CN106554122A - 一种含氮污水的短程硝化反硝化生物膜脱氮方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含氮污水的短程硝化反硝化生物膜脱氮方法，采用如下结构生物膜反应器：在反应器内设横板a、竖板b、竖板c及横板d，横板a将反应器分成上下两部分，下部为水解酸化区，上部为A/O区；A/O区由竖板b和c分成三部分，依次为好氧区O，过渡区和厌氧区A，竖板b下端与横板a密封连接，上端与反应器顶部留有过水口，竖板c上端与反应器顶部密封连接，下端与横板a留有过水口，横板d左端与竖板c底部密封连接，右端与反应器壁密封连接；过渡区装填钯-铜负载活性炭催化剂颗粒。污水处理时从反应器底部进水，依次经水解酸化区-好氧区-过渡区-厌氧区，由上部排出。本发明反应器中各区域生物膜进行分区培养，能够更好形成具有特定性能的生物膜，挂膜快速、脱氮效果好。

Description

一种含氮污水的短程硝化反硝化生物膜脱氮方法

技术领域

本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种含氮污水的短程硝化反硝化生物膜脱氮方法。

背景技术

近年来，随着我国城镇化建设的迅速发展，我国的水环境污染和水体富营养化状况越来越严重，许多湖泊水体已不能发挥其正常功能而严重地影响了工农业和渔业生产，越来越严重地阻碍着我国国民经济的发展。氮素是造成水体富营养化的主要污染物，对排放的污水中总氮含量的控制尤为重要。

传统的脱氮处理工艺为全程硝化反硝化生物脱氮，即在亚硝化菌作用下，将氨氮氧化成亚硝态氮，再在硝化菌的作用下，将亚硝态氮氧化成硝态氮；再通过兼性厌氧菌利用有机物将硝酸盐还原为氮气。传统的脱氮处理工艺处理时间较长，成本较高，工艺复杂，污泥利用率低。

短程硝化反硝化技术是将硝化反应控制在亚硝酸盐阶段，不进行亚硝酸盐至硝酸盐的转化，直接进行反硝化反应。与传统的硝化反硝化技术相比，短程硝化反硝化具有如下优点：好氧阶段节省25%的氧消耗量；缺氧段节省40%的外碳源消耗量；亚硝酸盐反硝化反应以硝酸盐反硝化反应速率的1.5-2倍进行。短程硝化反硝化在经济上和技术上均具有较高的可行性。

CN201310474937.8公开了一种一体化短程硝化反硝化生物脱氮反应器。该设备将空气推流区、曝气区、缺氧区和沉淀区有机组合，形成一体化反应器。由生物脱氮反应器、水箱、平衡水箱、液体流量计、气体流量计、空气压缩机、空气推流器、排泥孔、出水口等组成。进水与沉淀池回流水混合进入空气推流区，空气压缩机压缩空气经过空气推流器将进水推入到曝气区，出水进入缺氧区，缺氧区进行反硝化反应后，出水进入沉淀区，沉淀池出水部分排放，部分随进水一同进入空气推流区。曝气区溶解氧浓度在进水端较高，出水端较低。该反应器的缺点在于好氧区的进水端与出水端在一侧，容易造成污水的短流导致停留时间不够，反应不完全。

CN201310310191.7公开了一种有机胺废水处理的新型短程硝化反硝化生物脱氮装置，包括依次贯通的调节配水池、缺氧池、好氧池和沉淀池，在好氧池内填充有竹丝填料，在调节配水池与缺氧池之间增设有一多功能池，缺氧池与多功能池贯通，在调节配水池内设有提升泵，在提升泵上连接有水管，该水管的另一端位于多功能池的底部，并且该水管端部上连接有穿孔布水管，在多功能池内设有悬浮填料和曝气盘，其中曝气盘位于穿孔布水管的上方。该装置在处理C/N比较低，小分子有机物的高浓度氨氮废水时，多功能池不曝气，做为水解酸化池，该池内没有搅拌，污水从上部进，从上部出，底部会始终残留部分污水无法进行后续的处理，并该装置占地面积较大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种含氮污水的短程硝化反硝化生物膜脱氮方法。本发明在生物膜脱氮反应器内部设置四个反应区，各反应区的生物膜进行分区单独培养，能够更好形成具有特定性能的生物膜体系，并且可以保证各反应区在各自适宜的条件下发挥脱氮性能，具有挂膜快速、脱氮效果好等优点。

