一种基于MBBR的高效自养脱氮系统及运行方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于MBBR的高效自养脱氮系统及运行方法，属于废水生物脱氮技术领域。解决了现有技术中相关系统接种量过多、启动时间长、脱氮效率低、系统易受进水有机物影响等问题。本发明专利技术将反硝化同一段式自养脱氮耦合，反硝化池前置，自养脱氮出水回流，第一阶段实现硝酸盐和有机物的去除，第二阶段进行自养脱氮。本发明专利技术可实现三种运行模式，分别为并联运行模式、双系列A运行模式和双系列B运行模式，通过连通阀控制四个反应池出水方向实现反应池串联、并列或单独运行；通过接种、流加等手段实现自养脱氮工艺的快速启动；根据处理要求，实现不同的工艺布置形式。本发明专利技术具有接种比例小、启动快、脱氮效率高、对进水有机物耐受性好等优点。

An efficient autotrophic denitrification system and its operation method based on MBBR

The invention discloses an efficient autotrophic denitrification system and operation method based on MBBR, belonging to the technical field of wastewater biological denitrification. The problems of excessive inoculation, long start-up time, low denitrification efficiency and vulnerability of the system to influent organic matter in the existing technology are solved. The invention couples denitrification with one-stage autotrophic denitrification, pre-positioned denitrification tank, reflux of autotrophic denitrification effluent, realizes the removal of nitrate and organic matter in the first stage, and carries out autotrophic denitrification in the second stage. The invention can realize three operation modes, namely parallel operation mode, double series A operation mode and double series B operation mode, realize the series, parallel or separate operation of the reaction pool by controlling the outlet direction of the four reaction pools through a connecting valve, realize the rapid start-up of the autotrophic denitrification process by inoculation, fed-batch and other means, and realize different process arrangement forms according to the processing requirements. The invention has the advantages of small inoculation proportion, fast start-up, high denitrification efficiency and good tolerance to influent organic matter.

【技术实现步骤摘要】
一种基于MBBR的高效自养脱氮系统及运行方法
本专利技术属于废水生物脱氮
，具体涉及一种基于MBBR的高效自养脱氮系统及运行方法。
技术介绍
