CN114804339A - 基于bfm形式的高效aoa耦合厌氧氨氧化污水处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化污水处理方法及系统，属于污水处理技术领域。该方法包括：待处理污水进入厌氧区，再进入碳移动区；在碳移动区中所得上清液进入好氧纯膜MBBR区，所得污泥从碳移动区底部排出，经过连接有污泥超越泵的管路将其输送到选择区；好氧纯膜MBBR区出水依次进入选择区、缺氧IFAS区、二沉区。本发明方法通过碳移动区的设置实现好氧区纯膜MBBR运行状态，避免了活性污泥在好氧区的碳损失问题；此外，在缺氧IFAS区通过投加悬浮载体集厌氧氨氧化菌，可降低脱氮对于原水碳源的依赖，实现出水氮素满足高标准排放，系统HRT较传统活性污泥法降低40％以上，最小HRT低于10h。

Description

基于BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化污水处理方法及系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种基于BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化污水处理方法及系统。

背景技术

AOA工艺利用较低的好氧/缺氧池容比，通过较小的好氧停留时间，一方面降低了内碳源在好氧池的消耗；另一方面也保证了足够的反硝化池容，在应对进水C/N较低时，缺氧池利用厌氧阶段合成的PHA，通过内源反硝化效果可保证较高的脱氮效率，通过反硝化除磷可保证较高的生物除磷率，从而降低了污水脱氮对于外碳源的需求，实现了污水处理的节能降耗。厌氧氨氧化工艺通过富集自养型厌氧氨氧化菌实现污水的自养脱氮过程，针对氨氮型污水处理，该工艺常配合短程硝化工艺联用，与传统的硝化反硝化工艺相比，具有节省60％的曝气量，无需添加有机碳源，降低90％的污泥产量以及相对较少氮氧化物释放量等优点，此外，厌氧氨氧化工艺脱氮负荷高、运行费用低、占地空间小，已被公认为是目前最经济的生物脱氮工艺之一。作为两种高效低耗脱氮工艺，将AOA与厌氧氨氧化相耦合，则可进一步降低污水脱氮对原水碳源的依赖，实现污水处理的节能降耗。

现有技术中关于AOA工艺耦合厌氧氨氧化技术相关方面的研究报道主要有：

申请号201910358952.3公开了一种AOA工艺缺氧区内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化处理城市污水的方法与装置，该装置为AOA工艺流程，以活性污泥为内碳源合成及硝化主体，通过在缺氧区投加填料，利用好氧区产生的亚硝与原水中剩余的氨氮进行厌氧氨氧化反应，产生的硝氮可在缺氧区通过污泥内源反硝化进一步去除。申请号201910358964.6公开了一种全流程厌氧氨氧化强化脱氮的AOA工艺处理城市污水的方法与装置，该装置在AOA反应器中投加生物膜填料。污水处理过程中，在厌氧区污泥积累内碳源去除原水中的有机物。随后进入好氧区进行硝化反应，产生的硝态氮进入缺氧区进行内源反硝化，AOA反应器中的厌氧氨氧化填料利用硝化反硝化过程中产生的亚硝态氮与原水剩余氨氮进行厌氧氨氧化反应，强化脱氮。申请号201910762403.2公开了一种通过羟胺实现连续流AOA生物膜半短程耦合厌氧氨氧化装置与方法，其通过向反应器好氧池中投加羟胺试剂抑制NOB活性，从而使得连续流好氧池发生半短程硝化反应，继而含有氨氮与亚硝态氮的混合液进入连续流AOA生物膜反应器的缺氧池，生长在生物膜上的厌氧氨化菌利用氨氮与亚硝态氮发生厌氧氨氧化反应。申请号202110336253.6公开了一种AOA耦合厌氧氨氧化深度脱氮除磷工艺，该工艺包括进行內碳源储存及磷酸盐释放的厌氧区、进行好氧过量吸磷及短程硝化-厌氧氨氧化的好氧区、进行內碳源短程反硝化-厌氧氨氧化的缺氧区，所述好氧区及缺氧区均投加活性生物填料富集主要功能菌。申请号202110532485.9公开了一种低氧曝气AOA-SBBR短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷一体化城市污水处理方法，厌氧阶段污泥中的反硝化聚磷菌与反硝化聚糖菌将水中的易降解有机物储存为内碳源，随后在好氧曝气阶段通过氨氧化菌实现短程效果效果，并利用厌氧氨氧化菌在填料内部微缺氧环境条件下将生成的亚氮与氨氮转化为N₂进行脱氮，最后在缺氧阶段利用反硝化聚磷菌与反硝化聚糖菌通过内源反硝化作用将剩余的硝态氮与污水中的磷去除。

上述现有技术虽然实现了AOA工艺与厌氧氨氧化的耦合，但并未针对两种工艺的最优处理效果而进行任何优化。首先，系统内活性污泥会经历好氧区曝气过程，导致其储存的内碳源发生好氧分解，降低AOA工艺的原水碳源的利用率；其次，游走于整个系统内各功能区的活性污泥与厌氧氨氧化生物膜同存于厌氧氨氧化功能区，活性污泥中杂乱的菌群组成将影响厌氧氨氧化菌生物膜的物种组成，一方面无法实现厌氧氨氧化菌的高效富集，另一方面，易造成现有厌氧氨氧化菌群的退化。因此以该方式进行AOA与厌氧氨氧化工艺的耦合，并无法实现两种工艺耦合后处理效果相叠加甚至更高，需要进一步研究，优化耦合工艺流程。

