一种生物脱氮装置及脱氮工艺

1.本发明涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种生物脱氮装置及脱氮工艺。


背景技术：

2.氮是水环境中一个重要的污染因子，城市生活污水、工业废水、畜禽养殖废水和实验室废水中都含有大量的氮素污染物。因此，脱氮处理成为污水处理的重要方向。生物脱氮法具有成本低、有效、操作简单、无二次污染等特点，是目前最常用的脱氮方法。现有技术中，污水脱氮处理一般包括硝化和反硝化，先通过硝化菌把有机氮转化为氨态氮，氨态氮被自养型硝化菌氧化为亚硝态氮，然后再被自养型硝化菌氧化成硝态氮，最后异养型反硝化菌将亚硝态氮和硝态氮还原为气态氮从污水中去除。但是，由于硝化菌是严格好氧菌，在硝化过程中需要充足的溶解氧，而反硝化菌一般为兼性厌氧菌，需要在厌氧条件下才能进行反硝化反应，因此生物脱氮方法一般需要分别设置硝化反应装置和反硝化反应装置才能完成脱氮处理，装置结构复杂，占用空间较大，处理工艺繁琐，脱氮处理成本较高；并且自养型硝化细菌对高浓度的氨氮十分敏感，降低了脱氮工艺的氨氮耐受能力，且对氨氮去除效率较低。


技术实现要素：

3.本发明解决的问题是现有技术中生物脱氮装置结构复杂，占用空间大，且由于自养型硝化细菌对高浓度氨氮比较敏感，耐受能力差，氨氮去除率低。
4.为解决上述问题中的至少一个方面，本发明提供一种生物脱氮装置，包括罐体以及设置在所述罐体上的进水口和出水口，所述罐体内设置有曝气装置、布水装置、搅拌装置和生物填料；所述曝气装置位于所述罐体的下部；所述布水装置位于所述曝气装置上方，且所述布水装置与所述进水口连通，所述布水装置适于向所述罐体内均匀布水；所述搅拌装置位于所述罐体的底部；所述出水口位于所述罐体的上部；所述生物填料悬浮设置于所述罐体内，所述生物填料上负载有异养硝化-好氧反硝化菌株。
5.优选地，所述异养硝化-好氧反硝化菌株包括肠杆菌(enterobacter sp.)z1和/或克雷伯氏杆菌(klebiesella sp.)z2。
6.优选地，所述生物填料为聚氨酯改性生物活性填料。
7.优选地，所述罐体底部为锥形，且所述罐体底部设置有排泥口。
8.优选地，所述曝气装置包括装置本体和与所述装置本体连通的风机，所述装置本体包括曝气管和支架，所述曝气管上设置有曝气盘，所述曝气盘为微孔可变曝气盘，所述支架适于将所述曝气管固定在所述罐体底部。
9.优选地，所述罐体内还设置有第一筛板，所述第一筛板设置于所述布水装置上方，所述第一筛板适于将所述生物填料限制在所述罐体上部空间内。
10.优选地，所述罐体内还设置有生物填料脱膜装置，所述生物填料脱膜装置包括第二筛板，所述第二筛板位于所述第一筛板上方，且所述生物填料位于所述第一筛板和所述
第二筛板之间，所述第二筛板适于沿上下方向往复移动。
11.优选地，所述搅拌装置包括多个潜水式搅拌机，所述潜水式搅拌机均匀分布在所述罐体底部的周向上。
12.本发明通过在罐体内设置悬浮的生物填料，且生物填料上负载异养硝化-好氧反硝化菌株，悬浮在罐体内的生物填料能够与污水充分接触，由于异养硝化-好氧反硝化菌株既能够进行硝化反应，也可以进行反硝化反应，能够将污水中的氮直接转化为气态氮，因此生物填料上负载的异养硝化-好氧反硝化菌株能够在同一个装置内实现污水硝化和反硝化过程，达到处理污水中总氮的目的，且异养硝化-好氧反硝化菌株对氨氮的耐受能力强，且处理效率高；另外，在罐体内设置曝气装置、布水装置和搅拌装置，可通过曝气装置向罐体内曝气，提高污水中溶解氧浓度，满足异养硝化-好氧反硝化菌株的生长和总氮降解条件，而布水装置能够保证进入罐体的污水均匀分布，提高污水均匀度，搅拌装置能通过物理搅拌作用提高污水中溶解氧含量，且能够使污水和生物填料充分混合，提高污水中总氮的降解效率。因此，通过在罐体内设置曝气装置、布水装置、搅拌装置和生物填料，可以使污水脱氮处理在同一装置内完成，占用空间较小，且结构简单，氨氮处理效果较好。
13.本发明的另一目的在于提供一种生物脱氮工艺，采用上述的生物脱氮装置进行生物脱氮，包括以下步骤：
