一种FNA强化厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理高浓度有机物高氨氮废水的方法

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，尤其是涉及一种FNA强化厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理高浓度有机物高氨氮废水的方法。

背景技术

厌氧消化是处理高浓度有机物高氨氮废水的常用方法，但厌氧消化过程中甲烷产量受限于水解速率以及污泥的产甲烷潜力，通过热、化学以及机械预处理能够提高甲烷的产量，但是高温以及机械预处理能耗高，导致处理成本增加，化学处理不利于环境，所以需要一种经济且环保的工艺强化污泥厌氧消化。

并且，厌氧消化后的沼液碳氮比低，可生化性差，不满足传统工艺脱氮的需求，处理过程中需要额外加入碳源，使得处理成本增加。因此亟需开发一种能够经济环保的强化浆料厌氧消化，并且能够高效脱除沼液中的氮的新工艺。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中采用厌氧消化法处理高浓度有机物高氨氮废水时存在的上述问题，提供一种FNA强化厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理高浓度有机物高氨氮废水的方法，利用氨氧化菌将厌氧消化后的沼液中部分氨氮转化为亚硝态氮，部分出水回流与废水混合，使得亚硝态氮转化为FNA，强化厌氧消化，促进污泥水解，提高甲烷产率；另一部分出水则进入厌氧氨氧化反应器进行脱氮，不仅能够实现污泥的高效厌氧消化还能够实现高效经济脱氮。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种FNA强化厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理高浓度有机物高氨氮废水的方法，包括如下步骤：

(1)高浓度有机物高氨氮废水从进水罐中进入厌氧消化反应器内，在厌氧污泥的作用下进行厌氧消化；

(2)厌氧消化后得到的沼液进入亚硝酸盐产生装置中，在氨氧化菌的作用下将沼液中的氨氮转化为亚硝态氮；

(3)亚硝酸盐产生装置中的出水部分回流至进水罐中，与高浓度有机物高氨氮废水混合后进入厌氧消化反应器内进行厌氧消化；厌氧消化反应器内的pH为4～6，将亚硝态氮转换为游离亚硝酸盐，厌氧消化后的沼液继续进入亚硝酸盐产生装置中反应；

(4)亚硝酸盐产生装置中的另一部分出水进入厌氧氨氧化反应器中，在厌氧氨氧化菌的作用下将废水中的氨氮和亚硝态氮转化为氮气脱除。

本发明中的高浓度有机物高氨氮废水经厌氧消化后，沼液进入亚硝酸盐产生装置，利用氨氧化菌(AOB)，将沼液中部分氨氮(NH

亚硝酸盐产生装置中的另一部分出水进入厌氧氨氧化反应器中进行脱氮，利用亚硝酸盐产生装置耦合厌氧氨氧化工艺不仅能够节省56％的曝气能耗，还能够节省碳源费用，总氮(TN)的去除率也可达到80％以上。因此，本发明通过FNA强化厌氧消化及厌氧氨氧化的耦合工艺，不但能够经济环保的强化浆料厌氧消化，还能够高效脱除沼液中的氮。

作为优选，步骤(1)中高浓度有机物高氨氮废水中的氨氮浓度>500mg/L。

作为优选，步骤(2)中亚硝酸盐产生装置中的反应条件为：pH为6.8～8.0，溶解氧浓度为0.8～2mg/L，温度为20～35℃。AOB更适应偏碱性的环境，AOB溶解氧的半饱和常数高于亚硝酸盐氧化菌(NOB)，在低溶解氧下更容易占据优势地位，实现菌种富集，在中温条件下，AOB的生长速率大于NOB，如果pH低于6.8，是NOB较为适应的环境，AOB没有竞争优势，生成的亚硝酸盐会进一步氧化成硝氮，如果溶解氧大于2mg/L，AOB无法全部利用，剩余的氧会被NOB利用，将亚硝酸盐氧化成硝氮，后续的厌氧氨氧化工艺无法利用硝氮，因此不仅不能强化厌氧消化还会降低脱氮效果；如果pH高于8或温度过高，则AOB几乎没有活性，无法将氨氮转化为亚硝酸盐，如果溶解氧<0.8mg/L，由于供氧不足产生的亚硝酸盐较，达不到强化厌氧消化的浓度且使得厌氧氨氧化出水氨氮不达标。

作为优选，步骤(2)中亚硝酸盐产生装置的出水中亚硝态氮与氨氮浓度的比值为0.8～1.5。当该比值>1.5时，厌氧氨氧化无法代谢全部的亚硝酸盐，使得反应器中亚硝酸盐逐渐累积，过高的亚硝酸盐会抑制厌氧氨氧化的活性，使得系统的脱氮性能降低，当该比值<0.8时，厌氧氨氧化工艺段出水氨氮不达标且当氨氮累积到一定的浓度，对厌氧氨氧化菌也会产生抑制，从而使得脱氮性能下降。

