一种实现低氨氮短程硝化–厌氧氨氧化的工艺制造技术

本发明专利技术提供一种实现低氨氮短程硝化–厌氧氨氧化(PNAnammox)的工艺。该工艺采用改性铵离子筛作为填料，同时结合反应器运行参数的调控，以实现PNAnammox的长期稳定运行。本发明专利技术利用改性铵离子筛特异性大量吸附氨氮的优势，同时抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的代谢活性，并利用水力剪切力不断修饰微生物膜的厚度，利用SRT不断洗脱未附着于生物膜上的NOB和从生物膜上脱落死亡的anammox和AOB，以实现长期稳定高效的脱氮效果。

A process for short cut nitrification anaerobic ammonium oxidation of low ammonia nitrogen

The invention provides a process for realizing short ammonia nitrification anaerobic ammonium oxidation (PNAnammox) with low ammonia nitrogen. Modified ammonium ion sieve was used as filler in the process, and the operation parameters of the reactor were adjusted to realize the long-term stable operation of PNAnammox. The invention utilizes the advantages of the modified ammonium ion sieve in adsorbing ammonia nitrogen in a large amount, inhibiting the metabolic activity of nitrite oxidizing bacteria (NOB), modifying the thickness of the microbial membrane by hydraulic shear force, and using SRT to continuously elute the NOB not attached to the biofilm and the anammox and ABO which are destroyed from the biofilm, so as to achieve the goal. Long term stable and efficient denitrification effect.

