公布日：2024.12.10
申请日：2024.09.26
分类号：C02F3/30(2023.01)I;C02F3/28(2023.01)I;C02F7/00(2006.01)I;C02F101/16(2006.01)N;C02F103/20(2006.01)N
摘要
本发明公开了短程硝化反硝化联合细胞固定化厌氧氨氧化处理沼液的方法，该方法基于反应器组件实现，包括以下步骤：S1、短程硝化反硝化污泥接种；S2、硝化反硝化处理：S2-1、短程硝化反硝化反应塔预启动；S2-2、连续处理；S3、细胞固定化厌氧氨氧化污泥接种；S4、细胞固定化厌氧氨氧化处理；S4-1、细胞固定化厌氧氨氧化反应器预启动；S4-2、连续处理。本发明应用于高氨氮废水的处理中，相较于传统硝化反硝化法处理，供氧量节省40～60％，COD需求量减少100％，污泥产量减少60～90％，相较于一般短程硝化反硝化-厌氧氨氧化技术，NO2--N/NH4+-N比值控制稳定方便、NOB可被有效抑制、AnAOB富集速度加快且对重金属和抗生素等因素的抵抗能力得到提高。
权利要求书
1.短程硝化反硝化联合细胞固定化厌氧氨氧化处理沼液的方法，通过进水水箱(1)导流沼液至短程硝化反硝化反应塔(2)，通过短程硝化反硝化反应塔(2)对沼液进行硝化反硝化处理，通过沉淀池(3)对硝化反硝化处理后的沼液进行沉淀，通过中间水箱(4)进行导流，通过细胞固定化厌氧氨氧化反应器(5)进行细胞固定化厌氧氨氧化处理，最后通过出水水箱(6)排出；其特征在于，所述硝化反硝化处理时需要控制短程硝化反硝化反应塔(2)内部NO2--N与NH4+-N的比例为1～1.5:1，且NO2--N积累率＞95％。
2.根据权利要求1所述的短程硝化反硝化联合细胞固定化厌氧氨氧化处理沼液的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、短程硝化反硝化污泥接种：向短程硝化反硝化反应塔(2)内部接种来自污水厂的好氧污泥，使得短程硝化反硝化反应塔(2)内好养污泥浓度维持在3000～6000mg/L；S2、硝化反硝化处理：S2-1、短程硝化反硝化反应塔(2)预启动：将沼液泵入短程硝化反硝化反应塔(2)中，并将出水端沼液全部回流，并实时检测污染物浓度，当短程硝化反硝化反应塔(2)内部NO2--N：NH4+-N为1～1.5:1，且NO2--N积累率＞95％时，短程硝化反硝化反应塔(2)预启动成功；S2-2、连续处理：对短程硝化反硝化反应塔(2)内部进行曝气，同时连续泵入沼液，处理后的沼液泵入沉淀池(3)中，完成泥水分离后沼液进入中间水箱(4)进行下一步处理；所述细胞固定化厌氧氨氧化处理时需要对细胞固定化厌氧氨氧化反应器(5)内部污泥进行强化接种：S3、细胞固定化厌氧氨氧化污泥强化接种：将厌氧氨氧化颗粒污泥分散成絮状生物质，将等体积的聚乙烯醇溶液和海藻酸钠溶液混合均匀制成PVA-SA固定化支撑液，将所述PVA-SA固定化支撑液高温灭菌后冷却至常温，加入所述絮状生物质和生物炭，PVA-SA固定化支撑液、絮状生物质与生物炭的质量比为7～9：1：8～10，混合均匀后滴入若干个聚氨酯海绵块中，将聚氨酯海绵块置于细胞固定化厌氧氨氧化反应器(5)中，细胞固定化厌氧氨氧化反应器(5)中厌氧氨氧化颗粒污泥浓度为6000～20000mg/L；S4、细胞固定化厌氧氨氧化处理：S4-1、细胞固定化厌氧氨氧化反应器(5)预启动：将沼液泵入细胞固定化厌氧氨氧化反应器(5)中，并将出水端沼液全部回流，并实时检测污染物浓度，当出水端处理后的废水总氮＜70mg/L时，细胞固定化厌氧氨氧化反应器(5)预启动成功；S4-2、连续处理：连续泵入沼液，细胞固定化厌氧氨氧化反应器(5)内部废水水力停留时间为16～18h，上升流速在3～5m/h，最后通过出水水箱(6)排出。
3.根据权利要求2所述的短程硝化反硝化联合细胞固定化厌氧氨氧化处理沼液的方法，其特征在于，所述S2-1中调节进水水箱(1)中初始沼液的NH4+-N浓度为400～1600mg/L、COD浓度为500～3500mg/L、NO2--N浓度为0～30mg/L、NO3--N浓度为0～30mg/L。