本发明的含氮污水的的短程硝化反硝化生物膜脱氮方法，采用如下结构的生物膜脱氮反应器：在反应器内设置横板a、竖板b、竖板c及横板d，横板a的横截面积与反应器横截面积相同，将反应器横向分隔成上下两部分，下部为水解酸化区，上部为A/O区；其中A/O区由竖板b和竖板c纵向分成三部分，依次为好氧区O，过渡区和厌氧区A，竖板b下端与横板a密封连接，上端与反应器顶部之间留有过水口，竖板c上端与反应器顶部密封连接，下端与横板a之间留有过水口，横板d左端与竖板c底部密封连接，右端与反应器壁密封连；过渡区装填钯-铜负载活性炭催化剂颗粒；污水处理时从反应器底部进水，依次经过水解酸化区-好氧区-过渡区-厌氧区后，由反应器上部排出。本发明方法不仅能够实现污水的折流流动，延长污水在反应器内的污水停留时间，而且反应器的占地面积小，结构紧凑，挂膜和脱氮效果好。

本发明中，所述生物脱氮反应器的高径比为3:1-10:1，横板a距反应器底部1/3-1/5高处设置，其横截面积与反应器横截面积相同，下部即为水解酸化区；竖板b下端距横板a中心线向左偏离1/10-1/7横板长度，上端距离反应器顶部4-8cm，竖板b左侧即为好氧区；竖板c与竖板b以横板a的中心线对称平行布置，其上端与反应器顶端密封连接，底端距离横板a上表面约4-8cm，竖板b、c之间的区域即为过渡区；横板d左端与竖板c底端密封相连，右端与反应器壁密封连接，从而与反应器壁围成厌氧区。本发明中，横板a的横截面被竖板b分割成两种形式，横板a左侧为网格状，废水由水解酸化区通过横板a左侧的网格进入好氧区，横板a右侧为平板密封状；竖板b、竖板c的横截面为平板密封状；横板d的横截面为网格状，经过渡区后的废水通过横板d进入厌氧区。

本发明中，水解酸化区、好氧区、过渡区和厌氧区的体积比为0.8-1:0.8-1:0.3-0.5:0.8-1。反应器下部设有进水口，横板a和横板d之间设有冲洗排水口，反应器上部侧面设有出水口，顶部设有排气口。每个反应区均设有曝气系统，包括压缩机、进气管和气体分配器等，从而实现氧气的供给。

本发明中，水解酸化区、好氧区和厌氧区的生物填料可选用本领域常用的生物填料，水解酸化区优选立体弹性填料；好氧区和厌氧区的生物填料，优选圆柱形比表面积较大的生物活性填料；上述填料体积约占反应区体积的3/5-4/5。将生物膜填料密封好后，再将活性污泥装载到各反应器的填料上，使各反应区内的污泥浓度为5-10g/L。

本发明中，过渡区装填钯-铜负载活性炭催化剂颗粒的上表面与竖板b的上表面平齐，体积约占过渡区体积的3/5-4/5，既可以过滤污泥，防止好氧污泥进入厌氧区A2，而且可以将好氧区少量完全硝化产生的硝酸盐氮催化还原为亚硝酸盐氮，保证厌氧区主要进行短程反硝化反应。钯-铜负载活性炭催化剂颗粒的制备方法为：以活性炭为载体，Pd-Cu负载总量为1.5%-2.5%，其中Pd/Cu的摩尔比为3:1-5:1。

本发明采用所述生物膜脱氮反应器的含氮污水的短程硝化反硝化生物膜脱氮方法，具体包括三个阶段，第一阶段为挂膜阶段，第二阶段为污水处理阶段，第三阶段为反冲洗阶段；具体包括以下步骤：

（1）挂膜阶段：在水解酸化区、好氧区及厌氧区装入相应的生物填料，使填料体积占各反应区体积的3/5-4/5，并按照污泥浓度5-10g/L的量将活性污泥分撒到三个反应区的填料内；过渡区装填海钯-铜负载活性炭催化剂颗粒，体积占过渡区体积的3/5-4/5。然后从反应器底部注入含氮污水，当整个反应器注满待处理污水时，停止进水，关闭排水口，启动曝气系统，控制水解酸化区、好氧区和厌氧区的溶解氧浓度为1-3mg/L；先全部曝气24-48h，之后关闭水解酸化区和厌氧区内的曝气系统，好氧区仍持续曝气，同时打开进水口和排水口，采用连续进水的方式继续培养。在进水过程中，由于水解酸化区的存在，能够将污水中的悬浮物及杂质有效截留，能够减缓A/O段生物膜的堵塞，同时由于过渡区的存在，可以将好氧区硝化生成的硝酸盐氮还原成亚硝酸盐氮，保证了厌氧区短程反硝化反应的进行，有利于培养具有特定性能的生物膜体系。经过66-140h后，在三个反应区的填料上能够看到厚度约2mm的棕褐色生物膜，同时观察到排气口附近有气泡生成，视为挂摸完成。

