CN103708605A - 一种基于mbbr的高硬度废水氨氮的去除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于MBBR的高硬度废水氨氮的去除方法，属于污水处理领域。针对高硬度水的氨氮，通过采用MBBR工艺进行处理，旨在解决以往生化工艺难以启动、去除效果差及处理效果不稳定、容易结垢等问题。本发明技术方案包括接种启动、高硬度启动、高硬度连续流运行，最终氨氮膜面负荷大于0.83gN/m2/d，出水氨氮稳定≤5mg/L，满足城市污水厂污染物排放标准对氨氮的要求。本发明工艺占地面积小、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、结垢等问题，相比生物流化床其氧利用率高、曝气流化能耗低。
Description
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种基于MBBR的高硬度废水氨氮的去除方法。
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。由于氨氮对于水生动植物的危害，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。工业废水中，化工废水、脱硫废水、印染废水中硬度含量高，一般在5g/L以上（以碳酸钙计），最高可达到15g/L（以碳酸钙计），远超过了一般污水。高硬度废水容易结垢，不易处理，而高硬度下氨氮的处理更困扰了众多工业污水处理厂。
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法。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，生物处理是最佳选择也是普遍方法。生物处理常用活性污泥法与生物膜法。
高硬度，首先作为含盐量，直接影响了微生物的渗透压，影响微生物的活性，导致启动难以成功，处理负荷低；再则高硬度容易结垢，对生化工艺冲击大。活性污泥法中，微生物在水体呈悬浮态，对于环境条件较为敏感，抗冲击性能和抵抗高盐性能均较差，不利于耐高盐菌群的富集；并且高硬度水容易结垢，降低了活性污泥的有机质含量，长期运行微生物系统容易崩溃，稳定性差。生物膜法由于载体的存在，对微生物起到保护作用，且微生物的成层分布，载体外缘菌群对内部菌群亦起到保护；其次，载体可起到微生物选择器的作用，难以耐受高盐的菌群由于死亡从生物膜上脱落，从反应器中排出，载体上适应高盐的菌群得以富集。但生物载体同样可能成为结垢的载体，导致系统最终崩溃。
结合高硬度水高含盐量、容易结垢堵塞的特点，采用生物膜原理按活性污泥方式运行的生物流化床安全可靠，常见的生物流化床载体主要有硬质填料、悬浮填料等。悬浮填料由于比重接近水，流化能耗低，将其投入反应器形成MBBR(Moving Bed Biofilm Reactor，移动床生物膜反应器)工艺，是较为适宜的解决办法。
MBBR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，悬浮填料比重接近水，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工艺的本质是依生物膜原理，按活性污泥方式运行。
发明内容
为了解决现有技术中对于高硬废水中氨氮的处理工艺存在启动困难、处理效果不稳定、耐高盐性能差、容易结垢等问题，本发明提出了一种基于MBBR的高硬度废水氨氮的去除方法，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、耐高盐度、不易结垢等优点。
本发明技术方案包括:
一种基于MBBR的高硬度废水氨氮的去除方法，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20-45%；
2）接种启动，该接种启动在水温12-35℃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，进水氨氮浓度为100-800mg/L，进水总碱度为600-4000mg/L（以碳酸钙计），控制曝气气水比为8.0-35.0，曝气运行直至反应器内氨氮消耗量大于90%，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≥2.00gN/m2/d；
3）高硬度启动，该高硬度启动在水温12-35℃时进行，采用间歇方式运行，进水氨氮浓度为30-800mg/L，总碱度为180-5600mg/L（以碳酸钙计），进水总硬度为2.0-3.0g/L（以碳酸钙计），控制曝气气水比为8.0-35.0，曝气运行直至反应器内氨氮消耗量大于95%，反应停止后将水全部排出，进入下一周期，重复此运行方式，直到氨氮膜面负荷≥1.00gN/m2/d；提高进水总硬度至5.0-6.0g/L（以碳酸钙计），其它运行条件不变，直到氨氮膜面负荷≥0.90gN/m2/d；提高进水总硬度至9.0-10.0g/L（以碳酸钙计），其它运行条件不变，直到氨氮膜面负荷≥0.80gN/m2/d；提高进水总硬度至13.0-14.0g/L（以碳酸钙计），其它运行条件不变，直到氨氮膜面负荷≥0.70gN/m2/d；
