同步硝化反硝化处理含氨废水的方法

摘要

本发明提供一种同步硝化反硝化处理含氨废水的方法，包括如下内容：将硝化污泥和反硝化污泥加入到具有内置膜分离组件的生物反应器内，硝化污泥在膜分离组件的内部区域进行硝化反应，反硝化污泥在膜分离组件的外部区域进行反硝化脱氮，膜分离组件内外区域的废水互通；含氨废水首先进入膜分离组件的内部区域，通过曝气系统实现返混，然后经过膜分离组件的外部区域，最后经外部区域设置的出水口流出。本发明利用膜分离组件将反应器中的硝化污泥和反硝化污泥隔离开，使污泥在各自单独空间作用，彼此间互不干扰，废水成分则是实现共混与互通，并且可以提供不同的溶解氧环境，提高了同步硝化反硝化的效率。

权利要求

1.一种同步硝化反硝化处理含氨废水的方法，包括如下内容：将硝化污泥和反硝化污泥加入到具有内置膜分离组件的生物反应器内，硝化污泥在膜分离组件的内部区域进行硝化反应，反硝化污泥在膜分离组件的外部区域进行反硝化脱氮，膜分离组件内外区域的废水互通；含氨废水首先进入膜分离组件的内部区域，通过曝气系统实现返混，然后经过膜分离组件的外部区域，最后经外部区域设置的出水口流出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：膜分离组件采用陶瓷分离膜，膜孔直径为

0.05～0.5μm。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：膜分离组件与生物反应器的有效体积比为1:3～4:5。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：膜分离组件上端突出反应器，突出部分设置补料口和气体出口；膜分离组件外部区域的出水口设分离膜，保证出水中不含有悬浮物。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：膜分离组件外部设搅拌系统或者通入氮气，实现膜分离组件外部区域反硝化污泥的充分返混，搅拌系统可围绕膜分离组件旋转搅拌，或者将氮气通入盘管式曝气装置。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：膜分离组件内部设导流筒，导流筒为中空结构，曝气系统在导流筒内侧曝气，进水口位于导流筒内侧。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：硝化污泥为硝化颗粒污泥，反硝化污泥为厌氧反硝化颗粒污泥或者好氧反硝化颗粒污泥。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于：控制硝化污泥的污泥浓度为2.0～

8.0g/L，反硝化污泥的污泥浓度为1.0～5.0g/L。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：含氨废水为含COD和氨氮的废水，氨氮浓度为100~1000mg/L；采用批次进水或者连续进水方式，采取连续进水方式，水力停留时间为8～24小时。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：废水处理过程中，加入污泥处理含氨废水所需的营养物质，营养物质的配比为：Fe2+浓度为0.01～0.06g/L，K+浓度为0.05～0.5g/L，Ca2+浓度为0.01～0.1g/L，Mg2+浓度为0.05～0.5g/L；pH值为6.5～7.5。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：按照碳氮质量比为3:1～10:1补加有机碳源，有机碳源为丁二酸钠、乙酸钠、甲醇、葡萄糖或纤维素水解液，以批次或连续方式补充有机碳源。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：膜分离组件内部区域的处理条件为：控制温度为20～40℃，pH值为6～9，溶解氧浓度为1～5mg/L；维持曝气量不变，通过控制曝气中的氧浓度，以保证膜分离组件内部区域溶解氧浓度在1～5mg/L。

说明书

同步硝化反硝化处理含氨废水的方法

技术领域

[0001] 本发明属于废水处理领域，具体涉及一种同步硝化反硝化处理含氨废水的方法。

背景技术

[0002] 化工生产企业因其生产工艺特点，每天排放大量含氨废水。如果直接排放，会造成水体富营养化，藻类过度生长，不仅降低了水体观赏价值，而且使水生生物缺氧死亡。一些藻类蛋白毒素还会经过食物链使人中毒，严重危害人类及生物生存。为此，如何经济有效地去除废水中的氨氮已成为亟待解决的问题。