本发明挂摸阶段控制含氮污水的pH值为7.5-8.5，处理温度为30-35℃，废水中BOD₅:N:P=100:5:1，进水氨氮浓度为200-400mg/L，COD小于500mg/L。如果原水不满足要求，可通过稀释、加磷酸二氢钾或葡萄糖等方法进行调节。挂膜时从反应器底部以(6/7H-H)m/h的流速注入含氮污水，其中H为反应器的高，整个挂膜阶段的流速不变。

本发明挂摸阶段优选在水解酸化区投加亚硝酸菌生长促进剂，所述促进剂包括金属盐、多胺类物质、有机酸羟胺和Na₂SO₃，其中金属盐为40-100重量份，优选为50-80重量份，多胺类物质为5-30重量份，优选为10-20重量份，有机酸羟胺为0.05-1.5重量份，优选为0.1-1.0重量份，Na₂SO₃为10-40重量份，优选为20-30重量份；所述金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。投加量按照污水处理系统中促进剂浓度10-40mg/L进行投加，优选20-30mg/L进行投加。

本发明所述亚硝酸菌生长促进剂中的金属盐可以是钙盐、镁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Mg²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（0.5-5），优选为（8-12）:（10-20）:（1-4）；或者是钙盐、亚铁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（1-8）:（0.5-5），优选为（8-12）:（2-6）:（1-4）；或者是钙盐、镁盐、亚铁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（1-8）:（0.5-5），优选为（8-12）:（10-20）:（2-6）:（1-4）。

本发明所述亚硝酸菌生长促进剂中的钙盐为CaSO₄或者CaCl₂，优选CaCl₂；镁盐为MgSO₄或者MgCl₂，优选MgCl₂；亚铁盐为FeSO₄或者FeCl₂，优选FeCl₂；铜盐为CuSO₄或者CuCl₂，优选CuCl₂。

本发明所述的亚硝酸菌生长促进剂中的多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物。所述的有机酸羟胺为甲酸羟胺、乙酸羟胺或者两者的混合物。

（2）污水处理阶段：污水处理阶段分为启动期和稳定运行期。

首先从反应器底部注入待处理的含氮污水，污水首先进入水解酸化区，污水在水解酸化区将大分子有机物分解为小分子物质，提高污水的生化性，同时截留污水中的悬浮物和杂质；污水通过横板a的网状截面进入好氧区，在此污水中的有机氮依次转化为氨氮、亚硝氮及硝氮；污水到达竖板b顶端时，折流进入过渡区，将好氧区硝化产生的硝酸盐氮催化还原为亚硝酸盐氮，并且将水中的悬浮物去除；然后通过横板d折流进入厌氧区，进行短程反硝化脱氮，最后通过排水口排出。

本发明启动期进水流速采用逐渐增大的方式，首先以(6/7H-H)m/h的流速从反应器底部注入待处理的含氮污水，即控制污水停留时间在60-70min之间；当出水中COD浓度<150mg/L，氨氮浓度<80mg/L，总氮浓度<100mg/L时，将流速提高至(H-6/5H) m/h；当出水中COD浓度<70mg/L，氨氮浓度<40mg/L，总氮浓度<50mg/L时，再次提高流速至(6/5H-3/2H)m/h；当出水中COD浓度<50mg/L，氨氮浓度<15mg/L，总氮浓度<20mg/L时，再次提高流速至(3/2H-2H)m/h；当出水中COD浓度<50mg/L，氨氮浓度<15mg/L，总氮浓度<20mg/L且较稳定时，进入稳定运行期，维持现有的流速不变进行处理。

当进水水质出现波动，应根据具体情况降低流速；如果出水中COD浓度没有超过70mg/L，氨氮浓度没有超过40mg/L，总氮浓度没有超过50mg/L，则降低流速至(6/5H-3/2H)m/h，待出水合格且稳定后，再按照上述方式逐渐进行调整；如果三个指标中有任何一个超过上述流量，则降低流速至(H-6/5H)m/h，待出水合格且稳定后，再按照上述方式逐渐进行调整。

