CN103708602B - 一种基于mbbr的微污染水氨氮去除的预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于MBBR的微污染水氨氮去除的预处理方法，属于饮用水净化领域，其针对微污染水的氨氮，通过采用MBBR工艺进行处理，旨在解决以往生化工艺中的启动速度慢、处理效果不稳定、低温处理效果差等问题。所述方法包括接种启动、连续流运行，最终氨氮膜面负荷为0.45-2.25gN/m2/d，出水氨氮稳定≤0.5mg/L，满足饮用水卫生标准对氨氮的要求。该工艺占地小，操作简单，运行可靠；无固定床工艺滋生红虫、布水不均匀易形成死区等问题；相比生物流化床，氧利用率高，曝气流化能耗低。
Description
技术领域
本发明属于饮用水净化领域，具体涉及一种去除微污染水中氨氮的MBBR预处理方法。
背景技术
我国水环境整体形势严峻，污染较为严重，受此影响，许多水源地被污染形成微污染水体。微污染水是指受到污染，部分水质指标超过《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）III类水体标准的水体，主要为氨氮、高锰酸盐指数、化学需氧量等。微污染水源水一般没有急毒性，但可影响管网水质稳定，甚至部分有机物具有生物富集性能，造成较长期影响；且氯消毒环节产生对人体有“三致”作用的消毒副产物，增加氯气投加量。研究表明，水中氨氮每增加1mg/L，就需要多投加8mg/L的氯。
《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）规定氨氮限值为0.5mg/L，但常规给水工艺中，对氨氮去除效果有限，尤其是氨氮超标时不易处理，难以保证饮用水质量，需增加预处理或深度处理工艺。
目前，针对氨氮，主要的去除方法有物理吸附、催化氧化及生物预处理等。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。考虑饮用水安全性，防止出现生物泄露等事故，一般采用生物膜法。
考虑饮用水安全性，防止出现生物泄露等事故，微污染水的氨氮去除一般采用生物膜法，常见的生物膜法主要有生物转盘、生物滤池、生物接触氧化、MBBR等。
生物转盘是在其盘上的生物膜能够周期性地运动于空气和水中，微生物能直接从大气中吸收氧气，使生化过程更为有利进行。但生物转盘需较多的接触时间，占地面积大，且容易孽生蚊虫，对转轴、盘片、驱动等装置要求较高，故实际应用不多。
生物滤池采用比表面积较大的填料，通过固定生长技术在填料表面形成生物膜，水体与生物膜不断接触过程中，使有机物及氮等营养物质被生物膜吸收。但生物滤池需进行反冲洗，不易维护管理，处理负荷低。
生物接触氧化也叫淹没式生物膜法，即在池内设置人工合成填料，经过充氧的水以一定的速度流经填料，使填料上长满生物膜。水体与生物膜接触过程中，通过生物净化的作用使水中污染物质得到降解和去除，这种工艺是介于活性污泥法与生物过滤之间的处理方法，兼有两者的优点。处理能力大，对冲击负荷有较强适应性，污泥产量少，能保证出水水质，容易维护管理。但填料间水流缓慢，水力冲刷小，生物膜只能自行脱落，更新速度慢，容易引起堵塞。
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。
本发明针对微污染水的氨氮，通过采用MBBR工艺进行处理，旨在解决以往生化工艺中的启动速度慢、处理效果不稳定、低温处理效果差等问题。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于MBBR的微污染水氨氮去除的预处理方法，采用该MBBR预处理法具有挂膜速度快、流化性能好、处理负荷高、抗冲击力强、能处理低温低基质水等优点。
本发明技术方案包括：
一种基于MBBR的微污染水氨氮去除的预处理方法，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0.93-0.97，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，每个周期48-72h，通过在原水中投加硫酸铵和碳酸氢钠，使进水氨氮浓度为100-200mg/L，总碱度为600-1200mg/L（以碳酸钙计），控制曝气气水比为1.0-9.5，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≥0.50gN/m2/d；
3）连续流启动，当间歇方式运行的氨氮膜面负荷≥0.50gN/m2/d后，转为连续进水、连续出水运行，进水氨氮浓度为1-10mg/L，总碱度为100-350mg/L（以碳酸钙计），通过控制水力停留时间保证出水氨氮≤0.5mg/L，逐步缩短水力停留时间，最终控制水力停留时间为30-90min、气水比为1.0-9.5；若水温为3-10℃时，平均氨氮氨氮膜面负荷为0.45-0.70gN/m2/d；若水温为10-15℃时，平均氨氮膜面负荷为0.70-1.25gN/m2/d；若水温为15-35℃时，平均氨氮膜面负荷为1.25-8.25gN/m2/d；出水氨氮≤0.5mg/L。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明提出了一种基于MBBR的微污染水氨氮去除的预处理方法，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1）本发明可处理极低氨氮（0.5-5mg/L）水平的微污染原水；
2）启动速度快，15℃时仅需7-15天；
3）处理负荷高，3.2℃时填料的氨氮膜面负荷仍可达到0.50gN/m2/d，25℃时填料的氨氮膜面负荷可达到为2.50gN/m2/d，占地小，操作简单，运行可靠；
