专利名称：一种污水中有机氮的处理方法
技术领域：
本发明属于污水深度处理领域，具体地涉及一种污水中有机氮的深度处理方法， 可用于去除城镇污水处理厂二级出水中有机氮。本发明还涉及一种用于实现上述方法的装置。
背景技术：
城镇污水中的氮以无机氮和有机氮两种形式存在。前者是指氨氮、硝态氮、亚硝态氮，主要来自施用氮肥的农田排水和地表径流、粪便污水以及工业废水出水。后者是指氨基酸(包括自由态和结合态)、核酸、蛋白质、尿素、腐殖质等，主要来自生活污水、农业废弃物(植物秸秆、畜禽粪便等)和某些工业废水(氮肥、印染、食品加工等)出水。氨氮占废水中TN的60%，经传统活性污泥法和生物膜法处理后能被大部分去除，但部分出水中氨氮含量仍高达20mg/L左右。而且，在大多数城镇污水处理设备中，经生物处理后，超过90% 的溶解性有机氮(DON)能被去除，但二级处理出水中DON浓度仍在1. 0-5. 0mg/L(以N计) 左右，主要包括自由态和结合态氨基酸、蛋白质、核酸、尿素、胺类、腐殖酸、富里酸等物质。 此外，污水中还存在大量含氮细菌和死亡污泥微生物。这些有机氮化合物排入河流、湖泊等水体后，经厌氧消化作用会向无机氮转化，与氨氮、硝氮等无机氮一样能被细菌和藻类等浮游植物所利用，从而对水体富营养化产生重要贡献。我国大部分河流、湖泊等淡水水体及海洋接纳了城镇生活污水处理厂的出水，根据《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》，排放到GB3838地表水IV、V类类功能水域或GB3097海水二类功能水域和湖、库等封闭或半封闭水域时，执行二级标准。然而， 二级标准仅对氨氮排放限值做出了规定，而未提出总氮的排放要求。实际上，二级出水中大部分有机氮可被微生物或藻类直接利用，对水体健康造成危害。随着湖泊富营养化状态日益加剧，水体水质继续恶化，特别是2007年太湖蓝藻的爆发，使得当前的排放标准已经不能满足流域受纳水体的控氮要求。“十二五”期间，流域氨氮总量控制被提上日程，对城镇污水处理厂出水水质提出了更高的要求。目前，大部分污水处理厂实施了升级改造工程，通过增加深度处理工艺，强化污水中氮、磷等营养盐的去除。应用于实际处理工程中的工艺主要有A/0、A2/0、氧化沟、曝气生物滤池、MBR、SBR等，还有一些采用氧化塘、人工湿地等土地处理工艺进行深度处理。序批式生物膜法(SBBR)是在SBR内部引入生物膜的一种改良工艺，其工艺流程与 SBR类似，包括进水、反应、沉淀、出水和闲置五个阶段。该工艺通过间歇曝气的方式，在活性污泥絮体和生物膜内外形成厌氧、缺氧或好氧的交替运行环境，兼有生物膜法和活性污泥法的优点，如微生物种类繁多，易于短程硝化反硝化和厌氧氨氧化脱氮的发生；生物量大，单位体积内的生物量接近SBR的5-20倍，设备处理能力高；营养结构复杂、食物链较长， 剩余污泥量少；曝气与填料形成的剪切作用，使得气-水接触面积增大，氧传递速率较高； 工艺运行较稳定，受有机负荷和水力负荷的冲击影响较小；易于维护管理，能耗小，运行费用较SBR低。
微滤膜具有较高的分离效率和空隙率，能截留溶液中的砂砾、淤泥、粘土等微米级以上的颗粒和藻类、细菌、原生动物等微型生物，适合于污染较轻水的终端过滤处理，具有处理速度快、出水水质好、占地面积小、操作简便等优点。然而，由于膜孔易堵塞和滋生细菌等问题，极大限制了该技术的推广。因此，在微滤处理中，加入混凝剂作为预处理，去除水体中的细小悬浮物和胶体颗粒，有助于提高膜的渗透速率，降低膜污染，改善出水水质。目前， 混凝沉淀与膜分离工艺的组合有两种一是先混凝沉淀，后进行膜分离，二是混凝沉淀与膜分离同时进行，后者仅适于混凝剂投加量较少的污水。