CN111115822B - 基于mbbr的pn/a一体化自养脱氮***及快速启动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于MBBR的PN/A一体化自养脱氮***及快速启动方法，属于废水生物脱氮技术领域。其包括反应池、搅拌装置、曝气装置、气液两相分离器、总进水管及总出水管，反应池包括自下而上排布的好氧反应池和厌氧反应池，好氧反应池和厌氧反应池之间设置有隔离板，隔离板上设置有过水口，在过水口处设置有拦截筛网；曝气装置位于好氧反应池的底部，搅拌装置位于厌氧反应池内，气液两相分离器位于厌氧反应池内，且呈倒漏斗状，气液两相分离器的底部进气口平面直径与厌氧反应池的直径之差≤1cm，气液两相分离器的底部与隔离板的距离之差≤1cm。本发明***有效节省了占地面积、运行简单、抗冲击性强。
Description
技术领域
本发明属于废水生物脱氮技术领域，具体涉及一种基于MBBR的PN/A一体化的自养脱氮***及快速启动方法。
背景技术
目前，随着对氮转化的深入认识，增大生物脱氮的应用性，研究者们提出了新的生物脱氮方式，如部分短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)，与传统生物脱氮技术相比，该方法短程硝化将氨氮氧化成亚氮，节约了约60％的氧需求，有效降低了能耗及投资费用；厌氧氨氧化过程以铵盐作为电子供体，以亚硝酸盐作为电子受体，使得氨氮与亚氮结合形成氮气，无需外加碳源，节约处理成本。该方法具有高效处理效果、节约能耗、降低成本、减少污泥产量、无需外加碳源的优点，从而受到越来越多的青睐。
目前PN/A生物脱氮方法主要分为2段式工艺，即将二个反应设置在2个反应器内串联运行，具有操作简单、运行方便、工艺参数易控制等优点，但是由于双反应器分开运行，使得2段式处理工艺存在占地大，工艺流程复杂的缺点。
现有技术相关方面的研究报道主要有：
CN102557356A公布了一种半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺和方法，其包括顺序串联的原水水箱、除有机物SBR反应器、第一调节水箱、半短程硝化SBR反应器、第二调节水箱和自养脱氮UASB反应器。该方法设置了短程硝化/厌氧氨氧化双反应器串联，使得占地面积大。
CN103435227A公布了一种SBR短程硝化-SBBR厌氧氨氧化组合垃圾渗滤液生物脱氮装置与方法，其装置由SBR(A)、一体化水箱(B)、和SBBR(C)串联而成，SBR反应器主要进行短程硝化反应，SBBR反应器主要进行厌氧氨氧化反应，渗滤液原液首先与SBBR出水回流液混合后进入SBR进行反硝化，既可以稀释渗滤液原液，又可以充分利用原水中的碳源去除出水中的部分硝态氮，然后SBR的出水再与渗滤液原液混合进入SBBR进行厌氧氨氧化-反硝化同步脱氮反应，实现氮和COD的同步去除。该装置由多个反应器串联，在实际工程应用中，造成工艺流程复杂、占地大的缺点。
CN209537089U公布了一种两级式自养脱氮工艺装置，其装置按污水流向依次包括污水存储池、与污水存储池相连的PN反应器和与PN反应器相连的AMX反应器，PN反应器进行短程硝化，使得部分氨氮硝化成亚氮，出水进入AMX反应器进行厌氧氨氧化，从而实现生物自养脱氮。所述PN反应器底部设有控制供氧量的风机，还包括调控***。该装置可在线实时监测***提供的进出水水质信息和定期输入的工艺脱氮能力预评估结果，但是由于两级反应器串联，具有应用过程占地大，分级控制等缺点。
CN103979683A介绍了一体式膨胀颗粒污泥床-膜生物反应器全程自养脱氮装置及其工艺，装置包括反应器主体、气/液分离槽、三相分离装置、膜组件、空气泵、空气流量计、穿孔曝气管、进水泵、回流泵和出水泵等组成部分，反应器下部为自养脱氮区，上部为膜过滤分离区，污水进水首先经全程自养脱氮功能区完成脱氮，然后经膜过滤获得清洁出水。该装置为一体化脱氮装置，虽然节省占地，但是利用活性污泥进行自养脱氮反应，其出水需要通过膜分离器进行净化，而膜分离器需要进行反冲洗，易造成堵塞。