4）相比固定床工艺，无滋生红虫、布水不均匀易形成死区等问题；
5）相比流化床工艺，氧利用率高，曝气流化能耗低。
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0.95，直径25cm，厚10cm，反应器容积4m3，投加悬浮填料1.00m3，填充率25%；
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15.6℃，通过在原水中投加硫酸铵和碳酸氢钠，进水氨氮浓度为102.33mg/L，总碱度604.2mg/L，曝气气水比为5.2，连续运行96h，将水及污泥全部排出；重新进水并投加硫酸铵和碳酸氢钠，使进水氨氮浓度为100-110mg/L，总碱度为600-700mg/L，曝气气水比5.2，运行直至反应器内氨氮小于0.5mg/L，排水，按此方式运行，经过7天，氨氮膜面负荷达到0.52gN/m2/d；
改为连续流运行，进水氨氮4.2-5.5mg/L，控制进水流量40m3/d，出水氨氮为0.22mg/L，逐步减少水力停留时间，经过8天，水力停留时间可达到48min，进水流量为120m3/d，气水比1.4，氨氮膜面负荷达到1.12gN/m2/d，出水氨氮平均为0.15mg/L。
实施例2：
MBBR工艺所用悬浮填料比表面积≥500m2/m3，比重为0.96，直径25cm，厚10cm，反应器容积10m3，投加悬浮填料3.00m3，填充率30%；
接种某污水处理厂曝气池活性污泥，接种后污泥浓度2.62g/L，反应器的的氨氮去除负荷为0.055kgN/kgMLSS/d，接种后采用间歇方式运行，水温为16.2℃，通过在原水中投加硫酸铵和碳酸氢钠，进水氨氮浓度为104.13mg/L，总碱度603.2mg/L，曝气气水比为4.2，连续运行96h，将水及污泥全部排出；重新进水并投加硫酸铵和碳酸氢钠，使进水氨氮浓度为100-110mg/L，总碱度为600-700mg/L，曝气气水比4.2，运行直至反应器内氨氮小于0.5mg/L，排水，按此方式运行，经过7天，氨氮膜面负荷达到0.54gN/m2/d；
改为连续流运行，撤去外投药品，直接处理原水，此时水温已升到19℃，此时进水氨氮8.0-8.5mg/L，控制进水流量140m3/d，出水氨氮为0.31mg/L，逐步减少水力停留时间，经过7天，水力停留时间可达到55min，进水流量260m3/d，气水比1.2，氨氮膜面负荷达到1.38gN/m2/d，出水氨氮平均为0.28mg/L。
实施例3：
MBBR工艺所用悬浮填料比表面积≥620m2/m3，比重为0.96，直径25cm，厚10cm，反应器容积10m3，投加悬浮填料2.00m3，填充率20%；
接种某污水处理厂曝气池活性污泥，接种后污泥浓度2.33g/L，反应器的的氨氮去除负荷为0.050kgN/kgMLSS/d，接种后采用间歇方式运行，水温为22℃，通过在原水中投加硫酸铵和碳酸氢钠，进水氨氮浓度为104.22mg/L，总碱度600.1mg/L，曝气气水比为6.3，连续运行72h，将水及污泥全部排出；重新进水并投加硫酸铵和碳酸氢钠，使进水氨氮浓度为100-110mg/L，总碱度为600-700mg/L，曝气气水比6.3，运行直至反应器内氨氮小于0.5mg/L，排水，按此方式运行，经过6天，氨氮膜面负荷达到0.60gN/m2/d；
改为连续流运行，撤去外投药品，直接处理原水，进水氨氮7.0-7.5mg/L，控制进水流量200m3/d，出水氨氮为0.26mg/L，逐步减少水力停留时间，经过9天，水力停留时间达到38min，进水流量380m3/d，气水比1.5，氨氮膜面负荷达到2.19gN/m2/d，出水氨氮平均为0.12mg/L。
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他固定床填料相比，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)由于悬浮填料上的生物总量较大，生物膜对水中的有机物和氧利用充分，因此悬浮填料的生物反应效率大为提高，根据德国、挪威等地在污水中的应用经验，悬浮填料生物接触氧化池内的硝化速率和对含氮物质的去除率要高于相同停留时间下的活性污泥系统；
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的微污染水氨氮去除的预处理方法，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0.93-0.97，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，每个周期48-72h，通过在原水中投加硫酸铵和碳酸氢钠，使进水氨氮浓度为100-200mg/L，总碱度为600-1200mg/L，控制曝气气水比为1.0-9.5，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≥0.50gN/m2/d；
3）连续流启动，当间歇方式运行的氨氮膜面负荷≥0.50gN/m2/d后，转为连续进水、连续出水运行，进水氨氮浓度为1-10mg/L，总碱度为100-350mg/L，通过控制水力停留时间保证出水氨氮≤0.5mg/L，逐步缩短水力停留时间，最终控制水力停留时间为30-90min、气水比为1.0-9.5；若水温为3-10℃时，平均氨氮膜面负荷为0.45-0.70gN/m2/d；若水温为10-15℃时，平均氨氮氨氮膜面负荷为0.70-1.25gN/m2/d；若水温为15-35℃时，平均氨氮膜面负荷为1.25-8.25gN/m2/d；出水氨氮≤0.5mg/L。
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