一种高浓度氨氮有机废水产甲烷处理系统厌氧氨氧化耦合甲烷氧化工艺控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高浓度氨氮有机废水产甲烷处理系统厌氧氨氧化耦合甲烷氧化工艺控制方法，包括如下步骤：（1）建立反应系统；（2）、颗粒污泥培养与产甲烷效能实现；（3）、微氧产甲烷颗粒污泥建立；（4）、自养脱氮建立；（5）、甲烷氧化功能实现；（6）、自养脱氮与甲烷氧化耦合：经过以上步骤，四种功能微生物MPB、AOB、AnAOB和MOB在单一微氧颗粒污泥反应系统内共存，系统对COD、氨氮和总氮的去除率分别达88%、90%和82%以上，甲烷产气量稳定在1000~2000mL/d。本发明专利技术设计合理，具有很好的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种高浓度氨氮有机废水产甲烷处理系统厌氧氨氧化耦合甲烷氧化工艺控制方法
本专利技术属于废水生物处理
，具体为一种高浓度氨氮有机废水产甲烷处理系统厌氧氨氧化耦合甲烷氧化工艺控制方法。
技术介绍
厌氧消化由于可靠经济且能够回收甲烷的优势被广泛用于高浓度有机废水处理，然而焦化、煤化工、屠宰、畜禽、养殖、制药、制革、垃圾填埋场等行业排放的废水中不但有高浓度的COD还有大量的氨氮和有机氮。传统消化工艺只能去除废水中的COD，并将有机氮转化为氨氮，而无法去除废水中的氨氮，高浓度氨氮出水会导致水体缺氧、发黑变臭及富营养化问题；另一方面厌氧消化液中携带的大量溶解性甲烷可能对大气环境形成潜在的温室效应。传统厌氧法后端一般需要进一步采用缺氧/好氧，进行脱氮，然而这种做法势必将增加操作难度和运行成本，因此如何在一个产甲烷系统同时获得氮及溶解甲烷同步去除是一个值得研究且极具挑战的课题。近年来，以厌氧氨氧化和甲烷氧化为代表的污水生物处理新工艺有望为这一难题提供新的解决思路。若能将两种工艺有效整合在一个单级颗粒污泥产甲烷系统，通过环境条件和工艺控制，在微氧环境下培养富集氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AnAOB）和甲烷氧化菌（MOB）关键功能微生物，利用AOB和AnAOB建立部分亚硝化/厌氧氨氧化自养脱氮，通过原位持续产生的甲烷在MOB的作用下，直接或者被氧化成的甲醇作为自养脱氮生成硝酸盐的反硝化电子受体，从而获得较彻底的脱氮和溶解甲烷去除效率，同时回收部分气态甲烷，最终实现高浓度氨氮有机废水资源化、高效可持续处理与温室气体减排的多重目标。
技术实现思路
本专利技术针对现有高氨氮有机废水厌氧消化处理后的消化液工艺含有大量的氨氮和溶解甲烷，从而引起水环境和大气环境双重风险问题，提出了一种高浓度氨氮有机废水产甲烷处理系统厌氧氨氧化耦合甲烷氧化工艺控制方法，实现高效脱氮和甲烷减排。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种高浓度氨氮有机废水产甲烷处理系统厌氧氨氧化耦合甲烷氧化工艺控制方法，包括如下步骤：（1）、建立反应系统，包括：进水调节池、进水蠕动泵、膨胀颗粒污泥床生物膜反应器、内循环泵、空压机；膨胀颗粒污泥床生物膜反应器包括主体反应区和三相分离器两部分，体积比为（1~1.2）:1；主体反应区外设置温控仪，主体反应区内下部为污泥床，主体反应区内顶部布置固定填料床；三相分离器位于反应器顶部，主体反应区和三相分离器均设置取样口和观察口。（2）、颗粒污泥培养与产甲烷效能实现污泥床采用城市污水处理厂浓缩池污泥作为接种污泥，将接种污泥直接通过泵打入反应器内的主体反应区，接种体积占主体反应区的20%~40%；主体反应区内先不设置固定填料床；进入进水调节池的进水（模拟有机废水）COD维持在2000~5000mg/L，通过进水蠕动泵进入膨胀颗粒污泥床生物膜反应器，起始阶段水力停留时间（HRT）控制在4d，通过温控仪控制系统水温在35±2℃运行，运行30~60d后，开始产生沼气；之后逐步缩短HRT，进行颗粒污泥培养，即通过提高水量的方式将HRT由4d逐步缩短到2d、1d、0.5d，每个HRT运行时间为5~7d；此时COD去除率在92%以上，（通过显微镜观察和高通量测序可知）以产甲烷菌（MPB）为主，污泥呈现黑褐色的颗粒状。