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一種好氧/厭氧生物濾池生物脫氮方法和裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510936831.4

申請日:

2015.12.15

公開號:

CN105540841A

公開日:

2016.05.04

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||著錄事項變更IPC(主分類):C02F 3/30變更事項:申請人變更前:華東師范大學變更后:華東師范大學變更事項:地址變更前:200062 上海市普陀區中山北路3663號變更后:200062 上海市普陀區中山北路3663號變更事項:申請人變更前:上海閔行環保開發實業有限公司變更后:上海恒奕環境科技有限公司|||實質審查的生效IPC(主分類):C02F 3/30申請日:20151215|||公開
IPC分類號: C02F3/30 主分類號: C02F3/30
申請人: 華東師范大學; 上海閔行環保開發實業有限公司
發明人: 謝冰; 孫金昭; 武冬; 黃興華; 夏輝鵬; 沈建中; 李靖
地址: 200062 上海市普陀區中山北路3663號
優先權:
專利代理機構: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227 代理人: 吳澤群
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510936831.4

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2018.06.22|||2018.06.12|||2016.06.01|||2016.05.04

法律狀態類型:

授權|||著錄事項變更|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種好氧/厭氧生物濾池生物脫氮方法和設備,本發明通過向生物濾池內間歇式進水,脫氮過程分為硝化和短程反硝化—厭氧氨氧化耦合兩個過程:將一半待處理廢水泵入生物濾池內曝氣硝化,實現氨氮轉化為硝氮,同時去除廢水中的大部分COD,減輕后續反應有機負荷;在硝化過程結束后,停止曝氣,再泵入原廢水進入生物濾池,引入的可降解有機物和氨氮分別為短程反硝化和厭氧氨氧化提供電子供體和反應基質,在缺氧/厭氧條件下,濾池內反硝化細菌和厭氧氨氧化細菌協同脫氮。本發明克服了傳統生物脫氮技術碳源不足問題,使用本發明的低C/N比廢水生物脫氮方法,污泥產量少,不需添加外碳源,沒有二次污染,氮去除率能夠達到90%以上。

權利要求書

1.一種好氧/厭氧生物濾池生物脫氮設備,其特征在于:一種好
氧/厭氧生物濾池生物脫氮設備,包括集水裝置和生物濾池裝置;所
述集水裝置包括廢水儲槽、第一流量計、蠕動泵;所述生物濾池裝置
包括生物濾池、軟性填料、曝氣裝置、布水裝置、回流泵、第二流量
計、出水閥、風機和氣體流量計;廢水儲槽用于儲存廢水,蠕動泵通
過管道連接廢水儲槽和生物濾池,將廢水輸送到生物濾池進行硝化反
應,第一流量計記錄和控制泵入生物濾池的廢水水量;所述生物濾池
底部設有曝氣裝置,曝氣裝置與風機相連通,氣體流量計記錄和控制
曝氣量;所述補水裝置均勻設置于生物濾池的頂部,并與進水管道相
連;所述回流泵將混合廢水從生物濾池底部抽出回流至生物濾池頂
部,促進廢水混合;第二流量計記錄并控制回流流量,所述軟性填料
均勻填充于生物濾池內,為微生物生長提供場所。
2.根據權利要求1所述的一種好氧/厭氧生物濾池生物脫氮設
備,其特征在于:所述的生物濾池的側壁上設置有數個出水閥。
3.一種好氧/厭氧生物濾池生物脫氮方法,其特征在于:步驟如
下:
所處理含氮廢水BOD5/TN≤3,向生物濾池內間歇式進水,脫氮
過程分為硝化和短程反硝化—厭氧氨氧化耦合兩個過程:
1)硝化過程:將一半(50%)待處理廢水泵入生物濾池內曝氣
硝化,實現氨氮轉化為硝氮,同時去除廢水中的大部分COD,減輕后
續反應有機負荷;
2)短程反硝化—厭氧氨氧化耦合過程:在硝化過程結束后,停
止曝氣,再泵入原廢水進入生物濾池,引入的可降解有機物和氨氮分
別為短程反硝化和厭氧氨氧化提供電子供體和反應基質,在缺氧/厭
氧條件下,濾池內反硝化細菌和厭氧氨氧化細菌協同脫氮。
4.根據權利要求3所述的一種好氧/厭氧生物濾池生物脫氮方
法,其特征在于:具體步驟為:
(1)向生物濾池中加入厭氧氨氧化污泥、反硝化污泥和硝化污
泥的混合污泥進行微生物的接種;濾池內軟性填料作為接種污泥生物
的附著載體;作為上述各種脫氮功能微生物提供附著場所;
(2)濾池內軟性填料形成外側好氧層附著硝化細菌、內側厭氧
層附著厭氧氨氧化細菌和反硝化細菌的生物膜;
(3)從廢水儲槽中將一半廢水泵入生物濾池,通過布水裝置均
勻布水,同時開啟曝氣裝置,使得溶解氧濃度控制在1-2mg/L,使廢
水中COD好氧降解,廢水中氨氮發生硝化反應生成硝酸鹽;
(4)上述硝化過程結束后,關閉曝氣裝置,將剩余廢水泵入生
物濾池,開啟回流促進廢水混勻充分,在缺氧/厭氧條件下,混合廢
水在生物濾池內因碳源不足發生短程反硝化,同時厭氧氨氧細菌利用
氨氮和亞硝氮進行厭氧氨氧化化反應,去除廢水中COD和氮,出水排
放;
(5)通過半連續批式運行好氧/缺氧生物濾池,可使得廢水中的
總氮達到理想的去除效果。
5.根據權利要求4所述的一種好氧/厭氧生物濾池生物脫氮方
法,所述生物濾池內溫度維持在30℃左右,pH值為7-8。

