一种基于MBBR的短程硝化工艺启动与运行方法

摘要

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/m

说明书

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。