含氨廢水的處理方法
2023-05-30 01:54:21 2
專利名稱：含氨廢水的處理方法
技術領域：
本發明涉及一種通過硝化細菌處理含氨廢水的方法，其中氨主要被氧化為亞硝酸鹽。
這樣的方法在EP-A-826639中是已知的。根據該已知的方法，廢水在一連續攪拌罐反應器(CSTR)中被處理，無汙泥停留，調節水力停留時間(hydraulic retention time)為約1.5天。在這樣的條件下，將氨轉化為亞硝酸鹽的細菌，包括例如亞硝化單胞菌屬，有足夠的生長速度以補償從反應器中的汙泥損失，而將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽的細菌，包括例如硝化桿菌屬，在反應器中沒有保持足夠的生長速度。結果是，從亞硝酸鹽到硝酸鹽的轉化被抑制，這具有減少氧消耗和減少電子給體的優點，是下遊反硝化方法中需要的。該方法有時被稱作通過亞硝酸鹽的高活性除氨單反應器(SHARON)方法。
該已知方法的缺點是所需的1-2天的水力停留時間使大反應器的使用成為必需，而大反應器僅被低水平裝載。這在相對稀的廢水的處理中是特別不利的。
另一方法是使用經選擇的微生物(EP-A-562466)。在該方法中，特殊的微生物混合物(如假單胞菌、不動桿菌、莫拉氏菌、棒狀桿菌、微球菌、黃桿菌和芽孢桿菌)在單獨的反應器(所謂的繁殖器)中生長並連續或不連續地從這些反應器投放到廢水處理設備中。這樣的方法的缺點是經挑選的微生物的費力的(因而昂貴的)培養以及生物反應器的相對低效率的使用。
EP-A-503546中描述了一種方法，特徵在於將含高濃度氮的廢水(即廢棄水)儲存於罐中，該罐中連續進行硝化/反硝化。生成的生物質被連續或周期性地轉移到廢水處理設備中。它的缺點與上述SHARON方法的缺點相同，即低汙泥濃度，相對大的反應器體積以及差的沉澱物性質。
現在一種克服了這些缺點的方法被發現了。在本發明的方法中，水力停留時間比汙泥停留時間短。汙泥停留時間總是比硝酸鹽生成細菌的複製時間短。這是通過從反應器流出液中分離部分汙泥並繼續在反應器中使用所分離的部分汙泥來實現的。通過降低反應器中氧和氮的濃度可以增加硝酸鹽生成細菌的複製時間。低濃度，特別是低於5％空氣飽和度，即低於0.4ml/l可以通過提供少於氨氧化細菌能夠消耗的量的氧來實現。低氮濃度可以通過例如在硝化反應器中硝化和反硝化的結合，或者通過再循環來自單獨的反硝化步驟的液體來實現。
本發明的方法的基本步驟是硝化反應器中的汙泥停留的時間不受水力停留時間限制地被控制。汙泥停留時間、氨和亞硝酸鹽的濃度以以下方式被控制，在反應器中亞硝酸鹽是主要的硝化終產物且水力停留時間相對較短。因而反應器的尺寸可以被減小而反應器的生產能力增加了。通過不連續地或優選地，連續地從反應器流出液中分離汙泥並在反應器中保留部分汙泥，可以相對於水力停留時間縮短汙泥停留時間。保留的汙泥為反應器中總汙泥的至少20wt％，優選為50-99wt％，特別是在65-95wt％之間。
在一優選的實施方案中，該方法在一裝有汙泥分離器的任選地混合的連續反應器中進行。分離器以保持硝化細菌在反應器中為大多數的方式導致汙泥的部分停留。該汙泥分離器可以是外部分離器，所分離的汙泥從該分離器返回反應器。它也可以是內部分離器，例如接近反應器液體出口的沉澱室。除了反應器流出液中汙泥的分離及其部分循環，也可以從反應器底部取出汙泥，並在其部分除去後返回反應器。