說明書

一種好氧/厭氧生物濾池生物脫氮方法和裝置

技術領域

本發明屬于環境工程廢水脫氮處理技術領域,具體涉及低碳氮比
廢水的生物脫氮處理方法和裝置,適用于生活廢水、垃圾滲濾液等含
高氮低碳廢水的生物處理。

技術背景

廢水中含氮物質的超標排放易引起自然水體的富營養化,藻類植
物生長過快,造成魚類等水生生物大量死亡,河道黑臭等嚴重的水環
境污染問題。生活污水、垃圾滲濾液等含氮廢水需經過嚴格脫氮處理
方可排入自然水體。國家頒布的《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》
(GB18918-2002)、《生活垃圾填埋場污染控制標準》(16889-2008)
對廢水中含氮物質(總氮、氨氮)的排放制定了嚴格要求,傳統廢水
生物脫氮技術對碳源需求量高、污泥產量大,已不再滿足現階段廢水
脫氮處理要求,廢水生物脫氮處理面臨嚴峻挑戰,迫切需要發展新的
廢水生物脫氮處理技術。

自1995年荷蘭學者Mulder發現厭氧氨氧化生物脫氮的新途徑以
來,后人在此基礎上不斷改進和優化。2006年Kalyuzhnyi等人提出
反硝化氨氧化DEAMOX(DEnitrifyingAMmoniumOXidation)脫氮途
徑,其是在厭氧條件下,利用有限COD將廢水中硝氮還原為亞硝氮,
作為后續氨氧化階段反應基質的聯合脫氮過程。SNAD(Simultaneous
partialNitrification,AnammoxandDenitrification)技術就是
運用NRBC(Non-wovenRotatingBiologicalContactor)反應器,
實現硝化細菌、反硝化細菌、厭氧氨氧化細菌的在同一反應器中共同
存在脫氮過程,但其仍需嚴格控制短程硝化階段,為厭氧氨氧化提供
NO2—-N反應基質,在實際應用過程中較難穩定維持。

發明內容

本發明的目的旨在提出一種高效低耗,易于控制,操作簡便,能
夠同時實現硝化、短程反硝化以及厭氧氨氧化反應的新型生物脫氮方
法和裝置。

本發明是通過以下技術方案來實現的。

一種好氧/厭氧生物濾池生物脫氮設備,包括集水裝置和生物濾
池裝置;所述集水裝置包括廢水儲槽、第一流量計、蠕動泵;所述生
物濾池裝置包括生物濾池、軟性填料、曝氣裝置、布水裝置、回流泵、
第二流量計、出水閥、風機和氣體流量計;廢水儲槽用于儲存廢水,
蠕動泵通過管道連接廢水儲槽和生物濾池,將廢水輸送到生物濾池進
行硝化反應,第一流量計記錄和控制泵入生物濾池的廢水水量;所述
生物濾池底部設有曝氣裝置,曝氣裝置與風機相連通,氣體流量計記
錄和控制曝氣量;所述補水裝置均勻設置于生物濾池的頂部,并與進
水管道相連;所述回流泵將混合廢水從生物濾池底部抽出回流至生物
濾池頂部,促進廢水混合;第二流量計記錄并控制回流流量,所述軟
性填料均勻填充于生物濾池內,為微生物生長提供場所。