[0003] 生物脱氮是从废水中去除氮素污染的较为经济有效的方法之一，一般包括硝化过－ －程和反硝化过程。硝化过程是由硝化菌将氨氮转化为NO2 和NO3 的反应过程。反硝化过程是在无氧或低氧条件下，NO3－和NO2－被微生物还原转化为气体物质的过程，反应过程中需要以有机碳作为碳源和能源。不管是传统脱氮工艺还是新型脱氮工艺，负责脱氮的微生物主要是硝化菌和反硝化菌。在实际应用中，由于两种菌体生长环境的差异，一般是将硝化过程和
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反硝化过程分离开，如传统的A/O，A /O工艺，存在工艺冗长，污水处理构筑物占地面积大，投资和运行费用高等诸多弊端。

[0004] 同步硝化反硝化脱氮是指硝化反应和反硝化反应在同一反应器内同步进行的新型工艺，不仅克服了传统工艺硝化和反硝化过程在两个不同的反应器内进行或者在同一反应器内顺次进行的不足，而且在降低能耗和物耗等方面具有突出的优势。例如，可以减少反硝化反应设备、节省基建费用；反硝化过程产生的碱可部分中和硝化过程产生的酸，减少碱液的消耗，能有效地保持反应器中pH稳定。因此，同步硝化反硝化脱氮过程，已经成为水处理领域的研究热点。

[0005] 耿金菊等利用好氧反硝化菌群和自养硝化菌群组合脱氮（应用与环境生物学报,2002,8(1):78-82），虽然具有较好的氨氮脱除能力，但抗冲击能力较弱，高于300mg/L的高浓度氨氮能抑制菌体的生长，并且氨氮浓度高于200mg/L时，脱氮后氨氮残余量较多，同步不耐受高浓度有机碳，500mg/L的有机碳浓度抑制菌体生长并降低脱氮效果；这种组合菌群中的各类细菌培养与生长条件不一致，一种发挥功能时另一种却被处于抑制状态，导致彼此不协调，生物脱氮时间延长，成本增大，脱氮效率受到影响。

[0006] CN200910188109.1公开了一种同步硝化反硝化处理含氨污水的方法，该法首先培养脱氮颗粒污泥，然后以该脱氮颗粒污泥采用同步硝化反硝化过程处理含氨污水；该法从富集菌群中分离筛选好氧反硝化菌，然后对其进行驯化培养，再将其接种到硝化颗粒污泥中进行脱氮颗粒污泥培养；当氨氮和总氮去除率达50%以上时即可获得驯化好的脱氮颗粒污泥。该发明能够在同一反应器中完成硝化反硝化过程，虽然部分解决了传统工艺存在的问题，但是，由于菌体的差异，直接混合处理废水不能长期稳定的运行，长期处理的脱氮效果并不理想。

[0007] 目前尽管同步硝化反硝化有了较大的发展，但是普遍存在着负荷较小，去除率偏低，运行不稳定等不足，不能有效处理含氨废水，并且有些正在运行的工艺并没有考虑总氮的去除问题。这大大限制了同步硝化反硝化工艺的发展和应用。因此，如何更好的提供适宜的生长条件，保证硝化和反硝化都可以高效进行，使同步硝化反硝化长期稳定的运行，对加快同步硝化反硝化脱氮工艺工业应用的进程具有积极意义。

发明内容

[0008] 针对现有技术的不足，本发明提供一种同步硝化反硝化处理含氨废水的方法。本发明利用膜分离组件将反应器中的硝化污泥和反硝化污泥隔离开，使污泥在各自单独空间作用，彼此间互不干扰，废水成分则是实现共混与互通，并且可以提供不同的溶解氧环境，提高了同步硝化反硝化的效率。