作为优选，步骤(3)中进水罐中亚硝酸盐产生装置出水的回流比为10％～20％。满足进水罐中FNA的浓度在4～6.5mg/L。

作为优选，步骤(3)中厌氧消化反应器内游离亚硝酸盐的浓度为4～6.5mg/L。FNA的浓度过低强化效果不佳，过高则会导致系统崩溃。

作为优选，步骤(4)中厌氧氨氧化反应器中的反应温度为33～38℃，pH控制在7.5～8.0。

作为优选，步骤(4)中厌氧氨氧化反应器中的厌氧氨氧化菌以颗粒污泥形式或生物膜形式存在。

因此，本发明具有如下有益效果：

(1)利用FNA对污泥厌氧菌的胁迫作用，破坏细胞或胞外聚合物释放出易生物降解的组分，能够加快污泥的水解，缩短30％的HRT并且增加20％的甲烷产量；

(2)利用亚硝酸盐产生装置耦合厌氧氨氧化工艺不仅能够节省56％的曝气能耗，还能够节省碳源费用，TN的去除率也可达到80％以上；

(3)通过FNA强化厌氧消化及厌氧氨氧化的耦合工艺，不但能够经济环保的强化浆料厌氧消化，还能够高效脱除沼液中的氮。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明厌氧消化反应器内FNA、亚硝态氮的比例与pH之间的关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。

总实施例：

一种FNA强化厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理高浓度有机物高氨氮废水的方法，其流程如图1中所示，包括如下步骤：

(1)高浓度有机物高氨氮废水从进水罐中进入厌氧消化反应器内，在厌氧污泥的作用下进行厌氧消化；

(2)厌氧消化后得到的沼液进入亚硝酸盐产生装置中，在氨氧化菌的作用下将沼液中的氨氮转化为亚硝态氮；

(3)亚硝酸盐产生装置中的出水部分回流至进水罐中，与高浓度有机物高氨氮废水混合后进入厌氧消化反应器内进行厌氧消化；厌氧消化反应器内的pH为4～6，将亚硝态氮转换为游离亚硝酸盐，厌氧消化后的沼液继续进入亚硝酸盐产生装置中反应；

(4)亚硝酸盐产生装置中的另一部分出水进入厌氧氨氧化反应器中，在厌氧氨氧化菌的作用下将废水中的氨氮和亚硝态氮转化为氮气脱除。

作为一种具体实施方式，步骤(1)中高浓度有机物高氨氮废水中的氨氮浓度>500mg/L。

作为一种具体实施方式，步骤(2)中亚硝酸盐产生装置中的反应条件为：pH为6.8～8.0，溶解氧浓度为0.8～2mg/L，温度为20～35℃；亚硝酸盐产生装置的出水中亚硝态氮与氨氮浓度的比值为0.8～1.5。

作为一种具体实施方式，步骤(3)中进水罐中亚硝酸盐产生装置出水的回流比为10％～20％；厌氧消化反应器内游离亚硝酸盐的浓度为4～6.5mg/L。

作为一种具体实施方式，步骤(4)中厌氧氨氧化反应器中的反应温度为33～38℃，pH控制在7.5～8.0；厌氧氨氧化菌以颗粒污泥形式或生物膜形式存在。

实施例1：

一种FNA强化厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理餐厨浆料的方法，包括如下步骤：

(1)餐厨垃圾经过预处理产生餐厨浆料，餐厨浆料的pH为5，COD为100000mg/L，氨氮为3800mg/L，TN为3900mg/L，餐厨浆料从进水罐中进入接种有厌氧污泥(来自同类工程的厌氧接种物)的CSTR反应器内，在厌氧污泥的作用下进行厌氧消化，温度40℃；

(2)厌氧消化后得到的沼液，pH为8，COD为10000mg/L，氨氮为3800mg/L，TN为3900mg/L，沼液进入接种有好氧污泥(同类工程的好氧接种物)的亚硝酸盐产生装置(SBR反应器)中，控制亚硝酸盐产生装置中的温度为35℃，pH为7.5，DO为1.8mg/L，AOB在此作用下将沼液中的部分NH

(3)亚硝酸盐产生装置中的出水部分回流至进水罐中，与高浓度有机物高氨氮废水混合后进入CSTR反应器内进行厌氧消化，回流比为15％；通过水解酸化菌产酸调节CSTR反应器内的pH至4.5，将NO