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污水中有机氮的深度处理方法。本发明的又一目的在于提供一种用于实现上述方法的装置。为实现上述目的，本发明提供的污水中有机氮的处理方法，污水先经过序批式生物膜法处理，在厌氧、缺氧、好氧条件共存的环境下，将大分子有机氮分解成小分子有机氮， 再利用微生物的降解作用去除小分子有机氮，同时通过微生物的短程硝化反硝化和厌氧氨氧化作用去除氨氮和硝氮。然后再经过混凝-微滤法处理，通过加入混凝剂，将细菌、SS、胶体等物质沉淀去除，再经中空纤维微滤膜的过滤作用去除腐殖酸、富里酸等难降解的大分子有机氮，降低污水中有机氮总量。所述的处理方法，其中，序批式生物膜法采用间歇曝气的方式形成厌氧、缺氧、 好氧的环境，控制污水中好氧段溶解氧含量在1.5-2. Omg/L之间，厌氧段溶解氧含量在 0. 2-0. 4mg/L 之间。 所述的处理方法，其中，所述的污水是来自城镇污水处理厂二级出水，污水中C0D& 含量在100mg/L以下，NH3-N含量在15mg/L以下。所述的处理方法，其中，所述的混凝剂为铁盐混凝剂。本发明提供用于实现上述处理方法的装置，包括序批式生物膜反应器，其内部填充有组合填料；混凝-微滤反应器，其内部设有膜组件和搅拌机；混凝-微滤反应器的进水口连接混凝剂池；序批式生物膜反应器的进水口连接集水池；序批式生物膜反应器的出水口连接混凝-微滤反应器的进水口。所述的装置，其中，序批式生物膜反应器的进水口与集水池之间、序批式生物膜反应器的出水口与混凝-微滤反应器的进水口之间、混凝-微滤反应器的出水口均连接有水泵。所述的装置，其中，序批式生物膜反应器与混凝-微滤反应器均安装有控制液位高度的液位控制器。所述的装置，其中，搅拌机、水泵以及液位控制器均由可编程逻辑控制器控制。所述的装置，其中，序批式生物膜反应器内部填充的组合填料，该组合填料由双圈塑料环和压在环上的醛化纤维或涤纶丝构成。所述的装置，其中，混凝-微滤反应器中的膜组件为中空纤维微滤膜。本发明以SBBR+混凝-微滤工艺为主体，利用生物降解和物理过滤作用去除污水中氨基酸、蛋白质、核酸、尿素、腐殖酸、富里酸等各种形式有机氮，并实现氨氮、硝氮等无机氮浓度的进一步降低，具有工艺简单集约、耐冲击负荷能力强、无需外加碳源等优点，有效降低了出水中氮含量，减少了水体富营养化。
图1是本发明的SBBR+混凝-微滤工艺流程和装置示意图。
具体实施例方式本发明提供了一种结合生物降解与物理过滤作用去除城镇污水处理厂二级出水中有机氮的污水深度处理方法，即SBBR+混凝-微滤工艺，以去除大部分有机氮(包括易于生物降解的和难降解的)，同时进一步降低出水中氨氮、硝氮等无机氮的含量。本发明所指的污水是来自城镇污水处理厂二级出水，C0D&含量在100mg/L以下， NH3-N含量在15mg/L以下。本发明的目的可以通过以下措施达到城镇污水处理厂二级出水，直接进入SBBR反应器，采用间歇曝气的方法，在活性污泥絮体和生物膜的内部和外部形成厌氧、缺氧、好氧的环境，利用各种微生物的代谢作用将大分子有机氮分解，小分子有机氮利用去除，同时通过微生物的短程硝化反硝化和厌氧氨氧化作用进一步去除氨氮、硝氮等无机氮。出水进入混凝-微滤反应器，先加入铁盐混凝剂，沉淀去除细菌、SS等含氮物质，而腐殖酸、富里酸等难降解的大分子溶解性有机氮及附着在小颗粒表面的部分氨氮、硝氮等无机氮，经微滤膜的吸附截留作用而去除。SBBR反应器内部填充着组合填料，该组合填料由双圈大塑料环和压在环上的醛化纤维或涤纶丝构成，呈雪花状，既能挂膜又能有效切割气泡，使氧传递速率和利用率得到较大提高。