[0009] 本发明同步硝化反硝化处理含氨废水的方法，包括如下内容：将硝化污泥和反硝化污泥加入到具有内置膜分离组件的生物反应器内，硝化污泥在膜分离组件的内部区域进行硝化反应，反硝化污泥在膜分离组件的外部区域进行反硝化脱氮，膜分离组件内外区域的废水互通；含氨废水首先进入膜分离组件的内部区域，通过曝气系统实现返混，然后经过膜分离组件的外部区域，最后经外部区域设置的出水口流出。

[0010] 本发明中，膜分离组件的材质可以采用各种具有分离特性的膜，优选采用陶瓷分离膜，膜孔直径为0.05～0.5μm。根据实际情况，设计膜分离组件与生物反应器的有效体积比为1:3～4:5。膜分离组件上端突出反应器，突出部分设置补料口和气体出口。膜分离组件外部区域的出水口设分离膜，保证出水中不含有悬浮物。膜分离组件外部设搅拌系统或者通入氮气，实现膜分离组件外部区域反硝化污泥的充分返混，搅拌系统可围绕膜分离组件旋转搅拌，或者将氮气通入盘管式曝气装置。

[0011] 本发明中，膜分离组件内部设导流筒，导流筒为中空结构，曝气系统在导流筒内侧曝气，进水口位于导流筒内侧。这样可以在膜分离组件内部区域形成外循环，有助于废水和硝化污泥更好的返混；同时，由于气体的逸出和硝化菌的利用，进入反硝化区的氧极少，有利于反硝化污泥在适宜的无氧或低氧条件下发挥更高的脱氮性能。

[0012] 本发明中，生物反应器可以是底部设曝气系统的生物曝气反应器，也可以是气升式生物反应器。生物反应器的其它操作条件按常规处理废水的硝化污泥和反硝化污泥的条件控制。设置培养体系溶解氧量的测定装置，根据需要调整曝气中的氧浓度，以获得良好的效果。同时提供pH电极检测，以便通过外源加入酸、碱来实现系统pH的控制。温度控制为内部盘管加热方式或者在反应器外部设置控温夹套来维持所需要的温度。

[0013] 本发明中，硝化污泥优选为硝化颗粒污泥，可将氨氮转化为硝氮和/或亚硝氮；反硝化污泥为厌氧反硝化颗粒污泥或者好氧反硝化颗粒污泥，可将硝氮和/或亚硝氮转化成气体物质。在实际废水处理的过程中，控制硝化污泥的污泥浓度为2.0～8.0g/L，反硝化污泥的污泥浓度为1.0～5.0g/L。

[0014] 本发明中，含氨废水为一切适合生物法处理的含COD和氨氮的污水，氨氮浓度一般为100~1000mg/L。采用批次进水或者连续进水方式，采取连续进水方式进行生物脱氮处理，水力停留时间一般为8～24小时。在含氨污水处理过程中，遇到处理效果出现波动时，可以分别补充硝化和/或反硝化强化菌剂，保持稳定的同步硝化反硝化脱氮效果。

[0015] 本发明中，可以加入污泥处理废水所需的营养物质，以提高其反应活性。营养物质的配比为：Fe2+浓度为0.01～0.06g/L，K+浓度为0.05～0.5g/L，Ca2+浓度为0.01～0.1g/L，Mg2+浓度为0.05～0.5g/L；pH值为6.5～7.5。

[0016] 本发明中，按照碳氮质量比为3:1～10:1补加反硝化所需的有机碳源，有机碳源可以是丁二酸钠、乙酸钠、甲醇、葡萄糖或纤维素水解液等。以批次或连续方式补充有机碳源，最好根据有机碳源的消耗速度进行流加，以减少有机碳源对硝化污泥的影响。

[0017] 本发明中，膜分离组件内部区域的处理条件采用与硝化污泥条件相似的条件，如温度一般为20℃～40℃，pH值为6～9，溶解氧浓度为1～5mg/L等。为了实现膜分离组件内部区域的有效返混，维持曝气量不变。当硝化区域溶解氧浓度出现波动时，通过调节曝气中的氧浓度，以保证膜分离组件内部区域溶解氧浓度在1～5mg/L。

