一种高效的生物膜同步硝化反硝化低碳污水脱氮工艺的制作方法

本发明涉及污水脱氮处理技术领域，特别涉及一种高效的生物膜同步硝化反硝化低碳污水脱氮工艺。

背景技术：

城镇污水处理厂尾水的过量氮排放是导致水环境中氮含量超标主要原因之一，因此随着人们环境保护意识的不断加强，污水处理厂尾水的排放标准被不断提高，污水处理中氮的去除率标准也被提高。随着社会城镇化的发展，城镇污水呈现出低碳化的趋势。而碳则是影响生物脱氮去除率的主要因素之一，低碳会导致生物脱氮过程中微生物缺少碳源，降低了脱氮效果，使得尾水难以满足排放要求，因此低碳污水的生物脱氮成了目前污水处理的主要问题。目前，污水的生物脱氮工艺多是利用葡萄糖、无水乙酸钠等外加液体碳源，用硝化菌在好氧池中将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，再用反硝化菌在厌氧池中将亚硝酸盐氮和硝酸盐氮还原成氮气，由此实现的低碳污水脱氮。该类传统生物脱氮工艺的硝化反应与反硝化反应是分开进行的，脱氮的流程复杂，且脱氮的周期也长，大大降低了脱氮效率。外加液体碳源导致其处理成本较高、运维繁琐。而且，外加液体碳源对处理的操作要求高，难以控制，存在尾水有机物超标的风险，工艺的稳定性差。此外，传统生物处理工艺不仅无法耐受低温等极端条件，也对进水水质波动的耐受性差，在低温、进水水质波动大等条件下脱氮的效果差，出水难以满足排放要求。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高效的生物膜同步硝化反硝化低碳污水脱氮工艺，其利用生物可降解聚合物作为mbbr中的固体碳源，不仅补充了微生物生长所需的碳源，无需外加液体碳源，还可充当生物膜的载体，通过附着在载体上的好氧与厌氧层生物膜实现snd过程，缩短了工艺流程，降低了成本。固体碳源可缓慢释放碳源，其提供的稳定电子供体提高了工艺的稳定性。利用耐低温hn-ad菌剂强化了工艺，提高了脱氮效率，hn-ad菌的富集也使得工艺具有耐低温、耐受进水波动、抗有毒物质等突出优点。

本发明的技术方案是：一种高效的生物膜同步硝化反硝化低碳污水脱氮工艺及装置，其特征在于，在移动床生物膜反应器mbbr中进行如下步骤：

1.一种高效的生物膜同步硝化反硝化低碳污水脱氮工艺，其特征在于，在移动床生物膜反应器mbbr中进行如下步骤：

1)、活性污泥挂膜启动

向mbbr的容腔中加入固体碳源填料，及浓度为3000～6000mg/l的活性污泥，固体碳源投加体积在mbbr容腔的有效体积中的占比为20～50％，开启mbbr进、出水口的阀门，使污水下进上出，保持连续进水，将mbbr恒温层的温度控制在25～35℃，容腔中液体的ph值控制在7.0～7.7，容腔中的水力停留时间hrt控制在35～45h，启动mbbr的搅拌桨搅动容腔中的液体使固体碳源呈流化状态，通过mbbr曝气盘的曝气使容腔积中污水的溶解氧do浓度控制在2.5～5.0mg/l；

保持mbbr容腔有效体积中的活性污泥浓度为2000～3500mg/l，在mbbr出水口取样测定出水水质，当测得出水氨氮浓度出现拐点时即为启动成功；

2)、挂膜稳定运行

启动成功后，每24小时对mbbr的出水取样检测一次，连续五天测得mbbr出水中的氨氮、总氮、cod浓度误差在5％以内，则该工艺的活性污泥挂膜阶段达到稳定运行状态；

3)、hn-ad菌剂生物强化

调整mbbr的hrt为12～18h，其余参数不变，向mbbr的容腔中加入由hn-ad菌剂和液态富集培养基组成的混合液，该混合液体积在mbbr容腔有效体积中的占比为5～40％，混合液中hn-ad菌剂与液态培养基的体积比为3:100～8:100；