申请号201610164752.0公布了一种高效脱氮除磷的污水处理方法，将厌氧池处理后的混合液进行固液分离，将上清液导入除磷池和硝化池，将污泥导入反硝化池进行内源反硝化，且除磷池和硝化池单独分开，使除磷和脱氮之间互不影响。该发明通过厌氧区后增加泥水分离的方式实现了硝化与反硝化分别通过不同生物相完成，从根本上避免了好氧区活性污泥的内碳源损失，但该专利设置系统总HRT最小也为18h以上，可见其并未真正意义上提高系统的处理效率。而在工艺组成上，也存在如下问题。首先，普通AOA工艺仍借助于传统硝化反硝化工艺技术，脱氮效果仍受原水C/N影响较大，在进水碳源极度缺乏的基础上，出水TN 仍有超标风险；其次，当固液分离池沉降效果较差时，一方面，出水上清液SS高，会对后续的硝化池硝化效果造成影响，导致硝化池硝化效果恶化，而较高的污泥超越比，也增加了好氧池进水氨氮负荷，需要上调好氧池与缺氧池间的回流比满足硝化效果；再次，其硝化效果通过硝化池和好氧池共同保证，好氧池与硝化池若采用的工艺形式不同，其硝化效果必然有所差异，当固液分离池污泥超越比较大时，此时系统的硝化主体为采用活性污泥法的好氧池，过低的硝化负荷导致好氧池设计池容偏大；最后，该工艺除磷依靠化学除磷、反硝化除磷与生物除磷共同完成，当污泥超越比较高时，将导致系统大部分污水实际工艺流程为厌氧-缺氧 -好氧(AAO)，此时的系统原水碳源利用率会大大降低，进而影响氮磷去除效果。

在实际应用过程中，第一、传统AOA工艺采用活性污泥法，无法保证进水冲击下的硝化效果；第二、在好氧区投加填料，仍然无法避免内碳源的好氧分解，从而无法保证缺氧区的内源反硝化效果；第三、采用厌氧区后泥水分离，虽可以避免内碳源的好氧分解，但对工艺流程的设计要求更高，需更加严谨，且固定的好氧池容既无法从根本上抵抗进水冲击，也无法进一步缩减工艺占地；第四、传统AOA工艺仍借助于传统硝化反硝化实现氮素的去除，在进水碳源极度缺乏的基础上，仍然有出水TN超标的风险。综上，为充分发挥AOA工艺优势，有必要对现有工艺进行改进。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化污水处理方法，其对现有AOA污水处理工艺进行重新设计，通过厌氧区实现内碳源的合成及聚磷的水解，通过碳移动区实现厌氧区混合液的泥水分离，上清液进入好氧纯膜MBBR区，污泥由碳移动区转移至选择区，好氧纯膜MBBR区作为硝化主体，承担40％～80％的硝化效果，其更高的处理负荷一方面起到节地效果，一方面也杜绝了活性污泥在好氧区的内碳源损失；选择区作为好氧/缺氧区，可进一步突显节地效果；缺氧IFAS区通过填料富集承担20～30％的硝化负荷与50～60％的反硝化负荷，同时污泥进行反硝化脱氮除磷；本发明污水处理方法的最小HRT可保证在10h以下。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化污水处理方法，依次包括以下步骤：

a、将待处理污水通入厌氧区，通过厌氧区主要进行活性污泥内碳源的合成及磷素释放，在厌氧区HRT为1～2h；

b、厌氧区出水进入连接在其后的碳移动区；在碳移动区对厌氧区混合液的泥水进行强化分离，分离所得上清液进入连接在碳移动区之后的好氧纯膜MBBR区，分离所得污泥从碳移动区底部的出口端排出，经过连接有污泥超越泵的管路将其输送到连接在好氧纯膜MBBR区之后的选择区；

所述的碳移动区的HRT为0.4～0.6h，表面水力负荷≥5m³/m²/h，固体通量≥20kg/m²/h，出水SS≤50mg/L，COD转移率≥70％；

c、好氧纯膜MBBR区通过投加悬浮级载体富集微生物来去除氨氮污染物，好氧纯膜MBBR区出水进入选择区；

所述的好氧纯膜MBBR区按照设计硝化HRT的15～20％设计，容积负荷≥0.2kgN/m³/d，通过拦截筛网设置分级≥2级，最后一级出水SS≤200mg/L；

所述的选择区依据出水氨氮设置具体运行模式可作为好氧/缺氧区，所述的选择区按照设计硝化HRT的20％～30％设计；

d、选择区作为缺氧区，利用污泥超越携带和移动的内碳源进行内源反硝化除磷，选择区出水进入连接在其后的缺氧IFAS区；

所述的缺氧IFAS区进行内源反硝化脱氮除磷及厌氧氨氧化脱氮，利用活性污泥进行反硝化脱氮除磷，利用悬浮载体富集厌氧氨氧化菌进行厌氧氨氧化自养脱氮；所述的缺氧IFAS 区按照设计硝化HRT的50～60％设计；