本发明污水处理阶段控制含氮污水的pH值为7.5-8.5，处理温度为30-35℃，进水氨氮浓度为400-800mg/L，总氮浓度为500-900mg/L，COD小于1000mg/L，控制好氧区的溶解氧浓度为1-3mg/L。通过硝酸盐氮在线监测仪对厌氧区的污水进行监测，可观测到厌氧区的硝酸盐氮浓度在0.5mg/L以下，说明污水通过过渡区，有效还原了水中的硝酸盐氮，保证了厌氧区短程反硝化反应充分的进行，有利于缩短污水处理时间，最后由厌氧区上方的排水口排出。当检测到厌氧区的硝酸盐氮浓度持续高于0.5mg/L时，将催化剂进行替换。

本发明污水处理阶段可以在水解酸化区投加挂膜阶段的亚硝酸菌生长促进剂，所述的亚硝酸菌生长促进剂按照逐渐递减的方式进行投加，每8-24h投加一次，首次投加量为10-25mg/L，之后按照3-5mg/L逐渐递减。

（3）反冲洗阶段：反冲洗时从反应器上部的排水口进水，打开进水口和反冲洗排水口进行排水，则厌氧区和过渡区的污水从反冲洗排水口排出，好氧区及水解酸化区的污水由进水口排出。反应器运行5-7天，进行一次反冲洗。反冲洗时按照(2H-3H)m/h的流速，即控制污水停留时间在20-30min之间，每次反冲洗1-2h即可。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明将水解酸化与A/O生化池结合于一体，在反应器内部设置4块隔板，将反应器内部分割成4个不同的反应区，在挂膜过程中，不同反应区内的生物膜进行分区单独培养，能够更好形成具有特定性能的生物膜体系；在污水处理过程中，将脱氮反应控制在短程硝化反硝化阶段，明显缩短了反应时间，提高了生物膜脱氮反应器的处理效率，具有耐冲击能力较强，处理效果好等优点。

2、水解酸化区能够将污水中的悬浮物及杂质有效截留，减缓A/O段生物膜的堵塞；并且在好氧区O与厌氧区A之间加设过渡区，过渡区设置钯-铜负载活性炭催化剂颗粒填料，不仅可以将硝酸盐氮催化还原为亚硝酸盐氮，保证厌氧区主要进行短程反硝化反应，还能够有效截留O区未成膜的活性污泥，保证A2区的厌氧环境，还能保证O区的活性污泥不随水流流失。

3、在水解酸化区投加特定组成的亚硝酸菌生长促进剂，促进剂随污水进入每个反应区，有利于亚硝酸菌的快速增长，解决了亚硝酸菌生长繁殖较慢的问题，提高亚硝化率。本发明方法明显缩短开工时间，保证了亚硝酸菌的快速增长及稳定挂膜，经济有效的缩短了反应器的挂膜时间，能够实现氨氮和总氮的同时高效去除，并可保证反应器的长期稳定运行。

附图说明

图1为本发明生物膜脱氮反应器的结构示意图；

其中1-水解酸化区，2-水解酸化区填料，3-好氧区，4-好氧区填料，5-过渡区，6-过渡区填料，7-厌氧区，8-厌氧区填料；

图2为横板a的横截面图；

图3为横板d的横截面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。

本发明生物膜脱氮方法采用的生物膜脱氮反应器结构如图1所示，反应器外观呈圆柱形，在反应器内部设置四块塔板，分别为横板a、竖板b、竖板c、横板d，将反应器内部分为四个区域，分别为水解酸化区1，好氧区3、过渡区5、厌氧区7，其中水解酸化区、好氧区、厌氧区装有生物填料2、4、8，过渡区装有过滤填料6。反应器从底部进水口进水，依次经过水解酸化区-好氧区-过渡区-厌氧区，从上部排水口排出，顶部设有排气口，冲洗时，污水由进水口和冲洗排水口排出。

本发明实施例采用的反应器横截面直径为0.5m，反应器高2m，横板a距离反应器底板0.5m，竖板b距横板a中心线向左偏离0.05m，竖板b距离反应器顶部0.05m，竖板c与竖板b以横板a的中心线对称平行布置，其上部与反应器顶板密封相连，底部距离横板a上表面0.05m，在竖板b的底部向右水平连接横板d，横板d向右与反应器壁密封连接。水解酸化区、好氧区、过渡区和厌氧区4部分的体积比约为1: 1: 0.5: 1。水解酸化区的填料为立体弹性填料，填料体积占水解酸化区体积的3/4。好氧区及厌氧区的填料为火山岩颗粒生物填料，填料体积占各部分体积的3/4。过渡区装填钯-铜负载活性炭催化剂颗粒，其体积占过渡区体积的3/4。按照污泥浓度5-10g/L的量将活性污泥分撒到3个反应区的填料内。