每24小时检测一次mbbr容腔中废水的od值，当od值达到1.05～1.20并开始下降时，hn-ad菌剂在固体碳源表体的生物膜上的吸附接种完成；

4)、强化稳定运行

接种完成后，每24小时取样检测一次mbbr容腔中的液体及出水，当测得容腔中液体od值为0.20～0.25，且固体碳源上生物膜的厚度变厚、颜色加深，则hn-ad菌剂在固体碳源上挂膜成熟，当测得出水的化学需氧量cod小于50mg/l、氨氮浓度小于5mg/l、总氮浓度小于15mg/l，且连续五天测得的氨氮、cod、总氮浓度误差小于5％时，hn-ad菌剂的强化达到稳定运行。

进一步的，向mbbr容腔中加入的固体碳源为可生物降解材料。

进一步的，向mbbr容腔中加入的可生物降解材料为pcl、pbs、pla、phas、phb中的一种，或者由其中的至少两种相混合而成。

进一步的，所述步骤1)中，搅拌桨由mbbr的电机驱动搅动，该电机驱动的转速为180～240r/min。

进一步的，所述步骤3)中，hn-ad菌剂为耐高氨氮异养硝化-好氧反硝化的苍白杆菌，或者为可低温去除高氨氮的异养硝化-好氧反硝化的hn-ad复合菌剂。

进一步的，所述耐高氨氮异养硝化-好氧反硝化的苍白杆菌为tac-2。

进一步的，所述可低温去除高氨氮的异养硝化-好氧反硝化的hn-ad复合菌剂由贪铜菌swa1、粪产碱杆菌、不动杆菌和苍白杆菌tac-2复合而成，贪铜菌swa1、粪产碱杆菌、不动杆菌和苍白杆菌tac-2复合的比例为10～20％：5～20％：10～30％：20～50％。

进一步的，所述步骤3)中，液态富集培养基由硫酸铵2.61～4.41g/l、维氏盐溶液30～60ml/l相混合，并调节ph值至7.0～7.6，通过100～121℃高压蒸汽灭菌30～40min后制作而成。

进一步的，所述维氏盐溶液的组分包括：k2hpo43.0～6.0g/l，mgso47h2o1～3g/l，nacl2～4g/l，feso4·7h2o0.01～0.09g/l，mnso4·4h2o0.01～0.09g/l。

采用上述技术方案，实现了低碳污水的同步硝化反硝化脱氮过程，简化了工艺流程。mbbr即为移动床生物膜反应器，其可为脱氮提供完备的运行条件，所述mbbr包括壳体、搅拌桨、微孔曝气盘，所述壳体由呈中空结构的内壳、外壳组成，内壳与外壳之间设置恒温层，所述恒温层中设置恒温介质，一加热棒固定在壳体上并插入恒温介质中用于控制恒温介质的温度，所述壳体容腔的下端设置进水口，上端设置出水口，所述进水口、出水口分别设置调节阀，出水口处设置过滤网，所述搅拌桨下端的叶片位于壳体容腔内，搅拌桨的上端与一驱动电机的电机轴固定连接，所述驱动电机固定在壳体上，与壳体上设置的数控显示器电连接，所述微孔曝气盘固定在壳体容腔腔底的中央，微孔曝气盘的进气口连接鼓风机，所述壳体容腔中设有用于检测ph值的ph计，及用于检测do(溶解氧浓度)的溶解氧监测器。

mbbr可通过加热棒加热恒温介质以控制容腔中液体的温度，通过驱动电机可调节搅拌桨转动的速度，进水口的调节阀可控制hrt(水力停留时间)，曝气盘的曝气量由鼓风机控制。ph值与溶解氧浓度的检测也简单，工艺中各参数的控制简单有效。出水口处的过滤网可以去除悬浮物杂质，其包括脱落的生物膜、微生物絮凝团等等，由此提高了出水水质的澄清度。过滤网由生物膜工艺中常用的半软性填料与软性填料类材料构成，半软性填料材质为聚丙烯、聚乙烯等聚合材料，软性填料材质为醛化纤纶软丝等聚合材料，半软性填料为骨架，软性填料附着在半软性填料上形成过滤网。

