一种基于mbbr的厌氧氨氧化工艺预处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于MBBR的厌氧氨氧化工艺预处理方法，属于污水处理领域，其解决了现有技术在短程硝化工艺中存在的启动困难、亚硝化率不稳定、出水氨氮和亚硝酸盐氮的比值不能达到厌氧氨氧化工艺要求等问题。本发明方法包括接种启动、MBBR短程硝化启动、MBBR短程硝化连续流运行与控制，氨氮氧化膜面负荷可达到1.5gN/m2/d以上，氨氮氧化率在50-60%，亚硝酸盐积累率≥90%，反应器出水氨氮与亚硝酸盐氮比值在1.0-1.3，满足厌氧氨氧化工艺进水水质要求。本发明的短程硝化效果稳定；氨氮氧化负荷高，操作简单，运行可靠；相比传统工艺，氧利用率高，曝气流化能耗低。
【专利说明】一种基于MBBR的厌氧氨氧化工艺预处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于污水处理领域，具体涉及一种基于MBBR的厌氧氨氧化工艺预处理方法。
【背景技术】
[0002]我国水环境形势严峻，其中氨氮为主要污染源之一。由于氨氮对水生动植物的危害，以及无机氮积累可能引起水体富营养化等问题，所以近年来国家更加重视对废水中氨氮的处理。《城市污水厂污染物排放标准》中规定，出水氨氮浓度需小于5mg/L。氨氮处理主要依赖于自养菌群，自养菌群比生长速率小，产率系数低，微生物增长缓慢，受水质影响大。
[0003]目前，针对氨氮，主要的去除方法有物理吸附法、催化氧化法及生物预处理法等。氨氮为极性分子，需对常见吸附剂，如活性炭、沸石、陶粒等进行改性，且吸附效果有限，达到饱和需进行再生，综合处理效果及经济性较适用于突发性污染，不宜作为常规处理方法；氨氮在水体中极为稳定，一般的氧化剂难以对其氧化，一般采用催化氧化，但效果不佳且运行费用极高；从处理效果及经济来考虑，生物处理是最佳处理选择。
[0004]厌氧氨氧化过程是厌氧氨氧化菌在缺氧环境中，将铵离子用亚硝酸根(N02-)氧化为氮气的过程。厌氧氨氧化(ΑΝΑΜΜ0Χ)反应通常对外界条件(pH值、温度、溶解氧等)的要求比较苛刻，但这种反应由于不需要氧气和有机物的参与，因此对其研究和工艺的开发具有可持续发展的意义。厌氧氨氮化一般前置短程硝化工艺，将废水中的一部分氨氮转化成亚硝酸盐。目前在处理高氨氮焦化废水、垃圾渗滤液，消化污泥脱水液等废水方面已有成功的实例。
[0005]厌氧氨氧化工艺具有以下优点:反应无需外加有机碳源作为电子供体，在节约成本的同时，防止了投加碳源产生的二次污染；只需将进水中约50%氨氮氧化为亚硝酸态氮，节省了供氧动力消耗；反应 过程中几乎不产生N2O,避免了传统硝化一反硝化工艺中产生的温室气体排放；微生物增值速度慢，产泥量少。但厌氧氨氧化对于进水要求较高，需要进水氨氮和亚硝酸盐氮的比值在1.0-1.3之间，为其提供合适进水，这目前是限制厌氧氨氧化广泛应用的瓶颈之一。
[0006]短程硝化，即将硝化过程控制在N02_阶段，阻止N02_进一步氧化为N03_，短程硝化作为厌氧氨氧化的前置工艺，直接决定了自养脱氮能否成功实施。与传统脱氮工艺相比具有降低能耗、节省碳源、污泥产量少、占地面积少等特点，且对于含氮较高和碳源不足的废水具有很大的应用价值，一旦解决这些问题，必将产生极大的经济和社会效益。
[0007]短程硝化工艺启动一般采用活性污泥法，其中又以SBR(序列间歇式活性污泥法)居多。活性污泥法的短程硝化，主要通过控制溶解氧进行，经过大量学者验证活性污泥的短程硝化工艺需控制溶解氧在0.3-1.0mg/L ;但长期运行，亚硝酸盐氧化菌容易适应低溶解氧，而逐渐积累，最终导致短程硝化效果逐渐降低，甚至崩溃。污泥龄的选择是短程硝化成功的本质性因素。