所述的好氧纯膜MBBR区和缺氧IFAS区中的悬浮载体有效比表面积≥620m²/m³，空隙率＞90％，30％≤填充率＜67％，所述的好氧纯膜MBBR区悬浮载体密度为0.94～0.97g/cm³，所述的缺氧IFAS区中悬浮载体的比重为0.97～1.03g/cm³；

e、缺氧IFAS区出水进入连接在其后的二沉区，沉降后所得上清液外排，所得污泥部分回流至厌氧区底部，控制污泥回流比为50％～100％，剩余污泥进行外排；

若系统出水氨氮超过设计出水氨氮70％以上，则按照步骤f运行；

f、选择区的曝气管路关闭，搅拌装置开启，上调好氧纯膜MBBR区DO至6～8mg/L；

若系统出水氨氮降至设计出水氨氮50％以下，则按照步骤c继续运行；

若系统出水氨氮继续超过设计出水氨氮的70％以上，则按照步骤g运行；

g、开启选择区曝气管路、关闭搅拌装置，控制DO为2～4mg/L；

若系统出水氨氮降至设计出水氨氮50％以下，则按照步骤f运行；

当选择区以缺氧模式运行时，好氧纯膜MBBR区氨氧化率应达到70～80％，当选择区以好氧模式运行时，好氧纯膜MBBR区氨氧化率应达到40～60％。

上述技术方案直接带来的有益技术效果为：

首先，上述的工艺基于BFM工艺，采用纯膜MBBR耦合磁加载沉淀技术；

其次，通过碳移动区可实现超快的泥水分离效果，硝化区主体采用纯膜MBBR工艺，处理负荷较传统活性污泥法提高100％，可极大的节省占地。选择区在设计上同时作为硝化和反硝化，可进一步降低30％～40％的缺氧区占地，且通过污泥龄的控制可以保证缺氧区在池容较小的基础上实现出水TN稳定达标；

最后，好氧纯膜MBBR区主要利用生物膜传质传氧受生物膜厚度影响特性，当冲击来临时，通过提高溶解氧，增加传质传氧深度，进一步显著提高硝化负荷。

作为本发明的一个优选方案，步骤e、f、g中每次判别以5d均值为判断周期，每次调整至少间隔3d。

作为本发明的另一个优选方案，步骤g中，当选择区曝气管路开启，搅拌装置关闭时，控制系统污泥龄为40～50d，其余时间控制污泥龄为30～40d。

进一步优选，所述的好氧MBBR区和缺氧IFAS区出水端均设有拦截筛网。

优选的，在所述的好氧纯膜MBBR区、选择区的底部安装有曝气管路，在所述的厌氧区、选择区、缺氧IFAS区安装有潜水搅拌器。

优选的，步骤b中，通过向碳移动区投加磁粉的方式来实现对厌氧区混合液中的泥水强化分离。

本发明的另一目的在于提供一种基于BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化污水处理系统，其包括反应池，所述的反应池依次划分为厌氧区、碳移动区、好氧纯膜MBBR区、选择区、缺氧IFAS区及二沉区；

所述的碳移动区的底部的出口端连接有污泥超越管路，所述的污泥超越管路的另一端连接在所述的选择区，通过所述的污泥超越管路将碳移动区沉降所得污泥输送至选择区的底部；

所述的二沉区的出口端设置有污泥回流管路，所述的污泥回流管路的另一端连接在所述的厌氧区，通过所述的污泥回流管路将二沉区所得部分污泥回流至厌氧区；

所述的厌氧区用于对活性污泥内碳源的合成及磷素进行释放，所述的厌氧区的HRT为 1～2h；

所述的碳移动区的HRT为0.4～0.6h，表面水力负荷≥5m³/m²/h，固体通量≥20kg/m²/h，出水SS≤50mg/L，COD转移率≥70％；

所述的好氧纯膜MBBR区按照设计硝化HRT的15～20％设计，容积负荷≥0.2kgN/m³/d，可通过拦截筛网设置分级≥2级，最后一级出水SS≤200mg/L；

所述的选择区依据出水氨氮设置具体运行模式可作为好氧/缺氧区，所述的选择区按照设计硝化HRT的20％～30％设计；

所述的缺氧IFAS区按照设计硝化HRT的50～60％设计。

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

1)硝化效果优，针对活性污泥系统硝化效率低的问题，硝化主体采用好氧纯膜MBBR 工艺，利用悬浮载体生物膜对于硝化菌的高效富集作用，提高系统硝化效率及抗冲击性，硝化效果较普通活性污泥法可提高100％，而缺氧IFAS区的设置则可以通过厌氧氨氧化脱氮进一步降低出水氨氮，一方面系统氨氮去除率可>95％，通过优化调整可实现出水氨氮<0.5mg/L，另一方面，好氧纯膜MBBR区池容较传统活性污泥法可节省一倍以上；