待处理污水为某污水处理厂含氮污水，氨氮浓度为400mg/L，总氮600mg/L， COD浓度为 800mg/L。

实施例1

1、挂膜阶段

（1）将待处理含氮污水用生活污水稀释一倍，稀释后污水中氨氮浓度为250mg/L，COD浓度为400mg/L，控制污水的pH值为7.5-8.5，处理温度为30-35℃，添加葡萄糖和磷酸二氢钾，调节废水中BOD₅:N:P=100:5:1。

（2）在水解酸化区、好氧区及厌氧区装入相应的填料，使填料体积占各反应区体积的3/4，并按照污泥浓度5-10g/L的量将活性污泥分撒到三个反应区的填料内。在过渡区装入钯-铜负载活性炭催化剂颗粒，体积约占过渡区体积的3/4。

（3）打开进水管，调节进水流速为Hm/h，其中H为反应器的高，向反应器内注入含氮污水，当整个反应器注满待处理污水时，停止进水，关闭排水口。启动曝气系统，控制水解酸化区、好氧区和厌氧区的溶解氧浓度分别为1.0mg/L、2.0mg/L、1.0mg/L；当曝气30h后，关闭水解酸化区和厌氧区内的曝气系统，好氧区仍持续曝气，同时打开进水口和排水口，采用连续进水的方式继续培养。经过96h后，在三个反应区的填料上能够看到厚度约2mm的棕褐色生物膜，同时观察到排气口附近有气泡生成，视为挂摸完成。经统计，挂膜阶段共耗时126h。

2、污水处理阶段

污水处理阶段分为启动期和稳定运行期，采用连续进水的方式，关闭水解酸化区和厌氧区的曝气系统，打开好氧区的曝气系统，调节溶解氧浓度为1.0mg/L。先使用低流速运行，按照6/7H（H为反应器高）的流速，即控制污水停留时间为70min，污水在水解酸化区将大分子有机物分解为小分子物质，提高污水的生化性，同时截留污水中的悬浮物和杂质。然后继续向上透过横板a在好氧区进行短程硝化反应，液面到达竖板a顶端时，折流流入过渡区，通过厌氧区的硝酸盐氮监测器仪可观察到厌氧区的硝酸盐氮浓度在0.5mg/L以下，说明污水通过过渡区，有效还原了水中的硝酸盐氮，保证了厌氧区短程反硝化的进行，有利于缩短污水脱氮反应时间，最后由厌氧区上方的排水口排出。

启动阶段采用逐渐增大进水流速的方式，每隔40min检测一次出水中COD、总氮及氨氮的浓度；160min后出水中COD浓度<150mg/L，氨氮浓度<80mg/L，总氮浓度<100mg/L且较稳定，然后将流速提高至Hm/h，每隔30min检测一次出水中COD、总氮及氨氮的浓度；90min后出水中COD浓度<70mg/L，氨氮浓度<40mg/L，总氮浓度<50mg/L且较稳定时，再次提高流速至6/5Hm/h，每隔20min检测一次出水中COD、总氮及氨氮的浓度；40min后出水中COD浓度<50mg/L，氨氮浓度<15mg/L，总氮浓度<20mg/L且较稳定，再次提高流速至3/2Hm/h，每隔10min检测一次出水中COD、总氮及氨氮的浓度，20min后出水中COD浓度<50mg/L，氨氮浓度<15mg/L，总氮浓度<20mg/L且较稳定，反应器进入稳定运行期。计算进入稳定运行期总共需要160+90+40+20=310min，维持3/2Hm/h的流速不变进行处理。

当进水氨氮浓度增大时，出水COD浓度50mg/L，氨氮浓度35mg/L，总氮浓度50mg/L，由于COD浓度没有超过70mg/L，氨氮浓度没有超过40mg/L，总氮浓度没有超过50mg/L，则降低流速至6/5Hm/h，每隔15min检测一次出水中COD、总氮及氨氮的浓度，30min后出水中COD浓度<50mg/L，氨氮浓度<15mg/L，总氮浓度<20mg/L且较稳定，此时提高流速至3/2Hm/h，每隔5min检测一次出水中COD、总氮及氨氮的浓度，15min后出水中COD浓度<50mg/L，氨氮浓度<15mg/L，总氮浓度<20mg/L且较稳定，视为调整完毕。

