一种活性炭强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合用于煤气废水脱氮的方法与流程

本发明涉及污废水处理技术领域，是一种活性炭强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合用于煤气废水脱氮的方法。

背景技术：

随着世界石油资源的紧缺，煤化工特别是新型煤化工成为中国能源发展战略重点之一。其中煤气化被誉为新型煤化工产业的龙头技术。气化过程中产生的有害物质大部分溶解于洗气水、洗涤水、贮罐排水和蒸汽分流后的分离水中，形成了煤气化废水。煤气化废水是一种典型的难生物降解废水，色度和浊度较大，有强烈的刺激性气味。废水中含有大量的有毒有害物质，对人及环境的危害都很大。

由于煤气化废水的特殊性，找到合适的处理方法达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A排放标准（CODcr为50mg/L，氨氮为5mg/L）的要求一直污水处理领域研究的热点。同时随着国家对环境保护的日益重视，寻求处理效果更好，运行成本更低的煤气化废水处理工艺势在必行。煤气化废水处理流程一般包括三部分：物化预处理，生物处理和物化深度处理。预处理的目的主要是脱酚除氨，减轻后续处理单元的负荷。生物处理主要去除氨氮和COD。深度处理是进一步处理难降解污染物，以达到国家排放标准和回用的要求。

生物处理中生物脱氮的理论基础是微生物硝化和反硝化作用。硝化过程是指硝化菌在严格的好氧条件下将NH₄⁺转化为NO₂^-或NO₃^-的过程。反硝化过程是指微生物在电子供体存在的条件下将水中的NO₂^-或NO₃^-转化为N₂，反硝化菌是一类化能异养兼性缺氧型微生物，它可以利用有机物作为电子供体进行反硝化反应。

煤气化废水生物处理有A/O工艺，A²/O工艺等，但近些年来，厌氧氨氧化工艺（Anaerobic ammonium oxidation, ANAMMOX）因其经济有效而在脱氮工艺中脱颖而出。厌氧氨氧化最早是在荷兰Delft工业大学的反硝化反应器中发现的。厌氧氨氧化菌在厌氧条件下利用NO₂^-为电子供体将NH₄⁺转化为N₂，该过程无需外加有机碳源，且污泥产量少，属于自养脱氮。

厌氧氨氧化虽然具有脱氮效率高，占地面积小等优点，但此工艺只能去除90%以NH₄⁺和NO₂^-形式存在的氮，仍有10%的氮转化为NO₃^-而不能被去除。虽然NH₄⁺和NO₂^-是厌氧氨氧化反应的底物，但同时也是厌氧氨氧化菌的抑制剂。高浓度的基质浓度会降低厌氧氨氧化系统的处理效能。厌氧氨氧化菌属于自养菌，有机物的添加会促进异养菌的生长，使得异养菌成为优势菌群，从而削弱厌氧氨氧化的作用。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供一种科学合理，适用性强，脱氮效果好的一种活性炭强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合用于煤气废水脱氮的方法。

实现本发明所采用的技术方案是：一种活性炭强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合用于煤气废水脱氮的方法, 其特征在于：它包括向厌氧反应器中加入体积浓度为0.01-2.0g/L活性炭，在厌氧反应器运行工况为有机物负荷N_s=0.01-3kgBOD₅/(kgMLSS•d)，总氮负荷0.02-0.10kgTN/((kgMLSS•d)，污泥浓度1-50g/L，污泥龄1-20d，水力停留时间10-80h的条件下，通过活性炭作为载体和其吸附作用来强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合，实现煤气废水脱氮。

所述的活性炭作为附着载体增加微生物的量，从而增加厌氧氨氧化菌的数量以及氨氧化产生的硝酸盐，增加的硝酸盐产量供给厌氧反硝化菌作为基质。

在进水有机碳浓度比较高的情况下，活性碳吸附有机物来减轻对厌氧氨氧化的抑制，当来水有机碳浓度比较低的情况下，吸附在活性碳表面的有机物能够脱附来满足厌氧反硝化菌对碳源的需求，活性碳对进水中有毒性有机物的吸附则同时减轻其对厌氧氨氧化与厌氧反硝化的抑制，从而保证二者的有效耦合。

所述的厌氧反应器为上向流式厌氧污泥床反应器、外循环式厌氧污泥床、悬浮生长厌氧反应器、厌氧流化床、厌氧接触氧化池或厌氧过滤器。

所述的活性碳为活性炭纤维、粒状活性炭或粉末状活性炭，活性碳在厌氧反应器中的存在状态为外加介质固定状态、悬浮状态或滤床形式。

本发明一种活性炭强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合用于煤气废水脱氮的方法，由于采用活性炭作为载体和吸附材料，能够强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化的耦合效果，充分降解煤气废水中的含氮化合物，吸附有毒有害物质，出水水质良好，其方法科学合理，适用性强，不仅可以对生活污水进行脱氮处理，也可以用于各种含氮工业废水脱氮。

附图说明

图1为实施例1的一种活性炭强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合用于煤气废水脱氮的方法流程简图。

图2为实施例2的一种活性炭强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合用于煤气废水脱氮的方法流程简图。

图3为实施例3的一种活性炭强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合用于煤气废水脱氮的方法流程简图。