根據本發明處理的水可以是城市汙水，工業、農業或其它來源的，含有可測定水平，特別是50mg/l或更高濃度氨的任何廢水，或者是含這些水平氨的任何其它含水液體，如用於洗滌含氨氣體的水。該水可以含或不含其它汙染物和/或有機物。用於硝化反應器的細菌包括硝化細菌如常在混合培養中存在的亞硝化單胞菌屬。它們可以從普通的活化汙泥源得到。
水力停留時間短於細菌汙泥停留時間。在高氧和亞硝酸鹽的濃度下(高於30％空氣飽和度和高於50mg NO-2N/l)，汙泥停留時間在1至2天之間，在降低空氣飽和度和亞硝酸鹽的濃度下(低至約1％空氣飽和度和低於30mgNO-2N/1)，它可以增多至20-30天。水力停留時間優選為少於汙泥停留時間的一半，例如少於3天，優選少於1天，特別是從1至12h，更特別是從2至8h。硝化反應器中的汙泥含量通常在1-30g/l之間。
硝化反應器中生成的亞硝酸鹽和硝酸鹽(如果有)可以經例如細菌反硝化處理而生成氮氣。細菌反硝化可以用兩種方法進行用有機電子給體如COD有機廢料、碳水化合物、醇(特別是甲醇)等作為還原當量來還原亞硝酸鹽(和硝酸鹽)，或者以氨來提供還原當量，它自身氧化生成雙氮。反硝化可以通過在含有反硝化細菌的缺氧反應器中處理硝化反應器的流出液而進行。或者，硝化反應器可以被周期性地用作反硝化反應器，這通過將其變得缺氧即中斷氧供給並加入電子給體(COD等)來進行。
氨和亞硝酸鹽到氮氣的生物轉化(也稱為「Anammox」方法)可以通過在一單獨的反應器中處理硝化流出液(含有符合Anammox反應的化學計量的亞硝酸鹽和未反應的氨)以生成雙氮氣而進行。或者，硝化反應器可以在交替的有氧的和缺氧條件下運轉，或者連續地在氧限制條件下運轉。在該情況中，硝化微生物的氧消耗產生Anammox方法的缺氧條件。能夠催化Aammox反應的細菌也可以從普通的汙泥源得到；它們包括浮遊細菌。Anammox反應相應於WO/98/07664中方法的第二步，該文獻引入本文作參考以進一步詳細介紹。
硝化反應器流出液也可以在常規活化汙泥設備中進一步處理，任選地與COD廢水一起處理。
因而，本發明方法可以有三種主要變化形式首先，使用高水平的溶解氧(在2-6mg/l的水平)，導致在1-2天的短的汙泥停留時間內生成亞硝酸鹽(和可能的一些硝酸鹽)；然後單獨處理亞硝酸鹽；第二，可以使用中等水平的溶解氧(在0.4-2mg/l的水平)，在2至約20天的汙泥停留時間內僅生成亞硝酸鹽；然後可用例如Anammox方法處理亞硝酸鹽；第三，在低於約0.4mg/l的溶解氧水平下，在同樣的反應器中雙氮的生成是主要的，汙泥停留時間在約20至30天之間。
在本發明一有利的實施方案中，該方法被用於含氨氣體的處理。含氨的氣體在噴霧柱中與水接觸。然後，吸收了氨的水被如上所述處理。或者，含氨的氣體可以在填充柱中與水接觸。硝化細菌在填充物中生長，從而使洗滌步驟和硝化步驟結合。為了控制汙泥停留時間，可以從反應器中連續或不連續地除去填充物，並在除去(部分)生物質後再加入填充物，這種循環生物質載體的方法在EP-A-785911中有所描述。
圖1和2描繪了實施本發明方法的裝置，其中1是硝化反應器，它有廢水供給管道2、氣體(空氣、氧氣)入口3、分離器4(內部，如圖2，或者外部，如圖1)、液體出口5和剩餘汙泥出口6，以及任選的分離汙泥的裝有分離器8和剩餘汙泥出口9的底部迴路7。圖2的分離器4可以是三相分離器(汙泥/液體/氣體)。通過調節經出口6或9的汙泥去除來調節汙泥停留時間。在硝化反應器1中，也可以通過周期性使反應器缺氧而進行反硝化。