2)脱氮效果稳定，通过厌氧区后的碳移动区艺实现泥水分离，保证了活性污泥不经过好氧区，从根本上避免了好氧纯膜MBBR区内碳源损失，保证了缺氧IFAS区氮磷的去除效果；而缺氧IFAS区通过投加悬浮载体富集厌氧氨氧化菌，可以在不依赖原水碳源的基础上实现高效脱氮，进一步降低了AOA工艺脱氮受原水碳源的限制，最低可在进水C/N≤2的基础上实现出水TN稳定达标。

3)抗冲击性强，正常条件下系统硝化大部分依靠生物膜完成，当面临冲击时，通过提高 DO可实现处理负荷的增加，而当进水冲击过强时，可通过选择区的调整进一步扩大好氧池容，保证出水稳定达标；

4)占地省，好氧区主体采用好氧纯膜MBBR工艺，负荷更高，设计HRT仅为常规活性污泥法所需硝化HRT的一半，选择区在设计时同时作为好氧和缺氧区，从而进一步节省占地。缺氧区采用IFAS工艺，通过传统活性污泥进行内碳源反硝化除磷及厌氧氨氧化脱氮，处理负荷更高，从而使占地再一次达到节省。整体来看，系统HRT可较传统活性污泥法降低40％以上，最小HRT可保证在10h以下。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明处理工艺的流程图；

图2、图3为实施例2磁分离沉淀工艺下的出水水质图；

图4、图5为实施例4的好氧纯膜MBBR区不同DO下装置出水水质图。

具体实施方式

本发明提出了一种基于BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化污水处理方法及系统，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”等等将被理解为包括所陈述的部件或组成部分，而并未排除其他部件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个部件或特征与另一部件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他部件或特征“下方”或“下”的部件将取向在所述部件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。部件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

首先对本发明中所涉及的部分技术术语做详细解释。

设计硝化HRT：根据《室外排水设计标准》中关于活性污泥法设计规程而设计的硝化停留时间，h；

设计反硝化HRT：根据《室外排水设计标准》中关于活性污泥法设计规程而设计的反硝化停留时间，h；

表面水力负荷：碳移动区域水平截面单位面积每小时所能承受的进水水量，m³/m²/h；

固体通量：碳移动区域水平截面单位面积每小时所能承受的进水SS量，kg/m²/h；

本发明中的“污泥超越泵”，具体是指污泥泵，是连接在碳移动区与选择区之间管道上的污泥泵，其作用是将碳移动区底部的污泥通入选择区。

其次，对本发明的主要创新点做如下说明：

AOA工艺，采用厌氧→好氧→缺氧的工艺流程，厌氧区利用活性污泥吸收进水所含有机物，合成PHA(内碳源)储存在细胞中，同时发生释磷现象；好氧区主要完成氨氮的硝化，缺氧区则利用活性污泥在厌氧段合成的内碳源进行反硝化脱氮和反硝化除磷，实现脱氮除磷一碳两用，提高原水碳源的利用率。所以，AOA工艺的核心就是好氧区的设置，要么池容必须要小，以此降低内碳源的损耗，但好氧池容变小，会影响其硝化效果；要么则是创新工艺形式，让活性污泥不经过好氧区，以此从根本上避免碳损失。此外，实际进水水质随时变化，如果设计时按照最大负荷设计，则占地过高，建设周期长、投资费用高，无法实现效果优异和运行经济性的平衡。

因此，本发明所需克服的技术难题就在于，如何确保好氧区池容为最佳比例时的同时，其碳源损耗也得到降低，保证节约占地的情况下实现最优的处理效果。

为此，本发明对反应池进行了重新设计，主要从以下三方面进行了考虑：

第一、针对AOA工艺好氧区碳损失问题，工艺形式上基于BFM工艺，采用纯膜MBBR耦合磁加载沉淀技术，实现好/缺氧区生物相的绝对分离，好氧区采用纯膜MBBR形式运行，缺氧区采用活性污泥形式运行；

第二、针对好氧区纯膜MBBR的实现，一方面要考虑进水SS对生物膜传质的影响，另一方面也要考虑生物膜脱落后(腐殖污泥)对系统处理负荷的影响，根据大量试验规律总结，在确定纯膜MBBR工艺SS影响边界条件的基础上，结合好氧区COD去除能力，进一步确定了进水SS边界条件；此外，针对厌氧区污泥含水率低、易产气等特点，采用磁混凝沉淀工艺，通过较高的固体通量，结合超越污泥和系统内污泥的污泥浓度，设置合适的水力负荷，从而实现高效稳定的泥水分离效果；

第三、针对现有工艺占地大的问题，本发明进行了三方面考虑，首先，在设计上不按照传统活性污泥法设计方式，硝化区主体采用纯膜MBBR工艺，处理负荷较传统活性污泥法提高100％，可节省一部分好氧区占地；其次，利用纯膜MBBR区在填充率高于30％的基础上，可利用生物膜传质传氧受生物膜厚度影响特性，当冲击来临时，通过提高溶解氧，增加传质传氧深度，可在池容不变的基础上进一步显著提高硝化负荷；最后，选择区在设计上同时作为硝化和反硝化，可进一步降低30～40％的系统占地，且通过污泥龄的控制可以保证缺氧区在池容较小的基础上实现出水TN稳定达标；