该污水脱氮工艺在mbbr的容腔中便可完成，简化了脱氮流程，减少了脱氮所需的工艺流程，降低了成本。而且，其是通过生物膜同步硝化反硝化完成的脱氮，提高了脱氮效率。

并且，该脱氮工艺不必再用外加液体碳源，而是直接利用固体碳源为微生物生长提供碳源，固体碳源使用寿命长，碳源释放稳定，有利于有机物含量的控制，大大提高了脱氮的稳定性，避免了尾水有机物含量超标的情况。固体碳源不仅可提供稳定电子受体，还作为了生物膜载体，为微生物提供了稳定的附着环境，提供了稳定、充足的电子供体，提高了脱氮工艺稳定性。

同时，该脱氮工艺还通过步骤3)进行了生物强化，hn-ad菌具有生长周期短、耐低温、抗有毒物质等优点，其利用有机物快速生长，生长周期短，具有高效脱氮能力和有机物去除能力。由此使得工艺抗逆性更好，脱氮的效率更高，保证了工艺在进水水质波动较大、低温等情况下，其也能保持出水水质达标的稳定性。

所述步骤1)中，向mbbr容腔中加入的固体碳源为可生物降解材料。该可生物降解材料为pcl、pbs、pla、phas、phb中的一种，或者由其中的至少两种相混合而成。这些可生物降解材料均可为微生物提供稳定的碳源，也可作为附着载体。

所述步骤1)中，搅拌桨由mbbr的电机驱动搅动，该电机驱动的转速为180～240r/min，方便了搅拌桨转速的控制。

所述步骤3)中，hn-ad菌剂为耐高氨氮异养硝化-好氧反硝化的苍白杆菌，或者为可低温去除高氨氮的异养硝化-好氧反硝化的hn-ad复合菌剂。所述苍白杆菌为tac-2，即ochrobacterumsp.tac-2，其保藏号为cctccno:m2018028、公开号为cn109337832a，该菌能够在高氨氮、高盐度条件下的好氧环境中实现同步硝化反硝化脱氮的过程，有效去除高氨氮废水、高盐度废水中的总氮，尤其适用于去除高氨氮废水中的氨氮。所述hn-ad复合菌剂由贪铜菌swa1(cupriavidussp.swa1)、粪产碱杆菌(alcaligenesfaecalis)、不动杆菌(acinetobacter)和苍白杆菌tac-2(ochrobacterumsp.tac-2)复合而成，贪铜菌swa1、粪产碱杆菌、不动杆菌和苍白杆菌tac-2复合的比例为10～20％：5～20％：10～30％：20～50％。该复合菌剂的公开号为cn109082387a，该菌剂具有耐高氨氮、耐低温、耐重金属、具有同步硝化反硝化功能的特性，通过四种微生物协同作用，可在低温条件下的好氧环境中实现高氨氮废水高效脱氮。此外，上述菌剂均具有生长周期短的特点，可实现高效脱氮。

所述步骤3)中，液态富集培养基由硫酸铵2.61g～4.41g/l、维氏盐溶液30～60ml/l相混合，并调节ph值至7.0～7.6，通过100～121℃高压蒸汽灭菌30～40min后制作而成。所述维氏盐溶液的组分包括：k2hpo43.0～6.0g/l，mgso47h2o1～3g/l，nacl2～4g/l，feso4·7h2o0.01～0.09g/l，mnso4·4h2o0.01～0.09g/l。液态富集培养基主要是为hn-ad菌剂的生长提供养料。

本高效的生物膜同步硝化反硝化低碳污水脱氮工艺步骤简单、操作简便。其实现了低碳生活污水的深度脱氮，脱氮效率高、稳定性好，降低了工艺的运维和基建成本。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为高效的生物膜同步硝化反硝化低碳污水脱氮工艺流程图；

图2为mbbr的结构示意图。

附图中，1为壳体，2为恒温层，3为进水口，4为鼓风机，5为曝气盘，6为搅拌桨，7为出水口，8为固体碳源，9为驱动电机，10为数控显示器，11为加热棒，12为过滤网，13为容腔。