20世纪90年代，在发现厌氧氨氧化现象的同时，人们意识到一种新型自养脱氮工艺，在缺氧条件下，以浮霉目细菌为代表的微生物直接以亚硝酸盐为电子受体，二氧化碳为主要碳源，将氨氮氧化成氮气的生物脱氮工艺，由于传统生物脱氮工艺在处理高氨氮低C/N废水时常因缺乏碳源而限制了脱氮性能，需额外添加有机物，从而提高了运行成本且易造成二次污染风险，不利于系统安全经济的运行，自养脱氮工艺，相比传统的硝化反硝化工艺具有较多有点，首先，自养脱氮工艺中的厌氧氨氧化反应需要部分亚硝化作为前处理工艺，根据其化学计量关系，理论上可节省62.5％的供养动力消耗，并且其无需额外投加有机碳源，节省了100％的外加碳源所增加的运行费用，再者，其污泥产量少，节省了污泥处置费用，最后，不但可以减少二氧化碳等温室气体的过量排放，反而可以消耗二氧化碳，然而自养脱氮工艺理论上的总氮去除率为89％，对于出水总氮要求较高的项目可能难以保证出水达标。为了进一步提升总氮去除率，反硝化耦合自养脱氮技术受到人们的广泛关注，主要工艺形式分为前置反硝化和后置反硝化，对于大多数废水，进水中或多或少会含有一部分有机碳源，在利用后置联合形式时，有机物首先进入自养脱氮阶段，可能会对其造成影响，因此有研究者将反硝化阶段前置，设置出水回流，在第一阶段实现硝酸盐和有机物的去除，与后置反硝化相比，这种联合方式出水有机物更容易控制，可以通过自养脱氮区曝气量或溶解氧的调控，去除大部分有机物，同时提高总氮去除率，但是，当前绝大多数前置反硝化工艺采用的是颗粒污泥或缺氧污泥，出水需进行泥水分离，长期运行易导致污泥产量过大，需经常排泥，另外，污泥易随出水进入后续处理系统对后续工艺产生影响，且容易发生污泥膨胀现象，因此难以长期稳定运行。而生物膜法的前置反硝化工艺相比活性污泥法工艺微生物群落更加丰富，物种多样性更为稳定；生物膜脱落后易形成颗粒较大且具有良好沉降性能的絮体，且具有较好的沉降性能，易固液分离；另外，生物膜法一般不需要污泥回流，能耗较低，易于维护和管理且不存在污泥膨胀问题。受限于纯膜法前置反硝化工艺启动及稳定运行所需技术瓶颈，纯膜反硝化至今仍缺乏大规模工程化应用。当前关于一段式自养脱氮相关工艺的研究多停留在实验室级别，主要原因为自养脱氮工艺的两种功能微生物氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(AnAOB)，生长非常缓慢，倍增时间较长，难以维持较高生物浓度，且AnAOB极易受到进水中有机物等抑制因素的影响而降低活性；AOB是好氧菌，AnAOB是厌氧菌，过高的溶解氧会抑制AnAOB，过低的溶解氧无法保证氨氮向亚硝酸盐转化，亚硝酸盐过低会导致AnAOB基质不足，生长受到抑制。另外，当前的大多数一段式自养脱氮工艺系统也多采用颗粒污泥形式，导致其对溶解氧的耐受性较低(多为1mg/L以下)，稍高溶解氧即容易对AnAOB产生抑制，甚至使系统崩溃。另外，一段式自养脱氮颗粒污泥工艺难以实现絮状污泥的硝化性能和颗粒污泥厌氧氨氧化菌活性之间的协同，同时污泥上浮会造成厌氧氨氧化菌脱落和系统性能恶化。鉴于此工艺弊端，能否找到合适的自养脱氮工艺形式并快速启动且高负荷稳定运行是该工艺成为工程应用的关键。现有技术相关方面的研究报道主要有：王刚等(王刚.基于同时亚硝化/厌氧氨氧化/反硝化(SNAD)技术的污泥消化液脱氮工艺研究[D].大连理工大学,2017.)采用先启动串联亚硝化-厌氧氨氧化后再启动SNAD的方式处理实际工程污泥消化液，启动过程先调试启动亚硝化过程，得到稳定的适合厌氧氨氧化过程的出水后，再分批次的向厌氧氨氧化池中接种另外两个中试反应器(分别提供种源污泥和挂膜填料)预先培养的厌氧氨氧化污泥和挂膜MBBR填料，待厌氧氨氧化池培养得较多的厌氧氨氧化污泥后，将亚硝化池污泥和厌氧氨氧化池的污泥及填料混合，两池启动SNAD一体式工艺。该项目SNAD池填料填充率35％，整个启动过程共向厌氧氨氧化池接种厌氧氨氧化污泥(干重)20kg，核算污泥浓度200mg/L，挂膜填料25m3，核算填料接种率约9％，自启动到获得稳定的串联亚硝化-厌氧氨氧化即用时超过340d，之后又花费两个月时间完成一体式SNAD启动，总计启动时间约400d，总氮去除率约70％，启动成功后SNAD池DO0.3-0.8mg/L。该启动方法过程繁琐，需两个中试反应器不断为工程项目接种种源污泥和挂膜填料，用时长且总氮去除率低，对于种源生物量需求大，难以实现长期多个项目大体量扩增，启动成功后SNAD池溶解氧较低，难以耐受高DO对系统的冲击。付昆明等(付昆明,张杰,曹相生,等.好氧条件下CANON工艺的启动研究[J].