CN103121753B - 一种厌氧氨氧化生物滤池的反冲洗方法 - Google Patents
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Abstract
一种厌氧氨氧化生物滤池反冲洗方法属于城市生活污水处理与再生领域，具体涉及厌氧氨氧化生物滤池堵塞问题及针对此问题提出的反冲洗策略。针对以火山岩等硬质填料为代表的生物滤池在运行过程中遇到的堵塞问题，提出一整套适用于厌氧氨氧化生物滤池的反冲洗方法，以进水端测压管水头作为反冲洗周期的指示参数，当进水端测压管水头与初始测压管水头比值大于等于2时，进行反冲；采用气-水联合方式进行反冲洗，依次进行气冲、气水冲、水冲；根据反冲后滤池的恢复性能调整反冲洗强度及时间，并给出了反冲洗参数的调整方法。采用反冲洗方式有效地解决了厌氧氨氧化生物滤池在运行过程中出现的堵塞问题，为以后其在实际工程中的运用提供理论支持。
Description
技术领域
本发明属于城市生活污水处理与再生领域，具体涉及厌氧氨氧化生物滤池堵塞问题及针对此问题提出的反冲洗策略。
背景技术
改革开放以来，中国在经济领域取得了举世瞩目的成就。然而，伴随经济腾飞的同时，以水污染为代表的环境问题也逐渐突出，成为制约中国进一步发展的重要因素，直接关系着经济、生态与人类的可持续发展。自1991年，国家每年发布中国环境公报，22年来我国的主要湖泊一直饱受氮磷引起的水体富营养化困扰，地表水及地下水也受到了氮磷污染及威胁，总体形势严峻。
城镇污水处理厂，作为水环境恢复的重要手段，其处理效果直接关系着水环境质量的改善水平。目前，普遍采用的传统脱氮除磷工艺存在固有缺欠。聚磷菌是短泥龄菌，而脱氮的自养菌、反硝化菌属长泥龄菌，其较大的差异使得难以同时兼顾脱氮和除磷效果；异养菌与自养菌的溶解氧需求不同，难以实现低能耗处理，提高了运行动力费用以提供溶解氧支持；反硝化及厌氧释磷均需消耗有机碳源，而生活污水的低碳氮比的特性难以同时满足，需人工投加有机碳源，提高运行药剂费用，难以实现低物耗处理，且有机碳源最终氧化为二氧化碳，成为温室气体变成二次污染源；生活污水碱度相对较低，硝化阶段碱度不足需人工投加碱度，反硝化阶段产生碱度造成碱度过剩，碱度不能实现有效综合利用。国家对于污水排放标准要求日趋严格，尤其是营养元素，一级A标准要求总氮小于15mg/L，这对基于传统脱氮除磷机理的工艺提出了极大挑战，很难实现经济、有效的去除。
上世纪末发现的厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation，ANAMMOX)是一种新型的生物脱氮途径，自养微生物在厌氧条件下直接以NH4 +为电子供体，NO2 -为电子受体，将其转变成N2的生物学过程。相比传统脱氮工艺，ANAMMOX具有无需外加有机和无机碳源，节省供氧能耗，污泥产量低，无二次污染等优点，因而其经济性及高效性引起了世界范围内的广泛关注，为污水生物脱氮提供了新思路。
ANAMMOX菌世代周期长，增殖速度缓慢，只有在细胞密度达到1010个/mL以上时才能显现活性，以火山岩等硬质填料为代表的生物滤池成为其理想的启动及运行载体，但在长期运行中发现，随着生物滤池的逐渐成熟及进水悬浮物影响，反应器出现局部堵塞，造成滤池内水力分布不均，局部位置出现死区，且堵塞逐渐由局部扩展到整个滤层，系统濒临崩溃，这给厌氧氨氧化生物滤池的实际工程运用提出了严峻的考验。
