[发明专利]一种低能耗处理低碳氮比废水的一体化水解-反硝化氨氧化工艺

说明书

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，涉及低碳氮比废水处理技术，特别涉及针对低碳氮比废水的低能耗自养脱氮功能的实现方法。

背景技术

低碳氮比废水主要包括高浓度氨氮废水(如化肥、焦化、石化、制药、食品废水等)以及因居民生活质量提高导致碳氮比日趋下降的城市生活污水。传统脱氮工艺需要经硝化工艺将氨氮转化为硝酸盐，然后经由反硝化工艺脱氮。但硝化工艺需氧量高，能耗大；反硝化工艺需要有机碳源作为电子供体，对于低碳氮比废水，目前污水处理厂通常投加甲醇作为外加碳源，造成运行成本提高。

20世纪80年代末厌氧氨氧化菌的发现，为单级自养生物脱氮工艺的开发提供了依据。厌氧氨氧化是指在厌氧条件或缺氧条件下，厌氧氨氧化菌直接以氨氮作为电子供体，以亚硝酸盐作为电子受体，将氨氮、亚硝酸盐转化为氮气的生物氧化过程。厌氧氨氧化是目前已知的最经济的生物脱氮途径，与传统硝化反硝化技术相比具有需氧量低、运行费用低和不需外加碳源等优点，且由于不产生温室气体，被称为可持续脱氮技术。但当进水中含有有机物时，厌氧氨氧化菌活性会被废水中有机物成分所抑制；且厌氧氨氧化工艺进水对于氨氮和亚硝酸盐有比较严格的比例要求，导致其前处理半硝化阶段控制困难；此外，废水经由厌氧氨氧化工艺处理后，会产生一定量的硝酸氮，不能使出水满足日益严格的城市污水排放标准。

2006年，Kalyuzhnyi等人提出了反硝化氨氧化(DEnitrifying AMmoniumOxidation，DEAMOX)技术。反硝化氨氧化技术是在厌氧生物膜内把厌氧氨氧化过程和以挥发性脂肪酸作为电子受体将硝酸氮生成亚硝酸氮的短程反硝化过程相结合，不再需要操控困难的半硝化阶段，且出水总氮浓度可有效降低。目前研究中，以反硝化氨氧化技术为核心的废水处理工艺流程复杂，需多个反应器及污泥回流，操控难度较大，灵活性不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种低能耗处理低碳氮比废水的一体化工艺，该工艺可以实现进水含碳条件下的自养微生物脱氮，能够充分有效去除氮素污染物质，同时降低能耗、节约成本、操作简单、易于实现。

实现本发明所述低能耗处理低碳氮比废水的一体化工艺的技术方案是：

运行低能耗处理低碳氮比废水一体化工艺的反应器由第1水解区、第2水解区、好氧硝化区和反硝化氨氧化反应区组成。厌氧水解区和反硝化氨氧化区顶盖密封，顶盖设有排气口；好氧硝化区设有曝气头，通过曝气机提供硝化过程所需氧气。反硝化氨氧化反应区设置无纺布填料用以吸附附着厌氧氨氧化菌和反硝化菌混合微生物群落，其它各区设置半软性填料以形成生物膜、增加生物量。反应器还设置温控装置。

反应器进水由流量计控制按比例分别进入并联运行的第1水解区和第2水解区，废水中有机物水解产生挥发性脂肪酸(VFA)。第1水解区与好氧硝化区串联，以折流板导流，使经过水解降低有机负荷的废水在好氧硝化区完成硝化过程，将氨氮氧化为硝酸盐或亚硝酸盐，汇同并联运行的第2水解区出水进入反硝化氨氧化反应区。反硝化氨氧化反应区无纺布填料上接种厌氧氨氧化菌和反硝化菌的混合微生物群落，利用第1水解区+好氧硝化区出水中硝酸盐为电子受体，以第2水解区中挥发性脂肪酸为电子供体发生短程反硝化生成亚硝酸盐后，与第2水解区出水中氨氮完成厌氧氨氧化自养脱氮。其中，第1水解区和好氧硝化区的容积可通过隔板位置变换调节。

本发明的效果和益处是：厌氧水解与最新废水处理技术反硝化氨氧化相结合，实现对于低碳氮比废水的自养脱氮处理，提高氮素污染物去除效果，无需外加碳源，减少曝气能耗和污泥产量，且较传统硝化反硝化工艺减少温室气体排放；一体式折流板导流的箱式反应器设计以及无需污泥回流的流程设计可有效减少占地面积，大幅度降低操控复杂程度。

附图说明

图1是一体化水解-反硝化氨氧化工艺平面布置图。

图中：1第2水解区，2第1水解区，3好氧硝化区，4反硝化氨氧化反应区，5容积调节隔板，6半软性填料，7无纺布填料，8蠕动泵，9进水箱，10液体流量计，11温控装置(电子温度表，热电偶，加热带)，17取样口，18出水堰。

图2是一体化水解-反硝化氨氧化工艺立面布置图(A-A’剖面)。

图中：2第1水解区，3好氧硝化区，4反硝化氨氧化反应区，6半软性填料，7无纺布填料，8蠕动泵，9进水箱，10液体流量计，12曝气泵，13排气口，14曝气头，15污泥回流室，16气体流量计，18出水堰。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细说明本发明装置的最佳实施例。

本工艺可以用来处理C/N比在2-4左右的低COD高氨氮城市生活污水。若进水水质发生变化，C/N比高于4时，根据COD值适当提高水解段的水力停留时间；C/N比较低时，适当延长反硝化氨氧化反应段的水力停留时间。反应器由蠕动泵8进水，通过液体流量计10(设定两个流量计的示数比在1左右)来控制进入第2水解区1和第1水解区2的污水体积，污水在第2水解区1发生厌氧水解反应去除大部分COD产生适量的挥发性脂肪酸；污水经过第1水解区2后通过溢流堰进入好氧硝化区3；在好氧硝化区3，曝气泵12常开，通过气体流量计控制适当的曝气量，水解后的污水发生半硝化和硝化反应；第2水解区1和好氧硝化区3的污水在污泥回流区15实现泥水分离，污水通过溢流堰进入了反硝化氨氧化反应区4；此时污水中含有少量的挥发性脂肪酸、氨氮、硝酸氮及亚硝酸氮，在反硝化氨氧化反应区4异养反硝化细菌利用挥发性脂肪酸将部分硝酸氮变为亚硝酸氮或者氮气排除，厌氧氨氧化菌通过厌氧氨氧化反应将亚硝酸氮和氨氮变为氮气通过排气口13排除，保持反应器内压外强一致；经过处理后的污水经过出水堰18排除。