（3）、微氧产甲烷颗粒污泥建立通过曝气方式，将厌氧运行转换为微氧运行，即反应器内DO控制在0.2~0.3mg/L，ORP（氧化还原电位）<-300mv，运行时间40~60天，颗粒污泥颜色逐渐由黑褐色变为浅黄色，污泥浓度在50~70g/L，平均粒径在0.5~2mm。（4）、自养脱氮建立通过在进水中加入氨氮，氨氮浓度首先控制在100mg/L，将氨氧化菌（AOB）功能污泥和厌氧氨氧化菌（AnAOB）功能污泥分别接种到微氧产甲烷颗粒污泥中（即将氨氧化菌（AOB）功能污泥和厌氧氨氧化菌（AnAOB）功能污泥通过水泵打入到反应器主体反应区底部），接种量分别占系统颗粒污泥（指步骤3中的微氧产甲烷颗粒污泥）体积总量的10%；系统此时氨氮和总氮去除率分别达到95%和85%以上；随后将进水氨氮逐渐提高到200mg/L、300mg/L、500mg/L，每个浓度梯度运行10~15d；最终氨氮和总氮去除率分别在90%和80%以上。（5）、甲烷氧化功能实现在主体反应区内顶部布置固定填料床，固定填料床占主体反应区体积40%~60%；其中，固定填料床内填充聚氨酯海绵，聚氨酯海绵呈8~25mm的正方体，内部孔径2~7mm，填充率为40%~60%；将培养好的甲烷氧化菌（MOB）活性污泥接种到固定填料床中，接种量占系统颗粒污泥（指步骤3中的微氧产甲烷颗粒污泥）体积总量的5%；通过控制内循环的方式，保证水流上升流速在2.0~2.5m/h，此时颗粒污泥处于微膨胀状态，在内循环过程中，固定填料床保证了甲烷、底物和微生物的接触性能并延长接触时间，经过30~60d，（通过高通量测序发现）具有MOB功能的甲基氧化球菌属占系统微生物总量的1%以上，标志甲烷氧化形成。（6）、自养脱氮与甲烷氧化耦合经过以上步骤，四种功能微生物MPB、AOB、AnAOB和MOB在单一微氧颗粒污泥反应系统内共存，系统对COD、氨氮和总氮的去除率分别达88%、90%和82%以上，甲烷产气量稳定在1000~2000mL/d。本专利技术提出了在微氧颗粒污泥膨胀生物膜产甲烷系统内同时耦合厌氧氨氧化和甲烷氧化，达到对高浓度氨氮有机废水可持续处理的目的。通过微生物培养、装置改进、环境条件控制和工艺过程强化等方式，在微氧环境下同步富集产甲烷菌（MPB）、氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AnAOB）和甲烷氧化菌（MOB）关键功能微生物，利用AOB和AnAOB建立部分亚硝化/厌氧氨氧化自养脱氮，通过MPB原位持续产生的甲烷在MOB的作用下，直接或者被氧化成的甲醇作为厌氧氨氧化生成硝酸盐的反硝化电子受体，从而实现较彻底的脱氮和溶解甲烷去除，同时可以获得部分气态甲烷回收。本专利技术具有以下有益效果：1、利用微氧颗粒污泥产甲烷反应器，实现高浓度氨氮有机废水中有机物和氮的高效去除。2、废水中氨氮通过短程硝化/厌氧氨氧化途径实现去除，可以节约大量的氧量和有机碳源。3、利用反应器自身产生的甲烷作为气源，在生物载体区高效富集甲烷氧化菌，在微氧条件下被氧化为甲醇被反硝化菌利用或直接通过反硝化型甲烷氧化利用，实现了同步脱氮和溶解甲烷减排。4、通过自养脱氮和甲烷氧化同步耦合，系统可以去除88%以上COD，90%以上NH3-N和82%以上的TN并回收1000~2000mL/d以上的甲烷。5、本专利技术经济高效，在单一反应系统中不仅去除了废水中的有机物、氨氮，还消除了出水溶解性甲烷，同时回收部分气态甲烷，产生了良好的环境和经济效益。本专利技术通过产甲烷细菌、氨氧化菌、厌氧氨氧化菌、甲烷氧化菌及反硝化菌在系统空间不同位置的优势共存和相互协作，创新性地将厌氧氨氧化与甲烷氧化同步耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高浓度氨氮有机废水产甲烷处理系统厌氧氨氧化耦合甲烷氧化工艺控制方法，其特征在于：包括如下步骤：/n（1）建立反应系统包括：进水调节池（1）、进水蠕动泵（2）、膨胀颗粒污泥床生物膜反应器（16）、内循环泵（11）、空压机（12）；/n膨胀颗粒污泥床生物膜反应器（16）包括主体反应区（17）和三相分离器（6）两部分，体积比为1~1.2:1；主体反应区（17）外设置温控仪（15），主体反应区（17）内下部为污泥床（4），主体反应区（17）内顶部布置固定填料床（5）；三相分离器（6）位于反应器顶部，主体反应区（17）和三相分离器（6）均设置取样口和观察口；/n（2）、颗粒