ANAMMOX生物滤池不同于普通生物滤池，由于ANAMMOX过程产生氮气，为保证氮气的顺利排出不至于在反应器内部形成气囊，阻碍反应器处理性能，因此采用上向流运行方式；滤料质量大，反冲洗难以形成较好的膨胀度，需采用气-水联合反冲，但厌氧氨氧化菌为厌氧菌，气冲对其造成一定程度的冲击，影响其恢复性能；滤池堵塞周期难以确定，且堵塞后仍能保持和接近原来滤速持续运行，但已不能反冲洗，只能重新填装；自养菌生长缓慢，反冲洗控制参数不适宜将严重影响反应器处理效果，短时间内难以恢复。急需提出一整套适用于厌氧氨氧化生物滤池的反冲洗策略，确定反冲洗周期的指示方法、反冲洗的控制方法、反冲洗的评价方法，以解决滤池堵塞问题。
发明内容
本发明旨在提供一整套适用于厌氧氨氧化生物滤池的反冲洗方法，确定反冲洗周期的指示方法、反冲洗的控制方法、反冲洗的评价方法，解决厌氧氨氧化滤池的堵塞问题。
一种厌氧氨氧化生物滤池的反冲洗方法，其特征是：
整个过程中相邻两次反冲洗时间间隔不小于10d。
首先恒定进水流量Q0运行时，当生物滤池连续5d总氮去除负荷增长不超过0.1kgN/m3/d且进水端测压管水头最大值与最小值之差小于5%，以5d内进水端测压管水头平均值作为生物滤池的初始测压管水头H0；当改变进水流量为Q1时，对初始测压管水头进行修正，修正系数η为(Q1-Q0)/Q0，初始测压管水头修正为H0·(1+η)；当反应器连续3d以上进水端测压管水头平均值H1与初始测压管水头的比值大于等于2时，进行第一次反冲洗；第一次反冲洗的工艺为：采用气-水联合反冲洗，先以强度为0.3-0.5L/s/m2的空气冲5-7min，再以强度为0.2-0.4L/s/m2的空气及1.5-2.5倍进水流量Q1进行气-水联合反冲3-5min，最后再以2-3倍进水流量Q1进行水冲3-5min；
第一次反冲洗结束后，恢复进水流量Q1继续运行，直至反应器出现连续3d以上进水端测压管水头平均值H1与初始测压管水头的比值大于等于2，则进行第二次反冲洗，第二次反冲洗工艺中参数的调整策略按以下步骤进行：当第一次反冲洗后恢复进水流量为Q1，若此时测压管水头H2与初始测压管水头的比值小于1.3，则第二次反冲洗工艺中参数不需调整，按第一次反冲洗时所采用工艺进行；若此时测压管水头H2与初始测压管水头的比值大于等于1.3，则第二次反冲洗时空气强度和反冲洗水量在第一次反冲洗基础上各增大15%-25%，或反冲洗时间在第一次反冲洗基础上延长15%-25%；判断是增大反冲洗空气强度和反冲洗进水流量还是延长反冲洗时间按以下原则确定：反冲洗后以流量Q1继续运行，若反冲洗后前3d平均总氮去除负荷恢复至反冲洗前总氮去除负荷的90%以上，则增大反冲洗时空气强度和反冲洗水量；若总氮去除负荷恢复至反冲洗前总氮去除负荷的90%以下，则延长反冲洗时间；
第二次反冲洗结束后，恢复进水流量Q1继续运行，直至反应器出现连续3d以上进水端测压管水头平均值H1与初始测压管水头的比值大于等于2，则进行第三次反冲洗，第三次反冲洗工艺中参数的调整策略按以下步骤进行：当第二次反冲洗后恢复进水流量为Q1，若此时测压管水头H2与初始测压管水头的比值小于1.3，则第三次反冲洗工艺中参数不需调整，按第二次反冲洗时所采用工艺进行；若此时测压管水头H2与初始测压管水头的比值大于等于1.3，则第三次反冲洗时空气强度和反冲洗水量在第二次反冲洗基础上各增大15%-25%，或反冲洗时间在第二次反冲洗基础上延长15%-25%；判断是增大反冲洗空气强度和反冲洗进水流量还是延长反冲洗时间按以下原则确定：反冲洗后以流量Q1继续运行，若反冲洗后前3d平均总氮去除负荷恢复至反冲洗前总氮去除负荷的90%以上，则增大反冲洗时空气强度和反冲洗水量；若总氮去除负荷恢复至反冲洗前总氮去除负荷的90%以下，则延长反冲洗时间；反应器在此后运行中的反冲洗依次类推。