通过以上现有工艺方法研究发现：当前存在的高氨氮PN/A生物脱氮装置主要为2段式双反应器串联，具有占地面积大的缺点，且多采用活性污泥***，其出水需经二沉池或膜分离，具有占地大或需反冲洗的缺点，所以急需一种操作简便、能节约占地面积的PN/A一体化装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于MBBR的PN/A一体化自养脱氮***及快速启动方法，其有效节省了占地面积、运行简单、抗冲击性强。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于MBBR的PN/A一体化自养脱氮***，其包括反应池、搅拌装置、曝气装置、气液两相分离器、总进水管及总出水管，所述的反应池包括自下而上排布的好氧反应池和厌氧反应池，所述的好氧反应池和厌氧反应池之间设置有隔离板，所述的隔离板上设置有过水口，在所述的过水口处设置有拦截筛网；
所述的曝气装置位于所述的好氧反应池的底部；
所述的搅拌装置位于所述的厌氧反应池内；
所述的气液两相分离器位于所述的厌氧反应池内，且呈倒漏斗状，所述气液两相分离器的底部进气口平面直径与所述的厌氧反应池的直径之差≤1cm，所述的气液两相分离器的底部与所述的隔离板的距离之差≤1cm。
作为本发明的一个优选方案，上述的总进水管位于上述好氧反应池的底部，上述的总出水管位于上述的厌氧反应池的上部。
作为本发明的另一个优选方案，上述的搅拌装置包括潜水搅拌器，上述的拦截筛网设置有多个。
上述的曝气装置包括铺设在所述的好氧反应池底部的若干个曝气管。
本发明的另一任务在于提供上述一种基于MBBR的PN/A一体化自养脱氮***的快速启动方法，依次包括以下步骤：
a、启动准备，在好氧反应池及厌氧反应池内均投加悬浮载体，填充率20％-67％；好氧反应池及厌氧反应池内接种普通活性污泥，接种后好氧反应池及厌氧反应池内污泥浓度为3-5g/L；
b、亚硝化启动，控制好氧反应池DO在1.5-3.0mg/L，曝气强度>4m3/(m2·h)；控制厌氧反应池内的搅拌装置转速20-30r/min，连续进水使好氧反应池及厌氧反应池内污泥逐渐流失，直至好氧反应池及厌氧反应池内污泥浓度<0.5g/L，连续运行直至好氧反应池内氨氧化容积负荷>1.0kgN/(m3·d)，进入下一步；
c、厌氧氨氧化启动，向厌氧反应池内接种成熟的厌氧氨氧化悬浮载体，接种率为3-5％，向好氧反应池内连续进水；好氧反应池控制DO在0.5-2.0mg/L，曝气强度>2.0m3/(m2·h)；厌氧反应池控制搅拌装置转速20-30r/min；运行直至***的TN去除容积负荷>1.0kgN/(m3·d)，进入下一步；
d、PN/A稳定运行，连续进水，好氧反应池控制DO在2.0-4.0mg/L，曝气强度>5m3/(m2·h)，厌氧反应池控制搅拌装置转速30-45r/min，其出水经总出水管排出。
本发明一种基于MBBR的PN/A一体化自养脱氮***的工作原理为：
利用PN/A一体化自养脱氮***，可有效节省占地、运行操作简单；利用气液两相分离器，有效分离污水液、气两相，***内混合液经过好氧反应池进入厌氧反应池后携带的溶解氧经气液两相分离器分离，保证了厌氧反应池内的厌/缺氧环境；利用纯膜MBBR工艺加载PN/A工艺，无需碳源即可实现总氮的高负荷处理，使功能微生物富集于MBBR悬浮载体，无需外加二沉池及膜分离技术，节约占地、避免二次清洗；通过控制一体化***下部的好氧反应池DO和位于一体化***上部的厌氧反应池搅拌速率，保证总出水氨氮稳定达标。
与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：
1)节约占地，PN/A一体化自养脱氮***较2段式串联反应器，有效节省了占地，降低了投资运行成本。
2)***控制条件稳定，通过气液两相分离器可将好氧反应池出水携带的溶解氧排出***，维持厌氧反应池良好的厌/缺氧条件。