所述的生物濾池的側壁上設置有數個出水閥。

一種好氧/厭氧生物濾池生物脫氮方法,步驟如下:

所處理含氮廢水BOD5/TN≤3,向生物濾池內間歇式進水,脫氮
過程分為硝化和短程反硝化—厭氧氨氧化耦合兩個過程:

1)硝化過程:將一半(50%)待處理廢水泵入生物濾池內曝氣
硝化,實現氨氮轉化為硝氮,同時去除廢水中的大部分COD,減輕后
續反應有機負荷;

2)短程反硝化—厭氧氨氧化耦合過程:在硝化過程結束后,停
止曝氣,再泵入原廢水進入生物濾池,引入的可降解有機物和氨氮分
別為短程反硝化和厭氧氨氧化提供電子供體和反應基質,在缺氧/厭
氧條件下,濾池內反硝化細菌和厭氧氨氧化細菌協同脫氮。

更為具體的步驟是:

(1)向生物濾池中加入厭氧氨氧化污泥、反硝化污泥和硝化污
泥的混合污泥進行微生物的接種;濾池內軟性填料作為接種污泥生物
的附著載體;作為上述各種脫氮功能微生物提供附著場所;

(2)濾池內軟性填料形成外側好氧層附著硝化細菌、內側厭氧
層附著厭氧氨氧化細菌和反硝化細菌的生物膜;

(3)從廢水儲槽中將一半廢水泵入生物濾池,通過布水裝置均
勻布水,同時開啟曝氣裝置,使得溶解氧濃度控制在1-2mg/L,使廢
水中COD好氧降解,廢水中氨氮發生硝化反應生成硝酸鹽;

(4)上述硝化過程結束后,關閉曝氣裝置,將剩余廢水泵入生
物濾池,開啟回流促進廢水混勻充分,在缺氧/厭氧條件下,混合廢
水在生物濾池內因碳源不足發生短程反硝化,同時厭氧氨氧細菌利用
氨氮和亞硝氮進行厭氧氨氧化化反應,去除廢水中COD和氮,出水排
放;

(5)通過半連續批式運行好氧/缺氧生物濾池,可使得廢水中的
總氮達到理想的去除效果。

通過間歇式進水將整個脫氮過程分為兩個步驟,均在同一反應池
內進行。生物濾池內溫度維持在30℃左右,pH值為7~8。

本發明的原理在于,生物濾池內軟性填料附著大量微生物類群和
生物量,其上的生物膜從外到里生長有不同類型的功能微生物:硝化
細菌,反硝化細菌和厭氧氨氧化細菌等,這些微生物在不同的水質條
件下發生不同的作用[1,2]。1)硝化過程:其外側好氧層附著硝化細菌,
結合曝氣過程中的氧氣,將廢水中的氨氮氧化為硝酸鹽;2)短程反
硝化—厭氧氨氧化過程:內側厭氧層附著反硝化細菌和厭氧氨氧化細
菌,在廢水中碳源不足的條件下,反硝化細菌優先利用碳源將硝氮還
原為亞硝氮,造成廢水中亞硝氮的積累[3,4];隨著有機碳源的不斷消
耗和亞硝氮的積累,在厭氧層內,厭氧氨氧化細菌利用短程反硝化過
程中累積的亞硝氮和原廢水中的氨氮,進行厭氧氨氧化反應,去除廢
水中的氨;該過程中兩種厭氧細菌在厭氧層進行短程反硝化—厭氧氨
氧化耦合反應,聯合協同脫氮[5]。

生物硝化反應:

NH4++1.5O2→NO2—+2H++H2O

NH4++2O2→NO3—+2H++H2O

廢水中氨氮和可降解有機物與氧氣充分反應,COD好氧降解和
被微生物利用,氨氮轉化為硝氮,可使出水中氮主要以硝氮形式存在,
可生物降解有機物被充分消耗,同時減輕了后續厭氧氨氧化反應的有
機負荷。

短程反硝化、厭氧氨氧化反應:

