[发明专利]基于自养反硝化的一体化新型脱氮反应装置及工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于自养反硝化的一体化新型脱氮反应装置及工艺方法，属于水污染控制技术领域。

背景技术

氮污染物是引起水体富营养化的重要原因之一，氮污染控制是目前我国乃至世界范围内亟需解决的一个水环境问题。

生活污水、受污染的地表水等污染水体中的氮污染物以氨氮、硝酸盐为主，常规生物脱氮处理方法的基本原理是：氨氮在氨氧化菌(AOB)的作用下被氧化为亚硝酸盐，进而在亚硝酸盐氧化菌(NOB)的作用下被氧化为硝酸盐；硝酸盐在反硝化菌的作用下被还原为氮气排出水体，从而彻底脱氮。通常，在水处理工艺中利用异养反硝化作用，即需要以有机物为电子供体，给微生物生长提供碳源和能源。然而，对于碳氮比(COD/N)较低的污水、废水和受污染自然水体，则需要通过额外投加有机物(如投加乙酸钠、甲醇等，或配比一定量含有较高浓度有机污染物的污水)促进异养反硝化过程，由于污水处理过程受到多种复杂因素的综合影响，有机碳源的投加量不易控制，容易导致出水中存在有机物残留等问题，此外，运行成本也会因此增加。

与异养反硝化菌有所不同，自养反硝化菌能够以氢、硫等无机物为电子供体，并以无机碳(CO₂或)为碳源，完成硝酸盐到氮气的转化。基于自养反硝化过程的脱氮工艺，无需投加有机碳源且污泥产生量较少，具有良好的应用前景，然而，目前却较少得以开发和应用。其关键 问题之一是自养反硝化菌的电子供体来源，若投加氢气、硫化物等，控制不当则会引入新的问题(如氢气易燃易爆、硫化物引入污染等)。利用微电解载体自身产生的电子传递，为自养反硝化菌提供电子供体，进而实现脱氮的水处理工艺鲜有报道。此外，在实际污染水体中必然还会存在一定浓度的有机物，从工艺原理、设备结构、控制要素等多重角度出发，开发同时去除氨氮、硝酸盐和有机物的一体化反应装置及工艺方法，具有良好应用前景和重要实际意义。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于开发一种控制效果好、占地面积小的基于自养反硝化的一体化新型脱氮反应装置及工艺方法，利用有机生物膜载体上富集的好氧微生物完成有机物氧化、氨氧化和亚硝酸盐氧化过程，利用微电解载体上富集的自养反硝化微生物进一步将硝酸盐转化为氮气，从而在无需投加有机物或氢气等外源物质的条件下，实现污染水体中氨氮、硝酸盐和有机物的同时、有效去除。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于自养反硝化的一体化新型脱氮反应工艺方法，包括以下步骤；

污水由进水系统先后进入好氧反应区、中间沉淀区和自养反硝化区，首先实现有机物、氨氮和亚硝酸盐的氧化过程，进而实现好氧污泥的沉淀、回流过程和硝酸盐还原生成氮气的转化过程，最终由出水系统排出。

好氧反应区内以悬浮形式填充有机生物膜载体，通过活性污泥接种并培养挂膜，在有机生物膜载体上富集具有有机物氧化、氨氧化和亚硝酸盐氧化功能的异养好氧微生物、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌等微生物，利用微生物作用将进水中的有机物分解为二氧化碳，并将氨氮氧化为硝酸盐。

中间沉淀区设置导流档板和回流缝，利用导流挡板降低水流流速使好 氧反应区生成并流出的过剩污泥沉淀和排出，利用回流缝由沉淀区向好氧反应区回流污泥。

自养反硝化反应区内以固定床形式填充微电解载体，通过活性污泥接种并培养挂膜，在微电解载体上富集自养反硝化菌，利用载体的微电解反应产生电子传递，为自养反硝化菌的反硝化过程提供电子，还原硝酸盐至氮气，实现水中氮污染物的彻底去除。

好氧反应区内的有机生物膜载体可由聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及其改性材料、聚氨酯(PU)等高分子有机材料制成多孔且易于挂膜的球状、块状等多种形状。

好氧反应区内设置曝气系统，为有机生物膜载体上富集的微生物提供充足的氧气。好氧反应区内设置出水隔板，以截留有机生物膜载体。

自养反硝化区内的微电解载体可由铁粉和碳粉混合后，烧制并定型成球状、块状等形状。自养反硝化区内的微电解载体上，除自养反硝化菌外，还可富集异养反硝化菌、异养好氧菌、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌等其他种类微生物，与自养反硝化菌协同作用实现氮污染物和有机污染物的共同去除。