一种利用移动床生物膜反应器处理高氨氮废水的工艺的制作方法

本发明涉及废水处理技术领域，具体是一种利用移动床生物膜反应器处理高氨氮废水的工艺。

背景技术：

高氨氮废水主要来源于垃圾渗滤液、焦化废水、煤气废水、印染废水、污泥消化液以及养殖废水，来源如此之广的高氨氮废水直接进入水体，会引发水体富营养化，产生生物毒性造成鱼虾死亡，危害饮用水安全。

目前已有的高氨氮废水处理方法包括：化学沉淀法、折点氯化法、吹脱法、吸附法、离子交换法和生物法。而化学沉淀法需加入化学试剂与水体中的氨氮发生反应，可能会造成二次污染；折点氯化法氨氮去除率较高，但后续用于消毒过程的成本较高；吹脱法耗能较高；离子交换法效率较低，且对离子交换树脂的需求量大。

而生物法中，利用移动床生物膜反应器(moving-bedbiofilmreactor，mbbr)进行废水处理普遍采用活性污泥法对悬浮填料进行挂膜，虽然能通过微生物对废水中的污染物进行吸附降解，可废水处理系统的移动床生物膜反应器内的微生物生长缓慢，不仅启动时间长，而且在高氨氮浓度下，微生物的耐受性差、污染物去除率低，对高氨氮废水的处理效果不佳，如何使利用移动床生物膜反应器的废水处理系统对高氨氮废水进行安全高效的处理是亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种利用移动床生物膜反应器处理高氨氮废水的工艺，利用异养硝化-好氧反硝化复合菌剂强化移动床生物膜反应器，有效缩短设备启动周期，同时为异养硝化-好氧反硝化复合菌的富集创造条件，充分发挥异养硝化-好氧反硝化复合菌所具有的各种优良性能，将移动床生物膜反应器技术、吸附固定微生物技术、异养硝化-好氧反硝化脱氮技术结合起来，通过好氧脱氮的方式，稳定且高效的对高氨氮废水中的主要污染物进行去除，占地面积小，大大减少了经济成本。

本发明的目的是采用下述方案实现的：一种利用移动床生物膜反应器处理高氨氮废水的工艺，包括以下步骤：

1）挂膜准备阶段：

1-1）配制与待处理的高氨氮废水组分相同的营养液；

1-2）在废水处理系统的移动床生物膜反应器内加入mbbr悬浮填料k1和聚乙二醇颗粒小球作为填料，所述填料在移动床生物膜反应器内的填充率为15～67%；

1-3）在废水处理系统的移动床生物膜反应器内加入步骤1-1）中配制的营养液作为培养基，再根据营养液的体积加入接种量为5～10%的异养硝化-好氧反硝化复合菌剂形成菌液；

2）活菌吸附阶段：

运行废水处理系统，控制菌液的流量，使移动床生物膜反应器内菌液的水力停留时间控制在24～72h的范围内，并通过废水处理系统的曝气装置和流量计维持菌液中的溶解氧浓度在2～4mg/l的范围内，使异养硝化-好氧反硝化复合菌剂的活菌吸附在填料表面，快速形成淡黄色的生物膜；

3）活菌富集阶段：

检测移动床生物膜反应器内菌液的od600的数值和nh4⁺-n、cod、tn的浓度，如果od600的数值小于1，且nh4⁺-n、cod、tn的浓度分别低于80～100mg/l、150～200mg/l、80～108mg/l，则继续向移动床生物膜反应器内添加营养液，使菌液的od600的数值达到1～1.5，菌液中的活菌含量达到180～200亿/克，即完成了菌液中活菌的富集；

4）挂膜完成阶段：

完成菌液中活菌的富集后，检测移动床生物膜反应器内菌液的nh4⁺-n、cod、tn的浓度，一旦nh4⁺-n、cod、tn的浓度分别低于80～100mg/l、150～200mg/l、80～108mg/l，继续向移动床生物膜反应器内添加营养液，直至移动床生物膜反应器内的填料上形成一层黄褐色生物膜后，通过显微镜观察到生物膜表面存在原生动物时，并且检测移动床生物膜反应器内菌液的od600的数值和nh4⁺-n、cod、tn的浓度，当菌液的od600的数值小于0.2，nh4⁺-n、cod、tn的浓度分别低于80～100mg/l、150～200mg/l、80～108mg/l，即移动床生物膜反应器内的挂膜完成，停止添加营养液；

