[发明专利]一种对高氨氮低C/N比的废水处理工艺及用途

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理领域，更具体地说，是涉及一种用于对高氨氮低C/N比废水进行处理的方法及用途，具体行业包括合成氨和氮肥工业废水、煤制甲醇工业废水、皮革废水、食品行业(如玉米深加工、味精工业等)废水处理及改造等。

背景技术

目前氨氮废水的处理方法有物理法、化学法和生物法等。物理方法有反渗透、蒸馏、土壤灌溉；化学法有离子交换法、空气吹脱、化学沉淀法、折点氯化法、电渗析、电化学处理、催化裂解。由于物理和化学方法存在运行费用高等特点，其应用仅限于部分行业和领域，目前大部分脱氮工艺以生物处理为主或生物处理和物理化学方法相结合。在生物脱氮方面，目前采用的生物方法有多种形式，其中主要有以下几个方面的脱氮技术。

传统硝化反硝化

传统硝化反硝化工艺脱氮处理过程，包括硝化和反硝化两个阶段。在将有机氮转化为氨氮的基础上，硝化阶段是将污水中的氨氮氧化为亚硝酸盐氮或硝酸盐氮的过程；反硝化阶段是将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原成氮气的过程。只有当废水中的氮以亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的形态存在时，仅需反硝化一个阶段。A/O、SBR、CASS、MBR、氧化沟等工艺就属于传统脱氮工艺，都可实现生物硝化和反硝化。尽管传统硝化反硝化工艺脱氮在废水脱氮方面起到了一定的作用，但仍存在以下问题：①硝化菌群增殖速度慢且难以维持较高生物浓度，特别是在低温冬季。因此造成系统总水力停留时间(HRT)长，有机负荷较低，增加了基建投资和运行费用；②硝化过程是在有氧条件下完成的，需要大量的能耗；③反硝化过程需要一定的有机物，废水中的COD经过曝气有一大部分被去除，因此反硝化时往往要另外加入碳源(例如甲醇)；④系统为维持较高生物浓度及获得良好的脱氮效果，必须同时进行污泥回流和硝化液回流，增加了动力消耗及运行费用；⑤抗冲击能力弱，高浓度氨氮和亚硝酸盐进水会抑制硝化菌的生长；⑥为中和硝化过程产生的酸度，需要加碱中和，增加了处理费用。由于传统硝化反硝化具有一些弊端，国内外一些学者研究的热点集中在如何改进传统的硝化反硝化工艺。近年来研究成果主要有短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、同时硝化反硝化、反硝化除磷等，以下将就这些问题做简单的论述。

短程硝化反硝化

短程硝化反硝化又称亚硝化反硝化，把硝化反应过程控制在氨氧化产生NO2-的阶段，阻止NO₂^-进一步氧化，直接以NO₂^-作为菌体呼吸链氢受体进行反硝化。此过程减少了亚硝酸盐氧化成硝酸盐，然后硝酸盐再还原成亚硝酸盐两个反应的发生，降低了需氧量、反硝化过程中有机碳的投入量，降低了能耗和运行费用。短程硝化反硝化与传统的生物脱氮相比具有以下优点：①对于活性污泥法，可以节省25％的供氧量，降低能耗；②节省反硝化所需碳源40％，在C/N一定的情况下可提高总氮(TN)的去除率；③减少污泥量可达50％；④减少碱耗；⑤提高反应速率，缩短反应时间，减少反应器容积。实现短程硝化与反硝化的关键是抑制硝化菌的活性而使NO₂^-得到累积。影响硝化菌活性及NO₂^-累积的因素有自由氨、pH、DO、温度等。

完全的短程硝化反硝化尚处于机理研究阶段，由于受控制条件限制，目前在应用上尚处于实验室研究或小试阶段，在工程应用上目前尚无报道。

同时硝化反硝化

传统硝化反硝化生物脱氮法认为硝化过程在好氧条件下由自养菌完成，反硝化过程在厌/缺氧条件下由异养菌完成，两个过程条件的要求不同，一般不能同时发生，只能序列式进行。一些研究表明：生物脱氮过程中硝化过程不仅由自养菌完成，某些异养菌也可以参与；某些微生物在好氧条件下可以同时进行硝化和反硝化。因而，硝化过程和反硝化过程可以在同一反应器中、相同操作条件下同时发生，并能达到两个过程的动力学平衡，即同时硝化反硝化(Simultaneous Nitrification-Denitrification，简称SND)，这将大大简化生物法脱氮工艺。与传统硝化反硝化生物脱氮法相比，SND过程具有以下优点：

(1)硝化过程和反硝化过程可以在一个反应器内同时进行，则可节省更多的占地面积；(2)避免NO₂^-氧化成NO₃^-及NO₃^-再还原成NO₂^-这两个多余的反应，从而可节省约25％的O₂和40％以上的补充碳源；(3)碱度消耗减少。