(4)亚硝酸盐产生装置中的另一部分出水进入厌氧氨氧化反应器(IFAS反应器)中，控制厌氧氨氧化反应器内的温度在33℃，pH为7.5～8.0，在厌氧氨氧化菌的作用下将废水中的NH

实施例2：

一种FNA强化厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理医药废水的方法，包括如下步骤：

(1)某抗生素生产过程中产生的医药废水，pH为8，COD为15000mg/L，氨氮为4000mg/L，TN为4100mg/L，从进水罐中进入接种有厌氧污泥(同类工程的厌氧接种物)的CSTR反应器内，在厌氧污泥的作用下进行厌氧消化，温度42℃；

(2)厌氧消化后得到的沼液pH为7.8，COD为2000mg/L，氨氮为4000mg/L，TN为4100mg/L，进入接种有好氧污泥(同类工程的好氧接种物)的亚硝酸盐产生装置(SBR反应器)中，控制亚硝酸盐产生装置中的温度为35℃，pH为7.5，DO为1.8mg/L，AOB在此作用下将沼液中的部分NH

(3)亚硝酸盐产生装置中的出水部分回流至进水罐中，与高浓度有机物高氨氮废水混合后进入CSTR反应器内进行厌氧消化，回流比为10％；通过水解酸化菌产酸调节CSTR反应器内的pH至4.5，将NO

(4)亚硝酸盐产生装置中的另一部分出水进入厌氧氨氧化反应器(SBR反应器，厌氧氨氧化菌以颗粒污泥形式存在)中，控制厌氧氨氧化反应器内的温度在33℃，pH为7.5～8.0，在厌氧氨氧化菌的作用下将废水中的NH

实施例3：一种FNA强化厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理餐厨浆料的方法，包括如下步骤：

(1)餐厨浆料(与实例1中相同)从进水罐中进入接种有厌氧污泥的CSTR反应器内，在厌氧污泥的作用下进行厌氧消化，温度40℃；

(2)厌氧消化后得到的沼液，pH为7.8，COD为15000mg/L，氨氮为3800mg/L，TN为3900mg/L，沼液进入接种有好氧污泥(与实例1中相同)的亚硝酸盐产生装置(与实例1中相同)中，控制亚硝酸盐产生装置中的温度为30℃，pH为8，DO为0.8mg/L，AOB在此作用下将沼液中的部分NH

(4)亚硝酸盐产生装置中的另一部分出水进入厌氧氨氧化反应器(与实例2中相同)中，控制厌氧氨氧化反应器内的温度在33℃，pH为7.5～8.0，在厌氧氨氧化菌的作用下将废水中的NH

实施例4：一种FNA强化厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理医药废水的方法，包括如下步骤：

(1)某氨基酸原料药生产过程中产生的医药废水，pH为8.5，COD为50000mg/L，氨氮为4500mg/L，TN为4600mg/L，从进水罐中进入接种有厌氧污泥(同类工程的厌氧接种物)的CSTR反应器内，在厌氧污泥的作用下进行厌氧消化，温度41℃；

(2)厌氧消化后得到的沼液pH为8，COD为2500mg/L，氨氮为4500mg/L，TN为4600mg/L，进入接种有好氧污泥(同类工程的好氧接种物)的亚硝酸盐产生装置(与实例1中相同)中，控制亚硝酸盐产生装置中的温度为20℃，pH为6.8，DO为2mg/L，AOB在此作用下将沼液中的部分NH

(3)亚硝酸盐产生装置中的出水部分回流至进水罐中，与高浓度有机物高氨氮废水混合后进入CSTR反应器内进行厌氧消化，回流比为10％；通过水解酸化菌产酸调节CSTR反应器内的pH至5.5，将NO

(4)亚硝酸盐产生装置中的另一部分出水进入厌氧氨氧化反应器(IFAS反应器)中，控制厌氧氨氧化反应器内的温度在33℃，pH为7.5～8.0，在厌氧氨氧化菌的作用下将废水中的NH

实施例5：一种FNA强化厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理餐厨浆料的方法，包括如下步骤：

(1)餐厨垃圾经过预处理产生餐厨浆料，餐厨浆料的pH为5，COD为120000mg/L，氨氮为3800mg/L，TN为3900mg/L，从进水罐中进入接种有厌氧污泥的CSTR反应器内，在厌氧污泥的作用下进行厌氧消化，温度40℃；

(2)厌氧消化后得到的沼液，pH为8.0，COD为15000mg/L，氨氮为3800mg/L，TN为3900mg/L，沼液进入接种有好氧污泥(与实例1中相同)的亚硝酸盐产生装置(与实例1中相同)中，控制亚硝酸盐产生装置中的温度为25℃，pH为8，DO为1.2mg/L，AOB在此作用下将沼液中的部分NH