4）高硬度连续流运行，当氨氮的膜面负荷≥0.70gN/m2/d时，转为连续流运行，控制进水氨氮浓度为30-800mg/L，总碱度为180-5600mg/L（以碳酸钙计），进水总硬度为13.0-14.0g/L（以碳酸钙计），曝气气水比为8.0-35.0，控制停留时间以保证反应器内氨氮消耗量大于95%，并逐步缩短停留时间，直至氨氮膜面负荷≥0.83gN/m2/d。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明提出了一种基于MBBR的高硬度废水氨氮的去除方法，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1）本发明可处理高硬度废水（总硬度最高可达到14g/L，以碳酸钙计）；
2）启动速度快，15℃时仅需27天；
3）处理负荷高，水温15℃、总硬度为14g/L（以碳酸钙计）时，按40%填充率计算，填料的氨氮膜面负荷仍可达到0.83gN/m2/d，氨氮容积负荷可达到0.22kgN/m3/d，占地小，操作简单，运行可靠；
4）可处理范围广，在高硬度条件下，对于30-800mg/L浓度范围内的氨氮均具有较好的去除效果，适用于工业废水的处理；
5）相比固定床工艺，无滋生红虫、布水不均匀易形成死区、容易结垢等问题；
6）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5m3，投加悬浮填料2.00m3，填充率40%；
接种启动，接种某污水处理厂曝气池活性污泥，接种后污泥浓度2.5g/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15.7℃，通过在原水中投加硫酸铵和碳酸氢钠，进水氨氮浓度为109.33mg/L，总碱度634.1mg/L（以碳酸钙计），曝气气水比为8.8，当氨氮消耗超过90%时停止反应，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（以碳酸钙计），曝气气水比8.8，运行直至反应器内氨氮消耗量大于90%，排水，按此方式运行，经过10个周期，氨氮膜面负荷达到2.08gN/m2/d；
高硬度启动，水温为15.7℃，采用间歇方式运行，进水氨氮浓度为100-110mg/L，总碱度为600-800mg/L（以碳酸钙计），进水总硬度为2.2-2.8g/L（以碳酸钙计），控制曝气气水比为14.2，曝气运行直至反应器内氨氮消耗量大于95%，反应停止后将水全部排出，进入下一周期，重复此运行方式，经过10个周期，氨氮膜面负荷达到1.08gN/m2/d；提高进水总硬度至5.1-5.5g/L（以碳酸钙计），其它运行条件不变，经过13个周期氨氮膜面负荷达到1.01gN/m2/d；提高进水总硬度至9.6-9.9g/L（以碳酸钙计），其它运行条件不变，经过18个周期氨氮膜面负荷达到0.91gN/m2/d；提高进水总硬度至13.3-13.6g/L（以碳酸钙计），其它运行条件不变，经过15个周期氨氮膜面负荷达到0.83gN/m2/d；
改为连续流运行，进水氨氮浓度为100-110mg/L，总碱度为600-800mg/L（以碳酸钙计），总硬度为13.3-13.6g/L（以碳酸钙计），控制曝气气水比为19.9，控制进水流量保证出水氨氮小于5mg/L，逐步减少水力停留时间提高进水流量，经过9天，氨氮膜面负荷达到0.78gN/m2/d，出水氨氮平均为3.32mg/L。
实施例2：
MBBR工艺所用悬浮填料比表面积≥620m2/m3，比重为0.95，直径25cm，厚10cm，反应器容积15m3，投加悬浮填料4.80m3，填充率32%；
接种启动，接种某污水处理厂曝气池活性污泥，接种后污泥浓度2.5g/L，反应器的的氨氮去除负荷为0.052kgN/kgMLSS/d；接种后采用间歇方式运行，水温为20.1℃，通过在原水中投加硫酸铵和碳酸氢钠，进水氨氮浓度为152.8mg/L，总碱度1000.2mg/L，曝气气水比为11.8，当氨氮消耗超过90%时停止反应，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150-160mg/L，总碱度为1000-1050mg/L，曝气气水比11.8，运行直至反应器内氨氮消耗量大于90%，排水，按此方式运行，经过10个周期，氨氮膜面负荷达到2.33gN/m2/d；
高硬度启动，水温为20.8℃，采用间歇方式运行，进水氨氮浓度为150-160mg/L，总碱度为1000-1050mg/L（以碳酸钙计），进水总硬度为2.3-2.4g/L（以碳酸钙计），控制曝气气水比为17.3，曝气运行直至反应器内氨氮消耗量大于95%，反应停止后将水全部排出，进入下一周期，重复此运行方式，经过13个周期，氨氮膜面负荷达到1.34gN/m2/d；提高进水总硬度至5.1-5.8g/L（以碳酸钙计），其它运行条件不变，经过12个周期氨氮膜面负荷达到1.31gN/m2/d；提高进水总硬度至9.5-9.9g/L（以碳酸钙计），其它运行条件不变，经过11个周期氨氮膜面负荷达到1.29gN/m2/d；提高进水总硬度至13.3-13.4g/L（以碳酸钙计），其它运行条件不变，经过16个周期氨氮膜面负荷达到1.27gN/m2/d；