3)节能降耗，主要脱氮过程由传统硝化反硝化转变为自养脱氮技术，可节约60％的曝气费用和100％的外投碳源，脱氮不受进水C/N限制，适合高氨氮污水处理。
4)运行简单，抗冲击性强，PN/A一体化自养脱氮***基于MBBR工艺，对比活性污泥工艺无需设置污泥回流及二沉池、相比固定床工艺无需进行反冲洗，运行较为简单，同时，悬浮载体对功能微生物的强化富集使得***可承受较长时间水质和水量冲击而不影响出水效果。
5)启动迅速，***经过110d即可启动成功。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明一种基于MBBR的PN/A一体化自养脱氮***的俯视图；
图中，I1，总进水管；I2，总出水管；P，曝气装置；M，搅拌装置；F，气液两相分离器；S，拦截筛网；C，悬浮载体。
具体实施方式
本发明提出了一种基于MBBR的PN/A一体化自养脱氮***及快速启动方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
首先，对本发明中所涉及的相关技术术语解释如下：
1)PN/A：短程硝化/厌氧氨氧化(partial nitritation/anammox，PN/A)，短程硝化过程消耗57％氨氮至亚氮，厌氧氨氧化过程使得剩余43％氨氮与57％亚氮结合生成N2。
2)自养脱氮：该工艺是亚硝化和厌氧氨氧化(ANAMMOX)的统称，从而达到脱氮的目的；在好氧条件下，亚硝化细菌(AOB)将氨氮部分氧化成亚硝酸，产生的亚硝酸与部分剩余的氨氮在厌氧氨氧化菌(AnAOB)作用下发生厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应生成氮气，从而实现***脱氮。
3)短程硝化：即污水中的铵根(NH4 +-N)经AOB(亚硝化细菌)氧化为亚硝酸根(NO2 --N)的过程。
4)厌氧氨氧化：厌/缺氧条件下，由Anammox菌(厌氧氨氧化菌)作用，以铵根(NH4 +-N)为电子供体，亚硝酸根(NO2 --N)为电子受体，产生N2的过程。
5)MBBR：移动床生物膜反应器MBBR(Moving Bed Biofilm Reactor)，该方法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；
6)填充率：悬浮载体填充率，即悬浮载体的体积与填充区域池容的比例，悬浮载体的体积为自然堆积下的总体积；如100m3悬浮载体，填充至400m3池容，填充率为25％；
7)悬浮载体，比重在0.93-0.97，空隙率>90％，又称之为悬浮填料，简称载体、填料；
8)普通活性污泥：即污水厂生化池活性污泥，接种该污泥主要是初步获得AOB菌种，加速挂膜；
9)曝气强度：单位面积的曝气量，单位为m3/(m2·h)，包括微孔曝气和穿孔曝气两部分之和；如微孔曝气量为10m3/h，穿孔曝气量为5m3/h，反应器的底面积为5m2，曝气强度为(10+5)/5＝3m3/(m2·h)；
10)TN去除容积负荷：单位体积反应池每天去除的TN质量，kgN/(m3·d)；如PN/A反应池TN去除容积负荷＝(PN/A反应池进水TN浓度-PN/A反应池出水TN浓度)÷PN/A反应池总池容÷好氧反应池每日进水水量。
11)氨氧化容积负荷：进水经过好氧条件后氧化的氨氮总量占总进水中氨氮量的比值，％；如好氧反应池氨氮氧化率＝(好氧反应池进水氨氮浓度-厌氧反应池进水氨氮浓度)÷好氧反应池容÷好氧反应池每日进水水量；
12)TN去除表面负荷：单位填料有效比表面积每天去除的总氮质量，gN/(m2·d)；若进水TN 500mg/L，出水TN 100mg/L，进水流量为10m3/d，生物膜面积为2000m2，则TN去除表面负荷为(500-100)×10/2000＝2gN/(m2·d)；
本发明中所述及的曝气装置P，是指曝气管，其结构及使用方法借鉴现有技术即可实现。
本发明中所述及的搅拌装置M，其结构及使用方法借鉴现有技术即可实现。
