一種固定化污泥顆粒去除廢水中氨氮的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于廢水處理領(lǐng)域，具體涉及一種固定化污泥顆粒去除廢水中氨氮的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 化工生產(chǎn)企業(yè)因其生產(chǎn)工藝特點，每天排放大量含氨廢水。如果直接排放，會造成 水體富營養(yǎng)化，藻類過度生長，不僅降低了水體觀賞價值，而且使水生生物缺氧死亡。一些 藻類蛋白毒素還會經(jīng)過食物鏈使人中毒，嚴重危害人類及生物生存。為此，如何經(jīng)濟有效地 去除廢水中的氨氮已成為亟待解決的問題。
[0003] 生物脫氮是從廢水中去除氮素污染的較為經(jīng)濟有效的方法之一，一般包括硝化過 程和反硝化過程。硝化過程是在好氧條件下由硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為NO,和Ν0Γ的反應過 程；反硝化過程是在厭氧或微氧條件下，Ν0Γ和NO 2-被微生物還原轉(zhuǎn)化為氣體物質(zhì)的過程， 反應過程中需要以有機碳作為碳源和能源。在實際應用中，由于兩種菌體生長環(huán)境的差異， 一般是將硝化過程和反硝化過程分離開，如傳統(tǒng)的A/0, A2A)工藝，存在工藝冗長，污水處理 構(gòu)筑物占地面積大，投資和運行費用高等諸多弊端。
[0004] 同步硝化反硝化脫氮是指硝化反應和反硝化反應在同一反應器內(nèi)同步進行的新 型工藝，不僅克服了傳統(tǒng)工藝硝化和反硝化過程在兩個不同的反應器內(nèi)進行的不足，而且 在降低能耗和物耗等方面具有突出的優(yōu)勢。例如，可以減少反硝化反應設(shè)備、節(jié)省基建費 用；反硝化過程產(chǎn)生的堿可部分中和硝化過程產(chǎn)生的酸，減少堿液的消耗，能有效地保持反 應器中PH穩(wěn)定。因此，同步硝化反硝化脫氮過程，已經(jīng)成為水處理領(lǐng)域的研究熱點。荷蘭 Olburgen 土豆加工廢水處理項目采用短程硝化和厭氧氨氧化組合實現(xiàn)同步硝化反硝化，但 是由于反硝化采用專性厭氧的厭氧氨氧化細菌，該細菌長期處于一定濃度的有氧環(huán)境中， 從而在一定程度上降低了厭氧氨氧化細菌的活性，導致脫氮效果不理想。
[0005] 固定化活性污泥是目前研究最為活躍的生物法處理固體有機廢物、高COD有機廢 水等的接種物之一，具有濃度1?、容積小、處理負荷1?、污泥廣率低、降解效率1?、對有毒物 質(zhì)承受能力強、穩(wěn)定性好等特性，能廣泛應用于廢水處理領(lǐng)域。CN201210063708. 2公開了 一種用于有機負荷波動性較強廢水的好氧顆粒污泥的快速培養(yǎng)方法，該方法通過先對活性 污泥中多種微生物進行固定化培養(yǎng)得到初期的種子污泥，再經(jīng)由外加團聚劑和/或優(yōu)勢菌 群的方式促進顆粒的進一步快速長大這樣一種特殊的培養(yǎng)工藝，在目標廢水中，短期內(nèi)成 功培養(yǎng)得到了活性高、負荷波動耐受力強的好氧顆粒污泥。該好氧顆粒污泥僅適用于各種 有機負荷波動較高的有機污水。CN200910194651. 8公開了一種環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域的固定 化活性污泥的制備方法及處理微污染水的方法，將固定化活性污泥填充于反應器中；向反 應器中通入污水并進行曝氣，處理污水，得到凈化后的水。王應軍等(包埋活性污泥和反硝 化污泥短程硝化反硝化脫氮，應用基礎(chǔ)與工程科學學報，2012,20 (2) :179-188)在傳統(tǒng)的 流化床反應器內(nèi)，將活性污泥和經(jīng)馴化的反硝化污泥按適當比例混合后，用聚乙烯醇（PVA) 加適當添加劑將其包埋，并對短程硝化反硝化脫氮進行了研究。結(jié)果表明出水亞硝化率和 TN去除率分別可達95%和85%以上，短程硝化反硝化脫氮較理想。但是，該法雖然能夠?qū)崿F(xiàn) 一定的總氮去除率，但是硝化污泥和反硝化污泥還是在同一環(huán)境下進行作用，各自的生長 條件并不是最佳的，彼此之間還有相互干擾，不適宜長期運行。