以上三点紧密相连、密不可分，首先，需要磁分离沉淀区通过良好的泥水分离效果，具体效果参数参见下述实施例，良好的泥水分离效果才能保证好氧区纯膜MBBR的运行状态，纯膜MBBR的运行状态则从根本上杜绝了活性污泥在好氧区的碳损失问题，保证了TN去除效果。而选择池的设置、不同DO的控制则为进一步降低工艺占地提供了可能。

如图1所示，本发明系统，包括反应池，作为本发明的主要改进点，通过将反应池进行重新划分，依次划分为厌氧区、碳移动区、好氧纯膜MBBR区、选择区、缺氧IFAS区及二沉区；其中，总进水管路与厌氧区连接，待处理水首先通过总进水管路进入厌氧区，在厌氧区中，进水有机物被活性污泥吸附，生成PHA储存在体内，同时发生厌氧释磷。

厌氧区和碳移动区之间保持连通，如可通过设置于厌氧区出水端上部的过水孔洞保持连通，厌氧区处理后的水通过过水孔洞进入碳移动区，在碳移动区中，污泥沉积在下方，清水在上方。在碳移动区底部的出水端连接的污泥超越管路上设置有污泥超越泵，该污泥超越管路的另一端连接至选择区，将污泥输送到选择区的底部。

碳移动区主要采用磁加载沉淀工艺，磁加载沉淀工艺相比普通沉淀工艺，其泥水分离效果最好。如通过向碳移动区投加磁粉来分离泥水，为保证系统HRT在10h以下，对于碳移动区，需满足以下要求：

碳移动区设计表面水力负荷≥5m³/m²/h，固体通量≥20kg³/m²/h，通过投加磁粉强化处理效果，碳移动区出水SS≤50mg/L。

并且，厌氧区HRT为1～2h，碳移动区HRT为0.4～0.6h，好氧纯膜MBBR区通过投加悬浮载体富集微生物，实现氨氮等污染物的去除；好氧纯膜MBBR区按照设计硝化HRT的 15～20％设计，容积负荷≥0.2kgN/m³/d，可通过拦截筛网设置分级≥2级，最后一级出水 SS≤200mg/L；

碳移动区上清液进入好氧纯膜MBBR区，污泥由碳移动区底部设置的污泥超越管流向选择区，将COD以活性污泥形式转移至选择区。碳移动区HRT为0.4～0.6h，设计表面水力负荷≥5m³/m²/h，固体通量≥20kg/m²/h，通过投加磁粉强化处理效果，出水SS≤50mg/L，COD转移率达到70％以上；

选择区依据出水氨氮设置具体运行模式，选择区按照设计硝化HRT的20％～30％设计；

缺氧IFAS区进行内源反硝化脱氮除磷及厌氧氨氧化脱氮，污泥超越携带和转化的内碳源进行内源反硝化除磷，悬浮载体富集厌氧氨氧化菌进行厌氧氨氧化自养脱氮。缺氧IFAS区按照设计硝化HRT的50～60％设计；

在好氧纯膜MBBR区投加有悬浮载体，30％≤悬浮载体的填充率＜67％，优选，悬浮载体比重0.94～0.97，空隙率>90％。缺氧IFAS区悬浮载体比重0.97～1.03g/cm3；

好氧纯膜MBBR区和缺氧IFAS区出水端均设有拦截筛网；

好氧纯膜MBBR区、选择区底部安装有曝气管路，在厌氧区、选择区、缺氧IFAS区底部安装有潜水搅拌器，曝气管路和潜水搅拌器的具体结构借鉴现有技术即可实现。

为了防止悬浮载体冲出，上述的拦截筛网上的通孔的孔径小于悬浮载体的直径。为了确保好氧纯膜MBBR区出水达到要求，可以将拦截筛网设置为两级，保证最后一级出水SS≤200mg/L。

下面结合上述系统对本发明处理工艺做详细说明。

具体包括以下步骤：

第一步、待处理污水首先进入厌氧区，进水有机物被活性污泥吸附，生成PHA储存在体内，同时发生厌氧释磷；

第二步、厌氧区出水进入碳移动区，污泥在碳移动区底部沉积，上清液进入好氧纯膜 MBBR区；开启位于污泥超越管上的污泥超越泵，控制流量为进水流量的10％～20％，碳移动区底部污泥通过污泥超越管进入选择区进水端的底部；

第三步、好氧MBBR区氨氧化率40～60％，出水进入选择区；；

第四步、选择区关闭曝气管路，开启搅拌装置，将选择区作为缺氧区用，选择区和缺氧 IFAS区共同进行反硝化脱氮除磷、anammox脱氮；

第五步、缺氧IFAS区出水进入二沉区，二沉区的上清液作为最终出水外排，开启污泥超越泵，控制回流比为50％～100％，二沉区底部的部分污泥则回流至厌氧区底部，其余污泥作为剩余污泥排放；