5）最佳工艺参数优化阶段：

5-1)确认菌液氨氮浓度的最佳范围：分别采用序批式和连续流的方式运行移动床生物膜反应器，控制菌液的流量，使移动床生物膜反应器内菌液的水力停留时间控制在72h的范围内，并通过添加碳源和氮源，使菌液的碳氮比为8时，菌液的氨氮浓度在400～1000mg/l范围内改变，当菌液的nh4⁺-n、cod、tn的平均去除率稳定在90%、95%和73%时的氨氮浓度为500～700mg/l，即得到菌液氨氮浓度的最佳范围；

5-2)确认菌液碳氮比的最佳范围：分别采用序批式和连续流的方式运行移动床生物膜反应器，控制菌液的流量，使移动床生物膜反应器内菌液的水力停留时间控制在72h的范围内，并通过添加碳源和氮源，使菌液的氨氮浓度为500～700mg/l时，菌液碳氮比在1～15范围内改变，当菌液的nh4⁺-n、cod、tn的平均去除率稳定在90%、95%和82%时的碳氮比为8～10，即得到菌液碳氮比的最佳范围；

5-3)确认菌液水力停留时间的最佳范围：分别采用序批式和连续流的方式运行移动床生物膜反应器，通过添加碳源、氮源控制菌液的碳氮比为8～10，并使菌液的氨氮浓度为500～700mg/l时，控制菌液的流量，使移动床生物膜反应器内菌液的水力停留时间在6～72h的范围内改变，当菌液的nh4⁺-n、cod、tn的平均去除率稳定在90%、95%和85%时的水力停留时间为24～36h，即得到菌液水力停留时间的最佳范围；

6）高氨氮废水处理阶段：排出移动床生物膜反应器内的菌液，通入待处理的高氨氮废水，采用优化后的最佳工艺参数控制运行废水处理系统对待处理的高氨氮废水进行处理。

步骤1-1）中所述的营养液包括下列组分：无水乙酸钠为2.9～3.2g/l，硫酸铵为2.1～2.3g/l、磷酸氢二钾为0.6～0.8g/l，七水合硫酸镁为1.9～2.1g/l，一水合硫酸镁为0.1～0.2g/l，氯化钙为1.4～1.6g/l，七水合硫酸亚铁为0.1～0.2g/l。

所述营养液的配制步骤如下：

a）配制微量元素溶液

所述微量元素溶液的组分包括混合七水合硫酸镁为1.9～2.0g/l，一水合硫酸镁为0.1～0.2g/l，氯化钙为1.4～1.5g/l，七水合硫酸亚铁为0.1～0.2g/l；

b）配制模拟高氨氮废水

以移动床生物膜反应器的有效容积计算碳源、氮源、磷源的投加量，投加比例为：无水乙酸钠为4.73g/l，硫酸铵为2.03g/l、磷酸氢二钾为0.14g/l，得到的模拟高氨氮废水的nh4⁺-n、cod、tn的浓度分别为480～520mg/l、40000～40100mg/l、520～540mg/l的；

c）配制营养液

以配制的模拟高氨氮废水：微量元素溶液=1l:5ml，混合形成。

所述异养硝化-好氧反硝化复合菌剂包括贪铜菌swa1,粪产碱杆菌,不动杆菌，苍白杆菌tac-2复合而成。

所述贪铜菌swa1,粪产碱杆菌,不动杆菌，苍白杆菌tac-2在异养硝化-好氧反硝化复合菌剂的含量比例为10～20％：5～20％：10～30％：20～50％。

所述移动床生物膜反应器内菌液的温度通过废水处理系统中的温控系统保持在30±2℃范围内。

本发明包含如下有益效果：

1.耐高氨氮：由于专利cn109082387a提供了一种可低温去除高氨氮的异养硝化-好氧反硝化复合菌剂及其应用，该异养硝化-好氧反硝化复合菌来源于高氨氮废水，具有去除废有机物、氨氮和硝态氮的能力，对于高氨氮废水污染物的多样性具有较强的适应能力。