[0018] 与现有技术相比，本发明具有以下突出特点：

[0019] 1、利用膜分离组件将反应器中的硝化污泥与反硝化污泥隔离开处理含氨废水，使硝化污泥与反硝化污泥在各自单独的空间作用，废水成分则是实现共混与互通，建立起硝化污泥与反硝化污泥协调配合而细胞间又互不干扰的稳定的处理体系，并且可以提供不同的溶解氧环境，使二者可以在各自适宜的溶解氧条件下作用，提高了同步硝化反硝化的效率。

[0020] 2、硝化菌和反硝化菌对溶解氧的需求不同，好氧反硝化菌虽然具有耐氧能力，但是在低氧的条件下其脱氮性能更高，因此将两种菌直接混合存在弊端。本发明在膜分离组件的内部区域进行曝气，由于分离膜、硝化污泥、曝气系统、导流筒和搅拌的共同作用，膜分离组件内外区域会形成不同的溶解氧浓度，外部区域的溶解氧浓度远低于内部区域，有利于反硝化污泥在低氧或无氧条件下发挥脱氮性能。与两种菌直接混合相比，本发明可以使硝化菌和反硝化菌在各自适宜的溶解氧条件下生长，有效提高硝化菌和反硝化菌的脱氮活性，提高了同步硝化反硝化的脱氮效率。

[0021] 3、硝化菌利用废水中的氨氮进行硝化反应，产生的硝氮和/或亚硝氮可以进入膜分离组件外部作为好氧反硝化菌的营养物质，反硝化菌将硝氮和/或亚硝氮转化成气体不断排出。随着反硝化的进行，硝氮和/或亚硝氮会进入膜分离组件外部满足反硝化菌的需要；同时由于产物抑制作用的削减，有助于提高硝化反应的进程和效果，二者互相补充和促进，实现了总氮的高效脱除。

[0022] 4、随着硝化反应的进行，需要补加碱液维持适宜生长的pH，而反硝化过程产生的碱可部分中和硝化过程产生的酸，减少碱液的消耗，能有效地保持反应器中pH稳定，符合节能减排的要求。

附图说明

[0023] 图1是本发明方法生物反应器的结构示意图；

[0024] 其中：1-生物反应器，2-膜分离组件，3-硝化区，4-反硝化区，5-曝气系统，6-搅拌器或曝氮气，7-进水口，8-补料口，9-补碳口，10-气体出口，11-硝化污泥排口，12-反硝化污泥排口，13-出水口，14-导流筒。

具体实施方式

[0025] 本发明利用膜分离组件实现含氨废水的同步硝化反硝化处理的工艺流程如图1所示。生物反应器1中设置膜分离组件2，膜分离组件内部为硝化区3，外部为反硝化区4。膜分离组件采用陶瓷分离膜，膜孔直径为0.05μm～0.5μm。膜分离组件与生物反应器的有效体积比为1:3～4:5。膜分离组件上端突出反应器，突出部分设置补料口和气体出口。膜分离组件外部区域的出水口设分离膜，保证出水中不含有悬浮物。膜分离组件外部设搅拌系统或者通入氮气，实现膜分离组件外部区域反硝化污泥的充分返混，搅拌系统可围绕膜分离组件旋转搅拌，或者将氮气通入盘管式曝气装置。膜分离组件底部设曝气系统5，实现硝化区的返混并提供硝化和反硝化所需的氧。膜分离组件外部区域通入氮气，实现反硝化区域污泥的充分返混。膜分离组件内部设导流筒，导流筒为中空结构，曝气系统在导流筒内侧曝气，进水口位于导流筒内侧。曝气系统采用曝气盘，曝气出口高于导流筒下端。