14.步骤s1、将生物填料置于水中浸泡，并洗涤2-3次，然后将异养硝化-好氧反硝化菌株接种至培养基中培养，得到培养液，将所述培养液接种至所述生物填料上，得到预挂膜生物填料；
15.步骤s2、将所述预挂膜生物填料按照5-30％的充填率放入罐体内，并在所述罐体内引入污水，维持溶解氧含量为2-6mg/l，水力停留时间2.5-4h。
16.优选地，所述步骤s1中，30％充填率在所述生物填料上接种所述培养液。
17.本发明通过将种异养硝化-好氧反硝化菌株接种至生物填料上，得到预挂膜生物填料，将预挂膜生物填料放入罐体后能够快速开始污水处理，预挂膜时间短，且挂膜的接种量可控，采用异养硝化-好氧反硝化菌株进行污水脱氮处理，能够在同一装置内完成脱氮处理，显著提高了污水处理效率；另外，异养硝化-好氧反硝化菌株对氨氮的耐受能力强，能够适应高浓度氨氮污水的处理。
附图说明
18.图1为本发明实施例中生物脱氮装置的结构示意图；
19.图2为本发明实施例中曝气装置的俯视图；
20.图3为本发明实施例中曝气装置的主视图；
21.图4为本发明实施例中布水装置的仰视图。
22.附图标记说明：
23.1-罐体；11-进水口；12-出水口；13-曝气装置；131-装置本体；1311-曝气管；1312-支架；132-风机；14-布水装置；141-布水管；1411-布水孔；15-搅拌装置；16-生物填料；17-第一筛板；171-螺杆；18-排泥口；19-第二筛板；2-电机；21-电机轴。
具体实施方式
24.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本发明的具体实施例做详细的说明。
25.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例中的特征可以相互组合。术语“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。以上术语涵盖术语“由
……
组成”和“基本上由
……
组成”。如无特殊说明的，材料、设备、试剂均为市售。
26.如图1所示，本发明实施例提供一种生物脱氮装置，包括罐体1以及设置在罐体1上的进水口11和出水口12，罐体1内设置有曝气装置13、布水装置14、搅拌装置15和生物填料16；曝气装置13位于罐体1的下部；布水装置14位于曝气装置13上方，且布水装置14与进水口11连通，布水装置14适于向罐体1内均匀布水；搅拌装置15位于罐体1的底部；出水口12位于罐体1的上部；生物填料16悬浮设置于罐体1内，生物填料16上负载有异养硝化-好氧反硝化菌株。
27.具体地，该生物脱氮装置进水口11与出水口12分别位于罐体1的两侧，其中，进水口11与位于罐体1内部的布水装置14连接，污水通过布水装置14在罐体1内均匀分布，罐体1内设置有生物填料16，生物填料16悬浮在污水中，生物填料16上负载的异养硝化-好氧反硝化菌株能够对污水中的氮进行硝化和反硝化处理，直接将污水中的氮转化为气态氮释放至空气中，从而实现脱氮处理，曝气装置13能够向罐体1内曝气，提供异养硝化-好氧反硝化菌株的生长和脱氮处理条件，搅拌装置15能够对罐体1的污水进行搅动，使生物填料16与污水充分混合，且能够提高溶解氧浓度，经过处理的污水从罐体1上部的出水口12流出，进入后续处理工艺。
28.通过在罐体1内设置负载有异养硝化-好氧反硝化菌株的生物填料16，可以使在同一装置内完成污水的硝化和反硝化反应，实现污水脱氮处理，而曝气装置13、布水装置14和搅拌装置15能够为污水脱氮处理提供必要的条件，保证污水脱氮处理的效果，提高处理效率，本发明实施例提供的生物脱氮装置结构简单，能够实现在同一装置内硝化和反硝化处理，占地空间较小，且脱氮效果好。
29.其中，异养硝化-好氧反硝化菌株包括肠杆菌(enterobacter sp.)z1和/或克雷伯氏杆菌(klebiesella sp.)z2，肠杆菌z1和克雷伯氏杆菌z2是华中农业大学分离得到的两株异养硝化-好氧反硝化菌株，能够在极高浓度氨氮废水中高效的发挥作用，对污水中的氨氮具有非常好的去除效果。将肠杆菌z1和克雷伯氏杆菌z2负载至生物填料16上，并用于生物脱氮处理，能够耐受污水中高浓度的氨氮，并且具有显著的脱氮效果。