(4)亚硝酸盐产生装置中的另一部分出水进入厌氧氨氧化反应器(与实例1中相同)中，控制厌氧氨氧化反应器内的温度在33℃，pH为7.5～8.0，在厌氧氨氧化菌的作用下将废水中的NH

对比例1(与实施例1相比不进行FNA强化)：

一种厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理餐厨浆料的方法，包括如下步骤：

(1)餐厨浆料(与实施例1中相同)从进水罐中进入接种有厌氧污泥(与实施例1中相同)的CSTR反应器内，在厌氧污泥的作用下进行厌氧消化，通过水解酸化菌产酸调节CSTR反应器内的pH至4.5，40℃下厌氧消化；

(2)厌氧消化后得到的沼液进入接种有好氧污泥(与实施例1中相同)的亚硝酸盐产生装置中，控制亚硝酸盐产生装置中的温度为35℃，pH为7.5，DO为1.8mg/L，AOB在此作用下将沼液中的部分NH

对比例2(与实施例2相比不进行FNA强化)：

一种厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理医药废水的方法，包括如下步骤：

(1)医药废水(与实施例2中相同)从进水罐中进入接种有厌氧污泥(与实施例2中相同)的CSTR反应器内，在厌氧污泥的作用下进行厌氧消化，通过水解酸化菌产酸调节CSTR反应器内的pH至4.5，42℃下厌氧消化；

(2)厌氧消化后得到的沼液进入接种有好氧污泥(与实施例2中相同)的亚硝酸盐产生装置中，控制亚硝酸盐产生装置中的温度为35℃，pH为7.5，DO为1.8mg/L，AOB在此作用下将沼液中的部分NH

对比例3(厌氧消化反应器内FNA的浓度过低)：

一种FNA强化厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理餐厨浆料的方法，包括如下步骤：

(1)餐厨浆料(与实施例1中相同)从进水罐中进入接种有厌氧污泥(与实施例1中相同)的CSTR反应器内，在厌氧污泥的作用下进行厌氧消化，温度45℃；

(2)厌氧消化后得到的沼液进入接种有好氧污泥(与实施例1中相同)的亚硝酸盐产生装置中，控制亚硝酸盐产生装置中的温度为35℃，pH为7.5，DO为1.8mg/L，AOB在此作用下将沼液中的部分NH

(4)亚硝酸盐产生装置中的另一部分出水进入厌氧氨氧化反应器(与实施例1中相同)中，控制厌氧氨氧化反应器内的温度在33℃，pH为7.5～8.0，在厌氧氨氧化菌的作用下将废水中的NH

对比例4(厌氧消化反应器内FNA的浓度过高)：

一种FNA强化厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理餐厨浆料的方法，包括如下步骤：

(1)餐厨浆料(与实施例1中相同)从进水罐中进入接种有厌氧污泥(与实施例1中相同)的CSTR反应器内，在厌氧污泥的作用下进行厌氧消化，温度42℃；

(2)厌氧消化后得到的沼液进入接种有好氧污泥(与实施例1中相同)的亚硝酸盐产生装置中，控制亚硝酸盐产生装置中的温度为35℃，pH为7.5，DO为1.8mg/L，AOB在此作用下将沼液中的部分NH

(4)亚硝酸盐产生装置中的另一部分出水进入厌氧氨氧化反应器(与实施例2中相同)中，控制厌氧氨氧化反应器内的温度在33℃，pH为7.5～8.0，在厌氧氨氧化菌的作用下将废水中的NH

对比例5(亚硝酸盐产生装置的出水中亚硝态氮与氨氮浓度的比值过低)：

一种FNA强化厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理餐厨浆料的方法，包括如下步骤：

(1)餐厨浆料(与实施例1中相同)从进水罐中进入接种有厌氧污泥(与实施例1中相同)的CSTR反应器内，在厌氧污泥的作用下进行厌氧消化，温度42℃；

(2)厌氧消化后得到的沼液进入接种有好氧污泥(与实施例1中相同)的亚硝酸盐产生装置中，控制亚硝酸盐产生装置中的温度为30℃，pH为7.5，DO为0.5mg/L，AOB在此作用下将沼液中的部分NH

(4)亚硝酸盐产生装置中的另一部分出水进入厌氧氨氧化反应器(与实施例4相同)中，控制厌氧氨氧化反应器内的温度在33℃，pH为7.5～8.0，在厌氧氨氧化菌的作用下将废水中的NH

