[发明专利]基于颗粒污泥和生物膜的复合式厌氧氨氧化反应工艺及装置

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种基于颗粒污泥和生物膜的复合式厌氧氨氧化反应工艺及装置。

背景技术

氮素污染会造成水体的富营养化，且随着我国城镇化和工业化的迅速发展，该问题日益严峻并引发了多次公共环境安全事件。为此，近年来国家陆续颁布并实施了新的污水排放标准，其中尤其提高了氨氮的排放要求，并首次对出水总氮进行了限定，同时，氨氮成为了国家“十二五规划”中新的总量控制指标。然而，我国目前还大量存在着如厌氧消化上清液、光电废水等工业废水难以处理的问题，这类废水由于具有高氨氮、低碳氮比的特点，总氮去除尤为困难。

传统的脱氮技术是硝化-反硝化技术。该技术由于需要大量氧气用于硝化作用、大量有机碳源用于反硝化作用，在处理高氨氮、低碳氮比废水的情况下尤为不经济和困难。目前，国际上研究热点开始转向基于厌氧氨氧化的脱氮工艺。厌氧氨氧化菌是一种革兰氏阴性球状菌，其利用氨氮作为电子供体、亚硝酸根作为电子受体，通过氮元素之间的氧化还原反应直接生成氮气，实现能源和碳源的节约。然而，厌氧氨氧化菌生长尤为缓慢，需要在具有较强生物持留能力的反应器中生长。序批式颗粒污泥反应器被广泛认为具有较强的污泥持留能力，并且序批式反应器还具有一体化，建设、操作简单的优点；另一方面，在实际应用中，不稳定的进水情况经常性会造成反应器的波动、从而对反应器形成抑制，因此，反应器的恢复能力也很重要。在这方面，生物膜因为具有厚实的生物结构、从而能够抵抗冲击负荷并迅速恢复，优于序批式反应器，但也同样由于生物膜较厚的原因，使得传质困难，反应器负荷难以提升。

综上所述，现有的厌氧氨氧化反应器各具优势、但同时各有欠缺，为了实现厌氧氨氧化反应器在高负荷、高进水浓度下、长期稳定运行并具有较强的恢复能力，尚需进一步的改进。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于颗粒污泥和生物膜的复合式厌氧氨氧化反应工艺及装置，克服了目前厌氧氨氧化反应器中存在的在高负荷长期运行条件下，抗冲击和稳定性差、恢复能力弱的问题，其脱氮负荷高、长期运行稳定性强，在受到强烈抑制后仍具有很强的恢复能力，从而能实现经济高效脱除总氮。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于颗粒污泥和生物膜的复合式厌氧氨氧化反应工艺，使反应器主体采用絮状污泥接种，通过搅拌提升水力切割力、并加入无机盐从而形成晶核的方式，逐步形成厌氧氨氧化颗粒污泥；反应器采用序批式反应器的运行方式，通过调节排水比的方式实现对含高浓度氨氮进水的稀释，以使得反应器内基质浓度在合适的范围内，不造成对厌氧氨氧化的抑制。

在反应器内壁培养厌氧氨氧化生物膜，进一步提升反应器内污泥浓度，并提高反应器的抗冲击负荷能力及在受到抑制后的恢复能力。

所述无机盐为硫酸镁和氯化钙，以在水溶液中形成硫酸钙微晶体，作为颗粒污泥的核心，逐步长成颗粒污泥。

所述硫酸镁溶解于进水中，浓度为200mg/L，氯化钙溶解于进水中，浓度为300mg/L。

所述含高浓度氨氮进水，其进水浓度控制在650mgN/L，稀释后控制在130mgN/L；基质浓度为1500mgN/L，稀释后浓度控制在300mgN/L。

本发明还提供了一种基于颗粒污泥和生物膜的复合式厌氧氨氧化反应装置，包括采用低活性絮状厌氧氨氧化污泥接种的反应器3，进水箱1通过进水泵2连接位于反应器3下部的进水口，反应器3中设置搅拌机7，排水口位于反应器3的上部，反应器3通过排水口连接出水泵6，反应器3外层设置有一水浴夹套，水浴夹套的出口连接水浴锅5，水浴锅5通过回流泵4接水浴夹套的回流入口。

所述进水泵2、搅拌机7和出水泵6均连接控制器，控制器控制进水泵2周期性开启向反应器3供水，并在进水泵2启动前30秒控制搅拌机7启动搅拌，以加强传质并对絮状污泥形成水力切割，促进颗粒化，反应完成后，控制搅拌机7停止使得污泥沉淀。

所述搅拌机7的搅拌叶片位于反应器3的下部，以使得反应器3上部内壁生成厌氧氨氧化生物膜8。

与现有技术相比，本发明能迅速从絮状污泥培养出厌氧氨氧化颗粒污泥，并直接接纳高浓度氨氮废水、实现高负荷运行。同时，由于生物膜的存在，复合式反应装置还具有极强的恢复能力，能在极端基质抑制条件下迅速恢复反应器的活性，实现高负荷稳定运行。高负荷复合式厌氧氨氧化反应装置节约了占地面积、建设和运行简便、运行稳定高效、极大降低运行能耗。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。