专利名称：一种高效好氧生物脱氮方法
技术领域：
本发明涉及一种污水处理方法，具体地说，是一种对污水中的含氮化合物通过活性污泥中的微生物在同一反应器内同时进行好氧硝化反硝化的脱氮处理方法。
背景技术：
目前，氮元素是造成湖泊、内海等封闭性水域富营养化的主要元素之一，它会引起藻类的过渡增殖，造成水体的富营养化现象，大量藻类死亡会耗去水中的氧，而一些藻类蛋白质毒素可富集在生物体内，并通过食物链使人中毒。各国对废水中含氮物质的排放都有较严格的限制。我国1998年实施的污水综合排放标准(GB8978-1996)对氨氮作出如下规定执行一级标准的水域，排水中氨氮浓度不得超过15毫克/升；执行二级标准的水域，其排水中氨氮的浓度不得超过25毫克/升；我国《再生水回用于景观水体的水质标准》CJ/95-2000规定水体中凯氏氮应不高于15毫克/升。
在目前已应用的多种脱氮方法中，生物脱氮法仍然是废水脱氮的主要手段，它主要包括有机氮的氨化、氨氮硝化，硝酸盐的分解或反硝化等步骤。传统的脱氮理论为氨氮的去除通过硝化和反硝化两个阶段完成，由于硝化菌和反硝化菌对环境条件的要求不同，这两个过程不能同时发生，而只能序列式进行，即硝化反应发生在好氧条件下，由自养菌以氧作为电子受体，把NH4+-N氧化成NO2--N和NO3-N。在细分的情况下，通常把NH4+-N氧化成NO2--N的过程称为亚硝化过程，由亚硝化菌完成；把NO2--N转化为NO3--N的过程称为硝化过程，由硝化菌完成，有时这两个过程又统称为硝化过程。反硝化反应发生在缺氧或厌氧条件下，通过异养菌以NO2-和NO3-作为电子受体，将其还原成气态物质排出。生物脱氮工艺大多将缺氧过程与好氧过程分开进行，形成分级硝化反硝化工艺。主要有经典脱氮工艺和A/O法(缺氧-好氧法)等。经典脱氮工艺主要由氨化、硝化反应器和反硝化反应器组成，在脱氮过程中要添加甲醇(CH3OH)以补充碳源，同时加碱以调节pH值，工艺流程见图1；A/O法把反硝化反应器置于硝化反应器前面，从硝化反应器出来的硝化液部分回流到反硝化反应器，在处理过程中加碱以调节pH值，工艺流程见图2。
这些处理工艺有其明显的缺点工艺流程较长，占地面积大，基建投资高，动力消耗和运行费用都较高；系统抗冲击能力弱；硝化过程产生的酸度需加碱中和；经典脱氮工艺还需在反硝化过程中添加甲醇作碳源，既增加费用又可能带来二次污染。
近年来，脱氮工艺有了新的发展，主要是在一个反应器内实现硝化和反硝化，以缩短或简化流程。归纳起来主要有以下三种类型1.在一个反应装置中，分为不同的反应区域。如有的把反应装置分为好氧、兼氧和厌氧等不同的区域，分别进行硝化反硝化(参看中国专利92108434.X和00206626.2)。2.在同一反应装置中通过在不同时段进行不同的工艺控制(如溶解氧DO，pH值等)，使硝化反硝化在同一装置的不同时段进行(参看美国专利US5266200)。3.通过向反应装置中添加特殊结构的材料(如多孔性材料)，多孔性材料上附着生长有生物膜，其内部保持缺氧而外部保持好氧这样不同的环境；或向体系中投加经过特殊的外形结构处理的化学物质(如具有一定结构和碳数的羧酸类或醇类物质)，它们在作为电子给予体的同时还可以创造适合硝化、反硝化反应同时进行的好氧和缺氧环境(参看美国专利US6551511B1)；类似的还有颗粒污泥。以上三种类型的实质是在同一反应体系的不同反应空间或不同反应时间形成相对集中和稳定地同时存在两个不相同的反应环境(特别是溶解氧DO不同的环境)，使硝化和反硝化在同一反应器中同时进行(参看中国专利00132076.9)。
这些新发展的脱氮工艺虽然表面上缩短了工艺流程，使脱氮在同一体系中进行，但其生物脱氮的本质和传统脱氮工艺没有差别，它们仍是按好氧硝化、缺氧反硝化的模式进行脱氮反应。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过好氧活性污泥中存在的微生物以完全好氧模式去除污水中各种含氮化合物的方法，能使常规的污水处理设备的利用率大幅度提高，真正实现生化、硝化及反硝化在空间上、时间上完全同时进行。本发明的脱氮技术是使微生物在一个构筑物中进行反应，无需在时间和空间上划分不同的操作单元，对于一次性的设备投资、运行费用及运行的复杂性都大大地降低了。