如图1所示，本发明一种基于MBBR的PN/A一体化自养脱氮***，其包括反应池、搅拌装置、曝气装置、气液两相分离器F、总进水管I1及总出水管I2。
作为本发明的主要改进点，上述的反应池包括自下而上排布的好氧反应池和厌氧反应池，而现有技术中的反应池一般是呈并排排布的方式，本发明将厌氧反应池排布在好氧反应池上面，可以进一步减小其占地面积。
优选上述的好氧反应池和厌氧反应池二者池容相同，好氧反应池和厌氧反应池之间设置有隔离板，该隔离板上设置有过水口，在所述的过水口处设置有拦截筛网S，如拦截筛网S可以设置有多个，起到拦截其中悬浮载体C的作用；
曝气装置位于所述的好氧反应池的底部，如将曝气管铺设在好氧反应池的底部；
上述的搅拌装置位于厌氧反应池内，如设置多组潜水搅拌器；
上述的气液两相分离器位于厌氧反应池内，且呈倒漏斗状，气液两相分离器的底部进气口平面直径与厌氧反应池的直径之差≤1cm，气液两相分离器的底部与隔离板的距离之差≤1cm，使得好氧反应池内的水经过拦截筛网和过水口流出后经此流入至厌氧反应池，好氧反应池硝化反应产生的气体经气液两相分离器排出***：
上述的总进水管位于上述好氧反应池的底部，上述的总出水管位于上述的厌氧反应池的上部，***进水从好氧反应池流经厌氧反应池后，从厌氧反应池上部的总出水管排出。
下面对上述一种基于MBBR的PN/A一体化自养脱氮***的快速启动方法做详细说明。
具体步骤包括：
a、启动准备，在好氧反应池及厌氧反应池内均投加悬浮载体，填充率20％-67％；好氧反应池及厌氧反应池内接种普通活性污泥，接种后好氧反应池及厌氧反应池内污泥浓度为3-5g/L；
b、亚硝化启动，控制好氧反应池DO在1.5-3.0mg/L，曝气强度>4m3/(m2·h)；控制厌氧反应池内的搅拌装置转速20-30r/min，连续进水使好氧反应池及厌氧反应池内污泥逐渐流失，直至好氧反应池及厌氧反应池内污泥浓度<0.5g/L，连续运行直至好氧反应池内氨氧化容积负荷>1.0kgN/(m3·d)，进入下一步；
c、厌氧氨氧化启动，向厌氧反应池内接种成熟的厌氧氨氧化悬浮载体，接种率为3-5％，向好氧反应池内连续进水；好氧反应池控制DO在0.5-2.0mg/L，曝气强度>2.0m3/(m2·h)；厌氧反应池控制搅拌装置转速20-30r/min；运行直至***的TN去除容积负荷>1.0kgN/(m3·d)，进入下一步；
d、PN/A稳定运行，连续进水，好氧反应池控制DO在2.0-4.0mg/L，曝气强度>5m3/(m2·h)，厌氧反应池控制搅拌装置转速30-45r/min，其出水经总出水管排出。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
某一体化装置，进水氨氮、COD分别为450mg/L、320mg/L，水量300m3/d，采用基于MBBR的PN/A一体化自养脱氮***进行处理，装置总容积为60m3，在好氧反应池及厌氧反应池内均投加悬浮载体，填充率45％；好氧反应池及厌氧反应池内接种普通活性污泥，接种后好氧反应池及厌氧反应池内污泥浓度为4g/L；控制好氧反应池DO在2.3mg/L，曝气强度控制为4.7m3/(m2·h)，控制厌氧反应池内的搅拌装置转速为25r/min，进水水流自下而上，通过曝气保证装置下部好氧反应池内活性污泥及悬浮载体流化，通过搅拌保证装置上部的厌氧反应池内的活性污泥及悬浮载体流化，利用快速排泥法使好氧及厌氧反应池内污泥逐渐流失，直至好氧及厌氧反应池内污泥浓度为0.2g/L，运行直至好氧反应池内氨氧化容积负荷为1.7kgN/(m3·d)；向厌氧反应池接种成熟的厌氧氨氧化悬浮载体，接种率为4％，向好氧反应池内连续进水，好氧反应池控制DO在0.8mg/L，曝气强度为2.7m3/(m2·h)，厌氧反应池控制搅拌装置转速28r/min；运行101d至装置的TN去除容积负荷为1.5kgN/(m3·d)；好氧反应池连续进水，厌氧反应池控制搅拌装置转速40r/min，好氧反应池控制DO在3.4mg/L，曝气强度为5.9m3/(m2·h)，一体化***厌氧反应池出水氨氮和COD浓度分别为30mg/L、150mg/L，经总出水管排出。