本发明具有以下有益效果：
（1）确立了较为完整的厌氧氨氧化生物滤池反冲洗方法，有效地解决了厌氧氨氧化生物滤池在运行过程中出现的堵塞问题，为工程实际运行奠定了基础；
（2）确定了以进水端测压管水头作为反冲洗周期的指示参数，该参数简单易测，并且对滤池堵塞反应敏感，可准确快速指示滤池堵塞情况；
（3）确定了气-水联合反冲的反冲洗方式，给出了适用于厌氧氨氧化生物滤池反冲洗强度及反冲洗时间，并给出了最佳反冲洗参数的调整方法。
以下结合具体实施方式对本发明做进一步描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
附图说明
图1是本发明采用的上流式火山岩生物滤池示意图。图中编号为以下：
1.进水水箱；2.进水泵；3.火山岩填料；4.出水口；5.压力表；6.进气管
图2是采用本发明方法的反应器在整个试验过程中总氮去除负荷与进水端测压管水头变化图。图中TNL为反应器总氮去除负荷。
以下结合具体实施方式对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
具体实施方式
实施例1:
试验用反应器为上流式火山岩生物滤池，已成功启动厌氧氨氧化反应，平均总氮去除负荷达到1.25kgN/m3/d，反应器直径为0.5m，高为2.0m，火山岩平均粒径为10cm，在反应器进水端安装压力表监测进水端测压管水头。
本实验开始时反应器进水流量为3700mL/min，此时生物滤池总氮去除负荷连续5d不超过0.1kgN/m3/d，维持在1.25±0.01kgN/m3/d，且进水端测压管水头最大值与最小值之差小于5%，故以这5d中进水端测压管水头平均值0.012MPa作为生物滤池初始测压管水头。反应器运行至20d时，为满足生物滤池中微生物生长所需基质，调整进水流量为4000mL/min，故调整生物滤池初始测压管水头，修正系数η=（4000-3700）/3700=0.081，初始进水端测压管水头修正为0.013MPa。随着生物滤池的不断运行，从60d开始，由于进水中悬浮物浓度增加，导致进水端测压管水头快速升高，运行至87d时，连续3d进水端测压管水头超过0.031MPa，为初始测压管水头0.013MPa的2.38倍，此时对厌氧氨氧化生物滤池进行气-水联合反冲洗，先以强度为0.3L/s/m2的空气冲5min，再以强度为0.2/s/m2的空气及6000mL/min的水进行气水联合反冲3min，最后再以8000mL/min的流量进行水冲3min。反冲洗后恢复进水流量4000mL/min，继续运行反应器，至106d时，连续3d进水端测压管水头超过0.030MPa，为初始测压管水头的2.31倍，此时对厌氧氨氧化生物滤池进行气-水联合反冲洗，且在第一次反冲洗后恢复进水流量为4000mL/min的情况下测压管水头为0.018MPa，为初始测压管水头的1.38，大于1.3，且恢复进水流量为4000mL/min的前3d中，平均总氮去除负荷恢复至反冲洗前90%以上，故本次反冲洗空气强度和反冲洗进水流量各增大20%，进行再次反冲洗，先以强度0.36L/s/m2的空气冲5min，再以强度为0.24/s/m2的空气及7200mL/min的水进行气-水联合反冲3min，最后再以9600mL/min的流量进行水冲3min。反冲后恢复进水流量为4000mL/min后，继续运行，至126d时，反应器进水端测压管水头连续3d超过0.29MPa，为初始测压管水头0.013MPa的2.23倍，对反应器进行反冲洗，且在第二次反冲洗后，恢复进水流量4000mL/min连续运行3d的情况下，平均总氮去除负荷恢复至反冲洗前90%以下，故此次反冲洗时间各延长20%，先以强度0.36L/s/m2的空气冲6min，再以强度为0.24/s/m2的空气及7200mL/min的水进行气水联合反冲3.6min，最后再以9600mL/min的流量进行水冲3.6min。