[0008]MBBR(Moving Bed Biofilm Reactor,移动床生物膜反应器)是通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率，悬浮填料密度接近水，在挂膜前后与水体密度相近，使其可在水中悬浮，相比流化床工艺，流化动力低，通过少量曝气，就可实现填料完全流化，实现高效处理。MBBR工艺，采用悬浮填料，其本质是生物膜法，但生物膜按活性污泥方式运行，可以通过控制流化实现对生物膜污泥龄的选择，结合溶解氧等的控制，实现可靠稳定的短程硝化工艺。活性污泥法和生物膜法在氧传质方式上是不同的，生物膜中的溶解氧仅是表观溶解氧，与微生物微环境的溶解氧差别较大，难以测量，所以不能仅仅依靠控制溶解氧来实现，而是通过对溶解氧、曝气气水比和出水水质反馈调控等综合手段实现。
[0009]通常用氨氧化率和亚硝酸盐积累率来评价。氨氧化率是指反应过程中被氧化的氨氮占进水氨氮的比值；亚硝酸盐积累率是指反应过程中亚硝酸盐氮生成量与亚硝酸盐氮和硝酸盐生成量之和的比值。一般来说，氨氮氧化率在45-65%，且亚硝酸盐积累率> 90%，此时反应器出水氨氮与亚硝酸盐氮比值在1.0-1.3，可用作厌氧氨氧化工艺进水。结合MBBR工艺，氨氮氧化膜面负荷指单位时间内单位面积生物膜能氧化的氨氮的质量。
【发明内容】
[0010]为了解决现有技术中在短程硝化工艺中存在的启动困难、亚硝化率不稳定、出水氨氮和亚硝酸盐氮的比值不能达到厌氧氨氧化工艺要求等问题，本发明提出了一种基于MBBR的厌氧氨氧化工艺预处理方法，采用该方法具有流化性能好、亚硝酸盐积累率可长期稳定运行、出水氨氮与亚硝酸盐比值满足厌氧氨氧化工艺需求、抗冲击力强等优点。
[0011 ] 本发明技术方案包括:
[0012]一种基于MBBR的厌氧氨氧化工艺预处理方法，该方法包括以下步骤:
[0013]I)选用生物填料进行填充，该生物填料比表面积大于500m2/m3，呈圆柱状，挂膜前填料比重为0.96-0.99，孔隙率> 90%，填料的填充率为15-55% ；
[0014]2)接种启动:该接 种启动在水温15_35°C时进行，接种污水处理厂曝气池活性污泥，接种后反应器内污泥浓度≤2.0g/L，反应器氨氮去除负荷≤0.05kgN/kgMLSS/d;将接种污泥投入反应器后充分与生物填料混合，采用间歇方式运行，控制进水氨氮浓度为100-500mg/L，进水pH为7.8-8.2，曝气气水比为6.0-10.0，曝气运行直至反应器内氨氮小于10mg/L，反应停止后将水及污泥全部排出，进入下一周期，重复此运行方式，直到周期内氨氮氧化膜面负荷≤0.60gN/m2/d ；
[0015]3)MBBR短程硝化启动:该MBBR短程硝化启动在水温15_35°C时进行，当间歇运行周期内的氨氮氧化膜面负荷> 0.60gN/m2/d后，继续采用间歇方式运行，进水氨氮浓度为100-500mg/L，进水pH在7.8-8.2 ;通过控制曝气气水比为3.0-8.0，使填料处于流化状态且溶解氧在1.5-3.5mg/L ;曝气运行直至出水氨氮小于20mg/L，反应停止后将水全部排出，通过此间歇运行方式运行直至周期内，亚硝酸盐积累率> 90% ；
[0016]4) MBBR短程硝化连续流运行:该MBBR短程硝化连续流运行在水温15_35°C时进行，当间歇方式运行周期内亚硝酸盐积累率≤90%后，转为连续流运行，水力停留时间与间歇方式运行亚硝酸盐积累率> 90%时的停留时间相同，进水氨氮浓度为IOO-1OOOmg/L，进水pH在7.6-8.2 ;控制曝气气水比为4.0-8.0,使填料处于流化状态且溶解氧在
