一种污水脱氮系统

本发明涉及污水生物脱氮领域，尤其是一种污水脱氮系统。

背景技术：

厌氧氨氧化是指以亚硝为电子受体，无需碳源和氧参与的条件下，将氨氮转化为氮气的生物脱氮过程。该类技术实现了超短流程的脱氮，经济节约，环境友好，管理方便。

厌氧氨氧化微生物属于化能自养型的厌氧菌，世代周期长(5-3天)，在常规水处理系统中的丰度低，原位富集困难，且富集的菌种易随出水流失，导致系统稳定性差。因此，厌氧氨氧化技术遇到的启动困难、菌种易流失及稳定性差的问题，阻碍了该类技术的推广应用。

以成熟的厌氧氨氧化工程的污泥作为种泥启动新的厌氧氨氧化工艺是目前常用的启动该类工艺的手段，该类方法通常一次性集中地将厌氧氨氧化种泥投加至待新工艺，种泥需求量大，菌种难寻，容易引起菌源厌氧氨氧化工程失稳，同时，接种的污泥在适应新环境过程中，运行操作稍有不当，就容易引起菌种流失，造成新工艺的启动失败。

截至目前，全球共计运营超过100座厌氧氨氧化技术的全规模工程，其中90％以上是应用在高氨氮条件的污水厂侧流领域，该类工程中厌氧氨微生物增长较快，在长期运行过程中，不可避免地，部分新增的游离的厌氧氨氧化微生物会随出水流出工艺单元。

厌氧氨氧化反应器出水中裹挟的厌氧氨氧化微生物的丰度比反应器污泥中的丰度低，但高于传统活性污泥，且能长期稳定供应，不影响原工艺的正常运行。因此，将成熟的厌氧氨氧化工艺出水中裹挟的这部分厌氧氨氧化微生物作为菌源，对其进行截留富集，是解决厌氧氨氧化新工艺菌种流失问题的一个手段。

相比污水脱氮系统中已知的其他脱氮微生物菌群，厌氧氨氧化微生物生长缓慢，但其在附着生长方面具有显著优势。因此，提供附着生长的环境是持留和选择性富集厌氧氨氧化菌最有效的手段。

生物膜是微生物自然状态存在的一种主要形式，其性能稳定，但建立过程周期长，需要持续的维持载体和目标微生物的接触。

生物膜建立过程中，载体对微生物的吸附是生物膜建立的重要步骤，游离状态的微生物细胞更容易被载体吸附，从而加快生物膜的形成。而厌氧氨氧化反应器出水中裹挟的厌氧氨氧化微生，更多的是沉降速率较慢的游离态的微生物，因此更容易在载体上沉积。

生物滤池以其优良的生物持留能力而著称，其中功能微生物以生物膜的形式附着在载体上，稳定性好。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种污水脱氮系统，以解决已有技术中厌氧氨氧化系统启动困难，稳定性差的问题。

本发明提出的一种污水脱氮系统，包括：

菌种持续供应单元，用于持续的供应厌氧氨氧化菌种；

中间水质调单元，用于接收所述菌种持续供应单元的出水并调控水质；

生物膜单元，用于以中间水质调单元贮存的水为进水，维持适应目标功能微生物的运行参数运行；

所述的菌种持续供应单元中间水质调单元和生物膜单元依次串联。

本发明提出的污水脱氮系统，其优点是：

本发明的污水脱氮系统，根据厌氧氨氧化工艺菌种易流失，厌氧氨氧化微生物喜欢附着生长的特点，利用成熟的厌氧氨氧化工艺流失的菌种作为新工艺的菌源，为之提供附着生长的环境，在不影响菌源工艺运行稳定性的前提下，能持续长周期获得较高丰度的功能菌种，保证新工艺快速启动，高效、稳定运行。本发明的污水脱氮系统，继承了传统原位富集和异位接种两种主要的厌氧氨氧化系统的双重优势，解决了原位富集系统中种泥功能微生物丰度低，富集困难，启动周期长和异位接种系统中菌种需求量大，菌种难寻，菌种供应周期短，且易引起菌源厌氧氨氧化工艺失稳的问题。本发明系统流程简单，运维方便，启动速度快，启动后系统稳定性高，可复制性强。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提出的一种污水脱氮系统的流程示意图。