3、反冲洗阶段

反应器运行5-7天，进行一次反冲洗。反冲洗时，从反应器上部的排水口进水，打开进水口和反冲洗排水口进行排水，则厌氧区和过渡区的污水从反冲洗排水口排出，好氧区及水解酸化区的污水由进水口排出。反冲洗时按照2Hm/h的流速，即控制污水停留时间在30min之间，每次反冲洗1h即可。当检测到厌氧区的硝酸盐氮浓度持续高于0.5mg/L时，将钯-铜负载活性炭催化剂颗粒进行替换。

实施例2

采用图1所示生物膜脱氮反应器，处理与实施例1相同的含氮污水。

启动反应器时先使用低流速运行，按照H m/h的流速，即控制污水停留时间为60min。每隔30min检测一次出水中COD、总氮及氨氮的浓度；150min后出水中COD浓度<150mg/L，氨氮浓度<80mg/L，总氮浓度<100mg/L且较稳定，然后将流速提高至6/5Hm/h，每隔20min检测一次出水中COD、总氮及氨氮的浓度；80min后出水中COD浓度<70mg/L，氨氮浓度<40mg/L，总氮浓度<50mg/L且较稳定时，再次提高流速至3/2Hm/h，每隔10min检测一次出水中COD、总氮及氨氮的浓度；40min后出水中COD浓度<50mg/L，氨氮浓度<15mg/L，总氮浓度<20mg/L且较稳定，再次提高流速至2Hm/h，每隔5min检测一次出水中COD、总氮及氨氮的浓度，20min后出水中COD浓度<50mg/L，氨氮浓度<15mg/L，总氮浓度<20mg/L且较稳定，视为反应器进入稳定运行期，计算进入稳定运行期总共需要150+80+40+20=290min，维持2Hm/h的流速不变进行处理。

当进水氨氮浓度增大时，出水COD浓度50mg/L，氨氮浓度40mg/L，总氮浓度50mg/L，由于COD浓度没有超过70mg/L，氨氮浓度没有超过40mg/L，总氮浓度没有超过50mg/L，则降低流速至3/2Hm/h，每隔15min检测一次出水中COD、总氮及氨氮的浓度，30min后出水中COD浓度<50mg/L，氨氮浓度<15mg/L，总氮浓度<20mg/L且较稳定，此时提高流速至2Hm/h，每隔5min检测一次出水中COD、总氮及氨氮的浓度，15min后出水中COD浓度<50mg/L，氨氮浓度<15mg/L，总氮浓度<20mg/L且较稳定，视为调整完毕。

实施例3

采用图1所示反应器，处理与实施例1相同的含氮污水。不同之处在于在挂膜阶段、污水处理阶段的水解酸化区投加亚硝酸菌生长促进剂。所涉及的亚硝酸菌生长促进剂可以按照CN201410585655.X、CN201410585481.7等所述的方法制备，按照表1促进剂的比例和配方制备两种型号的硝化细菌生长促进剂，所述促进剂浓度均为0.5g/L。

表1 促进剂的配方及比例

挂膜阶段投加亚硝酸菌生长促进剂A，投加量按照污水处理系统中促进剂浓度25mg/L进行投加。经过培养后，挂膜阶段只需要70h。

在挂膜阶段投加亚硝酸菌生长促进剂B，投加量按照污水处理系统中促进剂浓度30mg/L进行投加。经过培养后，挂膜阶段只需要65h。

在污水处理阶段投加亚硝酸菌生长促进剂A，按照逐渐递减的方式进行投加，每12h投加一次，首次投加量为20mg/L，之后按照5mg/L逐渐递减。经过处理后，启动阶段只需要200min。

在污水处理阶段投加亚硝酸菌生长促进剂B，按照逐渐递减的方式进行投加，每10h投加一次，首次投加量为20mg/L，之后按照5mg/L逐渐递减。经过处理后，启动阶段只需要180min。