改为连续流运行，进水氨氮浓度为150-160mg/L，总碱度为1000-1050mg/L（以碳酸钙计），进水总硬度为13.3-13.4g/L（以碳酸钙计），控制曝气气水比为21.3，控制进水流量保证出水氨氮小于10mg/L，逐步减少水力停留时间提高进水流量，经过7天，氨氮膜面负荷达到1.21gN/m2/d，出水氨氮平均为4.63mg/L。
实施例3：
MBBR工艺所用悬浮填料比表面积≥620m2/m3，比重为0.95，直径25cm，厚10cm，反应器容积15m3，投加悬浮填料6.00m3，填充率40%；
接种启动，接种某污水处理厂曝气池活性污泥，接种后污泥浓度2.9g/L，反应器的的氨氮去除负荷为0.060kgN/kgMLSS/d；接种后采用间歇方式运行，水温为23.7℃，通过在原水中投加硫酸铵和碳酸氢钠，进水氨氮浓度为161.3mg/L，总碱度1212mg/L（以碳酸钙计），曝气气水比为14.1，当氨氮消耗超过90%时停止反应，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160-170mg/L，总碱度为1100-1200mg/L（以碳酸钙计），曝气气水比14.1，运行直至反应器内氨氮消耗量大于90%，排水，按此方式运行，经过12个周期，氨氮膜面负荷达到3.88gN/m2/d；
高硬度启动，水温为23.9℃，采用间歇方式运行，进水氨氮浓度为470-490mg/L，总碱度为2800-3000mg/L（以碳酸钙计），进水总硬度为2.7-2.9g/L（以碳酸钙计），控制曝气气水比为22.3，曝气运行直至反应器内氨氮消耗量大于95%，反应停止后将水全部排出，进入下一周期，重复此运行方式，经过10个周期，膜面负荷达到2.33gN/m2/d；提高进水总硬度至5.7-5.9g/L（以碳酸钙计），其它运行条件不变，经过13个周期氨氮膜面负荷达到2.17gN/m2/d；提高进水总硬度至9.1-9.6g/L（以碳酸钙计），其它运行条件不变，经过15个周期氨氮膜面负荷达到1.92gN/m2/d；提高进水总硬度至13.1-13.4g/L（以碳酸钙计），其它运行条件不变，经过18个周期氨氮膜面负荷达到1.70gN/m2/d；
改为连续流运行，进水氨氮浓度为470-490mg/L，总碱度为2800-3000mg/L（以碳酸钙计），进水总硬度为13.1-13.4g/L（以碳酸钙计），控制曝气气水比为24.6，控制进水流量保证出水氨氮小于10mg/L，逐步减少水力停留时间提高进水流量，经过8天，氨氮膜面负荷达到1.79gN/m2/d，出水氨氮平均为4.01mg/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，本发明选择悬浮填料的比表面积在500m2/m3以上，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；
5)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；
6)抗冲击负荷能力强，恶劣水质条件下仍表现出较好的处理效果，对于高硬度（总硬度大于10g/L，以碳酸钙计）条件下仍表现出较好的处理效果，负荷高，易于启动，且填料充分流化无结垢引起的堵塞问题。
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的高硬度废水氨氮的去除方法，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20-45%；
2）接种启动，该接种启动在水温12-35℃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，进水氨氮浓度为100-800mg/L，进水总碱度为600-4000mg/L，控制曝气气水比为8.0-35.0，曝气运行直至反应器内氨氮消耗量大于90%，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≥2.00gN/m2/d；
3）高硬度启动，该高硬度启动在水温12-35℃时进行，采用间歇方式运行，进水氨氮浓度为30-800mg/L，总碱度为180-5600mg/L，进水总硬度为2.0-3.0g/L，控制曝气气水比为8.0-35.0，曝气运行直至反应器内氨氮消耗量大于95%，反应停止后将水全部排出，进入下一周期，重复此运行方式，直到氨氮膜面负荷≥1.00gN/m2/d；提高进水总硬度至5.0-6.0g/L，其它运行条件不变，直到氨氮膜面负荷≥0.90gN/m2/d；提高进水总硬度至9.0-10.0g/L，其它运行条件不变，直到氨氮膜面负荷≥0.80gN/m2/d；提高进水总硬度至13.0-14.0g/L，其它运行条件不变，直到氨氮膜面负荷≥0.70gN/m2/d；
4）高硬度连续流运行，当氨氮的膜面负荷≥0.70gN/m2/d时，转为连续流运行，控制进水氨氮浓度为30-800mg/L，总碱度为180-5600mg/L，进水总硬度为13.0-14.0g/L，曝气气水比为8.0-35.0，控制停留时间以保证反应器内氨氮消耗量大于95%，并逐步缩短停留时间，直至氨氮膜面负荷≥0.83gN/m2/d。
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