表明，仅当1μmol/L氧气存在时，厌氧氨氧化菌的活性就会被抑制)。为此，本发明在生物填料的内层负载了单胺氧化酶，能够催化废水中的有机胺在氧气作用下转化为氨，因而能够在降低废水中有机胺含量并为内层厌氧氨氧化菌提供氨的同时，消耗氧气，进一步减少氧气进入生物填料内层以及减少内层中的氧气，从而确保内层中的厌氧氨氧化菌具有较高的活性，能够较好地将亚硝酸盐和氨转化成氮气，并减轻亚硝酸盐的积累对外层好氧氨氧化菌造成的毒性，进而提高废水脱氮效果。
作为优选，所述好氧池内的生物填料中，负载有单胺氧化酶的内层直径为生物填料直径的30～50％。
作为优选，所述好氧池内的生物填料的制备方法包括以下步骤：(A)将含有涤纶成分的纤维束进行蛇形走线，中央固定在中心绳束内，形成多个以中心绳束为轴心呈放射状分布的一级纤维束环，获得辫带式的初编填料；(B)对初编填料进行硝化引入硝基后，将引入的硝基还原成氨基，获得氨基化初编填料；(C)将单胺氧化酶通过戊二醛连接到氨基化初编填料上，获得单胺氧化酶复合初编填料；(D)按照步骤(A)中的方法，在单胺氧化酶复合初编填料上，用纤维束制成多个以所述中心绳束为轴心呈放射状分布的二级纤维束环，获得直径大于初编填料的生物填料。
上述过程在常规辫带式生物填料的编制方法基础上，将其制成直径较小的一级纤维束环和直径较大的二级纤维束环的复合结构，使一级纤维束环位于内层，二级纤维束环位于外层，并在制成一级纤维束环后负载单胺氧化酶，实现了“内层负载有单胺氧化酶，外层不负载有单胺氧化酶”的生物填料的制备，能够利用一级纤维束环上负载的单胺氧化酶有效降低内层中的氧含量，提高内层厌氧胺氧化酶的活性。
作为优选，步骤(A)和(D)中：所述初编填料和生物填料的线质量之比为1:3～6。
作为优选，步骤(B)的具体过程包括以下步骤：将初编填料在硝酸溶液中浸泡后取出，在60～80℃下反应20～30min，洗涤后浸入含硫化钠和碳酸钠的还原剂溶液中，在90～95℃下反应30～40min，取出并洗涤，获得氨基化初编填料。
进一步地，步骤(B)中：所述硝酸溶液的浓度为1.0～2.5wt％；所述还原剂溶液中，硫化钠和碳酸钠的浓度分别为1.5～3.5wt％和1～4wt％。
进一步地，步骤(B)中：所述初编填料、硝酸溶液和还原剂溶液的质量比为1:30～50:80～120。
进一步地，步骤(B)中：所述浸泡的时间为20～40min。
作为优选，步骤(C)的具体过程包括以下步骤：将氨基化初编填料浸入戊二醛溶液中，浸泡1～2h后取出并洗涤，再浸入单胺氧化酶溶液中，在3～10℃下反应10～12h，取出并洗涤，获得单胺氧化酶复合初编填料。
进一步地，步骤(C)中：所述戊二醛溶液的浓度为5～10wt％；所述单胺氧化酶溶液的浓度为1～3wt％。
进一步地，步骤(B)和(C)中：所述初编填料、戊二醛溶液和单胺氧化酶溶液的质量比为1:80～120:80～120。
作为优选，步骤(1)中：在将废水通入厌氧池前，先搅拌均匀。
作为优选，步骤(5)中：所述好氧池末端的泥水混合物的回流比为100～500％。
作为优选，步骤(6)中：所述膜生物反应器内的泥水混合物的回流比为50～150％。
作为优选，步骤(1)～(4)中：所述厌氧池内废水的溶解氧含量不高于0.2mg/L，缺氧池、好氧池和膜生物反应器内废水的溶解氧含量分别为0.1～0.6、0.5～2.0和1～3mg/L。
作为优选，步骤(1)～(3)中，所述厌氧池、缺氧池和好氧池内的水力停留时间分别为2～4h、5～7h和8～14h。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)本发明的深度脱氮方法能够实现多条脱氮途径(包括硝化-反硝化、短程硝化-厌氧氨氧化、短程反硝化-厌氧氨氧化等)之间较好的配合，避免单一脱氮途径的缺陷，在不外加碳源且曝气和污泥产量较少的情况下，即可使可生化有机物含量有限的垃圾中转站渗滤液实现较大程度的脱氮，且对脱氮条件的要求较低；(2)本发明在厌氧池、缺氧池和好氧池内采用辫带式生物填料作为微生物载体，与悬浮污泥工艺相比，功能菌能够附着在辫带式生物填料上形成生物膜，不易发生污泥膨胀，也不易随水流流失，并且，辫带式生物填料具有较大的比表面积和孔隙率，可以为微生物提供更多附着点，减少成膜时间。
(3)本发明在好氧池内，采用内层负载单胺氧化酶、外层不负载单胺氧化酶的生物填料，能够在降低废水中有机胺含量并为内层厌氧氨氧化菌提供氨的同时，降低内层中的氧含量，进而提高废水脱氮效果。
（发明人：高杰;苏德欣;孟家兴;肖艳）