2.所选填料的优点：聚乙二醇可用于含有悬浮颗粒物液体的增稠，故聚乙二醇颗粒小球作为填料时，不但因为球型拥有较大的表面积，使吸附在球型填料表面的微生物与废水接触均匀，处理废水效率更高，还因为菌液增稠，为异养硝化-好氧反硝化复合菌的生长繁殖提供了更好的空间，更利于异养硝化-好氧反硝化复合菌的吸附，异养硝化-好氧反硝化复合菌更容易固定在填料上，增加异养硝化-好氧反硝化复合菌在移动床生物膜反应器内的停留时间，有效解决部分微生物生长缓慢，容易流失的问题。

3.工艺参数的优化：有效提高移动床生物膜反应器内生物膜对污染物去除的效果，实现cod、氨氮安全高效的去除。

4.启动运行时间短：本发明采用菌剂序批式挂膜的方式启动，并且所采用的脱氮菌为异养菌，生长速率快，因此本工艺的启动时间只有12～15d，明显低于活性污泥挂膜的传统生物膜工艺。

5.运行管理方便：本发明的生物膜法不同于活性污泥法，不会产生大量的剩余污泥，也不需要污泥回流，不会产生污泥膨胀等问题，并且基于好氧脱氮技术，能实现在一个构筑物中单一条件下实现cod、氨氮、硝态氮的同时去除，工艺流程与传统脱氮工艺相比更简洁，运行管理更方便。

6.占地面积小，成本低：所选填料充分利用反应器内部空间，在单个反应器内就能实现污染物的去除，有效降低了运行成本。

7.适用范围广：本发明可以应用于多种高氨氮废水的处理，根据不同类型的高氨氮废水选择不同类型的填料和运行参数，应用更加灵活，适应范围也更加广泛，对温度的要求也不苛刻，常温即可，即使在一些酷热严寒的地方，也可以通过温控系统来调节温度，实现对高氨氮废水中的cod、氨氮安全高效的去除。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为实施例中工艺参数优化阶段各水质指标去除率变化情况示意图；

图3为本发明使用的废水处理系统的结构示意图。

在图3中，1为移动床生物膜反应器，2为曝气装置，3为进水池，4为出水池，5为温控系统，6为温度计，7为填料。

具体实施方式

如图1至图3所示，一种利用移动床生物膜反应器处理高氨氮废水的工艺，包括以下步骤：

1）挂膜准备阶段：

1-1）配制与待处理的高氨氮废水组分相同的营养液；

步骤1-1）中所述的营养液包括下列组分：无水乙酸钠为2.9～3.2g/l，硫酸铵为2.1～2.3g/l、磷酸氢二钾为0.6～0.8g/l，七水合硫酸镁为1.9～2.1g/l，一水合硫酸镁为0.1～0.2g/l，氯化钙为1.4～1.6g/l，七水合硫酸亚铁为0.1～0.2g/l。

所述营养液的配制步骤如下：

a）配制微量元素溶液

所述微量元素溶液的组分包括混合七水合硫酸镁为1.9～2.0g/l，一水合硫酸镁为0.1～0.2g/l，氯化钙为1.4～1.5g/l，七水合硫酸亚铁为0.1～0.2g/l；

b）配制模拟高氨氮废水

以移动床生物膜反应器的有效容积计算碳源、氮源、磷源的投加量，投加比例为：无水乙酸钠为4.73g/l，硫酸铵为2.03g/l、磷酸氢二钾为0.14g/l，得到的模拟高氨氮废水的nh4⁺-n、cod、tn的浓度分别为480～520mg/l、40000～40100mg/l、520～540mg/l的；

c）配制营养液

以配制的模拟高氨氮废水：微量元素溶液=1l:5ml，混合形成。

1-2）在废水处理系统的移动床生物膜反应器内加入mbbr悬浮填料k1和聚乙二醇颗粒小球作为填料，所述填料在移动床生物膜反应器内的填充率为15～67%；

1-3）在废水处理系统的移动床生物膜反应器内加入步骤1-1）中配制的营养液作为培养基，再根据营养液的体积加入接种量为5～10%的异养硝化-好氧反硝化复合菌剂形成菌液；所述异养硝化-好氧反硝化复合菌剂包括贪铜菌swa1,粪产碱杆菌,不动杆菌，苍白杆菌tac-2复合而成。所述贪铜菌swa1,粪产碱杆菌,不动杆菌，苍白杆菌tac-2在异养硝化-好氧反硝化复合菌剂的含量比例为10～20％：5～20％：10～30％：20～50％。

