一种含有沸石生物流化床的短程硝化反硝化脱氮工艺的制作方法

本发明属于环境保护废水处理技术领域，特别涉及一种含有沸石生物流化床的短程硝化反硝化脱氮工艺。

背景技术：

为去除废水中的氮，传统的完全硝化反硝化工艺通过将氨氮转化为硝态氮，再经回流到前面的反硝化作用得以去除，该过程中完全硝化反应理论上需消耗4.57gO₂/gN，反硝化反应往往要求废水中的碳源充足(C/N大于3)，而实际工程中的碳源需求量更高，才能满足完全硝化反硝化的需求。为降低硝化反应的耗氧量和反硝化反应的碳源需求量，短程硝化反硝化工艺成为研究热点。短程硝化反硝化工艺通过让氨氮停留在亚硝化阶段，再将亚硝氮进行反硝化以脱除总氮，理论上可节省约25％的耗氧量和40％的碳源需求量，从而降低废水生物脱氮的运行成本。

实现废水短程硝化反硝化的关键在于如何实现高效稳定的亚硝化，即确保氨氮大部分只停留在亚硝化反应阶段。对于高浓度氨氮废水(如污泥硝化液、垃圾渗滤液、模拟高氨氮废水等)的短程硝化反硝化研究报道较多，并开发出了较多实现稳定高效的短程硝化反硝化工艺，同时也有不少成功的实际工程案例。但对于低氨氮废水，目前的难题仍在于如何实现稳定高效的亚硝氮积累。作为典型的低浓度氨氮废水，城镇污水氨氮及总氮难以高效脱除、脱氮成本高一直是城镇污水处理厂日常运营中存在的问题。此外，2015年11月中华人民共和国环境保护部办公厅发布的《城镇污水处理厂污染物排放标准(意见征求稿)》中对城镇污水厂明确提出了更高的氨氮和总氮排放要求。

因此，目前迫切需要开发出一种稳定高效且经济实用的低碳氮比的低浓度氨氮废水短程硝化反硝化工艺。

技术实现要素：

为实现低浓度氨氮废水的短程硝化反硝化，降低低浓度氨氮废水的脱氮运行成本，本发明公开了一种含有沸石生物流化床的脱氮工艺，该工艺的处理系统由厌氧反硝化装置和沸石生物流化床组成，其中为充分利用进水中的碳源，厌氧反硝化装置前置，沸石生物流化床后置。

本发明利用沸石生物流化床实现低浓度氨氮废水高效稳定的亚硝化反应，再通过流化床中的可控回流比例将高亚硝化率废水回流至厌氧反硝化装置，从而实现总氮脱除。

本发明可解决低碳氮比的低浓度氨氮废水的短程硝化难题，并实现经济高效的氨氮和总氮的去除，是城镇污水提标改造，特别是低碳氮比的低浓度氨氮废水脱氮处理的有效方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种含有沸石生物流化床的短程硝化反硝化脱氮工艺，包含以下具体步骤：

(1)厌氧反硝化装置：选用厌氧反应器，控制污泥浓度和水力停留时间，在进水口处将低浓度氨氮废水和从沸石生物流化床自流来的回流水混合，在厌氧反硝化装置中进行短程反硝化反应，实现废水中的总氮去除；

(2)沸石生物流化床：以沸石作为流化床填料，在沸石的疏松多孔道结构上附着微生物形成硝化生物膜，而沸石表面上的吸附位点则同时对废水中的氨氮进行吸附，通入进水和空气，高速流态化的沸石吸附位点上形成微氧或缺氧环境，使得氨氮的氧化以亚硝化反应为主，同时抑制硝化细菌的活性与生长，实现稳定高效的氨氮去除和亚硝氮积累；进水经过流化床处理后，亚硝化出水流入出水堰，在出水堰中实现回流和外排。

进一步地，步骤(1)中，所述厌氧反应器包括厌氧折板反应器和上流式厌氧污泥床反应器中的一种。

进一步地，步骤(1)中所述的污泥浓度为1500-6000mg/L。

进一步地，步骤(1)中所述的水力停留时间为0.2-2h。

进一步地，步骤(1)中，所述低浓度氨氮废水指氨氮浓度为30-100mg/L的废水。

进一步地，步骤(2)中所述的沸石的粒径大小为0.3-0.6mm。

进一步地，步骤(2)中，进水和空气的上升流速通过进水流量大小和曝气量大小进行调节，以水力上升流速计，优选为15-50m/h。

进一步地，步骤(2)中，根据运行需要将出水堰等比例划分，每一部分设有出口，相互之间分隔，选取其中一部分作为外排水出口，剩余作为回流水出口，通过出水堰阀门的开关调节控制出水回流比为(1～7)：1，优选为(2～7)：1，回流水自流与低浓度氨氮废水混合，进入厌氧反硝化装置；所述回流比为回流水流量与外排水流量之比。