若系统出水氨氮超过设计出水氨氮70％以上，则按照第六步运行；

第六步、选择区曝气管路关闭，搅拌装置开启，上调好氧纯膜MBBR区DO至6～8mg/L运行；

若系统出水氨氮降至设计出水氨氮50％以下，则按照第三步继续运行；

若系统出水氨氮继续超过设计出水氨氮的70％以上，则按照第七步运行；

第七步、开启选择区曝气管路、关闭搅拌装置，控制DO为2～4mg/L；系统出水氨氮降至设计出水氨氮50％以下，则按照第六步运行。

上述的第五步、第六步、第七步中每次判别以5d均值为判断周期，每次调整至少间隔3d。当选择区曝气管路开启、搅拌装置关闭时，控制系统污泥龄为40～50d，其余时间控制污泥龄为30d～40d。

下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

实施例1：

四套基于BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化处理小试系统，编号a-d，各系统厌氧区、碳移动区、选择区、缺氧IFAS区、二沉区HRT分别为1h、0.5h、2h、4h、1.5h，各装置好氧纯膜MBBR区和缺氧IFAS区设置悬浮载体填充率40％，悬浮载体有效比表面积为 800m²/m³，好氧纯膜MBBR区HRT分别按照设计硝化HRT的5％、15％、20％、25％进行设计(即1h、2h、3h、4h)，采用相同水质运行，验证各系统运行效果，其处理效果如表1所示。

表1不同好氧纯膜MBBR区HRT下运行效果

运行效果显示，当好氧纯膜MBBR区按照设计HRT的50％设计时，系统硝化效果不足，出水氨氮超标，当好氧纯膜MBBR区按照设计HRT的15％～20％设计时，系统出水均可达到设计标准，而当好氧纯膜MBBR区按照设计HRT的20％设计时，不管是硝化或者反硝化效果均未再有明显提升，此时过高的好氧纯膜MBBR区会造成池容的浪费。

针对其他AOA工艺未对好氧区池容进行限定的情况，本实施例探究了纯膜MBBR工艺较传统活性污泥法在占地节省方面的优势，研究表明：好氧纯膜MBBR区HRT应按照设计HRT的15～20％设计，此时既能保证硝化效果，又可以有效的缩减好氧纯膜MBBR区占地。

实施例2：

某两组污水处理装置，编号1、2，设计水量均为80m³/d，两装置生化段采用BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化污水处理系统，厌氧区、好氧纯膜MBBR区、选择区、缺氧IFAS 区、二沉区HRT分别为1h、2h、2h、2h、4h、2h。两装置差异在于碳移动区，装置1采用磁分离沉淀，HRT为0.52h，装置2采用普通混凝沉淀，HRT为1.5h。在两装置好氧区均投加50％悬浮载体，控制DO为4mg/L，系统污泥浓度为3000mg/L，两装置污泥超越泵流量为 16m³/d。两装置污泥回流比均为100％。处理相同水质，两装置处理效果如图2和图3所示。

两装置运行效果显示，装置1在厌氧区后采用磁加载沉淀，实现了好氧纯膜MBBR区进水SS仅为38.26mg/L，较低的SS进一步提高了好氧纯膜MBBR区硝化效率，并且降低了内碳源损失。而装置2采用普通混凝沉淀，在应对厌氧区出水所含污泥沉降效果不佳，实测好氧纯膜MBBR区SS高达1156.87mg/L，较高的SS加剧了好氧纯膜MBBR区泥膜竞争关系，也增加了内碳源损耗，导致装置2出水氨氮和TN均明显高于装置1。可见，针对厌氧区污泥的沉降，应优先选用水力负荷更高的磁分离沉淀代替普通沉淀，以达到更高的泥水分离效果。从该实施例可以得出：针对厌氧区污泥的泥水分离，采用磁加载沉淀工艺更好。

实施例3：

某5组好氧污水处理装置，编号1-5，设计HRT均为2h，系统内均投加挂膜成熟的悬浮载体，设置填充率均为40％，采用污水厂二沉池出水上清液与初沉污泥混合配水，在保证进水氨氮均为40mg/L的基础上，设置不同的进水SS浓度分别为10、30、50、70、90mg/L，验证各组硝化效果，各系统进出水水质如表2所示。

表2纯膜MBBR系统在不同SS条件下的进出水氨氮浓度

由于进水COD较低，所以不考虑由于脱碳导致的SS生成量。在进水SS低于50mg/L时，系统处理负荷变化不大，而当进水SS进一步升至70mg/L以上后，系统硝化效果下降速度明显加快，此时较高的SS对生物膜传质造成了一定影响。因此，系统要维持较高的负荷，应保证进水SS在50mg/L以下。

实施例4：

某污水处理装置，生化段为采用BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化污水处理系统，设计日处理量75m³/d，系统出水执行一级A标准。好氧纯膜MBBR区HRT为2.5h，其中，好氧纯膜MBBR区按照填充率50％投加悬浮载体。系统污泥浓度4000mg/L，污泥超越泵流量为10m³/d。运行不同阶段内进水氨氮浓度分别为21.33、33.24、46.25、57.38、69.35mg/L，好氧区运行DO分别按照1、2、4、6、8mg/L运行。实际进出水水质如图4、5所示。