圖3給出了一種裝置，在該裝置中，經處理的液體在Anammox反應器10中被進一步處理，該Anammox反應器10帶有任選的含氨液體的入口11。
在6個月的運轉期間，流入的氨濃度可以從70mg升至420mgN/l，同時保持反應器內的氧濃度在1％空氣飽和度或更低，亞硝酸鹽濃度在20mg N/l或更低。該反應器的除氨效率為85％。雙氮氣是主要的終產物(88％)。其它產物是硝酸鹽(11％)、N2O(1％)和NOx(少於1％)。雙氮氣產物是兩種不同微生物聯合作用的結果。這是通過在有氧和缺氧條件下的分批試驗中，培養來自反應器的汙泥證明的。在有氧條件下，汙泥將氨全部轉化為亞硝酸鹽。沒有硝酸鹽生成，表明汙泥中沒有硝酸鹽生成細菌存在。在缺氧條件下，有一些硝酸鹽生成，伴隨從亞硝酸鹽和氨到雙氮氣的轉化。氨和亞硝酸鹽的轉化以及硝酸鹽的生成符合Anammox方法的化學計量。這些試驗顯示硝化細菌和Anammox細菌在反應器中共存並在兩個步驟中依次將氨轉化為雙氮氣。反應器中生成的硝酸鹽是Auammox方法而非硝酸鹽生成細菌如硝化細菌的結果。
權利要求
1．一種含氨的水的生物處理方法，其中水在曝氣反應器中用含有硝化細菌的汙泥處理，在反應器中使用對亞硝酸鹽生成細菌比硝酸鹽生成細菌更有利的汙泥停留時間，所述方法特徵在於使用比汙泥停留時間短的水力停留時間。
2．根據權利要求1的方法，其中通過從反應器流出液中連續分離部分汙泥並繼續在反應器中使用所分離的部分汙泥來控制汙泥停留時間。
3．根據權利要求2的方法，其中汙泥的保留部分為50-99wt.％之間。
4．根據權利要求1至3中任一項權利要求的方法，其中水力停留時間少於汙泥停留時間的一半。
5．根據權利要求1至4中任一項權利要求的方法，其中汙泥停留時間多於1天且水力停留時間少於1天，特別是在1h至12h之間。
6．根據權利要求1至5中任一項權利要求的方法，其中保持反應器中溶解氧的濃度低於0.4mg/l。
7．根據權利要求6的方法，其中在同一反應器中，在反硝化細菌的存在下，亞硝酸鹽與氨反應生成雙氮。
8．根據權利要求1至7中任一項權利要求的方法，其中保持反應器中亞硝酸鹽的濃度低於30mg/l。
9．根據權利要求1至8中任一項權利要求的方法，其中周期性地通過加入電子給體並消除氧供給使反應器轉化為缺氧模式。
10．根據權利要求1至8中任一項權利要求的方法，其中用硝化細菌處理後有一單獨的反硝化步驟。
11．根據權利要求10的方法，其中在所述反硝化步驟中，氨在反硝化細菌的存在下與亞硝酸鹽反應生成雙氮。
12．根據權利要求10或11的方法，其中從所述反硝化步驟得到的液體被送回曝氣反應器。
13．根據權利要求1至12中任一項權利要求的方法，其中的含氨的水來源於含氨氣體的洗滌。
14．根據權利要求13的方法，其中所述的洗滌在所述的硝化反應器中進行。
全文摘要
本發明涉及一種含氨廢水的生物處理方法,其中的廢水在曝氣反應器中用含硝化細菌的汙泥處理,在反應器中使用對亞硝酸鹽生成細菌比硝酸鹽生成細菌更有利的汙泥停留時間。該方法的特徵在於在連續運轉的反應器中使用比汙泥停留時間短的水力停留時間,這是通過從反應器流出液中分離部分汙泥並將其送回反應器而實現的。硝化的性能通過使用低氧和低亞硝酸鹽濃度而進一步提高。
文檔編號B01D53/54GK1310692SQ99808998
公開日2001年8月29日 申請日期1999年7月13日 優先權日1998年7月24日
發明者亨德裡克·戴克曼, 馬克·史特勞斯 申請人:帕克斯生物系統公司