30.生物填料16为聚氨酯改性生物活性填料。聚氨酯改性生物活性填料具有均匀且相互贯通的气孔，可以使整块生物填料负载功能菌株，负载量大，且载体表面带有一定的阳离子活性基团及羟基等亲水基团，可与污水中带有负电荷的微生物产生键、价的固定结合，容积负荷高，负载能力强。同时，聚氨酯改性生物活性填料还具有气泡切割作用，提高氧的转移速率和利用率，提高污水处理效果。
31.该生物脱氮装置的罐体1底部为锥形，且罐体1底部设置有排泥口18。在生物脱氮处理过程中会产生污泥沉淀，生物脱氮装置的罐体1底部设置为锥形，污泥沉淀在自身重力作用下沉淀至罐体底部，并通过罐体1底部设置的排泥口18排出，避免罐体1内污泥积累过
多，影响污水的处理。
32.如图1-图3所示，该生物脱氮装置的曝气装置13包括装置本体131和与装置本体131连通的风机132，其中，装置本体131包括曝气管1311和支架1312，曝气管1311上置有曝气盘，曝气盘为微孔可变曝气盘，支架1312适于将曝气管1311固定在罐体1底部。即，曝气装置13包括两部分，一部分为位于罐体底部的装置本体131，另一部分为位于罐体1外部的风机132，风机132与装置本体131连通，装置本体131包括曝气管1311和支架1312，通过支架1312将装置本体131固定安装于罐体1底部，并且距离底部有一定空间，防止污泥对曝气装置13形成干扰，影响曝气效果，曝气管1311上设置有均匀分布的微孔可变曝气盘，微孔可变曝气盘的耐压强度可达到120kg/cm2以上，能够更加均匀的向罐体1内曝气。
33.如图1和图4所示，布水装置14位于曝气装置13的上方，布水装置14包括多个均匀分布的布水管141，布水管141上设置有布水孔1411。具体地，布水管141上设置有两排布水孔1411，分别向两侧斜向下开设，通过均匀分布的布水管141和布水孔1411，能够使进入罐体1的污水均匀分布，而布水管141上分别向两侧斜向下开设的布水孔1411，能进一步提高布水均匀性，并且避免污水直接冲击罐体1底部的污泥沉淀，导致罐体1内污水浑浊。
34.另外，罐体1内还设置有第一筛板17，第一筛板17设置于曝气装置13上方，第一筛板17适于将生物填料16限制在罐体1上部空间内。通过在罐体1内设置第一筛板，能够将生物填料16限制在罐体上部空间范围，避免生物填料16沉入罐体1底部与污泥混合，而第一筛板17位于曝气装置13上方，可在运行过程中通过曝气装置13将第一筛板17上的沉淀吹脱，避免第一筛板17上附着的沉淀物过多，导致筛孔堵塞，影响污水处理效果。
35.罐体1内还设置有生物填料脱膜装置，生物填料脱膜装置包括第二筛板19，第二筛板19位于第一筛板17上方，且生物填料16位于第一筛板17和第二筛板19之间，第二筛板19适于沿上下方向往复移动，当第二筛板19向下移动，接近第一筛板17时，位于第一筛板17和第二筛板19之间的生物填料16能够受到挤压，对生物填料16进行脱膜，防止生物填料16上的微生物过度生长或污泥附着影响生物填料16的性能，恢复其污水处理能力。具体地，生物填料脱膜装置包括第二筛板19、螺杆171、电机2和电机轴21，螺杆171沿竖向活动设置在第一筛板17上，第二筛板19上对应设置有螺孔，且螺杆171穿过螺孔，电机2的电机轴21上设置有齿轮，且与位于螺杆171上端的齿轮相互啮合，当电机2工作时，能够带动螺杆171旋转，从而实现第二筛板19沿螺杆171上下移动。
36.该生物脱氮装置中的搅拌装置15包括多个潜水式搅拌机，潜水式搅拌机均匀分布在罐体1底部的周向上。多个潜水式搅拌机位于罐体1底部，可以使罐体1内的不同区域的污水混合对流，提高污水的均匀度，且不会对生物填料16造成干扰。
37.本发明的另一目的在于提供一种生物脱氮工艺，采用上述的生物脱氮装置进行生物脱氮，包括以下步骤：
38.步骤s1、将生物填料16置于水中浸泡，并洗涤2-3次，然后将异养硝化-好氧反硝化菌株接种至培养基中培养，得到培养液，将培养液接种至生物填料16上，得到预挂膜生物填料；