【技术实现步骤摘要】
一种实现低氨氮短程硝化–厌氧氨氧化的工艺
本专利技术涉及低氨氮废水处理领域，具体涉及一种利用功能性载体，同时对反应器搅拌速度和污泥停留时间进行控制，以实现短程硝化–厌氧氨氧化稳定运行的工艺。
技术介绍
作为低氨氮污水的代表，城镇污水的产生量随着城市化的不断加快也随之增加。氨氮作为城镇污水中的主要无机污染物，虽其浓度远低于工业废水的氨氮浓度，但仍是城镇污水处理的一大难题。在氨氮污水的处理过程中，微生物处理法和物理吸附法是两类较为常用的技术方法。短程硝化–厌氧氨氧化(PNAnammox)技术作为一种新型生物脱氮工艺，相比传统的硝化反硝化脱氮工艺，可节约处理成本90％，其节能、高效且环境友好的巨大优势，符合建立“中国概念污水处理厂”的理念，具有广泛应用前景。但是由于在低氨氮浓度的城镇废水中，较低的游离氨浓度难以达到对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性抑制，导致短程硝化难以建立，这严重制约了PNAnammox技术在城镇污水处理中的应用。物理吸附法是通过吸附剂吸附氨氮而实现水质的优化，但在吸附剂达到吸附饱和状态后，其吸附氨氮能力降低，导致出水水质变差。而且不断更换吸附剂或者对吸附剂进行物理再生会极大的增加处理成本，因此目前多采用吸附剂结合微生物再生法对氨氮废水进行处理。氨氮吸附剂具有特异性大量吸附氨氮的优点，通过大量释放游离氨而形成高游离氨的“微环境”，抑制NOB的活性和生长，从而达到在低氨氮浓度条件下实现PNAnammox的稳定运行。但是目前所用的氨氮吸附剂多为天然材料，如沸石、蒙脱石等，对于氨氮的吸附能力有限；而且在运用这些吸附剂时，较多地采用固定床膜生物反应器，其填料的紧密填充会导致传质能力下降，运行后期氨氧化细菌(AOB)和厌氧氨氧化细菌(anammox)的活性下降，使得反应器性能恶化，而难以实现PNAnammox的长期稳定运行。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种实现低氨氮短程硝化–厌氧氨氧化的工艺，其具体为，利用改性铵离子筛形成厌氧氨氧化(anammox)和氨氧化细菌(AOB)的生物膜分层结构，同时结合反应器搅拌转速和污泥停留时间(SRT)的调控，实现短程硝化–厌氧氨氧化(PNAnammox)的长期稳定运行。优选的，所用的铵离子筛的原料为天然高岭土粉末。进一步优选的，所述的天然高岭土粉末的直径为20～30μm。优选的，所用的合成铵离子筛的改性剂为氯化钠(NaCl)。进一步优选的，所用的改性剂NaCl与高岭土粉末的质量配比为1:2～1:1。进一步优选的，所有的改性体系的质量配比为NaCl：高岭土：水＝1:2:3～1:1:1。优选的，所用的干燥温度为90～110℃。优选的，所用的造孔剂为炭黑。进一步优选的，所用的炭黑与铵离子筛的质量配比为1:4～1:3。进一步优选的，所用的焙烧温度为400～500℃。优选的，所述的搅拌转速为80～120转/分。优选的，所述的SRT为5～10天。优选的，所述废水的氨氮浓度为30～50mg/L。进一步优选的，所述废水的氨氮浓度为45～50mg/L。作为优选的方案，本专利技术的方法包括如下步骤：制备一种孔隙均匀的铵离子筛，同时控制反应器搅拌速度和污泥停留时间；所述的铵离子筛由天然高岭土粉末改性生成，所用的高岭土粉末直径为20～30μm，所用的改性剂为NaCl，所用的改性体系的质量配比为NaCl：高岭土：水＝1:2:3～1:1:1，所用的干燥温度为90～110℃；所用的造孔剂为炭黑，所用的炭黑与铵离子筛的质量配比为1:4～1:3，所用的焙烧温度为400～500℃；所述的搅拌转速为80～120转/分；所述的SRT为7～10天；所述废水的氨氮浓度为45～50mg/L。本专利技术所述的方法具有如下有益效果：1)本申请采用的改性铵离子筛，较其他氨氮吸附剂，氨氮饱和吸附量增加5～10倍，释放的游离氨浓度显著增加，不但足以供给anammox和AOB的生长代谢所需，同时对NOB的代谢抑制更为明显，极大的降低了PNAnammox的建立时间。2)本申请采用的粉末状铵离子筛添加至反应器内部后，可形成悬浮态流化床，相较固定床工艺，增加了与微生物接触的有效面积，同时使用造孔剂在载体表面形成均匀的孔隙，不但显著地增加了功能载体上固定的微生物量，而且有利于增加营养基质的传质效果，从而促进anammox和AOB在生物膜中的成层分布。3)本申请采用的反应器搅拌转速，可使改性铵离子筛悬浮，使铵离子筛和微生物可以充分接触，达到均匀挂膜的效果。同时可不断对以铵离子筛为核形成的生物膜进行修饰，不但有利于控制生物膜的厚度，防止因传质不良导致的生物膜细菌活性的降低，而且有助于调控生物膜内部厌氧层和外部好氧层的厚度比例，从而控制anammox和AOB的丰度比，以实现PNAnammox的长期稳定运行。4)本申请采用的污泥停留时间，是结合硝化污泥和厌氧氨氧化污泥泥龄设定的，不仅可不断洗脱未附着于功能性载体的NOB，以促进短程硝化的稳定运行，而且可不断淘汰衰老死亡的微生物细胞，保持反应器内的高脱氮效率。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1本实施例涉及利用天然高岭土粉末制备铵离子筛，并对其进行改性的流程，包括如下步骤：1)研磨天然高岭土原土，使其粒径减小；2)使用蒸馏水对高岭土原土进行清洗，沉淀，以去除杂质；3)将清洗后的高岭土放至干燥台，自然晾干；4)先后用500目和700目筛进行筛分，筛选粒径为20～30μm的高岭土；5)按照氯化钠：高岭土：水＝1:2:3～1:1:1的质量比制备改性体系，置于5000mL量筒，并搅拌均匀使其变为糊状；6)将盛有改性体系的量筒置于马弗炉中进行干燥，设置温度为90～110℃，干燥至恒重；7)将改性后的体系浸泡于过量蒸馏水中，以去除未结合于高岭土的氯化钠晶体；8)浸泡5小时后将其置于干燥台，自然晾干形成铵离子筛；9)按照炭黑：铵离子筛＝1:4～1:3的质量比制备造孔体系，置于5000mL量筒，并混合均匀；10)将盛有造孔体系的量筒置于马弗炉中进行造孔，使铵离子筛表面形成均匀的空隙，设置温度为400～500℃，焙烧2小时；11)将造孔后的体系浸泡于过量蒸馏水中，对终产物进行清洗3次；12)清洗后将改性后的铵离子筛置于干燥台，自然晾干待用。实施例2本实施例涉及天然高岭土粉末和改性铵离子筛在不同温度下的氨氮饱和吸附量的比较，包括如下步骤：将1g天然高岭土粉末和改性铵离子筛分别添加至1L氨氮浓度为300mg/L的溶液中，分别在20℃，30℃和40℃下测定两种氨氮吸附剂的等温吸附曲线，最终计算得到对氨氮的吸附饱和量，如下表：通过吸附实验发现改性铵离子筛对氨氮的饱和吸附量显著增加，且是其原料天然高岭土粉末对氨氮饱和吸附量的5.95～10.87倍，充分说明了改性铵离子筛的吸氨能力。实施例3本实施例涉及使用天然高岭土粉末和改性铵离子筛分别作为载体，同时调节反应器搅拌和污泥停留时间，利用短程硝化–厌氧氨氧化工艺对低氨氮废水处理效果的比较，包括如下步骤：将天然高岭土粉末和实施例1中制备的改性铵离子筛分别投入至两个5L序批式反应器中，先后接种厌氧氨氧化污泥和硝化污泥。调节反应器搅拌转速为80～120转/分，调节反应器污泥停留时间为5～10天，以达到修饰生物膜及淘汰亚硝氮氧化污泥和衰老污泥的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现低氨氮短程硝化–厌氧氨氧化的工艺，其特征在于，利用功能性载体特异性地形成厌氧氨氧化细菌(anammox)和氨氧化细菌(AOB)的分层生物膜，结合反应器搅拌速度和污泥停留时间(SRT)的调控，以实现PNAnammox的长期稳定运行。

【技术特征摘要】
1.一种实现低氨氮短程硝化–厌氧氨氧化的工艺，其特征在于，利用功能性载体特异性地形成厌氧氨氧化细菌(anammox)和氨氧化细菌(AOB)的分层生物膜，结合反应器搅拌速度和污泥停留时间(SRT)的调控，以实现PNAnammox的长期稳定运行。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制备一种由高岭土粉末改性的铵离子筛载体。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述高岭土的直径为20～30μm。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的改性剂为氯化钠(NaCl)，且NaCl，高岭土与水的质量配比为1:2:3～1:1:1。5.根据权利要求2～4所述的方法，其特征在于，干燥温度为90～110℃。6.根据权利要求2～5所述的方法，其特征在于，所述的造孔剂为炭黑，与铵离子筛的质量配比为1:4～1:3，焙烧温度为400～500℃。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的搅拌速度为80～120转/分。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的SRT为5～10天。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的废水中氨氮的初始含量为30～50mg/L。10.一种权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘思彤，赵云鹏，冯瑛，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11