环境科学,2009,30(6):1689-1694.)，以海绵为填料，研究了CANON工艺直接在好氧条件下的启动。启动过程中,控制温度在35℃±1℃，pH7.39-8.01之间。部分亚硝化在60d得以建立，连续运行至160d时，厌氧氨氧化作用开始逐步显现，到210d时，TN去除负荷达到1.22kgN/m3/d，TN去除率维持在约70％，成功地在好氧条件下启动了CANON工艺，该启动方法用时较长，总氮去除率较低，对于改造周期紧张、出水总氮要求高的工程项目应用性不大，且海绵填料在实际运行过程中易磨损，待其生物膜形成一定厚度时易发生堵塞导致传质下降或填料变沉阻碍流化，对于工程化能否稳定运行存在一定风险。李慧博等(李慧博,王银爽,丁娟等.ANITAMox自养脱氮MBBR反应器的启动及运行[J].中国给水排水,2014,30(5):1-5.)采用接种法启动CANON工艺处理厌氧污泥消化液。接种填料的总面积比3％启动50m3的反应器，经过120d的运行(不含短程硝化启动)，稳定期的总氮去除容积负荷为0.7～1.1kgN/m3/d，经核算，其总氮表面负荷在1.29～2.05gN/m2/d。该技术虽接种率较低，启动时间较快，但稳定期系统去除的NH4+-N和生成的NO3--N之比为8％-15％，和化学定比(11％)有一定差距，一般来说，系统进水含有一定BOD5会导致反硝化现象的产生导致该比值偏小，而系统中存在一定的亚硝酸盐氧化菌(NOB)，则会使该比值偏大，值得注意的是，NOB的存在将同AnAOB争夺亚硝酸盐基质使AnAOB缺乏合适基质比而造成系统崩溃；另外，该技术所用进水氨氮浓度较高且水量较大导致总氮去除负荷不低，但是出水氨氮浓度仍然达到150mg/L左右，无法接近更高处理要求，需其他工艺继续处理。CN108083581A公开了一种低能耗自养脱氮市政污水处理系统及方法，其采用串联厌氧脱碳-自养脱氮形式先接种污水处理厂剩余污泥启动厌氧除碳反应器，涉及的厌氧脱碳反应器启动过程需60-90d，之后涉及的启动自养脱氮反应器过程需先整池接种3000mg/L的厌氧氨氧化污泥进行前期厌氧启动，并人工配水满足厌氧氨氧化菌基质需求，该反应器启动过程需90-120d，整个工艺启动需150-210d，该方法前置厌氧脱碳池采用污泥系统，长期运行易出现污泥进入后段处理系统，对整个工艺造成影响，且容易发生污泥膨胀、另外，该方法对厌氧氨氧化菌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MBBR的高效自养脱氮系统，其包括中心井、反应池主体、回流装置、连通装置及曝气装置，其特征在于：所述的反应池主体为两排两列四个反应池，分别为第一反应池、第二反应池、第三反应池和第四反应池，其中，第一反应池和第四反应池为一排且位于底部，第一反应池和第二反应池为一列；所述的中心井位于所述的四个反应池对角连线的中心处，其包括反硝化池、配水井及出水井，三者为同心圆池体，且由内向外依次为反硝化池、配水井及出水井；所述的反硝化池的进水口连接有总进水管路，待处理污水经所述的总进水管路进入所述反硝化池的底部，所述的反硝化池的池体上部设置有拦截筛网；待处理污水经所述反硝化池池体上部的拦截筛网进入所述配水井，所述的配水井与每个反应池之间连通，并用于向每个反应池内进水，所述配水井底部设置有第一排泥口；所述的出水井用于收集四个反应池的出水，并经所述出水井上部的出水管路排出，所述的出水井底部设置有第二排泥口；在每个反应池的出水口处均设置有拦截筛网；所述的第一反应池和第二反应池、第二反应池和第三反应池、第三反应池和第四反应池、第四反应池和第一反应池之间分别通过第一连接管路、第二连接管路、第三连接管路及第四连接管路连接；所述的连通装置包括连通阀，所述的连通阀包括位于第一连接管路上的第一连通阀、位于第二连接管路上的第二连通阀、位于第三连接管路上的第三连通阀及位于第四连接管路上的第四连通阀；靠近中心井的所述第一反应池和第四反应池的侧上方分别设置有第一进水口和第四进水口，靠近中心井的所述第二反应池和第三反应池的侧下方分别设置有第二进水口和第三进水口，通过所述第一进水口、第二进水口、第三进水口和第四进水口分别向第一反应池、第二反应池、第三反应池和第四反应池内进水；在所述的反硝化池内部及每个反应池内部均设置有搅拌装置；所述的回流装置，包括回流泵，其设置在所述的出水井底部连接的回流管上，所述的回流管的另一端通入所述的反硝化池；所述的曝气装置分布在每个反应池内，且在反硝化池及每个反应池内均投加有悬浮载体。...