具体实施方式

以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

实施例1，一种高效的生物膜同步硝化反硝化低碳污水脱氮工艺，如图1、图2所示，在移动床生物膜反应器mbbr中进行如下步骤：

1)、活性污泥挂膜启动

向mbbr的容腔中加入固体碳源8填料，及浓度为3500～4500mg/l的活性污泥。固体碳源8为可生物降解材料，该可生物降解材料为pcl、pbs、pla、phas、phb中的一种，或者由其中的至少两种相混合而成。这些可生物降解材料均可为微生物提供稳定的碳源，也可作为附着载体。固体碳源8投加体积在mbbr容腔的有效体积中的占比为20～50％，开启mbbr进、出水口的阀门，使污水从下端进水口3流入容腔中并从上端出水口7流出，保持连续进水，将mbbr恒温层2的温度控制在15～35℃，容腔中液体的ph值控制在7.0～7.7，容腔13中的水力停留时间hrt控制在35～45h，再启动驱动电机9，使驱动电机9驱动mbbr的搅拌桨6以180～240r/min的转速搅动容腔中的液体，使固体碳源8呈悬浮流化状态，通过mbbr曝气盘5的曝气使容腔13有效体积中的溶解氧浓度do控制在2.5～5.0mg/l；

保持mbbr容腔有效体积中的活性污泥浓度为2000～3500mg/l，在mbbr出水口取样测定出水水质，当测得出水氨氮浓度出现拐点时即为启动成功。拐点即为出水氨氮浓度值出现急剧变化的时候。

2)、挂膜稳定运行

保持步骤1)mbbr的各参数不变，每24小时对mbbr的出水取样检测一次，连续五天测得mbbr出水中的氨氮、总氮、cod浓度误差在5％以内，则该工艺的活性污泥挂膜阶段达到稳定运行状态。

所述mbbr即为移动床生物膜反应器，其可为脱氮提供稳定的工艺参数，所述mbbr包括壳体1、搅拌桨6、微孔曝气盘5，所述壳体1由呈中空结构的内壳、外壳组成，内壳与外壳之间设置恒温层2，所述恒温层2中设置恒温介质，一加热棒11固定在壳体1上并插入恒温介质中用于控制恒温介质的温度，所述壳体1容腔13的下端设置进水口3，上端设置出水口7，所述进水口3、出水口7分别设置调节阀，出水口7处设置过滤网12，所述搅拌桨6下端的叶片位于壳体1容腔13内，搅拌桨6的上端与一驱动电机9的电机轴固定连接，所述驱动电机9固定在壳体1上，与壳体1上设置的数控显示器10电连接，所述微孔曝气盘5固定在壳体1容腔13腔底的中央，微孔曝气盘5的进气口连接鼓风机4，所述壳体1容腔13中设有用于检测ph值的ph计，及用于do(溶解氧浓度)的溶解氧监测器。mbbr可通过加热棒11加热恒温介质以控制容腔13中液体的温度，通过数控显示器10调节驱动电机9的转速，以调节搅拌桨6转动的速度，进水口3的调节阀可控制hrt(水力停留时间)，曝气盘5的曝气量由鼓风机4控制。

ph值与溶解氧浓度的检测也简单，工艺中各参数的控制简单有效。出水口7处的过滤网12可以去除悬浮物杂质，其包括脱落的生物膜、微生物絮凝团等等，由此提高了出水水质的澄清度。过滤网12由生物膜工艺中常用的半软性填料与软性填料类材料构成，半软性填料材质为聚丙烯、聚乙烯等聚合材料，软性填料材质为醛化纤纶软丝等聚合材料，半软性填料为骨架，软性填料附着在半软性填料上形成过滤网12。

生物可降解的固体碳源8可为微生物生长提供碳源，不必再用外加液体碳源，固体碳源使用寿命长，碳源释放稳定，也有利于碳源含量的控制，大大提高了脱氮的稳定性，避免了尾水有机物含量超标的情况。固体碳源8不仅可提供稳定电子受体，还作为了生物膜载体，为微生物提供了稳定的附着环境，提高了脱氮工艺稳定性。