当好氧纯膜MBBR区DO为2mg/L时，系统硝化效果较差，造成了出水氨氮的超标，将DO逐渐提升至6mg/L后，系统出水氨氮逐渐降低，且均优于设计出水标准。由于进水C/N 变化不大，且好氧纯膜MBBR区不存在碳损，所以系统出水TN主要受氨氮影响。当系统 DO进一步升至8mg/L后，系统出水氨氮再次出现超标，进而造成了出水TN的超标。可见，好氧纯膜MBBR区处理效果受DO影响很大，正常条件下，为了节省曝气，系统DO控制在 4～6mg/L即可，当冲击来临后，可通过进一步上调DO至8mg/L来继续提高系统硝化负荷。好氧纯膜MBBR区正常条件下，在进水基质充足的基础上，运行DO从2mg/L逐渐提升至 4mg/L、6mg/L、8mg/L、10mg/L，可分别提高硝化负荷约106.79％、187.87％、258.64％、264.11％，可见，当DO超过8mg/L后，硝化负荷提高幅度已基本不再增大。因此若为提高硝化效果，好氧纯膜MBBR区运行DO最高不超过8mg/L。

实施例5：

某污水处理厂，生化段采用AOA系统，设计日处理量80000m³/d，出水执行一级A标准。污水厂设计进出水水质如表3所示。生化池总池容为55000m³，各功能区HRT分别为1.00h、 0.62h、3.20h、1.00h、1.60h、6.00h、1.50h，其中，好氧纯膜MBBR区按照填充率40％投加悬浮载体。选择区以缺氧方式运行，在高温季节进水基质与水温变化不大的基础上，运行时调整系统活性污泥的污泥龄均值分别为20d、30d、40d、50d，系统进出水水质如表4所示。

表3污水厂设计进出水水质

表4选择区缺氧运行时不同泥龄下污水厂生化段进出水水质

当系统泥龄为20d时，系统排泥量较大，系统污泥浓度偏低，内碳源存储不足，造成出水TN偏高，当泥龄为30～40d时，出水氨氮和TN均较为稳定，且明显优于设计出水标准。而当泥龄进一步升至50d后，随着排泥量的减少，系统污泥浓度过高，可能存在水解现象，导致了系统的碳氮去除效果反而较泥龄为20～30d时更差。因此，综合系统脱氮效果与污泥龄的关系，AOA工艺，当选择区以缺氧方式运行时，系统的最佳污泥龄易控制在30～40d。

实施例6：

实施例4中的污水处理厂，选择区以好氧方式运行，在低温季节进水基质与水温变化不大的基础上，运行时调整系统活性污泥的污泥龄均值分别为30d、40d、50d、60d，系统出水水质如表5所示。

当系统泥龄为30d时，缺氧池容不足，系统出水TN超标，当污泥龄为40～50d时，系统整体处理效果良好，但随着污泥龄进一步升至60d，系统处理效果差异不大，但工程可见污泥上浮，难以沉降。因此，综合系统脱氮效果与污泥龄的关系，AOA工艺选择区以好氧运行时，系统的最佳污泥龄易控制在40～50d。

表5选择区好氧运行时不同泥龄下污水厂生化段进出水水质

实施例7：

两套污水处理小试系统，编号1-2，1号系统采用BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化污水处理系统，厌氧区、碳移动区、好氧纯膜MBBR区、选择区、缺氧IFAS区、二沉区HRT 分别为1h、0.5h、2h、2.5h、4h、1.5h，总计HRT为10.5h，2号系统不设置选择区，工艺流程为厌氧区、碳移动区、好氧纯膜MBBR区、缺氧IFAS区、二沉区，HRT分别为1h、0.5h、 3h、6h、1.5h，总计HRT为12h，各装置好氧纯膜MBBR区和缺氧IFAS区设置悬浮载体填充率40％，悬浮载体有效比表面积为800m²/m³，采用相同水质运行，验证各系统运行效果，其处理效果如表6所示。

表6选择区是否设置对进出水水质的影响

当系统不设置选择区时，额外20～30％的硝化负荷将由好氧纯膜MBBR区承担，额外20～30％的反硝化负荷将由缺氧IFAS区承担，整体HRT延长14.29％，相当于池容增加14.29％。但两系统处理效果基本一致。可见，通过选择区的设置可以进一步降低系统池容及占地。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

需要进一步说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种基于BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化污水处理方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

a、将待处理污水通入厌氧区，通过厌氧区主要进行活性污泥内碳源的合成及磷素释放，在厌氧区HRT为1～2h；

b、厌氧区出水进入连接在其后的碳移动区；在碳移动区对厌氧区混合液的泥水进行强化分离，分离所得上清液进入连接在碳移动区之后的好氧纯膜MBBR区，分离所得污泥从碳移动区底部的出口端排出，经过连接有污泥超越泵的管路将其输送到连接在好氧纯膜MBBR区之后的选择区进水端的底部；