【技术特征摘要】
1.一种基于MBBR的高效自养脱氮系统，其包括中心井、反应池主体、回流装置、连通装置及曝气装置，其特征在于：所述的反应池主体为两排两列四个反应池，分别为第一反应池、第二反应池、第三反应池和第四反应池，其中，第一反应池和第四反应池为一排且位于底部，第一反应池和第二反应池为一列；所述的中心井位于所述的四个反应池对角连线的中心处，其包括反硝化池、配水井及出水井，三者为同心圆池体，且由内向外依次为反硝化池、配水井及出水井；所述的反硝化池的进水口连接有总进水管路，待处理污水经所述的总进水管路进入所述反硝化池的底部，所述的反硝化池的池体上部设置有拦截筛网；待处理污水经所述反硝化池池体上部的拦截筛网进入所述配水井，所述的配水井与每个反应池之间连通，并用于向每个反应池内进水，所述配水井底部设置有第一排泥口；所述的出水井用于收集四个反应池的出水，并经所述出水井上部的出水管路排出，所述的出水井底部设置有第二排泥口；在每个反应池的出水口处均设置有拦截筛网；所述的第一反应池和第二反应池、第二反应池和第三反应池、第三反应池和第四反应池、第四反应池和第一反应池之间分别通过第一连接管路、第二连接管路、第三连接管路及第四连接管路连接；所述的连通装置包括连通阀，所述的连通阀包括位于第一连接管路上的第一连通阀、位于第二连接管路上的第二连通阀、位于第三连接管路上的第三连通阀及位于第四连接管路上的第四连通阀；靠近中心井的所述第一反应池和第四反应池的侧上方分别设置有第一进水口和第四进水口，靠近中心井的所述第二反应池和第三反应池的侧下方分别设置有第二进水口和第三进水口，通过所述第一进水口、第二进水口、第三进水口和第四进水口分别向第一反应池、第二反应池、第三反应池和第四反应池内进水；在所述的反硝化池内部及每个反应池内部均设置有搅拌装置；所述的回流装置，包括回流泵，其设置在所述的出水井底部连接的回流管上，所述的回流管的另一端通入所述的反硝化池；所述的曝气装置分布在每个反应池内，且在反硝化池及每个反应池内均投加有悬浮载体。2.根据权利要求1所述的一种基于MBBR的高效自养脱氮系统，其特征在于：所述的第一进水口、第二进水口、第三进水口和第四进水口分别通过第一进水管路、第二进水管路、第三进水管路和第四进水管路与所述的配水井连接，且在所述第一进水管路上设置有第一进水阀，第二进水管路上设置第二进水阀，第三进水管路上设置第三进水阀，第四进水管路上设置第四进水阀；所述的拦截筛网包括第一拦截筛网、第二拦截筛网、第三拦截筛网及第四拦截筛网，所述的第一拦截筛网、第二拦截筛网、第三拦截筛网、第四拦截筛网分别位于第一反应池、第二反应池、第三反应池及第四反应池内。3.根据权利要求1所述的一种基于MBBR的高效自养脱氮系统，其特征在于：每个反应池内的曝气装置均是由多组穿孔曝气管和微孔曝气管组成。4.根据权利要求2所述的一种基于MBBR的高效自养脱氮系统，其特征在于：第一反应池、第二反应池、第三反应池、第四反应池的出水端分别通过第一出水管路、第二出水管路、第三出水管路及第四出水管路与所述的出水井连接，且在第一出水管路、第二出水...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴迪，韩文杰，周家中，管勇杰，
申请(专利权)人：青岛思普润水处理股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37