[發(fā)明專利]一種高效穩(wěn)定的短程硝化-厭氧氨氧化生物脫氮方法

無效

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• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103241835A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭曉燕
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于污水生物脫氮技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及-種高效、穩(wěn)定的短程硝化-厭氧氨氧化生物脫氮方法。

背景技術(shù)

隨著氮素污染的日益加劇和人們環(huán)境意識的逐漸增強，脫氮技術(shù)，特別是廢水生物脫氮技術(shù)已引起世界各國的普遍關(guān)注。尤其在我國，由于近年來氮污染問題引起的湖泊富營養(yǎng)化所帶來的危害警示和社會對污水深度處理要求的不斷提高，研究脫氮技術(shù)迫在眉睫。傳統(tǒng)的生物脫氮技術(shù)——硝化/反硝化工藝要消耗大量的溶解氧和有機碳源，投資和運行費用都比較高，特別是在處理低C/N比高濃度氮廢水方面有極大的局限性。因此，開發(fā)高效、經(jīng)濟的生物脫氮工藝并推廣應用具有重要的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益。

近年來，由于不斷發(fā)現(xiàn)新的生物脫氮特殊菌株或菌群及微生物轉(zhuǎn)化機制，許多生物脫氮技術(shù)的新工藝和新概念也不斷涌現(xiàn)，其中短程硝化(SHARON)和厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝的聯(lián)合被認為是該領(lǐng)域最有發(fā)展前景的技術(shù)。世界上第一個生產(chǎn)性的SHARON-ANAMMOX工藝已于2002年在荷蘭鹿特丹Dokhaven污水處理廠正式運行。同時，該工藝在垃圾滲濾液、污泥消化液、禽畜養(yǎng)殖廢水等高濃度含氮廢水處理中也獲得了高效的脫氮效果。這說明SHARON-ANAMMOX工藝蘊藏著潛在的市場應用前景，控制其高效、穩(wěn)定地運行可促進該工藝進一步推廣應用。

SHARON過程和ANAMMOX過程的協(xié)調(diào)運行是SHARON-ANAMMOX工藝實現(xiàn)穩(wěn)定化、高效化的重要條件。同時，控制NO₂^--N的轉(zhuǎn)化比例并維持長期的NO₂^--N積累以及ANAMMOX微生物的大量繁殖是SHARON-ANAMMOX工藝高效、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素。

目前SHARON-ANAMMOX工藝多采用能形成生物膜、顆粒化或懸浮污泥的反應器形式運行。兩步工藝分別在不同的反應器里實現(xiàn)SHARON和ANAMMOX過程，其最大的問題是兩步的協(xié)調(diào)運行不易控制。有研究表明，在限氧條件下，亞硝化菌和厭氧氨氧化菌可以在一個反應器里共生。2004年在Strass(Austria)和2007年在Glarnerland(Switzerland)分別采用連續(xù)進水、間歇曝氣的SBR反應器形式實現(xiàn)了生產(chǎn)性規(guī)模的SHARON-ANAMMOX工藝裝置的啟動，目前以500gNm^-3d^-1的負荷穩(wěn)定運行。和兩步SHARON-ANAMMOX工藝運行方式相比，一體式SHARON-ANAMMOX工藝由于亞硝化反應和厭氧氨氧化反應的有效協(xié)調(diào)，總體性能顯著提高，但控制操作比較繁瑣，厭氧氨氧化菌的有效富集沒有得到強化。

固定化厭氧氨氧化菌被認為是一種穩(wěn)定、高效的脫氮工藝。有研究將固定化技術(shù)用于SHARON-ANAMMOX工藝。其中SHARON過程采用聚乙二醇凝膠載體包埋硝化活性污泥固定化技術(shù)，處理甲烷廠的消化液，其出水進入采用聚乙二醇凝膠載體包埋厭氧氨氧化菌的厭氧氨氧化反應器，總氮的去除負荷高達4.0kg?Nm^-3d^-1，脫氮效率大大提高。但包埋材料會對底物、中間產(chǎn)物或反應產(chǎn)物產(chǎn)生一定的傳質(zhì)限制。開發(fā)或改性現(xiàn)有的包埋材料會改善其傳質(zhì)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有實現(xiàn)SHARON-ANAMMOX工藝的各種反應器及運行方式存在的問題，提出一種高效、穩(wěn)定的短程硝化-厭氧氨氧化生物脫氮方法。即耦合生物膜和包埋技術(shù)，采用改性的傳質(zhì)性能好的包埋材料固定化厭氧氨氧化菌，置于附著有亞硝化菌的多孔生物膜球形載體中，強化傳質(zhì)過程，根據(jù)亞硝化-厭氧氨氧化反應速度對微生物富集程度進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)兩種菌生物效能的協(xié)調(diào)發(fā)揮，采用上流式膨脹床反應器，通過工藝條件的優(yōu)化控制達到工藝的連續(xù)、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定運行，從而實現(xiàn)SHARON-ANAMMOX工藝的簡潔化、穩(wěn)定化、高效化和經(jīng)濟化，為新型生物脫氮工藝的進一步推廣應用提供新的思路和途徑。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)其目的。

一種高效、穩(wěn)定的短程硝化-厭氧氨氧化生物脫氮方法，其特征在于亞硝化菌采用生物膜固定化、厭氧氨氧化菌采用包埋技術(shù)固定化，通過生物膜-包埋強化耦合技術(shù)實現(xiàn)從氨氮到氮氣的高效、穩(wěn)定的生物降解轉(zhuǎn)化。

厭氧氨氧化菌的包埋固定化，選用海藻酸鈉、聚乙烯醇、羥甲基纖維素鈉、聚乙二醇及其組合作為包埋材料，添加納米分子篩、沸石、多孔二氧化硅、活性碳等多孔材料作為改性劑，增加包埋材料中反應物和產(chǎn)物的傳質(zhì)通道。