图2为本发明厌氧氨氧化系统的一个实施例的流程示意图。

图1和图中，i是菌种持续供应单元，ii是中间水质调控单元，iii是生物膜单元，1是进水箱，2是第一进水泵，3是菌种产生器，4是中间水箱，5是水质调控器，6是第二进水泵，7是生物膜反应器，8是循环泵，9是进水桶，10是第一蠕动泵，11是上流式厌氧污泥床反应器，4是中间水箱，12是基质补给箱，13是第二蠕动泵，14是生物滤池，15第三蠕动泵，16是气泵，17是曝气盘。

具体实施方式

本发明提出的一种污水脱氮系统，其流程示意图如图1所示，包括：

菌种持续供应单元(i)，用于持续的供应厌氧氨氧化菌种；

中间水质调单元(ii)，用于接收所述菌种持续供应单元(i)的出水并调控水质；

生物膜单元(iii)，用于以中间水质调单元(ii)贮存的水为进水，维持适应目标功能微生物的运行参数运行；

所述的菌种持续供应单元(i)、中间水质调单元(ii)和生物膜单元(iii)依次串联。

本发明的污水脱氮系统中，所述的菌种持续供应单元(i)的作用是持续的供应厌氧氨氧化菌种，包括进水箱1、第一进水泵2和菌种产生器3，进水箱1、第一进水泵2和菌种产生器3依次串联；所述的菌种产生器3为运行稳定的厌氧氨氧化反应器，所述的进水箱1中的原水经过第一进水泵2持续地从所述菌种产生器3的底部进入，经处理后裹挟所述菌种产生器3中生成的多余的厌氧氨氧微生物以泥水混合物的形式从菌种产生器3的顶部排出。

本发明的污水脱氮系统中，所述中间水质调单元(ii)的作用为收集所述菌种持续供应单元(i)的出水并调控水质以适应生物膜单元(iii)中目标功能微生物的生长需求，中间水质调单元(ii)包括中间水箱4，水质调控器5和第二进水泵6，中间水箱4收集菌种持续供应单元(i)的泥水混合物并使污泥处于悬浮状态；所述水质调控器5向所述中间水箱4中持续添加基质和酸碱液，以满足厌氧氨氧化微生物的生长需求；所述的第二进水泵6将中间水箱4的泥水混合物持续不断的打入生物膜单元(iii)。

本发明的污水脱氮系统中，所述生物膜单元(iii)的作用是持留进入单元的泥水混合物，形成稳定的厌氧氨氧化生物膜，包括生物膜反应器7和循环泵8，所述生物膜反应器7具有污泥截留作用并提供微生物附着生长条件，所述循环泵8将生物膜反应器7顶部的出水打入其底部进行循环处理，以提高生物膜反应器7对污泥的截留率。

本发明的污水脱氮系统中，所述的中间水箱4顶部设有溢流口，所述第一进水泵提供的进水流量是所述第二进水泵6提供的进水流量的10％-20％，所述循环泵(8)提供的循环水的流量为所述进水泵ⅱ(6)提供的进水流量的95％～105％。其中，基质浓度：nh4⁺-n(>20mg/l)和no2^--n(>10mg/l)，温度为15～35℃，溶解氧(<0.5mg/l))和ph为7.6～8.2。

本发明的污水脱氮系统中，所述进入进水箱1的原水中包含厌氧氨氧化微生物生长所需nh4⁺-n(>100mg/l)和no2^--n(>100mg/l)，且no2^--n与nh4⁺-n的质量体积浓度比为0.9～1.3；原水的ph值维持在7.4～7.8。菌种产生器3中的厌氧氨氧化菌以颗粒或者生物膜的形式存在；

本发明的污水脱氮系统中，中间水质调单元ii中的水质调控器5持续地向将所述中间水箱4添加nh4⁺-n和no2^--n浓缩液体和酸液(hcl溶液)或者碱液(naoh溶液)，维持其中nh4⁺-n和no2^--n在30mg/l以上，且no2^--n与nh4⁺-n的质量体积浓度比为0.9-1.3，ph值在7.8～8.0；在中间水箱4配备搅拌装置，使泥水混合物处于悬浮状态；中间水箱4的体积为能装下所述菌种持续供应单元i连续运行24h的出水。

本发明的污水脱氮系统中，所述生物膜单元iii中的生物膜反应器7是一个填充载体的生物滤池，填充率为50～70％(v/v)；可以选择陶粒、聚乙烯环和聚氨酯海绵等物理性质稳定的载体；载体在投加至生物滤池之前，于活性污泥系统中放置3-5天进行生物预处理。中间水箱4的顶部设有溢流口，第一进水泵2提供的进水流量是所述第二进水6提供的进水流量的10％～20％。循环泵8提供的循环水的流量为所述第二进水泵6提供的进水流量的95％～105％。持续运行该系统，直至生物膜反应器7成功建立目标功能微生物生物膜。当所述生物膜反应器7对tn的去除率达到50％以上，且实现了no2^--n和nh4⁺-n同步去除(去除的no2—n/nh4⁺-n的体积浓度比在0.8-1.5之间)后，可认为成功建立了厌氧氨氧化生物膜。