1.2-3.5mg/L，搅拌功率为3_5W/m3 ;设置沉淀池，沉淀池硝化液进行回流，回流比为30_50%，以控制反应器内悬浮污泥浓度小于30mg/L ;当氨氮氧化率〈50%时，延长水力停留时间，每次延长不超过0.5h ;当氨氮氧化率>60%时，缩短水力停留时间，每次缩短不超过0.5h ;当氨氮氧化率在50-60%，亚硝酸盐积累率〈90%时，降低曝气量，每次降低不超过原曝气量的10% ;运行反应器直至氨氮氧化率在50-60%，且亚硝酸盐积累率> 90%，此时反应器出水氨氮与亚硝酸盐氮比值在1.0-1.3，氨氮氧化膜面负荷达到1.50gN/m2/d以上，可用作厌氧氨氧化工艺进水。
[0017]本发明所带来的有益技术效果:
[0018]I)本发明的短程硝化工艺运行效果稳定，稳定运行一年效果良好，亚硝酸盐积累率始终大于90% ；
[0019]2)通过本发明的短程硝化工艺，出水氨氮与亚硝酸盐氮的比值稳定在1.0-1.3，满足厌氧氨氧化工艺进水需求；
[0020]3)本发明的氨氮氧化负荷高，室温时按填充率为50%计算，填料的氨氮膜面负荷可达到3.0gN/m2/d，氨氮容积负荷可达到0.6kgN/m3/d,占地小，操作简单，运行可靠；
[0021]4)相比活性污泥工艺，可实现污泥的选择与淘汰，防止长期运行失稳；
[0022]5)相比固定床工艺，无布水不均匀易形成死区、生物膜难以选择等问题；
[0023]6)相比流化床工艺，氧利用率高，曝气流化能耗低。
【具体实施方式】
[0024]为 了使本发明的目的、技术方案以及优点更清楚、明确，以下将结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
[0025]实施例1:
[0026]MBBR工艺所用悬浮填料比表面积≤500m2/m3,比重为0.96-0.99，直径25cm，厚IOcm,反应器容积IOm3,投加悬浮填料4.0m3,填充率40% ；
[0027]接种某污水处理厂曝气池活性污泥，接种后污泥浓度2.32g/L，反应器的的氨氮去除负荷为0.051kgN/kgMLSS/d ;接种后采用间歇方式运行,水温为23.1°C,进水氨氮浓度为130-150mg/L, 进水pH为7.8-8.0,曝气气水比为6.0-6.2，当反应器内氨氮小于IOmg/L时停止反应，将水及污泥全部排出，重复运行，经过60个周期，氨氮氧化膜面负荷达到
0.61gN/m2/d ；
[0028]从61周期开始，控制曝气气水比为5.1-5.3，控制溶解氧为1.6-1.8mg/L，其它运行条件不变，至120周期，亚硝酸盐积累率达到92% ；
[0029]经过120周期(60天)，亚硝酸盐积累率达到了 92%，从61天起，改为连续流运行，进水氨氮浓度为140-150mg/L，进水pH在7.8-8.0，水力停留时间为8h ;控制曝气气水比为5.1-5.3，使填料处于流化状态且溶解氧在1.6-1.8mg/L，搅拌功率为3_4W/m3 ;沉淀池硝化液进行回流，回流比为30%，沉淀池的设置主要为了控制反应器内污泥浓度，防止污泥超龄运行，引起亚硝酸盐菌积累，反应器内悬浮污泥浓度平均为22.4mg/L ;至66天，工况稳定后，氨氧化率69%，缩短停留时间至7.5h，氨氧化率降至62%，继续缩短停留时间，至89天，停留时间为6h，氨氮氧化率降至52%，此时亚硝酸盐积累率为80% ;减少气水比，控制为
4.6-5.1，至98天，亚硝酸盐积累率恢复至92%，此时，反应器出水氨氮与亚硝酸盐氮比值平均值为1.18 ;目前，反应器稳定运行超过了 400天，处理效果良好，亚硝酸盐积累率始终大于90%，氨氮氧化膜面负荷达到了 1.51gN/m2/d，持续为厌氧氨氧化工艺提供稳定进水。