请参考图4，为实现上述目的，本发明采取以下方法含氮污水为TKN(总凯氏氮)100～800mg/L、C/N(CODcr/NH4+-N，以下同)3～10、N/P(NH+-N/PO4-3-P)4~12。该污水(图4中为“原废水”)进入嚗气池中进行处理，回流比R＝0.5～4，保持嚗气池中的pH值为6.8～8.8，DO为2～6毫克/升，温度10～35℃，在嚗气池中处理10～16小时。通过鼓风机进行嚗气，采用高效微孔扩散器向嚗气池中输送空气，使嚗气池内均处于高溶解氧状态。
在嚗气池中置有复合菌群。复合菌群中同时生长生化、硝化及反硝化菌群。该复合菌群由北京贝拉日用化学品有限责任公司提供，牌号为BL01的复合菌群，混合液复合菌群浓度为3～6g/L。
该法适宜处理高氨氮浓度污水，如垃圾渗滤液、蓄禽养殖场废水、生物制药厂废水及某些化工厂废水等，也适宜处理一般含氨氮的生活污水。
发明人设计的完全好氧反应器可参见图3。其嚗气装置1是一个微孔嚗气板，它能充分提高氧传递效率，保证反应器各部分组分的充分混合，气体由进气口2进入，在反应器3的不同高度分别设有排水口4，在器壁上装有水位标尺5，底部进气口2也用作排泥口，通过阀门6和7分别来进行控制，通过鼓风机8对嚗气池进行嚗气，空气通过高效微孔嚗气板进入反应器，空气量由流量计9控制，反应器可以采用连续或间歇式运行，废水可以直接由反应器顶端加入。反应装置中既不加填料，也不分区域、不分时段，始终保持高溶解氧状态(DO为2～6mg/L)，总氮能持续减少，总氮的去除率可达到90％以上。证实反硝化不只在缺氧条件下进行，在好氧情况下也能进行；且反硝化过程产生的碱度能平衡硝化过程产生的酸度，pH的调节降到最低；另外这种好氧反硝化菌也是一种异养菌，能大大提高进水的有机负荷，而不影响硝化率。
本发明的污水生物脱氮处理方法及其原理，是存在于活性污泥的好氧微生物参与下，经其自身生存和增殖过程所进行的同步硝化和反硝化的生物化学过程。
在好氧条件下培养硝化或亚硝化菌及反硝化菌，以获得适于在好氧条件下同步硝化反硝化的复合菌群。在好氧条件下的实验中，我们发现在整个脱氮过程中，NO2--N和NO3--N均没有积累，说明硝化反应和反硝化反应的确在同一反应器内同时进行。硝化菌的硝化产物成为反硝化菌反硝化反应的直接电子受体。由于能承受变化较大的C/N比的进水负荷，该复合菌群除了包括好氧硝化菌和好氧反硝化菌，也包含大量生化菌，在好氧条件下由生化菌将含氮有机物分解为NH4+-N，再由好氧硝化菌群将NH1+-N转化为NO2--N或NO3--N，同时由好氧反硝化菌群把NO2--N或NO3--N转化为N2，整个过程为好氧条件下的同时生化、硝化及反硝化。
在本发明的上述处理方法中，生化、硝化及反硝化在相同的好氧条件和同一反应系统中同时进行，可简化操作难度，大大降低投资费用和运行成本。硝化反应的产物可直接成为反硝化反应的底物，避免了培养过程中NO2--N和NO3--N的积累对硝化反应的抑制，加速了硝化进程。
在本发明的上述处理方法中，由于硝化和反硝化在同一反应器中同时进行和完成，改变了传统好氧硝化和缺氧反硝化体系存在强烈相反酸碱度的需求，而具有一定的相对互补性，从而对酸碱度的变化具有很强的缓冲作用。
本发明的优点是1.节省反应器体积和构筑物占地面积，减少投资。
2.反硝化反应产生的碱度可以弥补硝化反应碱度的消耗，简化运行操作，减少运行费用。
3.由于复合菌群中同时生长生化、硝化及反硝化菌群，反应物直接成为下一步反应的底物，避免反应物的积累，加速反应的进程。
4.能适应C/N比变化很大的进水负荷，同时能适应很高的有机进水负荷和氨氮负荷。
图1为经典生物脱氮工艺流程。
图2为A/O(Anoxic/Oxic)生物脱氮工艺流程图。
图3为本发明所用装置的示意图。
图4为本发明的工艺流程示意图。
具体实施例方式
