[发明专利]生物净化含铵废水的方法

说明书

本发明涉及在曝气池中生物净化含铵的、特别是在7和25℃之间的冷废水的方法，在所述曝气池中，废水中包含的铵（NH₄）在预定的氧气浓度下反应形成单质氮（N₂），并且在反应时产生的剩余污泥被至少部分地引入污泥消化，在所述污泥消化的过程中，污泥的有机成分反应形成气体，其中污泥随后被引入污泥脱水，并且与污泥分离的高度含氮的热污泥水随后被引入脱氨池，所述高度含氮的热污泥水特别是具有500至2000mg/l的氮浓度和约25至39℃的温度，在所述脱氨池中，污泥水中包含的氮化合物（NH₄，有机氮）通过脱氨而反应形成单质氮（N₂）。

在实践中已经进行的上述类型的方法中，在由预澄清池、曝气池和后澄清池组成的装置中净化城市废水，所述城市废水具有或多或少的大量工业废水。根据季节而具有7至25℃的温度和约30至70mg/l的氮浓度的废水在首次机械净化之后被引入曝气池，所述机械净化由计算装置和预澄清池组成。

在曝气池中发生废水的真实生物净化。废水中结合的氮化合物，如铵（NH₄）、亚硝酸盐（NO₂）和硝酸盐（NO₃）通过硝化/反硝化而反应形成单质氮（N₂），所述单质氮（N₂）以无害终产物而排入环境空气。在硝化时，铵通过氧气经由中间产物亚硝酸盐而氧化成硝酸盐。在随后的反硝化时，硝酸盐在第一还原步骤中还原成亚硝酸盐，并在第二还原步骤中还原成氮气。

生物硝化/反硝化的缺点在于高的氧气需求量和因此高的能量消耗。此外，在反硝化时需要有机碳，有机碳不利于后续净化过程并且影响污泥性质。

在曝气池中生物净化废水之后，废水-污泥-混合物被引入装置的后澄清池，在所述后澄清池中水与污泥分离，其中分离的水从后澄清池排出并丢弃，且污泥部分地以再循环污泥被再循环至曝气池，部分地以剩余污泥被引入消化容器。在消化容器中或者在输送至消化容器的过程中，污泥被加热至约40℃的温度。在污泥消化的过程中，来自后澄清池的剩余污泥的有机成分和在预澄清池中从废水取出的污泥的有机成分反应形成气体（甲烷）。包含的氮保持在污泥中，此时在污泥中以通常为500至2000mg/l的高氮浓度存在。该高度含氮的污泥在消化容器中污泥消化之后被引入用于污泥脱水的设备，例如离心机。污泥脱水之后，水相包含氮并且具有约25至39℃的温度。高度含氮的热污泥水随后被引入脱氨池，而与污泥水分离的污泥被丢弃。

在脱氨池中，污泥水中包含的氮化合物（NH₄，有机氮）通过脱氨而反应形成单质氮（N₂），所述单质氮（N₂）被排入环境空气。在脱氨时产生的剩余污泥随后被引入污泥处理。

脱氨是生物除氮、特别是净化具有高铵浓度的废水的有效方法。在用悬浮生物质生物脱氨时两种菌群参与，一方面是需氧铵氧化细菌（AOB），其使铵反应形成亚硝酸盐，另一方面是厌氧铵氧化且产生单质氮的细菌（ANAMMOX），特别是浮霉菌（Planctomycete），其借助之前产生的亚硝酸盐进行该步骤。

需氧铵氧化细菌（AOB）基于新陈代谢而产生与厌氧铵氧化细菌（ANAMMOX）相比10倍的新细菌。污泥在污泥系统中的停留时间也必须至少如此长，使得缓慢生长的（langsamw üchsigen）厌氧铵氧化细菌（ANAMMOX）能够富集。

与硝化/反硝化相反，在脱氨时仅需要一半的氧气且用于除氮的能量消耗减半。脱氨是自养性过程，其中不需要有机碳。因此其它净化过程更为稳定。

已经通过WO 2007/033393A1、EP 0327184B1和WO 00/05176A1已知一级和两级的生物脱氨方法。

在脱氨时，厌氧铵氧化细菌（ANAMMOX）极长的世代时间被证明是特别不利的，厌氧铵氧化细菌（ANAMMOX）的世代时间为需氧铵氧化细菌（AOB）的世代时间的10至15倍。因此，只有当污泥或细菌在池中的停留时间足够长时才可以形成稳定的体系。这又造成大的反应体积和相应构造而成的池。

此外，足够高的废水温度（>25℃）是厌氧铵氧化细菌（ANAMMOX）以工业规模生长的前提。然而废水的加热在能量上是极为耗费的，因此在低温废水的情况下，所描述的方法在经济上不可用或不可行。

此外，在需氧条件下使形成的亚硝酸盐反应形成硝酸盐的菌群（NOB）的存在被证明是不利的。这些菌群具有与厌氧铵氧化细菌（ANAMMOX）相比十分之一的世代时间。