NO3-+2e—(COD)+2H+→NO2—+H2O

NH4++NO2—→N2+H2O

廢水的脫氮過程主要由兩階段完成。階段1:通過間歇式進水將
原廢水和硝化廢水在生物濾池內混合,通過回流促進混合充分,在厭
氧條件下,反硝化因碳源不足不完全反應,造成亞硝氮大量累積,廢
水中可生物降解有機物同時消耗,營造有利于厭氧氨氧化反應的基質
和環境條件。階段2:隨著有機碳源的不斷消耗和亞硝氮的積累,填
料內部的厭氧氨氧化細菌利用階段1中產生的亞硝氮和原廢水中的
氨氮,通過厭氧氨氧化反應去除廢水中的氮,最終可使廢水中總氮去
除率達到90%以上。

本發明克服了傳統生物脫氮技術碳源不足問題,使用本發明的低
C/N比廢水生物脫氮方法,污泥產量少,不需添加外碳源,沒有二次
污染,氮去除率能夠達到90%以上;本發明的生物脫氮裝置,流程簡
單,能夠實現硝化、短程反硝化、厭氧氨氧化技術在同一反應池內進
行,占地面積小,運行費用低,具有高效低耗的特點。

附圖說明

圖1為本發明裝置結構圖;

圖2為生物膜構造示意圖;

圖中,1—廢水儲槽,2—生物濾池,3—軟性填料,4—曝氣裝置,
5—布水裝置,101、第一流量計102—第二流量計,103—氣體流量
計,201、202—蠕動泵,301—風機,401—出水閥。

具體實施方式

以下將結合附圖,對具體實施方式進行詳細技術說明。

如圖1所示的一種好氧/厭氧生物濾池生物脫氮設備,包括集水
裝置和生物濾池裝置;所述集水裝置包括廢水儲槽1、第一流量計
101、蠕動泵201;所述生物濾池裝置包括生物濾池2、軟性填料3、
曝氣裝置4、布水裝置5、回流泵202、第二流量計102、出水閥401、
風機301和氣體流量計103;廢水儲槽1用于儲存廢水,蠕動泵201
通過管道連接廢水儲槽1和生物濾池2,將廢水輸送到生物濾池2進
行硝化反應,第一流量計101記錄和控制泵入生物濾池2的廢水水量;
所述生物濾池2底部設有曝氣裝置4,曝氣裝置4與風機301相連通,
氣體流量計103記錄和控制曝氣量;所述補水裝置5均勻設置于生物
濾池2的頂部,并與進水管道相連;所述回流泵202將混合廢水從生
物濾池2底部抽出回流至生物濾池2頂部,促進廢水混合;第二流量
計102記錄并控制回流流量,所述軟性填料3均勻填充于生物濾池2
內,為微生物生長提供場所。

所述的生物濾池2的側壁上設置有數個出水閥401。

使用時,向生物濾池2加入厭氧氨氧化污泥、反硝化污泥和硝化
污泥的混合污泥進行接種,濾池內軟性填料3作為接種污泥生物的附
著載體。濾池內軟性填料形成外側好氧層附著硝化細菌、內側厭氧層
附著厭氧氨氧化細菌和反硝化細菌的生物膜(如圖2)。從廢水儲槽1
中將一半廢水泵入生物濾池2,通過布水裝置5均勻布水曝氣過程中
溶解氧濃度控制在1-2mg/L,使廢水中COD好氧降解,同時使得廢水
中氨氮發生硝化反應生成硝酸鹽;上述硝化過程結束后,關閉曝氣裝
置4,從廢水儲槽1中將廢水泵入生物濾池2,開啟回流202促進廢
水混勻充分,在缺氧/厭氧條件下,混合廢水在生物濾池2內因碳源
不足發生短程反硝化和厭氧氨氧細菌結合氨氮和亞硝氮進行厭氧氨
氧化化反應,去除廢水中COD和氮,處理出水從出水閥401排出;通
過半連續運行好氧/缺氧生物濾池,可獲得理想的脫氮效果。

本發明主要采用新型的生物脫氮技術去除含氮廢水中的含氮物
質,克服了傳統生物脫氮技術因碳源不足的限制,為含氮廢水的除氮
提供了一種高效低耗的途徑。

上述本發明的實施例不用于限制本發明的保護范圍,在不背離本
發明的技術要點的前提下,本領域技術人員對本發明的優化應落入本
發明權利要求所限定范圍之內。

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一種 生物 濾池 方法 裝置
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