以下结合附图，详细描述本发明的一个实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明提供的一种污水脱氮系统的实施实例的示意图如图2所示，该装置包括：进水桶、第一蠕动泵10、上流式厌氧污泥床反应器11、中间水箱4、第二蠕动泵13、基质补给箱12、生物滤池14、第三蠕动泵、气泵16和曝气盘16，

进水桶(24l)蠕动泵ⅰ和上流式厌氧污泥床反应器(1l)依次串联，组成菌源持续供应单元，第一蠕动泵10将进水桶中的配水持续从上流式厌氧污泥床反应器11的底部打入，经处理后从顶部排出。

配水的主要组成包括(mg/l)：nh4⁺-n(200)、no2^--n(200)、cacl2·2h2o(180)、kh2po4(10)、mgso4·7h2o(300)、nahco3(500)和khco3(500)，ph值保持在7.6～7.8。

上流式厌氧污泥床反应器内富集了载体生物膜和颗粒态的厌氧氨氧化微生物，主要优势功能微生物为“kueneniastuttgartiensis”型厌氧氨氧化菌，在属水平上，其丰度达到20％以上。

上流式厌氧污泥床反应器配置气体循环搅拌单元，利用产生的氮气搅拌反应器中的厌氧氨氧化载体污泥和颗粒污泥，使其长期处于悬浮状态。

上流式厌氧污泥床反应器tn去除率在90％以上，其中出水氨氮在20mg/l以下，亚硝在10mg/l以下，ph在7.8～8.2，已持续运行400天以上，具有稳定的厌氧氨氧化性能。

中间水箱(24l)、基质补给箱(5l)和蠕动泵ⅱ组成出水水质调控器，其中，中间水箱接收上流式厌氧污泥床反应器的出水，并通过蠕动泵ⅱ从底部打入生物滤池，基质补给箱向中间水箱持续供应基质(nh4⁺-n和no2^--n)浓缩液(10g/l)和hcl溶液(1m)，维持中间水箱中nh4⁺-n浓度为100～20mg/l，no2^--n浓度为100～20mg/l，ph在7.6～7.8。中间水箱利用氮气循环搅拌，使泥水混合物处于悬浮状态。

生物滤池14(1l)、第三蠕动泵和气泵16组成待启动生物膜单元。生物滤池以水箱中的泥水混合物为进水，从底部进入，从顶部流出。用陶粒(4-6mm)填充生物滤池，作为生物膜形成的载体，同时对进水中的生物量进行截留。在填充至生物滤池之前，将陶粒投加至活性污泥系统内放置3-5天，对其进行生物预处理，第三蠕动泵将生物滤池顶部的出水打入底部进行回流处理，回流比为1:1，整个周期内气泵未开启，运行40天后，生物滤池tn去除率达到20％以上，实现了nh4⁺-n和no2^--n的同步去除，表现出厌氧氨氧化活性，运行70天后，生物滤池tn去除率达到50％以上，稳定维持了厌氧氨氧化特性，滤池底部陶粒表面呈现肉眼可见的红色，且红色区域有由滤池底部向顶部蔓延的趋势，初步判断建立了厌氧氨氧化生物膜。

通过对滤池内生物量测序发现，主要优势微生物为“kueneniastuttgartiensis”厌氧氨氧化菌，在属水平上，其丰度达到10％以上。

至此，成功启动厌氧氨氧化系统，系统性能稳定向好发展。

本发明充分利用厌氧氨氧化工艺流失的菌种作为新工艺所需的菌源，通过在新工艺提供附着生长的环境，在不影响菌源工艺运行稳定性的前提下，维持较高丰度的功能菌种的长周期供应，保证新工艺快速启动，高效、稳定运行工。该系统继承了传统原位富集系统和异位接种系统的双重优势，解决了原位富集系统中种泥功能微生物丰度低，富集困难，启动周期长和异位接种系统中菌种需求量大，菌种难寻，菌种供应周期短，且易引起菌源厌氧氨氧化工艺失稳的问题。流程简单，运维方便，启动速度快，系统稳定性高，可复制性强。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。