4.根据权利要求2所述的短程硝化反硝化联合细胞固定化厌氧氨氧化处理沼液的方法，其特征在于，所述S2-2中曝气方式采取微氧曝气，酸碱液为盐酸溶液或氢氧化钠溶液，短程硝化反硝化反应塔(2)内部曝气时溶解氧控制在0.3～1.5mg/L，污泥停留时间为25～30d，水力停留时间为70～72h，控制排出回流比为500％，沉淀池(3)泥水分离得到的回用污泥的排出回流比为100％，将回用污泥回注至短程硝化反硝化反应塔(2)内，向中间水箱(4)中添加酸碱液调节废水pH为7.5～8。
5.根据权利要求2所述的短程硝化反硝化联合细胞固定化厌氧氨氧化处理沼液的方法，其特征在于，所述S3中厌氧氨氧化颗粒污泥的含水率为90～93％，VSS/TSS为0.8～1，絮状生物质的平均直径＜100μm。
6.根据权利要求2所述的短程硝化反硝化联合细胞固定化厌氧氨氧化处理沼液的方法，其特征在于，所述S3中聚乙烯醇溶液的质量浓度为6％，海藻酸钠溶液的质量浓度为2％，高温灭菌温度为120～130℃，灭菌时间30～40min，常温温度为25～28℃。
7.根据权利要求2所述的短程硝化反硝化联合细胞固定化厌氧氨氧化处理沼液的方法，其特征在于，所述S3中生物炭为玉米秸秆生物炭。
8.根据权利要求2所述的短程硝化反硝化联合细胞固定化厌氧氨氧化处理沼液的方法，其特征在于，所述S3中聚氨酯海绵块为边长1.5～3cm的正方体结构设置，将混合物分散滴入若干个聚氨酯海绵块后，将所有的聚氨酯海绵块进行强化固定，所有的聚氨酯海绵块在细胞固定化厌氧氨氧化反应器(5)中的填充体积占比为30～70％。
9.根据权利要求8所述的短程硝化反硝化联合细胞固定化厌氧氨氧化处理沼液的方法，其特征在于，所述强化固定时，将所有的聚氨酯海绵块分为两份，其中一份进行深冷强化固定，另一份进行一般强化固定，得到的深冷强化固定聚氨酯海绵块(7)与一般强化固定聚氨酯海绵块(8)的比例为3:7，所述深冷强化固定是将聚氨酯海绵块进行液氮骤冷处理，处理时间为15～30min，所述一般强化固定是将聚氨酯海绵块浸泡在质量浓度为4％的CaCl2溶液中，并在4℃下固定12h，在填充时，将进行深冷强化固定的聚氨酯海绵块置于外围，将进行一般强化固定的聚氨酯海绵块置于深冷强化固定的聚氨酯海绵块内侧。
10.根据权利要求1所述的短程硝化反硝化联合细胞固定化厌氧氨氧化处理沼液的方法的应用，其特征在于，将所述方法应用于猪场沼液的脱氮处理中。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了短程硝化反硝化联合细胞固定化厌氧氨氧化处理沼液的方法。
本发明的技术方案是：
短程硝化反硝化联合细胞固定化厌氧氨氧化处理沼液的方法，通过进水水箱导流沼液至短程硝化反硝化反应塔，通过短程硝化反硝化反应塔对沼液进行硝化反硝化处理，通过沉淀池对硝化反硝化处理后的沼液进行沉淀，通过中间水箱进行导流，通过细胞固定化厌氧氨氧化反应器进行细胞固定化厌氧氨氧化处理，最后通过出水水箱排出；
所述硝化反硝化处理时需要严格控制短程硝化反硝化反应塔内部NO2--N与NH4+-N的比例为1～1.5:1，且NO2--N积累率＞95％。
进一步地，所述方法包括以下步骤：
S1、短程硝化反硝化污泥接种：向短程硝化反硝化反应塔内部接种来自污水厂的好氧污泥，使得短程硝化反硝化反应塔内好养污泥浓度维持在3000～6000mg/L；
S2、硝化反硝化处理：
S2-1、短程硝化反硝化反应塔预启动：将进水水箱中沼液泵入短程硝化反硝化反应塔，在短程硝化反硝化反应塔中进行硝化反硝化处理，将短程硝化反硝化反应塔顶部出水端处理后的沼液回流至短程硝化反硝化反应塔底部进水端，并实时检测短程硝化反硝化反应塔内部污染物浓度，当短程硝化反硝化反应塔内部NO2--N：NH4+-N为1～1.5:1，且NO2--N积累率＞95％时，短程硝化反硝化反应塔预启动成功；
S2-2、连续处理：对短程硝化反硝化反应塔内部进行曝气，同时连续泵入沼液，处理后的沼液泵入沉淀池中，完成泥水分离后沼液进入中间水箱进行下一步处理；
所述细胞固定化厌氧氨氧化处理时需要对细胞固定化厌氧氨氧化反应器内部污泥进行强化接种：