该组合填料的材质为单元直径100mm，纤维束长度160mm，束间距80mm，比重1. 02， 抗拉强度为6. 8-7. 1 (克/单丝)，伸长率4%。序批式生物膜反应器内填料表面附着的生物膜能生长世代时间较长、比增长速率很小的微生物(本发明采用的是公知的生物膜，即由细菌、真菌、藻类等组成的膜状生物群落)，整个生物膜由厌氧、缺氧和好氧层组成，提高了脱氮效果。生物膜易于生长，氧传递速率较高。运行方式分为进水、反应、沉淀、出水四个阶段，在反应阶段，通过间歇曝气的方式，控制污水中好氧段溶解氧含量在1. 5-2. Omg/L 之间，厌氧段溶解氧含量在0. 2-0. %ig/L之间。在厌氧阶段，利用水解酸化菌、产酸菌等微生物将大分子有机氮化合物分解为短肽和自由氨基酸等小分子有机氮化合物，同时厌氧氨氧化菌直接以NH4+为电子供体，以N02_或N03_为电子受体，将NH4+、N02_或N03_转化为N2,这一过程主要发生在絮体中心区或生物膜内部。而在活性污泥絮体或生物膜外部空间，通过对氧浓度的控制，把硝化反应尽量控制在氨氧化生成N02_阶段。在好氧阶段，好氧微生物利用小分子有机氮进行细胞合成及生命代谢活动。同时，还能将NH4+混凝-微滤反应器是利用铁盐混凝沉淀作用与中空纤维膜微滤作用联合去除腐殖酸、富里酸等难降解大分子溶解性有机氮及细菌、SS等含氮物质；混凝-微滤膜组件采用机械搅拌的方式进行混凝，采用快搅和慢搅两种方式进行。其具体方法由以下步骤完成(1) SBBR反应器的出水进入混凝-微滤反应器后，向混凝_微滤中投加铁盐混凝剂，并不断搅拌，使得混凝剂分散均勻并与进水中的细菌、悬浮物、胶体等充分反应；
(2)铁盐选择氯化铁或硫酸铁，最佳投加量由混凝沉淀实验、实际水质状况及现场水力条件确定；(3)混凝时间设为15-30min，分快混和慢混，将难降解的溶解性有机氮通过絮凝剂的电中和、吸附架桥作用形成粒径较大的絮凝体沉淀去除；(4)沉淀30min后，采用真空抽滤的方式，将腐殖酸、富里酸等难降解的大分子有机氮，及附着在小颗粒表面的部分氨氮、硝氮等无机氮截留去除。与当前常用的曝气生物滤池+砂滤工艺相比，SBBR的耐冲击负荷能力较强，特别是在C/N较低的情况下，反硝化菌能利用贮存在体内的大量内碳源-胞内聚合物(PHB)， 进行内源呼吸作用实现反硝化；且混凝-微滤工艺除了能截留大分子颗粒物、细菌、SS、腐殖酸、富里酸等外，还能去除少量含氮的细小颗粒及附着在其表面的部分氨氮、硝氮等无机氮，进一步提高了脱氮效果。本发明的污水中有机氮的深度处理方法，依次包括SBBR生物脱氮工序和混凝-微滤工序。整个工艺过程由可编程逻辑控制器(PLC)控制，实现高度自动化。SBBR生物脱氮工序城镇污水处理厂二级出水进入集水池1，用于贮存污水，经泵 5的提升作用将污水泵入SBBR反应器2，由流量计11控制进水流速，由液位控制器14控制液位高度，反应器内装有组合填料，温度为15-30°C，通过间歇曝气的方式，控制污水中好氧段溶解氧含量在1. 5-2. Omg/L之间，厌氧段溶解氧含量在0.2-0. %ig/L之间。整个工艺流程分为进水0. 5h,厌氧循环2. 5h，曝气池，缺氧循环lh，曝气池，缺氧循环lh，沉淀0. 5h， 排水0.证，循环过程由泵6控制。混凝-微滤工序膜反应器采用孔径为0. 22 μ m的PVDF材质中空纤维微滤膜组件，有效膜面积为0. 50m2，操作压力范围在0. 05-0. 2MPa。SBBR运行周期结束后，用泵7将 SBBR出水泵入一体化混凝-微滤反应器3，由流量计12控制进水流速，由液位控制器15控制液位高度。在污水进入的同时，泵9将贮存于池4中的混凝剂泵入混凝-微滤反应器3，混凝剂的投加量由混凝搅拌实验、实际水质状况及现场水力条件确定。混凝时间为15-30min， 由机械搅拌机8控制，快速搅拌5-lOmin，慢速搅拌10-20min，将细菌、SS和大分子溶解性有机氮通过絮凝剂的电中和、吸附架桥等作用形成粒径较大的絮凝体沉淀去除。沉淀30min 后，污水中粒径较小的颗粒态有机氮化合物及吸附在其表面的氨氮、硝氮等无机氮通过中空纤维膜过滤分离去除后，由泵10输出，出水流量由流量计13控制。
