[发明专利]基于颗粒污泥的连续流生物脱氮方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于生化法污水处理技术领域，具体是一种利用颗粒污泥为主体的全程自养脱氮技术处理高氨氮废水的方法和装置。该装置以固定填料为载体形成厌氧氨氧化菌生物膜，通过生物膜生长、成熟和脱落，逐渐形成厌氧氨氧化菌颗粒污泥；最终以颗粒污泥为主体，通过氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的协同作用，实现经济高效地脱氮。该工艺适用于城市污水处理厂高氨氮消化污泥脱水液处理，也适用于高氨氮、低碳氮比的工业废水处理。

背景技术

氮污染物的去除已经成为污水处理和再生回用的关键问题。“十五”后期，氨氮对水质的影响与高锰酸盐指数基本持平，“十一五”前两年氨氮已成为影响地表水质的首要指标。“十二五”期间，氨氮被纳入全国主要水污染物排放约束性控制指标。我国关于氨氮排放标准也日益严格。作为新增的约束性指标，氨氮减排的制度和措施都需在实践中进行探索。通过污水处理厂升级改造，提高生活源氨氮去除效率，同时抓住化工、食品加工等重点行业，可以有效控制氨氮排放总量，较大程度地改善目前水质氨氮超标现象，并减轻湖库氨氮和总氮的负荷。

目前我国污水中氮污染物的控制仍然存在诸多难题。由于进水水量变化大、工业废水影响、进水固体悬浮物浓度高等因素，我国污水处理工艺氨氮去除效果较低，受季节影响明显。传统的生物脱氮技术一般采用硝化-反硝化工艺，通过硝化菌将氨氮氧化成硝态氮，然后反硝化菌利用有机物将硝态氮还原成氮气。而进水中的有机物缺乏时，传统工艺难以完成良好的反硝化反应，导致总氮去除难以达标。

传统脱氮工艺操作复杂，运行成本较高。针对传统脱氮工艺中存在的问题，科研人员研发出多种新型的生物脱氮工艺，以期提高生物脱氮的效率，降低其运行成本。厌氧氨氧化生物脱氮技术是众多新技术之一，近年来受到科研工作者和污水处理工艺开发人员的广泛重视。该技术利用厌氧氨氧化菌的特殊代谢途径完成生物脱氮，这种细菌可利用亚硝酸盐作为电子供体直接将氨氮氧化成氮气，因此厌氧氨氧化工艺与传统生物脱氮工艺在氮去除的途径和原理上有显著不同。厌氧氨氧化菌是化能自养菌，以无机碳作为碳源，因此脱氮过程中无需有机碳源；硝化过程只需将50%的氨氮氧化至亚硝酸盐，需氧量和供氧能耗大幅下降；厌氧氨氧化的脱氮效率和去除负荷较高，同时剩余污泥产量少。厌氧氨氧化技术应用于高氨氮废水处理中，可节省运行费用，产生显著的经济效益。同时厌氧氨氧化工艺与传统工艺相比可减少温室气体氧化亚氮的排放，环境效益明显。

厌氧氨氧化技术与传统脱氮工艺相比具有明显的优势，是可持续发展的生物脱氮技术，有着广泛和良好的前景。但是厌氧氨氧化菌属于自养菌，细胞产率低，不容易在短时间内富集。而厌氧氨氧化菌实现生物脱氮需要与氨氧化菌协同完成。而在同一系统内存在的氨氧化菌增殖速率快，导致厌氧氨氧化菌的生长受到影响，难以实现两种细菌的匹配和平衡。另外，反应器内的絮体污泥容易流失，导致厌氧氨氧化菌顺利富集更加困难。为缩短厌氧氨氧化工艺的启动时间，需要强化反应器的污泥持留能力，以促进厌氧氨氧菌的快速富集。通过设计合理的反应器形式和调整运行条件，实现厌氧氨氧化污泥的颗粒化是解决厌氧氨氧化难以富集的方法之一。

目前，厌氧氨氧化颗粒污泥工艺仍存在某些技术问题，影响厌氧氨氧化工艺的启动和稳定运行，包括：①颗粒污泥形成的机制仍然不明确，在不接种成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥的条件下，系统启动的时间较长；②目前的厌氧氨氧化颗粒污泥主要在UASB反应器或SBR反应器中得以实现，在连续流的反应器中仍较少应用；③目前的厌氧氨氧化颗粒污泥系统，在溶解氧控制方面仍有困难，一般需要间歇曝气维持较低的溶解氧浓度，增加了系统运行的复杂程度。而相关的厌氧氨氧化颗粒污泥专利技术仍缺乏报，尤其是在推流式反应器内形成厌氧氨氧化颗粒污泥的专利技术。综上，本文提出一种新型的利用厌氧氨氧化颗粒污泥处理高氨氮废水的装置和方法，该系统可快速形成颗粒污泥，降低系统运行维护的复杂程度，通过自动控制系统协调不同菌种的相互比例，从而实现系统的高效脱氮和稳定运行。

发明内容