CN103693735B - 一种基于mbbr的短程硝化工艺启动与运行方法 - Google Patents

一种基于mbbr的短程硝化工艺启动与运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于MBBR的短程硝化工艺启动与运行方法，属于污水处理领域，其解决了以往生化工艺中的不易启动、亚硝酸盐积累效果不稳定、处理负荷低等问题。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，最终氨氮膜面负荷达到1.5gN/(m2·d)以上，亚硝酸盐积累率稳定≥90％，满足后续反硝化或厌氧氨氧化对氮素的要求。本发明的短程硝化效果稳定；氨氮氧化负荷高，节约占地，操作简单，运行可靠；相比传统工艺，可实现污泥的选择与淘汰，防止长期运行失稳；氧利用率高，曝气流化能耗低。

Description

一种基于MBBR的短程硝化工艺启动与运行方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种基于MBBR的短程硝化工艺启动与运行方法。
背景技术
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。
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。
短程硝化，即将硝化过程控制在NO2 -阶段，阻止NO2 -进一步氧化为NO3 -，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。
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。
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。
短程硝化效果通常用亚硝酸盐积累率来评价。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。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
为了解决现有技术中在短程硝化工艺中存在的启动困难、亚硝酸盐积累率不稳定等问题，本发明提出了一种基于MBBR的短程硝化工艺启动与运行方法，采用该MBBR短程硝化工艺启动与运行方法具有挂膜速度快、流化性能好、处理负荷高、处理效果稳定、抗冲击力强等优点。
一种基于MBBR的短程硝化工艺启动与运行方法，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℃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，直到氨氮膜面负荷≥0.60gN/(m2·d)；
3)MBBR短程硝化启动：该MBBR短程硝化启动启动采用间歇方式运行，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，重复此运行方式，直至亚硝酸盐积累率≥90％；
4)MBBR短程硝化连续流运行：当间歇方式运行的亚硝酸盐积累率≥90％后，转为连续流运行，停留时间与间歇式运行周期时间相同，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3-8W/m3；设置沉淀池，沉淀池硝化液进行回流，回流比为30-50％，反应器内固体悬浮物浓度≤20mg/L；若亚硝酸盐积累率小于90％，降低气水比，每次降低不超过10％，运行直至亚硝酸盐积累率≥90％，氨氮氧化膜面负荷达到1.5gN/(m2·d)以上。
本发明所带来的有益技术效果：
1)本发明的短程硝化工艺可实现亚硝酸盐氮的稳定积累；
2)处理负荷高，室温时按填充率为50％计算，填料的氨氮膜面负荷可达到2.4gN/m2/d，氨氮容积负荷可达到0.42kgN/(m3·d)，占地小，操作简单，运行可靠；
3)相比固定床工艺，无滋生红虫、无布水不均匀易形成死区等问题；
4)相比流化床工艺，氧利用率高，曝气流化能耗低；
5)相比活性污泥工艺，具有污泥龄的选择功能，防止亚硝酸盐氧化菌的积累。
具体实施方式
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。
实施例1：
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10cm，反应器容积10m3，投加悬浮填料4.0m3，填充率40％；
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℃，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10mg/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)；
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％；
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13.4mg/L；至66天，工况稳定后，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96％；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95％，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。实施例2：
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43％；反应器内悬浮污泥浓度平均为18.4mg/L；至69天，工况稳定后，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97％；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)。
实施例3：
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10cm，反应器容积10m3，投加悬浮填料5.0m3，填充率50％；
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℃，进水氨氮浓度为170-190mg/L，进水pH为7.8-8.0，曝气气水比为6.1-6.3，当反应器内氨氮小于10mg/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)；
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％。
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40％；反应器内悬浮污泥浓度平均为19.1mg/L；至106天，工况稳定后，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％；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)。
MBBR工艺的主要特点如下：
1)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；
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；
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％；
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；
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。
上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
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。

Claims (1)

1.一种基于MBBR的短程硝化工艺启动与运行方法，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℃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，重复此运行方式，直至亚硝酸盐积累率≥90％；
4)MBBR短程硝化连续流运行：当间歇方式运行的亚硝酸盐积累率≥90％后，转为连续流运行，停留时间与间歇方式运行周期时间相同，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3-8W/m3；设置沉淀池，沉淀池硝化液进行回流，回流比为30-50％，反应器内固体悬浮物浓度≤20mg/L；若亚硝酸盐积累率小于90％，降低气水比，每次降低不超过10％，运行直至亚硝酸盐积累率≥90％，氨氮氧化膜面负荷达到1.5gN/(m2·d)以上；上述氨氮氧化膜面负荷是指单位时间内单位面积生物膜能氧化的氨氮的质量。
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