权利要求
1.一种污水中有机氮的处理方法，污水先经过序批式生物膜法处理，在厌氧、缺氧、好氧条件共存的环境下，将大分子有机氮分解成小分子有机氮，再利用微生物的降解作用去除小分子有机氮，同时通过微生物的短程硝化反硝化和厌氧氨氧化作用去除氨氮和硝氮。 然后再经过混凝-微滤法处理，通过加入混凝剂，将细菌、SS等含氮物质沉淀去除，再经中空纤维微滤膜的过滤作用去除腐殖酸、富里酸等难降解的大分子有机氮，降低污水中有机氮总量。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其中，序批式生物膜法采用间歇曝气的方式形成厌氧、缺氧、好氧的环境，控制污水中好氧段溶解氧含量在1.5-2. Omg/L之间，厌氧段溶解氧含量在0. 2-0. %ig/L之间。
3.根据权利要求1或2所述的处理方法，其中，所述的污水是来自城镇污水处理厂二级出水，污水中C0D&含量在100mg/L以下，NH3-N含量在15mg/L以下。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其中，所述的混凝剂为铁盐混凝剂。
5.一种实现权利要求1所述处理方法的装置，包括序批式生物膜反应器，其内部填充有组合填料；混凝-微滤反应器，其内部设有膜组件和搅拌机；混凝-微滤反应器的进水口连接混凝剂池；序批式生物膜反应器的进水口连接集水池；序批式生物膜反应器的出水口连接混凝-微滤反应器的进水口。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，序批式生物膜反应器的进水口与集水池之间、序批式生物膜反应器的出水口与混凝-微滤反应器的进水口之间、混凝-微滤反应器的出水口均连接有泵。
7.根据权利要求5所述的装置，其中，序批式生物膜反应器与混凝-微滤反应器均安装有控制液位高度的液位控制器。
8.根据权利要求5、6或7所述的装置，其中，搅拌机、泵以及液位控制器均由可编程逻辑控制器实现自动化控制。
9.根据权利要求5所述的装置，其中，序批式生物膜反应器内部填充的组合填料，该组合填料由双圈塑料环和压在环上的醛化纤维或涤纶丝构成。
10.根据权利要求5所述的装置，其中，混凝-微滤反应器中的膜组件为中空纤维微滤膜。
全文摘要
一种污水中有机氮的处理方法，污水先经过序批式生物膜法处理，在厌氧、缺氧、好氧条件共存的环境下，将大分子有机氮分解成小分子有机氮，再利用微生物的降解作用去除小分子有机氮，同时通过微生物的短程硝化反硝化和厌氧氨氧化作用去除氨氮和硝氮。然后再经过混凝-微滤法处理，通过加入混凝剂，将细菌、SS等含氮物质沉淀去除，再经中空纤维微滤膜的过滤作用去除腐殖酸、富里酸等难降解的大分子有机氮，降低污水中有机氮总量。本发明还公开了用于实现上述处理方法的装置。
文档编号C02F9/14GK102531300SQ20121005792
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月7日 优先权日2012年3月7日
发明者席北斗, 张靖天, 苏婧, 霍守亮 申请人:中国环境科学研究院