所述的碳移动区的HRT为0.4～0.6h，表面水力负荷≥5m³/m²/h，固体通量≥20kg/m²/h，出水SS≤50mg/L，COD转移率≥70％；

c、好氧纯膜MBBR区通过投加悬浮级载体富集微生物来去除氨氮污染物，好氧纯膜MBBR区出水进入选择区；

所述的好氧纯膜MBBR区按照设计硝化HRT的15～20％设计，容积负荷≥0.2kgN/m³/d，通过拦截筛网设置分级≥2级，最后一级出水SS≤200mg/L；

所述的选择区依据出水氨氮设置具体运行模式可作为好氧/缺氧区，所述的选择区按照设计硝化HRT的20％～30％设计；

d、选择区作为缺氧区，利用污泥超越携带和移动的内碳源进行内源反硝化除磷，选择区出水进入连接在其后的缺氧IFAS区；

所述的缺氧IFAS区进行内源反硝化脱氮除磷及厌氧氨氧化脱氮，利用活性污泥进行反硝化脱氮除磷及短程反硝化产亚硝酸盐，利用悬浮载体富集厌氧氨氧化菌进行厌氧氨氧化自养脱氮，实现氨氮和总氮的达标去除；所述的缺氧IFAS区按照设计硝化HRT的50～60％设计；

所述的好氧纯膜MBBR区和缺氧IFAS区中的悬浮载体有效比表面积≥620m²/m³，空隙率＞90％，30％≤填充率＜67％，所述的好氧纯膜MBBR区悬浮载体密度为0.94～0.97g/cm³，所述的缺氧IFAS区中悬浮载体的比重为0.97～1.03g/cm³；

e、缺氧IFAS区出水进入连接在其后的二沉区，沉降后所得上清液外排，所得污泥部分回流至厌氧区底部，控制污泥回流比为50％～100％，剩余污泥进行外排；

若系统出水氨氮超过设计出水氨氮70％以上，则按照步骤f运行；

f、选择区的曝气管路关闭，搅拌装置开启，上调好氧纯膜MBBR区DO至6～8mg/L；

若系统出水氨氮降至设计出水氨氮50％以下，则按照步骤c继续运行；

若系统出水氨氮继续超过设计出水氨氮的70％以上，则按照步骤g运行；

g、开启选择区曝气管路、关闭搅拌装置，控制DO为2～4mg/L；

若系统出水氨氮降至设计出水氨氮50％以下，则按照步骤f运行；

当选择区以缺氧模式运行时，好氧纯膜MBBR区氨氧化率应达到70～80％，当选择区以好氧模式运行时，好氧纯膜MBBR区氨氧化率应达到40～60％。

2.根据权利要求1所述的一种基于BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化污水处理方法，其特征在于：步骤e、f、g中每次判别以5d均值为判断周期，每次调整至少间隔3d。

3.根据权利要求1所述的一种基于BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化污水处理方法，其特征在于：步骤g中，当选择区曝气管路开启，搅拌装置关闭时，控制系统污泥龄为40～50d，其余时间控制污泥龄为30～40d。

4.根据权利要求1所述的一种基于BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化污水处理方法，其特征在于：所述的好氧MBBR区和缺氧IFAS区出水端均设有拦截筛网。

5.根据权利要求1所述的一种基于BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化污水处理方法，其特征在于：在所述的好氧纯膜MBBR区、选择区的底部安装有曝气管路，在所述的厌氧区、选择区、缺氧IFAS区安装有潜水搅拌器。

6.根据权利要求1所述的一种基于BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化污水处理方法，其特征在于：步骤b中，通过向碳移动区投加磁粉的方式来实现对厌氧区混合液中的泥水强化分离。

7.一种基于BFM形式的高效AOA耦合厌氧氨氧化污水处理系统，其包括反应池，其特征在于：所述的反应池依次划分为厌氧区、碳移动区、好氧纯膜MBBR区、选择区、缺氧IFAS区及二沉区；

所述的碳移动区的底部的出口端连接有污泥超越管路，所述的污泥超越管路的另一端连接在所述的选择区，通过所述的污泥超越管路将碳移动区沉降所得污泥输送至选择区进水端的底部；

所述的二沉区的出口端设置有污泥回流管路，所述的污泥回流管路的另一端连接在所述的厌氧区，通过所述的污泥回流管路将二沉区所得部分污泥回流至厌氧区；

所述的厌氧区用于对活性污泥内碳源的合成及磷素进行释放，所述的厌氧区的HRT为1～2h；

所述的碳移动区的HRT为0.4～0.6h，表面水力负荷≥5m³/m²/h，固体通量≥20kg/m²/h，出水SS≤50mg/L，COD转移率≥70％；

所述的好氧纯膜MBBR区按照设计硝化HRT的15～20％设计，容积负荷≥0.2kgN/m³/d，可通过拦截筛网设置分级≥2级，最后一级出水SS≤200mg/L；

所述的选择区依据出水氨氮设置具体运行模式可作为好氧/缺氧区，所述的选择区按照设计硝化HRT的20％～30％设计；

所述的缺氧IFAS区按照设计硝化HRT的50～60％设计。

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