污泥培养与产甲烷效能实现/n污泥床（4）采用城市污水处理厂浓缩池污泥作为接种污泥，接种体积占主体反应区（17）的20%~40%；主体反应区（17）内先不设置固定填料床（5）；/n进水COD维持在2000~5000mg/L，起始阶段水力停留时间HRT控制在4d，系统水温控制在35±2℃运行，运行30~60d后，开始产生沼气；之后逐步缩短HRT，进行颗粒污泥培养，即通过提高水量的方式将HRT由4d逐步缩短到2d、1d、0.5d，每个HRT运行时间为5~7d；此时COD去除率在92%以上，以产甲烷菌MPB为主，污泥呈现黑褐色的颗粒状；/n（3）、微氧产甲烷颗粒污泥建立/n通过曝气方式，将厌氧运行转换为微氧运行，即反应器内DO控制在0.2~0.3mg/L，ORP<-300mv，运行时间40~60天，颗粒污泥颜色由黑褐色变为浅黄色，污泥浓度在50~70g/L，平均粒径在0.5~2mm；/n（4）、自养脱氮建立/n通过在进水中加入氨氮，氨氮浓度首先控制在100mg/L，将氨氧化菌AOB功能污泥和厌氧氨氧化菌AnAOB功能污泥分别接种到微氧产甲烷颗粒污泥中，接种量分别占系统颗粒污泥体积总量的10%；系统此时氨氮和总氮去除率分别达到95%和85%以上；随后将进水氨氮逐渐提高到200mg/L、300mg/L、500mg/L，每个浓度梯度运行10~15d；最终氨氮和总氮去除率分别在90%和80%以上；/n（5）、甲烷氧化功能实现/n在主体反应区（17）内顶部布置固定填料床（5），固定填料床（5）占主体反应区（17）体积40%~60%；其中，固定填料床（5）内填充聚氨酯海绵，填充率为40%~60%；/n将培养好的甲烷氧化菌MOB活性污泥接种到固定填料床（5）中，接种量占系统颗粒污泥体积总量的5%；/n通过控制内循环的方式，保证水流上升流速在2.0~2.5m/h，此时颗粒污泥处于微膨胀状态，在内循环过程中，固定填料床（5）保证了甲烷、底物和微生物的接触性能并延长接触时间，经过30~60d，具有MOB功能的甲基氧化球菌属占系统微生物总量的1%以上，标志甲烷氧化形成；/n（6）、自养脱氮与甲烷氧化耦合/n经过以上步骤，四种功能微生物MPB、AOB、AnAOB和MOB在单一微氧颗粒污泥反应系统内共存，系统对COD、氨氮和总氮的去除率分别达88%、90%和82%以上，甲烷产气量稳定在1000~2000mL/d。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高浓度氨氮有机废水产甲烷处理系统厌氧氨氧化耦合甲烷氧化工艺控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）建立反应系统包括：进水调节池（1）、进水蠕动泵（2）、膨胀颗粒污泥床生物膜反应器（16）、内循环泵（11）、空压机（12）；
膨胀颗粒污泥床生物膜反应器（16）包括主体反应区（17）和三相分离器（6）两部分，体积比为1~1.2:1；主体反应区（17）外设置温控仪（15），主体反应区（17）内下部为污泥床（4），主体反应区（17）内顶部布置固定填料床（5）；三相分离器（6）位于反应器顶部，主体反应区（17）和三相分离器（6）均设置取样口和观察口；
（2）、颗粒污泥培养与产甲烷效能实现
污泥床（4）采用城市污水处理厂浓缩池污泥作为接种污泥，接种体积占主体反应区（17）的20%~40%；主体反应区（17）内先不设置固定填料床（5）；
进水COD维持在2000~5000mg/L，起始阶段水力停留时间HRT控制在4d，系统水温控制在35±2℃运行，运行30~60d后，开始产生沼气；之后逐步缩短HRT，进行颗粒污泥培养，即通过提高水量的方式将HRT由4d逐步缩短到2d、1d、0.5d，每个HRT运行时间为5~7d；此时COD去除率在92%以上，以产甲烷菌MPB为主，污泥呈现黑褐色的颗粒状；
（3）、微氧产甲烷颗粒污泥建立
通过曝气方式，将厌氧运行转换为微氧运行，即反应器内DO控制在0.2~0.3mg/L，ORP<-300mv，运行时间40~60天，颗粒污泥颜色由黑...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鑫，张伟，葛大令，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14