比较例1

处理工艺条件与实施例1相同，不同之处在于反应器中过渡区不采用钯-铜负载活性炭催化剂颗粒，只采用普通过滤填料。启动反应器时先使用6/7H的流速，200min后出水中COD浓度200mg/L，氨氮浓度120mg/L，总氮浓度150mg/L，280min后COD浓度<150mg/L，氨氮浓度<80mg/L，总氮浓度<100mg/L且较稳定，再经过180min后出水中COD浓度<70mg/L，氨氮浓度<40mg/L，总氮浓度<50mg/L且较稳定，经过80min后出水中COD浓度<50mg/L，氨氮浓度<15mg/L，总氮浓度<20mg/L且较稳定，经过30min反应器进入稳定运行期，总共耗费280+180+80+30=570min。

比较例2

处理工艺条件与实施例1相同，不同之处在于不采用逐渐提高进水流速的方式进行污水处理，维持6/7Hm/h的流速不变进行处理。反应器进入稳定运行期，总共耗费380min。

比较例3

处理工艺条件与实施例1相同，不同之处在于不采用逐渐提高进水流速的方式进行污水处理，维持3/2Hm/h的流速不变进行处理。反应器进入稳定运行期，总共耗费360min。

Claims (17)

1.一种含氮污水的短程硝化反硝化生物膜脱氮方法，其特征在于采用如下结构的生物膜脱氮反应器：在反应器内设置横板 a、竖板b、竖板c及横板d，横板a的横截面积与反应器横截面积相同，将反应器横向分隔成上下两部分，下部为水解酸化区，上部为A/O区；其中A/O区由竖板b和竖板c纵向分成三部分，依次为好氧区O，过渡区和厌氧区A，竖板b下端与横板a密封连接，上端与反应器顶部之间留有过水口，竖板c上端与反应器顶部密封连接，下端与横板a之间留有过水口，横板d左端与竖板c底部密封连接，右端与反应器壁密封连；过渡区装有钯-铜负载活性炭催化剂颗粒；污水处理时从反应器底部进水，依次经水解酸化区-好氧区-过渡区-厌氧区后，最后由反应器上部排出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述生物膜脱氮反应器的高径比为3:1-10:1，横板a距反应器底部1/3-1/5高处设置，下部即为水解酸化区；竖板b下端距横板a中心线向左偏离1/10-1/7横板长度，上端距离反应器顶部4-8cm，竖板b左侧即为好氧区；竖板c与竖板b以横板a的中心线对称平行布置，其上端与反应器顶端密封连接，底端距离横板a上表面4-8cm，竖板b、c之间的区域即为过渡区。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述生物膜脱氮反应器中横板a的横截面被竖板b分割成两种形式，横板a左侧为网格状，废水由水解酸化区通过横板a左侧的网格进入好氧区，横板a右侧为平板密封状；竖板b、竖板c的横截面为平板密封状；横板d的横截面为网格状，经过渡区后的废水通过横板d进入厌氧区。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：水解酸化区、好氧区、过渡区和厌氧区的体积比为0.8-1:0.8-1:0.3-0.5:0.8-1。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：水解酸化区的生物填料选用立体弹性填料，好氧区和厌氧区的生物填料选用圆柱形比表面积较大的生物活性填料，填料体积占反应区体积的3/5-4/5；将生物膜填料固定好后，再将活性污泥装载到各反应器的填料上，使各反应区内的污泥浓度为5-10g/L。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：过渡区装填钯-铜负载活性炭催化剂颗粒的上表面与竖板b的上表面平齐，体积占过渡区体积的3/5-4/5。

7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于：钯-铜负载活性炭催化剂颗粒的制备方法为：以活性炭为载体，Pd-Cu负载总量为1.5%-2.5%，其中Pd/Cu的摩尔比为3:1-5:1。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用所述生物膜脱氮反应器的脱氮方法包括三个阶段，第一阶段为挂膜阶段，第二阶段为污水处理阶段，第三阶段为反冲洗阶段，具体包括以下步骤：

（1）挂膜阶段：在水解酸化区、好氧区及厌氧区装入相应的填料，使填料体积占各反应区体积的3/5-4/5，并按照污泥浓度5-10g/L的量将活性污泥分撒到三个反应区的填料内；过渡区装填钯-铜负载活性炭催化剂颗粒，粒径为3-5mm，体积占过渡区体积的3/5-4/5；然后从反应器底部注入含氮污水，当整个反应器注满污水时，停止进水，关闭排水口，启动曝气系统，控制水解酸化区、好氧区和厌氧区的溶解氧浓度为1-3mg/L；先全部曝气24-48h，之后关闭水解酸化区和厌氧区内的曝气系统，好氧区仍持续曝气，同时打开进水口和排水口，采用连续进水的方式继续培养；经过66-140h后，在三个反应区的填料上能够看到厚度约2mm的棕褐色生物膜，同时观察到排气口附近有气泡生成，视为挂摸完成；