本发明的原理为：

在厌氧反硝化装置中，反硝化细菌利用进水和回流水中的有机物及亚硝氮进行逐级反硝化反应，同时利用折板设计可保证较高的污泥浓度与较好的泥水分离效果，保证良好的反硝化效果；沸石生物流化床中，在填料流态化的条件下，利用沸石内部的吸附位点和硝化生物膜，实现局部微氧或缺氧环境下的亚硝化反应和氨氮吸附解吸动态平衡，从而获得高效稳定的亚硝氮积累，随后再利用流化床与厌氧反硝化装置的高度差和特殊设计出水堰，将控制比例的出水回流至厌氧反硝化装置中，以实现废水的短程硝化反硝化。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明可实现低碳氮比的低浓度氨氮废水的高效稳定短程硝化与反硝化，节省碳源消耗，降低生物脱氮的运行成本；

(2)本发明操作相对简单，所需设备占地面积小，所需设备较少，尤其适用于低碳氮比废水的提标改造。

附图说明

图1为含沸石生物流化床的短程硝化反硝化脱氮工艺的示意图。

图2为沸石生物流化床中的出水堰在4等分时的俯视图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

图1为含沸石生物流化床的短程硝化反硝化脱氮工艺的示意图，主要包括厌氧反硝化装置1、沸石生物流化床2、出水堰3、填料4和液位控制器(LIC)5；其中厌氧反硝化装置1前置，沸石生物流化床2后置；沸石生物流化床中的出水堰3在4等分时的俯视图如图2所示。

在图1中，低浓度氨氮废水先进入厌氧反硝化装置1，与按一定比例的回流水首先混合，通过厌氧反硝化装置后再进入沸石生物流化床2。在沸石生物流化床中，以沸石作为流化床填料，在沸石的疏松多孔道结构上附着微生物形成硝化生物膜，而沸石表面上的吸附位点则同时对废水中的氨氮进行吸附，通入进水和空气，高速流态化的沸石吸附位点上形成微氧或缺氧环境，使得氨氮的氧化以亚硝化反应为主，同时抑制硝化细菌的活性与生长，实现稳定高效的氨氮去除和亚硝氮积累。随后打开图2中两个阀门，使高亚硝化率的出水以一定回流比自流至厌氧反硝化装置，利用厌氧反硝化装置里的微生物进行反硝化作用，达到脱氮的目的。因回流了具有高亚硝化率的出水，厌氧反硝化装置主要进行短程反硝化反应，所需的碳源量将降低，促进了进水碳源的充分利用和减低生物脱氮的运行成本。液位控制器(LIC)5主要通过实时监测厌氧反硝化装置的出水液位来控制流化床的进水流量，从而控制较稳定的上升流速。

实施例1

以氨氮浓度为30mg/L的低浓度氨氮模拟废水为处理对象，所述废水COD_Cr为150mg/L。利用本发明对所述废水进行处理：厌氧反硝化装置污泥浓度为1500mg/L，水力停留时间为0.2h，回流比为2:1，沸石生物流化床填料颗粒大小为0.3mm，上升流速为15m/h，相同水力停留时间和回流比下与传统的脱氮AO工艺进行运行对比，得出结果如表1所示：

表1

由表1可知，本发明相对于传统A/O工艺，在相同碳源供给量的条件下，亚硝氮积累效果和总氮去除效果都有大幅度的提升。

实施例2

以氨氮浓度为80mg/L的低浓度氨氮模拟废水为处理对象，所述废水COD_Cr为250mg/L，利用本发明对所述废水进行处理：厌氧反硝化装置污泥浓度为4000mg/L，水力停留时间为2h，回流比为3:1，沸石生物流化床填料颗粒大小为0.4mm，上升流速为48m/h，相同水力停留时间和回流比下与传统的脱氮AO工艺进行运行对比，得出结果如表2所示：

表2

由表2可知，本发明相对于传统A/O工艺，在相同碳源供给量的条件下，亚硝氮积累效果和总氮去除效果都有大幅度的提升。

实施例3

以氨氮为48.6mg/L的城镇污水厂的原水为处理对象，原水COD_Cr为265mg/L。利用本发明对所述原水进行处理：厌氧反硝化装置污泥浓度为4200mg/L，水力停留时间为1.2h，回流比为3:1，沸石生物流化床填料颗粒大小为0.3mm，上升流速为30m/h，相同水力停留时间和回流比下与传统的脱氮AO工艺进行运行对比，得出结果如表3所示：

表3

由于城镇污水中含有一部分的难生物降解有机物，故原水的生物可利用有机物相比于模拟废水更低；表3结果表明，本发明相对于传统A/O工艺，在处理实际的城镇污水时，亚硝氮积累效果和总氮去除效果相对更好。

实施例4

以氨氮为100mg/L的模拟废水为处理对象，原水COD_Cr为400mg/L。利用本发明对所述废水进行处理：厌氧反硝化装置污泥浓度为6000mg/L，水力停留时间为2.0h，回流比为7:1，沸石生物流化床填料颗粒大小为0.6mm，上升流速为50m/h，相同水力停留时间和回流比下与传统的脱氮AO工艺进行运行对比，得出结果如表4所示：

表4

由表4可知，本发明相对于传统A/O工艺，在相同碳源供给量的条件下，亚硝氮积累效果和总氮去除效果都有大幅度的提升。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。