图4为实施例4的一种活性炭强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合用于煤气废水脱氮的方法流程简图。

图5为实施例5的一种活性炭强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合用于煤气废水脱氮的方法流程简图。

具体实施方式

本发明的一种活性炭强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合用于煤气废水脱氮的方法，包括：向厌氧反应器中加入体积浓度为0.01-2.0g/L活性炭，在厌氧反应器运行工况为有机物负荷N_s=0.01-3kgBOD₅/(kgMLSS•d)，总氮负荷0.02-0.10kgTN/((kgMLSS•d)，污泥浓度1-50g/L，污泥龄1-20d，水力停留时间10-80h的条件下，通过活性炭作为载体和其吸附作用来强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合，实现煤气废水脱氮。

所述的活性炭作为附着载体增加微生物的量，从而增加厌氧氨氧化菌的数量以及氨氧化产生的硝酸盐，增加的硝酸盐产量供给厌氧反硝化菌作为基质。

在进水有机碳浓度比较高的情况下，活性碳吸附有机物来减轻对厌氧氨氧化的抑制，当来水有机碳浓度比较低的情况下，吸附在活性碳表面的有机物能够脱附来满足厌氧反硝化菌对碳源的需求，活性碳对进水中有毒性有机物的吸附则同时减轻其对厌氧氨氧化与厌氧反硝化的抑制，从而保证二者的有效耦合。

所述的厌氧反应器为上向流式厌氧污泥床反应器、外循环式厌氧污泥床、悬浮生长厌氧反应器、厌氧流化床、厌氧接触氧化池或厌氧过滤器。

所述的活性碳为活性炭纤维、粒状活性炭或粉末状活性炭，活性碳在厌氧反应器中的存在状态为外加介质固定状态、悬浮状态或滤床形式。

实施例1：参照图1，一种活性炭强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合用于煤气废水脱氮的方法，将活性炭纤维以条状形式加入到升流式厌氧反应器中，形成厌氧填充床。其中活性炭投加量为0.01-0.03g/L。活性炭纤维通过其吸附和富集作用，使活性污泥附着生长在活性炭纤维上，提高污泥持留，从而提高微生物量和反硝化底物的浓度，减轻有机物对厌氧氨氧化菌的抑制作用，增强厌氧氨氧化与厌氧反硝化的耦合效果，提高出水水质。反应器运行工况为有机物负荷N_s=2.6-3kgBOD₅/(kgMLSS•d)，总氮负荷0.02-0.03kgTN/((kgMLSS•d)，污泥浓度40-50g/L，污泥龄18-20d，水力停留时间70-80h。

实施方式2：参照图2，一种活性炭强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合用于煤气废水脱氮的方法,向厌氧反应器中加入颗粒活性炭，构建生物滤池。其中颗粒活性炭投加量为1.0-1.2g/L。通过颗粒活性炭发达的孔隙结构和良好的吸附性能，富集吸附微生物和有机物质，增强厌氧氨氧化与厌氧反硝化的耦合效果。反应器运行工况为有机物负荷N_s=0.01-0.05kgBOD₅/(kgMLSS•d)，总氮负荷0.08-0.10kgTN/((kgMLSS•d)，污泥浓度1-5g/L，污泥龄8-10d，水力停留时间10-20h。

实施方式3：参照图3，一种活性炭强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合用于煤气废水脱氮的方法,实施方式3与实施方式2基本相同。不同的是颗粒活性炭处于流化状态，构成厌氧流化床，而且没有反冲洗设备。活性炭投加量为1.8-2.0g/L，处于流化状态的颗粒活性炭作为附着载体增加微生物的量，并可吸附有机物质，提高出水效果。反应器运行工况为有机物负荷N_s=1.0-1.5kgBOD₅/(kgMLSS•d)，总氮负荷0.04-0.05kgTN/((kgMLSS•d)，污泥浓度15-20g/L，污泥龄1-5d，水力停留时间30-40h。

实施方式4：参照图4，一种活性炭强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合用于煤气废水脱氮的方法,上流式厌氧复合床的上部是蜂窝状活性炭填料，下部是污泥层。废水先经过污泥的降解，然后经过蜂窝状活性炭，通过其吸附降解作用，提高出水水质。活性炭投加量为0.05-0.08g/L。反应器运行工况为有机物负荷N_s=1.8-2.0kgBOD₅/(kgMLSS•d)，总氮负荷0.05-0.06kgTN/((kgMLSS•d)，污泥浓度25-35g/L，污泥龄12-15d，水力停留时间23-27h。

实施方式5：参照图5，一种活性炭强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化耦合用于煤气废水脱氮的方法,在SBR反应器中加入粉末状活性炭，污泥与粉末状活性炭可充分接触，附着生长，增强微生物的降解能力，减轻有机物对厌氧氨氧化菌的抑制，强化厌氧氨氧化与厌氧反硝化的耦合效果。反应器中活性炭投加量为1.4-1.6mg/L。反应器运行工况为有机物负荷N_s=0.5-0.8kgBOD₅/(kgMLSS•d)，总氮负荷0.08-0.10kgTN/((kgMLSS•d)，污泥浓度8-12g/L，污泥龄12-15d，水力停留时间50-60h。

本发明的实施方式并非穷举，任何不经创造性劳动的简单变换均属于本发明权利保护的范围。