（2）污水处理阶段：污水处理阶段分为启动期和稳定运行期；首先从反应器底部注入待处理的含氮污水，污水首先进入水解酸化区，污水在水解酸化区将大分子有机物分解为小分子物质，同时截留污水中的悬浮物和杂质；污水通过横板a的网状截面进入好氧区，在此污水中的有机氮依次转化为氨氮、亚硝氮及硝氮；污水到达竖板b顶端时，折流进入过渡区，将硝酸盐氮催化还原为亚硝酸盐氮，并将水中的悬浮物去除；然后通过横板d折流进入厌氧区，进行短程反硝化脱氮，最后通过排水口排出；

（3）反冲洗阶段：反冲洗时从反应器上部的排水口进水，打开进水口和反冲洗排水口进行排水，则厌氧区和过渡区的污水从反冲洗排水口排出，好氧区及水解酸化区的污水由进水口排出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤（1）中控制含氮污水的pH值为7.5-8.5，处理温度为30-35℃，废水中BOD₅:N:P=100:5:1，进水氨氮浓度为200-400mg/L，COD小于500mg/L。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤（1）在水解酸化区投加亚硝酸菌生长促进剂，所述促进剂包括金属盐、多胺类物质、有机酸羟胺和Na₂SO₃，其中金属盐为40-100重量份，优选为50-80重量份，多胺类物质为5-30重量份，有机酸羟胺为0.05-1.5重量份，Na₂SO₃为10-40重量份；所述金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述亚硝酸菌生长促进剂中的金属盐可以是钙盐、镁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Mg²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（0.5-5）；或者是钙盐、亚铁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（1-8）:（0.5-5）；或者是钙盐、镁盐、亚铁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（1-8）:（0.5-5）；所述钙盐为CaSO₄或者CaCl₂，镁盐为MgSO₄或者MgCl₂，亚铁盐为FeSO₄或者FeCl₂，铜盐为CuSO₄或者CuCl₂；所述多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物；所述有机酸羟胺为甲酸羟胺、乙酸羟胺或者两者的混合物。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于：所述亚硝酸菌生长促进剂的投加量按照污水处理系统中促进剂浓度10-40mg/L进行投加。

13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤（2）中启动期进水流速采用逐渐增大的方式，首先以(6/7H-H)m/h的流速从反应器底部注入待处理的含氮污水，即控制污水停留时间在60-70min之间；当出水中COD浓度<150mg/L，氨氮浓度<80mg/L，总氮浓度<100mg/L时，将流速提高至(H-6/5H) m/h；当出水中COD浓度<70mg/L，氨氮浓度<40mg/L，总氮浓度<50mg/L时，再次提高流速至(6/5H-3/2H)m/h；当出水中COD浓度<50mg/L，氨氮浓度<15mg/L，总氮浓度<20mg/L时，再次提高流速至(3/2H-2H)m/h；当出水中COD浓度<50mg/L，氨氮浓度<15mg/L，总氮浓度<20mg/L且较稳定时，进入稳定运行期，维持现有的流速不变进行处理。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：当进水水质出现波动，应根据具体情况降低流速；如果出水中COD浓度没有超过70mg/L，氨氮浓度没有超过40mg/L，总氮浓度没有超过50mg/L，则降低流速至(6/5H-3/2H)m/h，待出水合格且稳定后，再按照上述方式逐渐进行调整；如果三个指标中有任何一个超过上述流量，则降低流速至(H-6/5H)m/h，待出水合格且稳定后，再按照上述方式逐渐进行调整。

15.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤（2）控制含氮污水的pH值为7.5-8.5，处理温度为30-35℃，进水氨氮浓度为400-800mg/L，总氮浓度为500-900mg/L，COD小于1000mg/L，控制好氧区的溶解氧浓度为1-3mg/L。

16.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤（2）中在水解酸化区投加挂膜阶段使用的亚硝酸菌生长促进剂，按照逐渐递减的方式进行投加，每8-24h投加一次，首次投加量为10-25mg/L，之后按照3-5mg/L逐渐递减。

17.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤（3）反应器运行5-7天，进行一次反冲洗；反冲洗时按照(2H-3H)m/h的流速，即控制污水停留时间在20-30min之间，每次反冲洗1-2h。