[0026] 首先将硝化污泥和反硝化污泥分别加入到生物反应器的硝化区3和反硝化区4。然后通过进水口7将含氨废水加入生物反应器中进行处理，硝化污泥在硝化区进行硝化反应，反硝化污泥在反硝化区进行脱氮，膜分离组件内外的废水组成是共混与互通的。同时检测处理系统中pH值，通过补料口8来调节废水的pH至6.0～9.0。处理过程中，通过补碳口9将有机碳源流加到生物反应器中。反硝化及曝气产生的气体通过气体出口10排出。当污泥过剩时，通过排泥口11和12将硝化菌和反硝化菌排出一部分。如果进行连续处理，处理后废水通过出水口13排出。

[0027] 本发明中，硝化菌和反硝化菌的生长条件和所需的营养物质不同。硝化菌利用废水中的氨氮进行硝化反应，产生的硝氮和/或亚硝氮可以进入膜分离组件外部作为反硝化菌的营养物质，反硝化菌将硝氮和/或亚硝氮转化成气体不断排出。污泥由于体形较大而被膜截留，实现单独作用，减弱不同细胞间生态影响。同时由于浓度差的作用，随着反硝化的进行，硝氮和/或亚硝氮会进入膜分离组件外部满足反硝化菌的需要；同时由于产物抑制作用的削减，有助于提高硝化反应的进程和效果，二者互相补充和促进，实现了总氮的高效脱除。

[0028] 下面通过实施例对本发明做进一步详细说明。但不因此限制本发明。

[0029] 实施例1

[0030] 采用本发明图1所示的反应器。生物反应器的有效体积为20L，反应器采用有机玻璃，反应器内有温度控制盘管，以及pH、溶解氧等控制器。膜分离组件的有效体积为10L，采用陶瓷分离膜，膜孔直径为0.2μm。膜分离组件底部设曝气系统，实现硝化区的返混并提供硝化和反硝化所需的氧。膜分离组件外部区域通入氮气，实现反硝化区域污泥的充分返混。膜分离组件内部设导流筒，导流筒为中空结构，曝气系统在导流筒内侧曝气，进水口位于导流筒内侧。曝气系统采用曝气盘，曝气出口高于导流筒下端。

[0031] 首先将硝化污泥和好氧反硝化污泥分别加入到生物反应器的硝化区和好氧反硝化区，然后通过进水口将含氨废水加入膜分离组件导流筒中，控制硝化污泥的污泥浓度为3.0～4.0g/L，好氧反硝化污泥的污泥浓度为2.0～3.0g/L。采用连续进水，氨氮浓度为
400mg/L，水力停留时间为12h。

[0032] 废水处理过程中，加入硝化污泥和好氧反硝化污泥处理废水所需的营养物质，以提高其反应活性。营养物质的配比为：Fe2+浓度为0.05g/L，K+浓度为0.1g/L，Ca2+浓度为2+
0.05g/L，Mg 浓度为0.5g/L；pH值为7.5。

[0033] 同时经过检测处理系统中pH值，调节废水的pH至7.5。温度控制为内部盘管加热方式，控制温度为30℃。由于反应器内设导流筒，导流筒可以在膜分离组件内部区域形成外循环，导致不同区域的溶解氧略有不同，因此控制导流筒内侧区域的溶解氧浓度为2.0～3.0mg/L。

[0034] 有机碳源采用甲醇，碳氮质量比为5:1，根据有机碳源的消耗速度进行流加。当污泥生长过剩时，超过所需要的污泥浓度，可通过排泥口将污泥排出一部分。处理后废水通过出水口排出。

[0035] 运行15天后，出水中氨氮浓度低于5mg/L，氨氮去除率达98.8%以上。总氮浓度小于15mg/L，总氮去除率大于96.3%。COD浓度小于50mg/L，在保证有机碳源供给的同时没有过量，不会导致出水COD增高。结果如表1所示。