3)、hn-ad菌剂生物强化

调整mbbr的hrt为12～18h，其余参数不变，向mbbr的容腔13中加入由hn-ad菌剂和液态富集培养基组成的混合液，该混合液体积在mbbr容腔13有效体积中的占比为5～40％，混合液中hn-ad菌剂与液态培养基的体积比为3:100～8:100。hn-ad菌剂为耐高氨氮异养硝化-好氧反硝化的苍白杆菌，或者为可低温去除高氨氮的异养硝化-好氧反硝化的hn-ad复合菌剂。所述苍白杆菌为tac-2，即ochrobacterumsp.tac-2，其保藏号为cctccno:m2018028、公开号为cn109337832a，该菌能够在高氨氮、高盐度条件下的好氧环境中实现同步硝化反硝化脱氮的过程，有效去除高氨氮废水、高盐度废水中的总氮，尤其适用于去除高氨氮废水中的氨氮。所述hn-ad复合菌剂由贪铜菌swa1(cupriavidussp.swa1)、粪产碱杆菌(alcaligenesfaecalis)、不动杆菌(acinetobacter)和苍白杆菌tac-2(ochrobacterumsp.tac-2)复合而成，贪铜菌swa1、粪产碱杆菌、不动杆菌和苍白杆菌tac-2复合的比例为10～20％：5～20％：10～30％：20～50％。该复合菌剂的公开号为cn109082387a，该菌剂具有耐高氨氮、耐低温、耐重金属、具有同步硝化反硝化功能的特性，通过四种微生物协同作用，可在低温条件下的好氧环境中实现高氨氮废水高效脱氮。此外，上述菌剂均具有生长周期短的特点，可实现高效脱氮。本实施例hn-ad菌剂选用ochrobacterumsp.tac-2苍白杆菌。液态富集培养基由硫酸铵2.61～4.41g/l、维氏盐溶液30～60ml/l相混合，并调节ph值至7.0～7.6，通过100～121℃高压蒸汽灭菌30～40min后制作而成。所述维氏盐溶液的组分包括：k2hpo43.0～6.0g/l，mgso47h2o1～3g/l，nacl2～4g/l，feso4·7h2o0.01～0.09g/l，mnso4·4h2o0.01～0.09g/l。液态富集培养基主要是为hn-ad菌剂的生长提供养料。

每24小时检测一次mbbr容腔中废水的od值，当od值达到1.05～1.20并开始下降时，hn-ad菌剂在固体碳源表体的生物膜上的吸附接种完成。

4)、强化稳定运行

接种完成后，每24小时取样检测一次mbbr容腔中的液体及出水，当测得容腔中液体od值为0.20～0.25，且固体碳源上生物膜的厚度变厚、颜色加深，则hn-ad菌剂在固体碳源上的挂膜成熟，当测得出水的化学需氧量cod小于50mg/l、氨氮浓度小于5mg/l、总氮浓度小于15mg/l，且连续五天测得的氨氮、总氮、cod浓度误差小于5％时，hn-ad菌剂的强化达到稳定运行，之后即进行连续污水处理。

hn-ad菌具有生长周期短、耐低温、抗有毒物质等优点，其利用有机物快速生长，生长周期短，具有高效脱氮能力和有机物去除能力。由此使得工艺抗逆性更好，脱氮的效率更高，保证了工艺在进水水质波动较大、低温等情况下，其也能保持出水水质达标的稳定性。

该脱氮工艺通过附着在载体上的厌氧或好氧层生物膜实现了污水的生物膜同步硝化反硝化，缩短了脱氮周期，提高了脱氮效率。该污水脱氮工艺在mbbr的容腔13中便可完成，减少了脱氮所需的反应工段，降低了成本。

本实施例中，固体碳源8选用pcl，mbbr容腔13中液体的do选择控制在2.5～3.5mg/l，mbbr恒温层2的温度选择控制在温度25℃～30℃，步骤3)中选择将hrt调整为16h。从mbbr进水口3流入的低碳城镇生活污水的水质参数为：cod230mg/l，nh4⁺-n60.7mg/l，tn81.6mg/l，硝态氮浓度12.9mg/l，磷酸盐浓度15.5mg/l的城镇生活污水，其经本工艺处理前后水质变化如表1：

实施例2

工艺的步骤1)中选用pbs作为固体碳源8，mbbr容腔13中液体的do选择控制在3.5～5.0mg/l，mbbr恒温层2的温度选择控制在温度30℃～35℃，步骤3)中选择将hrt调整为13h。从mbbr进水口3流入的低碳城镇生活污水的水质参数为：cod250mg/l，nh4⁺-n68.7mg/l，tn92.6mg/l，硝态氮浓度14.1mg/l，磷酸盐浓度10.5mg/l。其余步骤保持与实施例1一致，其经本工艺处理前后水质变化如表2：

由表1、表2可知，本高效的生物膜同步硝化反硝化低碳污水脱氮工艺可实现低碳污水高效、稳定的深度脱氮，其抗逆性好、操作简便、步骤简单且成本低，出水水质可达《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)的一级a标准。