对比例6(亚硝酸盐产生装置的出水中亚硝态氮与氨氮浓度的比值过高)：

一种FNA强化厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理餐厨浆料的方法，包括如下步骤：

(1)餐厨浆料(与实施例1中相同)从进水罐中进入接种有厌氧污泥(与实施例1中相同)的CSTR反应器内，在厌氧污泥的作用下进行厌氧消化，温度42℃；

(2)厌氧消化后得到的沼液进入接种有好氧污泥(与实施例1中相同)的亚硝酸盐产生装置中，控制亚硝酸盐产生装置中的温度为35℃，pH为8，DO为2mg/L，AOB在此作用下将沼液中的部分NH

(3)亚硝酸盐产生装置中的出水部分回流至进水罐中，与高浓度有机物高氨氮废水混合后进入CSTR反应器内进行厌氧消化，回流比为10％；通过水解酸化菌产酸调节CSTR反应器内的pH至5.5，将NO

(4)亚硝酸盐产生装置中的另一部分出水进入厌氧氨氧化反应器(与实施例1中相同)中，控制厌氧氨氧化反应器内的温度在33℃，pH为7.5～8.0，在厌氧氨氧化菌的作用下将废水中的NH

对比例7(回流比过低)：

一种FNA强化厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理餐厨浆料的方法，包括如下步骤：

(1)餐厨浆料(与实施例1中相同)从进水罐中进入接种有厌氧污泥(与实施例1中相同)的CSTR反应器内，在厌氧污泥的作用下进行厌氧消化，温度42℃；

(2)厌氧消化后得到的沼液进入接种有好氧污泥(与实施例1中相同)的亚硝酸盐产生装置中，控制亚硝酸盐产生装置中的温度为35℃，pH为7.5，DO为1.8mg/L，AOB在此作用下将沼液中的部分NH

(4)亚硝酸盐产生装置中的另一部分出水进入厌氧氨氧化反应器(与实施例4相同)中，控制厌氧氨氧化反应器内的温度在33℃，pH为7.5～8.0，在厌氧氨氧化菌的作用下将废水中的NH

对比例8(回流比过高)：

一种FNA强化厌氧消化耦合厌氧氨氧化处理餐厨浆料的方法，包括如下步骤：

(1)餐厨浆料(与实施例1中相同)从进水罐中进入接种有厌氧污泥(与实施例1中相同)的CSTR反应器内，在厌氧污泥的作用下进行厌氧消化，温度42℃；

(2)厌氧消化后得到的沼液进入接种有好氧污泥(与实施例1中相同)的亚硝酸盐产生装置中，控制亚硝酸盐产生装置中的温度为35℃，pH为7.5，DO为1.8mg/L，AOB在此作用下将沼液中的部分NH

(4)亚硝酸盐产生装置中的另一部分出水进入厌氧氨氧化反应器(与实施例1中相同)中，控制厌氧氨氧化反应器内的温度在33℃，pH为7.5～8.0，在厌氧氨氧化菌的作用下将废水中的NH

对上述实施例和对比例中CSTR反应器内的甲烷产量及厌氧氨氧化反应器的出水指标进行测试，结果如表1中所示。

表1：处理效果测试结果。

从表1中可以看出，实施例1～5中采用本发明中的方法，CSTR反应器内的水力停留时间短，甲烷产率高；厌氧氨氧化反应器的氨氮和总氮去除率高，不仅能够实现污泥的高效厌氧消化还能够实现高效经济脱氮。

对比例1和2中不用FNA对厌氧消化进行强化，与实施例1和2中相比，CSTR中的水力停留时间延长且甲烷产率下降；说明书利用FNA对污泥厌氧菌的胁迫作用，能够加快污泥的水解，缩短HTR并提高甲烷产量。

如图2中所示，CSTR内的FNA浓度与反应器内的pH有关，对比例3中CSTR内的pH较高，FNA浓度过低，对厌氧消化的强化效果不足，HTR无法有效缩短，甲烷产率的提升有限，无法到达本发明的技术效果。对比例4中CSTR内的pH较低，FNA浓度过高，超出本发明的范围，导致CSTR中的厌氧消化受到抑制，甲烷产率急剧下降，HRT大幅增加。

对比例5中亚硝酸盐产生装置出水中NO

对比例7中亚硝酸盐产生装置出水的回流比过低，由于亚硝酸盐浓度低使得FNA浓度低，对厌氧消化的强化效果不足；对比例8中亚硝酸盐产生装置出水的回流比过高，由于亚硝酸盐浓度高使得FNA浓度超出范围，导致CSTR反应器无法进行厌氧消化。