S3、细胞固定化厌氧氨氧化污泥强化接种：将厌氧氨氧化颗粒污泥分散成絮状生物质待用，将等体积的聚乙烯醇溶液和海藻酸钠溶液混合均匀制成PVA-SA固定化支撑液，然后将所述PVA-SA固定化支撑液高温灭菌后冷却至常温待用，将所述絮状生物质缓慢加入到所述PVA-SA固定化支撑液中，同时加入生物炭，PVA-SA固定化支撑液、絮状生物质与生物炭的质量比为7～9：1：8～10，混合均匀后，将得到的混合物分散滴入若干个聚氨酯海绵块中，随后将聚氨酯海绵块置于细胞固定化厌氧氨氧化反应器中，细胞固定化厌氧氨氧化反应器中厌氧氨氧化颗粒污泥浓度为6000～20000mg/L；
S4、细胞固定化厌氧氨氧化处理：
S4-1、细胞固定化厌氧氨氧化反应器预启动：将中间水箱中的沼液泵入细胞固定化厌氧氨氧化反应器中，在细胞固定化厌氧氨氧化反应器中进行反应，并将出水端处理后的沼液回流至细胞固定化厌氧氨氧化反应器底部进水端，当出水端处理后的废水总氮＜70mg/L时，细胞固定化厌氧氨氧化反应器预启动成功；
S4-2、连续处理：连续泵入沼液，细胞固定化厌氧氨氧化反应器内部废水水力停留时间为16～18h，上升流速在3～5m/h，将细胞固定化厌氧氨氧化反应器处理后的废水泵入出水水箱排出。
更进一步地，所述S2-1中调节进水水箱中初始含氨氮废水的NH4+-N浓度为400～1600mg/L、COD浓度为500～3500mg/L、NO2--N浓度为0～30mg/L、NO3--N浓度为0～30mg/L。
说明：通过限定适用于本发明的初始含氨氮废水的污染物浓度可以看出，本发明的方法适用的废水氨氮含量范围较广，具有较强的实用性。
更进一步地，所述S2-2中曝气方式采取微氧曝气，酸碱液为盐酸溶液或氢氧化钠溶液，短程硝化反硝化反应塔内部曝气时溶解氧控制在0.3～1.5mg/L，污泥停留时间为25～30d，水力停留时间为70～72h，控制排出回流比为500％，沉淀池泥水分离得到的回用污泥的排出回流比为100％，将回用污泥回注至短程硝化反硝化反应塔内，向中间水箱中添加酸碱液调节废水pH为7.5～8。
更进一步地，所述S3中厌氧氨氧化颗粒污泥的含水率为90～93％，VSS/TSS为0.8～1，絮状生物质的平均直径＜100μm。
说明：通过优选絮状生物质的平均直径从而更好地实现短程硝化反硝化。
更进一步地，所述S3中聚乙烯醇溶液的质量浓度为6％，海藻酸钠溶液的质量浓度为2％，高温灭菌温度为120～130℃，灭菌时间30～40min，常温温度为25～28℃。
更进一步地，所述S3中生物炭为玉米秸秆生物炭。
更进一步地，所述S3中聚氨酯海绵块为边长1.5～3cm的正方体结构设置，将混合物分散滴入若干个聚氨酯海绵块后，将所有的聚氨酯海绵块进行强化固定，所有的聚氨酯海绵块在细胞固定化厌氧氨氧化反应器中的填充体积占比为30～70％。
优选地，所述强化固定时，将所有的聚氨酯海绵块分为两份，其中一份进行深冷强化固定，另一份进行一般强化固定，得到的深冷强化固定聚氨酯海绵块与一般强化固定聚氨酯海绵块的比例为3:7，所述深冷强化固定是将聚氨酯海绵块进行液氮骤冷处理，处理时间为15～30min，所述一般强化固定是将聚氨酯海绵块浸泡在质量浓度为4％的CaCl2溶液中，并在4℃下固定12h，在填充时，将进行深冷强化固定的聚氨酯海绵块置于外围，将进行一般强化固定的聚氨酯海绵块置于深冷强化固定的聚氨酯海绵块内侧。
本发明还提供了短程硝化反硝化联合细胞固定化厌氧氨氧化处理沼液的方法的应用，将所述方法应用于猪场沼液的脱氮处理中。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的短程硝化反硝化联合细胞固定化厌氧氨氧化处理沼液的方法应用于高氨氮废水的处理中，相较于传统硝化反硝化法处理，供氧量节省40～60％，COD需求量减少100％，污泥产量减少60～90％，相较于一般短程硝化反硝化-厌氧氨氧化技术，NO2--N/NH4+-N比值控制稳定方便、NOB可被有效抑制、AnAOB富集速度加快且对重金属和抗生素等因素的抵抗能力得到提高。
(2)本发明的短程硝化反硝化联合细胞固定化厌氧氨氧化处理沼液的方法对于细胞固定化厌氧氨氧化反应器中的厌氧氨氧化颗粒污泥进行了复配优化，进一步提高了细胞固定化厌氧氨氧化处理的效果，同时配合对聚氨酯海绵块的两种强化固定方法配合使用，能够使通过深冷强化固定的聚氨酯海绵块具有一定的缓释效果，同时也使整个细胞固定化厌氧氨氧化反应更加稳定。
（发明人：吕路;李壮壮;黄前霖;陈振;王林平）
