一种高碳氮废水深度脱氮除碳处理方法与流程

本发明属于废水处理技术领域，尤其涉及一种高碳氮废水深度脱氮除碳处理方法。

背景技术：

随着《水污染防治行动计划》(即水十条)的颁布，国家对水污染控制与治理提出了更为严格的要求，对碳氮超低排放技术的呼声日益增高。近年来，我国产业结构调整速度加快，工业产业更加精细化和复杂化，造成工业排放废水中污染物含量越来越复杂，特别是碳氮的含量越来越高，也就是俗称的高碳氮废水，如石化、食品、电厂、制药、垃圾填埋场等产生的废水。该类型废水处理难度大，处理过程能耗高，且排放废水难以达到较低水平。

针对高碳氮废水，传统处理过程中，要实现同步脱氮除碳，是在前端降低有机物的基础上，后续采用传统生物脱氮除碳，在后段需要保证充足的有机碳源进行脱氮。该过程存在以下问题：(1)厌氧过程中只能去除部分有机碳，保证后续生物脱氮处理过程中所需的有机碳源，造成有机碳源能源化率低；(2)生物脱氮处理过程中，需要长时间高强度的曝气，造成废水处理过程能耗高；(3)出水碳氮浓度依旧较高，难以超深度脱氮除碳。因此，高碳氮废水的低耗处理成为污水处理领域的难点，特别是在目前能源消耗和环境保护双重矛盾下，低能耗条件下实现深度脱氮除碳是研究热点。

厌氧氨氧化反应是近年来发展起来的新型脱氮过程，是指在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌以no2^--n为电子受体，氧化nh4⁺-n为n2的过程，该过程不需有机碳源。相对于传统硝化反硝化脱氮，基于厌氧氨氧化反应的工艺可减少约50％供氧量和100％有机碳源供应量，降低处理费约90％。然而，自养型的厌氧氨氧化菌生长速率低，倍增时间长，极易受到实际废水中有机物的抑制。而且，厌氧氨氧化过程仅去除90％以氨和亚硝酸盐形式存在的氮，同时产生约10％的硝态氮，且整个过程对废水中有机物几乎没有任何去除作用。因此，通常情况下利用单一的厌氧氨氧化反应既难以完全脱除实际废水中的氮素，也无法对废水中的有机碳源进行有效去除，实现深度脱氮除碳困难。同时，厌氧氨氧化对进水条件较为苛刻，在进入厌氧氨氧化反应器前必须实现匹配型亚硝化。匹配型亚硝化受到水质、温度、ph值以及其他调控条件的限制，稳定实现匹配型亚硝化较为困难。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高碳氮废水深度脱氮除碳处理方法，本发明提供的方法能够深度脱除高碳氮废水中的碳氮，同时降低处理能耗。

本发明提供了一种高碳氮废水深度脱氮除碳处理方法，包括以下步骤：

a)对高碳氮废水进行厌氧处理；

b)将一部分步骤a)得到的废水进行亚硝化处理；

c)将剩余部分步骤a)得到的废水和步骤b)得到的废水混合进行厌氧氨氧化/反硝化耦合处理。

本发明首先对高碳氮废水进行厌氧处理，去除其中的大部分有机物。本发明中，所述高碳氮废水为仅含有高浓度有机物和氨氮的废水。在一个实施例中，所述高碳氮废水中，氨氮浓度＞100mg/l，cod＞500mg/l。在一个实施例中，所述高碳氮废水中，氨氮浓度＞150mg/l，cod＞800mg/l。本发明对所述高碳氮废水的来源没有特殊限制，可以为直接获得的高碳氮废水，也可以为去除其他污染物之后的高碳氮废水。

本发明对所述厌氧处理的工艺参数没有特殊限制，能够去除高碳氮废水中大部分有机物即可。可以通过调整厌氧处理的工艺参数，使有机物去除率(以cod计)达到80％以上。在一个实施例中，厌氧处理时，水力停留时间为12-24h，温度为10-25℃。

经过厌氧处理后的废水分为两部分，一部分进行亚硝化处理，将氨氮转化为亚硝态氮，氨氮去除率和亚硝态氮积累率超过95％；剩余部分与亚硝化处理后的废水混合，氨氮与亚硝态氮无需匹配即可进行厌氧氨氧化/反硝化耦合处理。在一个实施例中，步骤a)得到的废水中，用于亚硝化处理的废水的体积百分比为50％～60％，直接用于厌氧氨氧化/反硝化耦合处理的废水的体积百分比为50％～40％。在一个实施例中，步骤a)得到的废水中，用于亚硝化处理的废水的体积百分比为55％，直接用于厌氧氨氧化/反硝化耦合处理的废水的体积百分比为45％。

本发明对所述亚硝化处理的工艺参数没有特殊限制，能够将废水中的氨氮转化为亚硝态氮即可。可以通过调整亚硝化处理的工艺参数，使氨氮去除率和亚硝态氮积累率达到95％以上。在一个实施例中，亚硝化处理时，水力停留时间为6-12h，温度为10-25℃，溶解氧浓度为0.05-0.1mg/l。