39.步骤s2、将预挂膜生物填料按照5-30％的充填率放入罐体1内，并在罐体1内引入污水，维持溶解氧含量为2-6mg/l，水力停留时间2.5-4h。
40.其中，步骤s1中，将生物填料16置于水中浸泡，使其吸水泡胀，并洗涤2-3次，去除
生物填料16上的保护剂和杂质，然后将异养硝化-好氧反硝化菌株接种至培养基中培养，得到培养液，将培养液接种至生物填料16上，完成生物填料16的挂膜处理，得到预挂膜生物填料。具体地，生物填料16为聚氨酯改性生物活性填料，具有较高的生物亲和能力，负载能力强，与微生物结合稳定，所用的异养硝化-好氧反硝化菌株为肠杆菌(enterobacter sp.)z1和/或克雷伯氏杆菌(klebiesella sp.)z2，将菌株在p2培养基中培养过夜后，再转接新鲜培养基培养至od
550
≥8，然后按照30％充填率将培养液接种至生物填料16上，30％充填率是指培养液的接种量为生物填料16最大接种量的30％，接种量过少会导致生物填料16的氨氮处理能力较低，而接种量过多则或导致生物填料16内部缺氧，按照30％填充率接种能够保证较高的处理效率。经测定，单个生物填料16的氨氮去除率可达到2mg/l
·
h以上，可满足污水脱氮处理要求。
41.步骤s2中，将预挂膜生物填料按照5-30％的充填率放入罐体1内，即预挂膜生物填料的总体积占罐体1总容积的5-30％，既能保证预挂膜生物填料与污水充分混合，也避免预挂膜生物填料过多导致缺氧现象，将污水引入罐体1内，维持溶解氧含量为2-6mg/l，水力停留时间2.5-4h，即可完成污水生物脱氮处理。另外，在连续污水处理过程中，每隔14天使生物填料脱膜装置运行1天，挤压预挂膜生物填料，恢复其活性，保证预挂膜生物填料具有稳定的脱氮效果。
42.通过将种异养硝化-好氧反硝化菌株接种至生物填料16上，得到预挂膜生物填料，将预挂膜生物填料放入罐体1后能够快速开始污水处理，预挂膜时间短，且挂膜的接种量可控，采用异养硝化-好氧反硝化菌株进行污水脱氮处理，能够在同一装置内完成脱氮处理，显著提高了污水处理效率；另外，异养硝化-好氧反硝化菌株对氨氮的耐受能力强，能够适应高浓度氨氮污水的处理。
43.下面结合具体的实施例说明污水生物脱氮的处理过程：
44.实施例
45.本实施例选择含氮量高的污水进行生物脱氮处理，经检测，进水指标为：化学需氧量(cod)＝8503.6mg/l，总氮(tn)＝769.6mg/l，氨氮(nh
4 -n)＝523.4mg/l。
46.本实施例采用上述生物脱氮处理装置进行脱氮处理，包括以下步骤：
47.步骤s1、将聚氨酯改性生物活性生物填料置于水中浸泡，并洗涤2-3次，然后将肠杆菌(enterobacter sp.)z1和克雷伯氏杆菌(klebiesella sp.)z2分别接种至p2培养基中过夜培养，并转接新鲜培养基培养至od
550
≥8，得到培养液，然后按照30％充填率将培养液接种至聚氨酯改性生物活性生物填料上，得到预挂膜生物填料，其中肠杆菌z1和克雷伯氏杆菌z2培养液的比例为2:3；
48.步骤s2、将预挂膜生物填料按照20％的充填率放入罐体1内，维持溶解氧含量为4mg/l，水力停留时间3h，即可完成污水生物脱氮处理。另外，在连续污水处理过程中，每隔14天使生物填料脱膜装置运行1天，挤压预挂膜生物填料，恢复其活性，保证预挂膜生物填料具有稳定的脱氮效果。
49.对经过生物脱氮处理的污水进行检测，处理后的污水指标为：cod＝864.2mg/l，tn＝15.4mg/l，nh
4 -n＝4.6mg/l。
50.从结果可以看出，经过生物脱氮处理后的污水cod、tn和nh
4 -n均显著降低，其中，tn和nh
4 -n分别下降了98.0％和99.1％。这主要是由于，异养硝化-好氧反硝化菌株既能够
进行硝化反应，也能够进行反硝化反应，使污水中的氮直接转化为气态氮释放，实现污水脱氮处理。
51.虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。