实施例2：
某一体化装置，在好氧反应池及厌氧反应池内均投加悬浮载体，填充率38％；好氧反应池及厌氧反应池内接种普通活性污泥，接种后好氧及厌氧反应池内污泥浓度为3.9g/L；控制好氧反应池DO在2.1mg/L，曝气强度为4.2m3/(m2·h)；控制厌氧反应池内的搅拌装置转速23r/min，水流自下而上，通过曝气保证装置下部好氧反应池内活性污泥及悬浮载体流化，通过搅拌保证装置上部的厌氧反应池内的活性污泥及悬浮载体流化，利用快速排泥法使好氧及厌氧反应池内污泥逐渐流失，直至好氧及厌氧反应池内污泥浓度为0.37g/L，运行直至好氧反应池内氨氧化容积负荷为1.6kgN/(m3·d)；向厌氧反应池接种成熟的厌氧氨氧化悬浮载体，接种率为4.1％，向好氧反应池内连续进水，好氧反应池控制DO在0.9mg/L，曝气强度为3.1m3/(m2·h)，厌氧反应池控制搅拌装置转速30r/min；运行101d至装置的TN去除容积负荷为2.1kgN/(m3·d)；好氧反应池连续进水，厌氧反应池控制搅拌装置转速43r/min，好氧反应池控制DO在3.7mg/L，曝气强度为6.21m3/(m2·h)，一体化***厌氧反应池出水经总出水管排出。
本发明中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (4)
1.一种基于MBBR的PN/A一体化自养脱氮***的启动方法，采用一种基于MBBR的PN/A一体化自养脱氮***，所述***包括反应池、搅拌装置、曝气装置、气液两相分离器、总进水管及总出水管，其特征在于：
所述的反应池包括自下而上排布的好氧反应池和厌氧反应池，所述的好氧反应池和厌氧反应池之间设置有隔离板，所述的隔离板上设置有过水口，在所述的过水口处设置有拦截筛网；
所述的曝气装置位于所述的好氧反应池的底部；
所述的搅拌装置位于所述的厌氧反应池内；
所述的气液两相分离器位于所述的厌氧反应池内，且呈倒漏斗状，所述气液两相分离器的底部进气口平面直径与所述的厌氧反应池的直径之差≤1cm，所述的气液两相分离器的底部与所述的隔离板的距离之差≤1cm；
所述启动方法，依次包括以下步骤：
a、启动准备，在好氧反应池及厌氧反应池内均投加悬浮载体，填充率20%-67%；好氧反应池及厌氧反应池内接种普通活性污泥，接种后好氧反应池及厌氧反应池内污泥浓度为3-5g/L；
b、亚硝化启动，控制好氧反应池DO在1.5-3.0mg/L，曝气强度>4m3/（m2•h）；控制厌氧反应池内的搅拌装置转速20-30r/min，连续进水使好氧反应池及厌氧反应池内污泥逐渐流失，直至好氧反应池及厌氧反应池内污泥浓度<0.5g/L，连续运行直至好氧反应池内氨氧化容积负荷>1.0kgN/（m3•d），进入下一步；
c、厌氧氨氧化启动，向厌氧反应池内接种成熟的厌氧氨氧化悬浮载体，接种率为3-5%，向好氧反应池内连续进水；好氧反应池控制DO在0.5-2.0mg/L，曝气强度>2.0m3/（m2•h）；厌氧反应池控制搅拌装置转速20-30r/min；运行直至***的TN去除容积负荷>1.0kgN/（m3•d），进入下一步；
d、PN/A稳定运行，连续进水，好氧反应池控制DO在2.0-4.0mg/L，曝气强度>5m3/（m2•h），厌氧反应池控制搅拌装置转速30-45r/min，其出水经总出水管排出。
2.根据权利要求1所述的一种基于MBBR的PN/A一体化自养脱氮***的启动方法，其特征在于：所述的总进水管位于所述好氧反应池的底部，所述的总出水管位于所述的厌氧反应池的上部。
3.根据权利要求2所述的一种基于MBBR的PN/A一体化自养脱氮***的启动方法，其特征在于：所述的搅拌装置包括潜水搅拌器。
4.根据权利要求3所述的一种基于MBBR的PN/A一体化自养脱氮***的启动方法，其特征在于：所述的曝气装置包括铺设在所述的好氧反应池底部的若干个曝气管。
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