[0036] 实施例2

[0037] 采用本发明图1所示的反应器。生物反应器的有效体积为20L，反应器采用有机玻璃，反应器内有温度控制盘管，以及pH、溶解氧等控制器。膜分离组件的有效体积为10L，采用陶瓷分离膜，膜孔直径为0.5μm。膜分离组件底部设曝气系统，实现硝化区的返混并提供硝化反应所需的氧。膜分离组件外部区域通入氮气，实现反硝化区域污泥的充分返混。膜分离组件内部设导流筒，导流筒为中空结构，曝气系统在导流筒内侧曝气，进水口位于导流筒内侧。曝气系统采用曝气盘，曝气出口高于导流筒下端。

[0038] 硝化污泥为硝化颗粒污泥，反硝化污泥为厌氧反硝化颗粒污泥。首先将硝化颗粒污泥和厌氧反硝化颗粒污泥分别加入到生物反应器的硝化区和反硝化区，然后通过进水口将含氨废水加入生物反应器中，控制硝化污泥的污泥浓度为3.0～4.0g/L，反硝化污泥的污泥浓度为2.0～3.0g/L。采用连续进水，氨氮浓度为800mg/L，水力停留时间为18h。

[0039] 废水处理过程中，加入硝化污泥和厌氧反硝化污泥处理废水所需的营养物质，以提高其反应活性。营养物质的配比为：Fe2+浓度为0.01g/L，K+浓度为0.5g/L，Ca2+浓度为0.1g/L，Mg2+浓度为0.05g/L；pH值为7.0。

[0040] 同时经过检测处理系统中pH值，调节废水的pH至8.0。温度控制为内部盘管加热方式，控制温度为35℃。由于反应器内设导流筒，导流筒可以在膜分离组件内部区域形成外循环，导致不同区域的溶解氧略有不同，因此控制导流筒内侧区域的溶解氧浓度为1.0～1.5mg/L。

[0041] 有机碳源采用葡萄糖，碳氮质量比为4:1，根据有机碳源的消耗速度进行流加。当污泥生长过剩时，超过所需要的污泥浓度，可通过排泥口将污泥排出一部分。处理后废水通过出水口排出。

[0042] 运行15天后，出水中氨氮浓度低于5mg/L，氨氮去除率达99.4%以上。总氮浓度低于40mg/L，总氮去除率大于94.4%。COD浓度小于40mg/L，在保证有机碳源供给的同时没有过量，不会导致出水COD增高。结果如表1所示。

[0043] 对比例1

[0044] 采用与实施例1相同的反应器和工艺条件，不采用膜分离组件，直接将硝化污泥和好氧反硝化污泥加入生物反应器中。运行15天后，出水中氨氮浓度低于20mg/L，氨氮去除率为95%。硝氮浓度为21mg/L，亚硝氮浓度为42 mg/L，总氮浓度为80mg/L左右，总氮去除率为80%。COD浓度为150mg/L左右，由于硝氮和亚硝氮有积累，因此造成COD的积累。结果如表1所示。

[0045] 对比例2

[0046] 采用与实施例1相同的反应器和工艺条件，不采用膜分离组件，首先将硝化污泥加入反应器，运行5天待氨氮去除稳定后，再将好氧反硝化污泥加入膜分离组件中。运行15天后，出水中氨氮浓度低于15mg/L，氨氮去除率为96.3%。硝氮浓度为17mg/L，亚硝氮浓度为40mg/L，总氮浓度为70mg/L左右，总氮去除率为82.5%。COD浓度为120mg/L左右，由于硝氮和亚硝氮有积累，因此造成COD的积累。结果如表1所示。

[0047] 表1 实施例与比较例的处理结果

[0048]

[0049] 由表1可见，尽管对比例的氨氮去除率较高，但是总氮去除率却较低，直接将硝化菌与反硝化菌混合影响总氮的去除效果。