[0006] 目前盡管同步硝化反硝化脫氮有了較大發(fā)展，但是普遍存在著負荷較小，去除率 偏低，運行不穩(wěn)定等不足，不能有效處理含氨廢水，并且有些正在運行的工藝并沒有考慮總 氮的去除問題，大大限制了其發(fā)展和應用。因此，如何更好的提供適宜的生長條件，保證硝 化和反硝化都可以高效進行，維持其長期穩(wěn)定運行，對加快同步硝化反硝化脫氮工藝工業(yè) 應用的進程具有積極意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種固定化污泥顆粒去除廢水中氨氮的方法。 本發(fā)明利用固定化和流態(tài)化技術(shù)，將不同脫氮性能和不同大小的固定化污泥顆粒在反應器 中進行級配，使硝化污泥顆粒和反硝化污泥顆粒在同一反應器的不同區(qū)域發(fā)揮脫氮性能， 減少彼此間干擾，實現(xiàn)了高效的同步硝化反硝化脫氨氮過程。
[0008] 本發(fā)明固定化污泥顆粒去除廢水中氨氮的方法，包括如下內(nèi)容：（1)培養(yǎng)獲得硝 化顆粒污泥和反硝化顆粒污泥，硝化顆粒污泥的粒徑大于反硝化顆粒污泥；（2)將兩種固 定化污泥顆粒加入到流化床反應器中進行級配，硝化污泥顆粒在反應器下部進行硝化反 應，反硝化污泥顆粒在反應器上部進行反硝化脫氮，利用流化床流化氣體所攜帶的氧氣含 量控制進水口區(qū)域的溶解氧濃度為2. 0?6. Omg/L。
[0009] 本發(fā)明中，硝化污泥和反硝化污泥的培養(yǎng)采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方式。固 定化污泥顆粒的制備采用包埋法，首先在活性污泥中加入活性炭進行吸附，然后加入海藻 酸鈉和聚乙烯醇制成混合液，將混合液滴入固化劑CaCl 2溶液中交聯(lián)成球，再轉(zhuǎn)入Na2SO4溶 液中固定，得到固定化污泥顆粒。通過控制活性炭吸附的菌體量或者通過在活性污泥中加 入不同粒徑的活性炭作為吸附載體，制備獲得不同大小的污泥顆粒。制備獲得的固定化硝 化污泥顆粒的粒徑為2. 0?5. Omm，優(yōu)選為2. 0?4. Omm ;固定化反硝化污泥顆粒的粒徑為 I. 0?4. 0mm，優(yōu)選為I. 0?3. Omm ;根據(jù)硝化污泥顆粒的大小確定反硝化污泥顆粒的大小。 不規(guī)則顆粒污泥尺寸一般指顆粒的平均當量直徑(即與球形顆粒具有相同的外表面積)。將 活性污泥進行固定化，不僅可以增加活性污泥的穩(wěn)定性，降低廢水對活性污泥的沖擊，而且 可以避免活性污泥的脫落，增強沉降性能。啟動過程中，兩種固定化污泥顆粒在反應器中 的填充體積分數(shù)為10%?30%，固定化硝化污泥顆粒和反硝化污泥顆粒的質(zhì)量比為1:1? 5:1。
[0010] 本發(fā)明中，根據(jù)流態(tài)化基本原理，固定化污泥顆粒在流化床中主要受重力、浮力和 曳力，其中，顆粒的密度和粒徑?jīng)Q定著顆粒的受力情況，即不同顆粒具有不同的密度和粒 徑，其在流化床中的受力不同，故懸浮的高度也不同。根據(jù)上述原理，在污泥顆粒密度接近 的情況下，培養(yǎng)獲得不同粒徑大小的污泥顆粒，就可以在流化床反應器內(nèi)實現(xiàn)兩種不同功 能的污泥顆粒的級配，沿物料流動方向顆粒尺寸減小，則粒徑相對較大的硝化污泥顆粒位 于反應器下部，粒徑相對較小的反硝化污泥顆粒位于反應器上部。從反應器底部進入的含 氨廢水首先與硝化污泥進行硝化反應，將氨氮轉(zhuǎn)化成硝氮或者亞硝氮；然后廢水進入上部 區(qū)域在反硝化污泥的作用下進行反硝化脫氮，將硝氮或者亞硝氮轉(zhuǎn)化成氮氣。根據(jù)污泥和 廢水的特性，控制廢水流速為1?l〇mm/s，優(yōu)選為3?6mm/s，停留時間為10?24h，優(yōu)選為 12 ?20h。
[0011] 本發(fā)明中，利用流化床流化氣體所攜帶的氧氣含量控制進水口區(qū)域的溶解氧濃度 為2. O?6. Omg/L，優(yōu)選為3. O?5. Omg/L。隨著物料流動的方向，氧氣在硝化區(qū)得到有效 利用，進入上部區(qū)域溶解氧濃度相對減少很多，有利于反硝化在無氧或低氧條件下進行。當 溶解氧濃度出現(xiàn)波動時，通過調(diào)節(jié)流化氣體所攜帶的氧氣的含量，以保證溶解氧的濃度在 適宜的值?？刂茝U水處理體系的溫度為20°C?40°C，pH值為6?9。
[0012] 本發(fā)明中，流化床底部設(shè)進氣口和進水口，頂端設(shè)排氣口和出水口。在反應器頂端 設(shè)置旋風分離器、旋液分離器或者可以進行氣液固分離的多相分離器，防止污泥沖出并將 處理后的廢水和氣體進行分離。流化床的其它操作條件按常規(guī)處理廢水的硝化污泥和反硝 化污泥的條件控制。設(shè)置培養(yǎng)體系溶解氧量的測定裝置，根據(jù)需要調(diào)整進氣中的氧濃度。同 時提供PH電極檢測，以便通過外源加入酸、堿來實現(xiàn)系統(tǒng)pH控制。溫度控制為內(nèi)部盤管加 熱方式或者在反應器外部設(shè)置控溫夾套來維持所需要的溫度。
[0013] 本發(fā)明中，廢水處理過程中，控制固定化硝化污泥顆粒的污泥濃度為2