反冲后恢复进水流量为4000mL/min时，进水端测压管水头与初始测压管水头的比值为1.2，小于1.3，认为此次反冲洗成功。运用该反冲洗方法很好的解决了厌氧氨氧化生物滤池在运行过程中由于微生物增殖和进水悬浮物影响而引起的堵塞问题。
Claims (1)
1.一种厌氧氨氧化生物滤池的反冲洗方法，其特征是：
整个过程中相邻两次反冲洗时间间隔不小于10d；
首先恒定进水流量Q0运行时，当生物滤池连续5d总氮去除负荷增长不超过0.1kg/（m3·d）且进水端测压管水头最大值与最小值之差小于5%，以5d内进水端测压管水头平均值作为生物滤池的初始测压管水头H0；当改变进水流量为Q1时，对初始测压管水头进行修正，修正系数η为(Q1-Q0)/Q0，初始测压管水头修正为H0·(1+η)；当反应器连续3d以上进水端测压管水头平均值H1与初始测压管水头的比值大于等于2时，进行第一次反冲洗；第一次反冲洗的工艺为：采用气-水联合反冲洗，先以强度为0.3-0.5L/s/m2的空气冲5-7min，再以强度为0.2-0.4L/s/m2的空气及1.5-2.5倍进水流量Q1进行气-水联合反冲3-5min，最后再以2-3倍进水流量Q1进行水冲3-5min；
第一次反冲洗结束后，恢复进水流量Q1继续运行，直至反应器出现连续3d以上进水端测压管水头平均值H1与初始测压管水头的比值大于等于2，则进行第二次反冲洗，第二次反冲洗工艺中参数的调整策略按以下步骤进行：当第一次反冲洗后恢复进水流量为Q1，若此时测压管水头H2与初始测压管水头的比值小于1.3，则第二次反冲洗工艺中参数不需调整，按第一次反冲洗时所采用工艺进行；若此时测压管水头H2与初始测压管水头的比值大于等于1.3，则第二次反冲洗时空气强度和反冲洗水量在第一次反冲洗基础上各增大15%-25%，或反冲洗时间在第一次反冲洗基础上延长15%-25%；
判断是增大反冲洗空气强度和反冲洗进水流量还是延长反冲洗时间按以下原则确定：反冲洗后以流量Q1继续运行，若反冲洗后前3d平均总氮去除负荷恢复至反冲洗前总氮去除负荷的90%以上，则增大反冲洗时空气强度和反冲洗水量；若总氮去除负荷恢复至反冲洗前总氮去除负荷的90%以下，则延长反冲洗时间；
第二次反冲洗结束后，恢复进水流量Q1继续运行，直至反应器出现连续3d以上进水端测压管水头平均值H1与初始测压管水头的比值大于等于2，则进行第三次反冲洗，第三次反冲洗工艺中参数的调整策略按以下步骤进行：当第二次反冲洗后恢复进水流量为Q1，若此时测压管水头H2与初始测压管水头的比值小于1.3，则第三次反冲洗工艺中参数不需调整，按第二次反冲洗时所采用工艺进行；若此时测压管水头H2与初始测压管水头的比值大于等于1.3，则第三次反冲洗时空气强度和反冲洗水量在第二次反冲洗基础上各增大15%-25%，或反冲洗时间在第二次反冲洗基础上延长15%-25%；
判断是增大反冲洗空气强度和反冲洗进水流量还是延长反冲洗时间按以下原则确定：反冲洗后以流量Q1继续运行，若反冲洗后前3d平均总氮去除负荷恢复至反冲洗前总氮去除负荷的90%以上，则增大反冲洗时空气强度和反冲洗水量；若总氮去除负荷恢复至反冲洗前总氮去除负荷的90%以下，则延长反冲洗时间；反应器在此后运行中的反冲洗依次类推。
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