[0030]实施例2:
[0031]实施例2与实施例1同步进行，不同之处在于，61天起，改为连续流运行，进水氨氮浓度为940-950mg/L，进水pH在8.0-8.2，水力停留时间为24h ;控制曝气气水比为
6.6-6.7，使填料处于流化状态且溶解氧在2.5-3.0mg/L,搅拌功率为3_4W/m3 ;沉淀池硝化液进行回流，回流比为35% ;反应器内悬浮污泥浓度平均为28.4mg/L ;至69天，工况稳定后，氨氧化率52%，此时亚硝酸盐积累率为88% ;减少气水比，控制为6.3-6.6，至74天，亚硝酸盐积累率恢复至94%，此时，反应器出水氨氮与亚硝酸盐氮比值平均值为1.19 ;目前，反应器稳定运行超过了 400天，处理效果良好，亚硝酸盐积累率始终大于90%，氨氮氧化膜面负荷达到了 2.45gN/m2/d，持续为厌氧氨氧化工艺提供稳定进水。
[0032]实施例3:
[0033]MBBR工艺所用悬浮填料比表面积≥620m2/m3,比重为0.96-0.99，直径25cm，厚IOcm,反应器容积10m3，投加悬浮填料5.0m3,填充率50% ；
[0034]接种某污水处理厂曝气池活性污泥，接种后污泥浓度2.52g/L，反应器的的氨氮去除负荷为0.058kgN/kgMLSS/d ;接种后采用间歇方式运行,水温为26.5°C,进水氨氮浓度为170-190mg/L，进水pH为1.8-8.0,曝气气水比为6.1-6.3，当反应器内氨氮小于IOmg/L时停止反应，将水及污泥全部排出，重复运行，经过50个周期，氨氮氧化膜面负荷达到
0.71gN/m2/d ；
[0035]从51周期开始，控制曝气气水比为5.4-5.8，控制溶解氧为2.0-2.4mg/L，其它运行条件不变，至100周期，亚硝酸盐积累率达到92% ； [0036]经过100周期(50天)，亚硝酸盐积累率达到了 92%，从101天起，改为连续流运行，进水氨氮浓度为540-550mg/L，进水pH在7.9-8.2，水力停留时间为12h ;控制曝气气水比为5.4-5.8，使填料处于流化状态且溶解氧在2.0-2.4mg/L，搅拌功率为3_4W/m3 ;沉淀池硝化液进行回流，回流比为30% ;反应器内悬浮污泥浓度平均为26.lmg/L ;至106天，工况稳定后，氨氧化率56%，此时亚硝酸盐积累率为86%。减少气水比，控制为5.0-5.3，至128天，亚硝酸盐积累率恢复至96%，此时，反应器出水氨氮与亚硝酸盐氮比值平均值为1.19。目前，反应器稳定运行超过了 400天，处理效果良好，亚硝酸盐积累率始终大于90%，氨氮氧化膜面负荷达到了 3.00gN/m2/d，持续为厌氧氨氧化工艺提供稳定进水。
[0037]MBBR工艺的主要特点如下:
[0038]I)比表面积大。悬浮填料通过采用内部空心的结构方式，设置多道凹槽和网架，大大增加了填料的比表面积。通常悬浮填料的比表面积在500m2/m3以上，比表面积的增加，使填料表面附着的生物膜数量和浓度也大为增加；
[0039]2)反应形态好。悬浮填料在反应器内处于流化状态，其反应形态类似于完全混合反应器，填料与气、水接触比较充分，提高了填料上的生物膜与水中营养物质的传质作用，与其它固定床填料相比，悬浮填料层基本没有水头损失，有利于布水、布气的均匀性。另外，在流化状态下，老化的生物膜可通过水力冲刷自动脱落，促进了生物膜的更新；