2）活菌吸附阶段：

所述移动床生物膜反应器内菌液的温度通过废水处理系统中的温控系统保持在30±2℃范围内，运行废水处理系统，控制菌液的流量，使移动床生物膜反应器内菌液的水力停留时间控制在24～72h的范围内，并通过废水处理系统的曝气装置和流量计维持菌液中的溶解氧浓度在2～4mg/l的范围内，使异养硝化-好氧反硝化复合菌剂的活菌吸附在填料表面，快速形成淡黄色的生物膜；

3）活菌富集阶段：

检测移动床生物膜反应器内菌液的od600的数值和nh4⁺-n、cod、tn的浓度，如果od600的数值小于1，且nh4⁺-n、cod、tn的浓度分别低于80～100mg/l、150～200mg/l、80～108mg/l，则继续向移动床生物膜反应器内添加营养液，使菌液的od600的数值达到1～1.5，菌液中的活菌含量达到180～200亿/克，即完成了菌液中活菌的富集；

4）挂膜完成阶段：

完成菌液中活菌的富集后，检测移动床生物膜反应器内菌液的nh4⁺-n、cod、tn的浓度，一旦nh4⁺-n、cod、tn的浓度分别低于80～100mg/l、150～200mg/l、80～108mg/l，继续向移动床生物膜反应器内添加营养液，直至移动床生物膜反应器内的填料上形成一层黄褐色生物膜后，通过显微镜观察到生物膜表面存在原生动物时，并且检测移动床生物膜反应器内菌液的od600的数值和nh4⁺-n、cod、tn的浓度，当菌液的od600的数值小于0.2，nh4⁺-n、cod、tn的浓度分别低于80～100mg/l、150～200mg/l、80～108mg/l，即移动床生物膜反应器内的挂膜完成，停止添加营养液；

5）最佳工艺参数优化阶段：

5-1)确认菌液氨氮浓度的最佳范围：分别采用序批式和连续流的方式运行移动床生物膜反应器，控制菌液的流量，使移动床生物膜反应器内菌液的水力停留时间控制在72h的范围内，并通过添加碳源和氮源，使菌液的碳氮比为8时，菌液的氨氮浓度在400～1000mg/l范围内改变，当菌液的nh4⁺-n、cod、tn的平均去除率稳定在90%、95%和73%时的氨氮浓度为500～700mg/l，即得到菌液氨氮浓度的最佳范围；

5-2)确认菌液碳氮比的最佳范围：分别采用序批式和连续流的方式运行移动床生物膜反应器，控制菌液的流量，使移动床生物膜反应器内菌液的水力停留时间控制在72h的范围内，并通过添加碳源和氮源，使菌液的氨氮浓度为500～700mg/l时，菌液碳氮比在1～15范围内改变，当菌液的nh4⁺-n、cod、tn的平均去除率稳定在90%、95%和82%时的碳氮比为8～10，即得到菌液碳氮比的最佳范围；

5-3)确认菌液水力停留时间的最佳范围：分别采用序批式和连续流的方式运行移动床生物膜反应器，通过添加碳源、氮源控制菌液的碳氮比为8～10，并使菌液的氨氮浓度为500～700mg/l时，控制菌液的流量，使移动床生物膜反应器内菌液的水力停留时间在6～72h的范围内改变，当菌液的nh4⁺-n、cod、tn的平均去除率稳定在90%、95%和85%时的水力停留时间为24～36h，即得到菌液水力停留时间的最佳范围；