本发明对所述厌氧氨氧化/反硝化耦合处理的工艺参数没有特殊限制，能够同步去除有机物和氮素即可。可以通过调整厌氧氨氧化/反硝化耦合处理的工艺参数，使cod、氨氮和总氮同步脱除率达到90％以上。在一个实施例中，水力停留时间为8-12h，温度为25-35℃。

本发明还提供了一种高碳氮废水的处理系统，包括：

设有高碳氮废水入口的高效厌氧反应器；

与所述高效厌氧反应器的废水出口相连的亚硝化反应器；

分别与所述高效厌氧反应器的废水出口和亚硝化反应器的废水出口相连的厌氧氨氧化/反硝化耦合反应器。

本发明提供的处理系统包括高效厌氧反应器，其通过微生物的厌氧作用去除高碳氮废水中的大部分有机物。在一个实施例中，高效厌氧反应器对有机物的去除率(以cod计)达到80％以上。

本发明提供的处理系统包括亚硝化反应器，亚硝化反应器的进水口与高效厌氧反应器的出水口相连，用于将经过厌氧处理的一部分废水进行亚硝化处理，将氨氮转化为亚硝态氮。在一个实施例中，亚硝化反应器对废水中氨氮的转化率达到95％以上。

本发明提供的处理系统包括厌氧氨氧化/反硝化耦合反应器，其进水口分别与高效厌氧反应器的出水口和亚硝化反应器的出水口相连，无需进行匹配性亚硝化即可直接利用高效厌氧反应器出水中的氨氮和亚硝化反应器出水中的亚硝态氮进行厌氧氨氧化/反硝化耦合处理。

本发明提供的处理系统工作过程如下：

高碳氮废水首先进入高效厌氧反应器，在厌氧微生物的作用下除去大部分有机物；高效厌氧反应器出水的55％进入亚硝化反应器进行亚硝化处理，将氨氮转化为亚硝态氮，然后进入厌氧氨氧化/反硝化耦合反应器；同时，高效厌氧反应器出水的45％进入厌氧氨氧化/反硝化耦合反应器，进行厌氧氨氧化/反硝化耦合处理，去除其中的氮素。

本发明首先将高碳氮废水经过高效厌氧处理，去除其中的大部分有机物；然后一部分出水进行亚硝化处理，使其中的氨氮转化为亚硝态氮；另一部分高效厌氧处理后的出水直接与亚硝化处理后的出水混合，进行厌氧氨氧化/反硝化耦合处理。本发明提供的处理方法无需额外进行匹配型亚硝化，工艺简单，能够大幅降低处理能耗；而且，本发明利用高碳氮废水的特点，结合高效厌氧处理、配水、厌氧氨氧化/反硝化耦合处理，对碳氮的去除效果稳定且高效，能够实现同步深度脱氮除碳，提升出水水质。实验结果表明，本发明提供的处理方法对cod浓度为1000mg/l、氨氮浓度为200mg/l的高碳氮废水的碳氮同步脱除率达到90％以上。

附图说明

图1为本发明实施例提供的处理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参见图1，图1为本发明实施例1提供的高碳氮废水处理系统，其中，1为高效厌氧反应器，2为亚硝化反应器，3为厌氧氨氧化/反硝化耦合反应器。

高碳氮废水首先进入高效厌氧反应器1，在厌氧微生物的作用下除去大部分有机物；高效厌氧反应器1出水的55％进入亚硝化反应器2进行亚硝化处理，将氨氮转化为亚硝态氮，然后进入厌氧氨氧化/反硝化耦合反应器3；同时，高效厌氧反应器1出水的45％进入厌氧氨氧化/反硝化耦合反应器3，与亚硝化反应器出口混合进行厌氧氨氧化/反硝化耦合处理，去除其中的氮素。

实施例2

(1)取高碳氮废水，cod浓度为1000mg/l，氨氮浓度为200mg/l，经过高效厌氧反应器处理，处理参数为水力停留时间(hrt)为12h，温度20℃，出水cod浓度为200mg/l，氨氮200mg/l。

(2)高效厌氧反应器55％的出水，进入亚硝化反应器，处理参数为水力停留时间(hrt)为8h，温度20℃，溶解氧浓度为0.05mg/l，出水cod浓度为150mg/l，亚硝态氮190mg/l，硝态氮为10mg/l。

(3)亚硝化反应器出水和45％的高效厌氧反应器出水，混合进入厌氧氨氧化/反硝化耦合反应器，处理参数为水力停留时间(hrt)为12h，温度30℃，出水cod小于100mg/l，氨氮小于10mg/l，总氮小于20mg/l。

由此可见，本发明提供的处理方法工艺简单，针对高碳氮废水，原水先采用高效厌氧反应器，去除大部分有机物，回收能源；从高效厌氧反应器流出的废水，其中一部分废水进入亚硝化反应器，转化氨氮为亚硝态氮；亚硝化反应器出水与剩余部分的高效厌氧反应器出水混合，进入到厌氧氨氧化/反硝化耦合反应器，结合厌氧氨氧化和反硝化反应，同步去除有机物和氮素。该工艺具有工艺简单、能耗低、去除效果稳定高效等特点，对cod和氨氮同步脱除率达到90％以上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。