[0040]3)氧利用率高。通过填料层分割作用以及填料不断与水流和气流的接触，可以大大提高氧的利用率。对不同填料投加率时穿孔曝气系统的充氧性能进行了比较，发现在填料的投配率条件下，曝气系统的氧传递系数可由不加填料时的4.4%增加为9.7% ；[0041]4)生物选择性好。由于填料的结构，给了微生物不同梯度溶解氧的微环境，在溶液溶解氧较高时，仍能维持较好的短程硝化效果，有利于提高反应速率，提高处理负荷，减少占地；且流化促进生物膜更新，控制生物膜泥龄，防止亚硝酸盐氧化菌的富集；
[0042]5)另外，悬浮填料可以直接投加在水池中，不需任何支架及安装工程，投加和更新也十分方便。在实际运行中，悬浮填料在流化过程中不易出现结团和堵塞现象，不需要反冲洗设施，管理和维护工作也比较简单。
[0043]上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
[0044]需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保 护范围内。
【权利要求】
1.一种基于MBBR的厌氧氨氧化工艺预处理方法，其特征在于包括以下步骤: .1)选用生物填料进行填充，该生物填料比表面积大于500m2/m3，呈圆柱状，挂膜前填料比重为0.96-0.99，孔隙率> 90%，填料的填充率为15-55% ； .2)接种启动:该接种启动在水温15-35°C时进行，接种污水处理厂曝气池活性污泥，接种后反应器内污泥浓度> 2.0g/L,反应器氨氮去除负荷> 0.05kgN/kgMLSS/d ;将接种污泥投入反应器后充分与生物填料混合，采用间歇方式运行，控制进水氨氮浓度为100-500mg/L,进水pH为7.8-8.2，曝气气水比为6.0-10.0,曝气运行直至反应器内氨氮小于10mg/L，反应停止后将水及污泥全部排出，进入下一周期，重复此运行方式，直到周期内氨氮氧化膜面负荷> 0.60gN/m2/d ； .3)MBBR短程硝化启动:该MBBR短程硝化启动在水温15-35 V时进行，当间歇运行周期内的氨氮氧化膜面负荷> 0.60gN/m2/d后,继续采用间歇方式运行,进水氨氮浓度为100-500mg/L，进水pH在7.8-8.2 ;通过控制曝气气水比为3.0-8.0，使填料处于流化状态且溶解氧在1.5-3.5mg/L ;曝气运行直至出水氨氮小于20mg/L，反应停止后将水全部排出，通过此间歇运行方式运行直至周期内，亚硝酸盐积累率> 90% ； .4)MBBR短程硝化连续流运行:该MBBR短程硝化连续流运行在水温15_35°C时进行，当间歇方式运行周期内亚硝酸盐积累率90%后，转为连续流运行，水力停留时间与间歇方式运行亚硝酸盐积累率> 90%时的停留时间相同，进水氨氮浓度为100-1000mg/L，进水pH在7.6-8.2 ;控制曝气气水比为4.0-8.0，使填料处于流化状态且溶解氧在1.2-3.5mg/L，搅拌功率为3-5W/m3 ;设置沉淀池，沉淀池硝化液进行回流，回流比为30-50%，以控制反应器内悬浮污泥浓度小于30mg/L ;当氨氮氧化率〈50%时，延长水力停留时间，每次延长不超过.0.5h ;当氨 氮氧化率>60%时，缩短水力停留时间，每次缩短不超过0.5h ;当氨氮氧化率在50-60%，亚硝酸盐积累率.90%时，降低曝气量，每次降低不超过原曝气量的10% ;运行反应器直至氨氮氧化率在50-60%，且亚硝酸盐积累率> 90%,此时反应器出水氨氮与亚硝酸盐氮比值在1.0-1.3，氨氮氧化膜面负荷达到1.50gN/m2/d以上。
【文档编号】C02F3/12GK103739063SQ201310728747
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】刘曙, 吴迪, 刘飞, 王存峰, 于振滨 申请人:青岛思普润水处理有限公司