以下通过具体的实施范例对本发明的上述内容作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅局限于以下的实例。凡基于本发明上述主题所实现的同样方法均应属于本发明的范围。
实施例1～12处理水质为以粉状玉米面和NH4Cl调制成人工模拟合成高氨氮废水，并添加各种营养盐，BOD5/CODcr＝0.6，N/P＝12，使用时据不同的需要进行稀释。实验结果见表1、表2及表3。序批式生物反应器(Sequencing Batch Reactor，缩写SBR)总有效容积13L，底部安装有微孔嚗气板1，通过鼓风机8进行嚗气，流量计9起控制流量的作用，清参见图3。由结果可以看出氨氮得到全部的去除，总氮去除率达到73.49～91.99％，CODCr的去除率达到81.44～95.62％。
表1.不同DO的处理结果(实施例1～4)进水NH4+-N＝150mg/L，CODCr＝900mg/L，C/N＝6，反应时间12小时，温度25℃，pH控制在7.8，复合菌群浓度为4g/L左右。
实施例1，DO＝2.0mg/L；实施例2，DO＝2.5mg/L；实施例3，DO＝3.0mg/L；实施例4，DO＝4.0mg/L。
注TN＝NH1--N+NO3--N+NO2--N，ηNH4--N表示氨氮去除率，ηTN表示总氮去除率，ηCODCr表示CODCr去除率，以下同。
表2.不同C/N的处理结果(实施例5～8)进水NH4+-N＝150mg/L，DO控制在2.8mg/L，反应时间12小时，温度25℃，pH控制在7.8。复合菌群浓度为4g/L左右。
实施例5，C/N＝5；实施例6，C/N＝6；实施例7，C/N＝8；实施例8，C/N＝10。
表3.不同pH的处理结果(实施例9～12)进水NH4+-N＝150mg/L，CODCr＝750mg/L，C/N＝5，DO控制在2.8mg/L，温度25℃，反应时间12小时。复合菌群浓度为4g/L左右。
实施例9，pH＝7.0；实施例10，pH＝7.5；实施例11，pH＝8.0；实施例12，pH＝8.5。
实施例13～15某垃圾填埋场渗滤液，采用本发明的方法处理，每小时处理量1.5～2M3，嚗气池D02～6mg/L，嚗气池出来的液体部分回流到嚗气池，工艺流程见图4。当进水CODcr2000～4500mg/L，氨氮400～700mg/L，pH在8.2左右，在pH不作任何调节的情况下，ηCODCR达到70％以上，ηNH4--N达到97％以上，ηTN达到70％左右，具体数据见表4。
表4.垃圾填埋场渗滤液处理结果(实施例13～15)复合菌群浓度为5g/L。
权利要求
1.一种高效好氧生物脱氮方法，其特征在于，包含下列步骤含氮污水进入嚗气池中进行处理，回流比R＝0.5～4，保持嚗气池中的pH值为6.8～8.8，DO为2～6mg/L，混合液中复合菌群浓度为3～6g/L，温度10～35℃，进水TKN100～800mg/L、C/N比3～10、N/P比4～12，在嚗气池中处理10～16小时。
2.根据权利要求1所述的高效好氧生物脱氮方法，其特征在于所述的复合菌群是BL01。
3.根据权利要求1所述的高效好氧生物脱氮方法，其特征在于还可以通过鼓风机对嚗气池进行嚗气，空气是通过嚗气扩散器进入反应器的。
4.根据权利要求3所述的，其特征在于所述的嚗气扩散器是高效微孔嚗气板。
5.根据权利要求3所述的，其特征在于嚗气池内均处于高溶解氧状态。
全文摘要
本发明公开了一种高效好氧生物脱氮方法。该方法通过回流比、pH值、DO值的调节，并加入复合菌群来处理含氮污水。该法适宜处理高氨氮浓度污水，如垃圾渗滤液、蓄禽养殖场废水、生物制药厂废水及某些化工厂废水等，也适宜处理一般含氨氮的生活污水。该法具有节省反应器体积、简化运行操作、减少运行费用的优点。
文档编号C02F3/20GK1546396SQ20031012137
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月16日 优先权日2003年12月16日
发明者汪苹, 冯旭东, 王斌, 廖永红, 柯国华, 苹 汪 申请人:北京工商大学