6）高氨氮废水处理阶段：排出移动床生物膜反应器内的菌液，通入待处理的高氨氮废水，采用优化后的最佳工艺参数控制运行废水处理系统对待处理的高氨氮废水进行处理。

下面结合实施例，对本发明进一步说明：

根据重庆市巴南区某畜禽养殖场的废水为原水的组分配制营养液，先在废水处理系统的移动床生物膜反应器内加入填料密度为1g/cm³的mbbr悬浮填料k1和聚乙二醇颗粒小球，其填充率为40%，再将营养液加入移动床生物膜反应器内，保持移动床生物膜反应器内溶液温度为30±2℃，根据营养液的体积向生物反应池内投加接种量为5～10%的由10～20％的贪铜菌swa1、5～20％的粪产碱杆菌、10～30％的不动杆菌和20～50％的苍白杆菌tac-2复合而成的异养硝化-好氧反硝化复合菌剂形成菌液，运行废水处理系统，hrt为24h，do为2～4mg/l，使异养硝化-好氧反硝化复合菌剂的活菌吸附在移动床生物膜反应器内的填料上，第3天时菌液的od600的数值急剧减小，nh4⁺-n，cod和tn平均去除率分别达80.3%，95%和81.4%，在移动床生物膜反应器内的填料上快速形成淡黄色的生物膜；

仅经过3d，菌液的nh4⁺-n，cod，tn的浓度分别降至80～100mg/l、150～200mg/l、80～108mg/l，去除率可分别达到90.2%，95%，81.4%，菌液的od600的数值升高至1.3，即完成了菌液中活菌的富集，移动床生物膜反应器内的填料上的生物膜厚度逐渐增加。

完成菌液中活菌的富集后，每隔3d检测一次检测移动床生物膜反应器内菌液的nh4⁺-n、cod、tn的浓度，一旦nh4⁺-n、cod、tn的浓度低于80～100mg/l、150～200mg/l、80～108mg/l，继续向移动床生物膜反应器内添加营养液，直至移动床生物膜反应器内的填料上形成一层黄褐色生物膜后，通过显微镜观察到生物膜表面存在原生动物时，并且检测生物反应池内菌液的od600的数值和nh4⁺-n、cod、tn的去除情况，nh4⁺-n，cod，tn的平均去除率为90%、95%和85%并保持稳定，各污染物的去除率较高，即移动床生物膜反应器内的挂膜完成，停止添加营养液，历时12～15d。

移动床生物膜反应器内的挂膜完成后，进入最佳工艺参数优化阶段，得到菌液的最佳氨氮浓度、最佳碳氮比、最佳水力停留时间，步骤如下：

a)确认菌液氨氮浓度的最佳范围：分别采用序批式和连续流的方式运行移动床生物膜反应器，控制菌液的流量，使移动床生物膜反应器内菌液的水力停留时间控制在72h的范围内，并通过投加硫酸铵和无水乙酸钠，使菌液的碳氮比为8时，菌液的氨氮浓度在400～1000mg/l范围内改变，当菌液的nh4⁺-n、cod、tn的平均去除率稳定在90%、95%和73%时的氨氮浓度为500～700mg/l，即得到菌液氨氮浓度的最佳范围为500～700mg/l；

b)确认菌液碳氮比的最佳范围：分别采用序批式和连续流的方式运行移动床生物膜反应器，控制菌液的流量，使移动床生物膜反应器内菌液的水力停留时间控制在72h的范围内，并通过投加硫酸铵和无水乙酸钠，使菌液的氨氮浓度为500～700mg/l时，菌液碳氮比在1～15范围内改变，当菌液的nh4⁺-n、cod、tn的平均去除率稳定在90%、95%和82%时的碳氮比为8～10，即菌液碳氮比的最佳范围为8～10；

c)确认菌液水力停留时间的最佳范围：分别采用序批式和连续流的方式运行移动床生物膜反应器，通过投加硫酸铵和无水乙酸钠控制菌液的碳氮比为8～10，并使菌液的氨氮浓度为500～700mg/l时，控制菌液的流量，使移动床生物膜反应器内菌液的水力停留时间在6～72h的范围内改变，当菌液的nh4⁺-n、cod、tn的平均去除率稳定在90%、95%和85%时的水力停留时间为24h，即得到菌液水力停留时间的最佳范围为24～32h；

移动床生物膜反应器内菌液的各水质指标变化情况如图2所示。

对重庆市巴南区某畜禽养殖场的废水进行处理时，先排出移动床生物膜反应器内的菌液，通入待处理的废水，采用优化后的最佳工艺参数控制运行废水处理系统进行处理，处理后的废水的nh4⁺-n、cod、tn的去除率分别为90%，95%和80%，各项指标均满足《畜禽养殖废水排放标准》(gb18596-2001)。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神的前提下，对本发明进行的改动均落入本发明的保护范围。