缺氧泥膜MBBR强化二级生物处理出水的极限脱氮装置和方法

本发明属于污水生物处理，具体涉及一种缺氧泥膜mbbr强化二级生物处理出水的极限脱氮装置和方法。

背景技术：

1、为防止水体富营养化，污水中的氮必须去除。通过硝化/反硝化进行生物脱氮是目前污水处理厂(wwtps)最常采用的方法，然而这个生物过程并不是可持续的，需要花费大量的能源以及碳源维持系统的脱氮性能。最近，人们在反硝化滤池中发现了厌氧氨氧化(anammox)细菌。anammox细菌可以在缺氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨氧化为氮气。厌氧氨氧化技术在废水处理中的应用降低了污水处理厂的能耗，因为大约45％的氨氮可以在没有氧气供应的情况下被厌氧氧化。厌氧氨氧化作为一种成熟的污水脱氮技术，已广泛应用于高氨氮废水处理中，通常称为侧流厌氧氨氧化工艺。最近提出了将anammox应用于主流处理(通常称为主流anammox工艺)，这有望实现能源中和甚至能源供给的污水处理。然而，厌氧氨氧化在低氨氮废水系统中应用面临一些挑战，其中主要的瓶颈之一是如何让厌氧氨氧化细菌稳定的获取其重要的亚硝酸盐底物。

2、最近，基于短程硝化(pn)-短程反硝化(pd)厌氧氨氧化的多途径耦合工艺为稳定自养脱氮表现了显著的优势。pn/a和pdn/a的组合可能是一种很有希望提高脱氮性能的工艺，因为它们具有先天的互补优势。来自pn/a累积的硝酸盐可以在有限的氨氮和有机物的情况下通过pd/a被进一步去除，研究表明pn/a与pd/a的组合可以进一步提高脱氮效率。但是大多研究都是在接种成熟厌氧氨氧化细菌的基础上进行的研究，如何在实际的主流低氨城市污水中实现基于多途径亚硝酸盐供给条件下厌氧氨氧化细菌的快速自富集对于规模化应用更具现实意义。

3、从生物脱氮工艺中产生大量的剩余活性污泥(was)，was的处理和处置成本很高，约占整个污水处理厂成本的60％。如果was中所含的有机物质(如蛋白质和多糖)能够有效释放，不仅可以减少污泥量，还可以作为生物脱氮的内碳源，以节省运营成本的同时实现污泥减量。目前，将剩余污泥作为碳源实现基于短程反硝化途径亚硝酸盐供给的厌氧氨氧化自养脱氮方面是研究十分有限。

技术实现思路

1、针对低c/n城市污水难以实现深度脱氮以及污泥处理费用高的难题。本发明提出了一种缺氧泥膜mbbr强化二级生物处理出水的极限脱氮装置和方法，目的是通过基于多途径亚硝酸盐供给(短程硝化与短程反硝化)实现厌氧氨氧化细菌的快速自富集强化自养脱氮并结合原位污泥水解酸化实现深度脱氮的同时将污泥减量和稳定化处理。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案是首先向低污泥龄a/o反应器中投加一定比例的空白填料为厌氧氨氧化的自富集提供载体，通过控制厌氧格室的水力停留时间以及好氧格室的溶解氧结合较低的污泥龄实现基于双短程亚硝酸供给条件下厌氧氨氧化的快速自富集强化自养脱氮，产生的剩余污泥作为碳源直接投加到原位污泥水解酸化反硝化缺氧泥膜mbbr反应器中，实现污泥减量与稳定化的同时通过短程反硝化厌氧氨氧化途径进行深度脱氮。

3、本发明提供了一种缺氧泥膜mbbr强化二级生物处理出水的极限脱氮装置和方法，所用的装置主要包括城市污水原水箱(1)，低污泥龄a/o反应器(2)，二沉池(3)，缺氧泥膜mbbr(4)后段二沉池(5)；所述的低污泥龄a/o反应器由开孔隔板分为四个格室沿进水方向依次为厌氧格室(2.1)、好氧第一格室(2.2)，好氧第二格室(2.3)，好氧第三格室(2.4)并向各个格室投加体积填充比为10-20％的空白填料(2.6)；其中厌氧格室设有搅拌器(2.5)；城市污水原水箱(1)通过进水泵(1.1)将城市污水泵入低污泥龄a/o反应器(2)中的厌氧格(2.1)；曝气泵(2.10)通过转子流量计(2.9)与曝气盘(2.8)连接；检测装置do传感器(2.7)与wtw主机(2.12)连接；wtw主机(2.12)与电脑(2.13)连接；二沉池(3)底部通过污泥回流控制阀(3.2)和污泥回流泵(2.11)与厌氧格(2.1)连通，剩余污泥通过控制阀(3.3)排出；低污泥龄a/o反应器(2)的出水通过后段进水泵(4.1)进入缺氧泥膜mbbr极限脱氮装置(4)；城市污水通过进水泵(4.5)以及低污泥龄a/o反应器产生的剩余污泥通过污泥排放阀(3.3)经由污泥泵(4.6)一同进入缺氧泥膜mbbr(4)；经过深度脱氮处理后经过二沉池(5)泥水分离后完成最终出水；沉淀池底部污泥经过污泥回流控制阀(5.2)和污泥回流泵(4.4)与mbbr反应器(4)前端连通；所述的缺氧泥膜mbbr(4)设有体积填充比为20-25％的厌氧氨氧化填料(4.3)与搅拌器(4.2)。所述的二沉池均设有刮泥器(3.1)，(5.1)。

4、具体的运行和操作步骤如下：

5、1)低污泥龄a/o反应器自富集厌氧氨氧化强化自养脱氮

6、接种污水厂剩余污泥于连续流低污泥龄a/o反应器中，控制污泥浓度mlss为2500-3500mg/l并向反应器投加体积填充比为10-20％的空白填料。进水为城市污水，污泥回流体积比为100％-150％，污泥龄为4-6.5天。厌氧格室水力停留时间为40-60min,好氧格室水力停留时间为120-140min，好氧格室的溶解氧浓度按照渐减曝气的模式进行控制，好氧第一格室控制为：0.8-2mg/l,好氧第二格室控制为0.5-1.5mg/l,好氧第三格室溶解氧控制在0.5mg/l以下；

7、当厌氧格室出水硝态氮浓度小于1mg/l时，减少厌氧格室水力停留时间至40-45min并增加污泥回流体积比(r)至1.4-1.5。当好氧格室出水氨氮浓度小于1mg/l时，好氧第一与第二格室溶解氧浓度分别降低至0.8-1mg/l与0.5-1mg/l。当好氧格室出水氨氮浓度大于5mg/l时，好氧第一与第二格室溶解氧浓度分别增加至1.5-2mg/l与1-1.5mg/l。当厌氧格室理论起始氨氮浓度减去出水氨氮浓度大于2mg/l并且好氧格室的总无机氮去除贡献率大于40％，反应器总无机氮(tin)去除率((tin进-tin出)/tin进)减去理论去除率(r/(r+1)*100％)大于20％且稳定维持30天以上表明厌氧氨氧化细菌在低污泥龄a/o反应器中的生物膜中成功富集自养脱氮得到强化；

8、2)缺氧泥膜mbbr实现城市污水极限脱氮的启动与稳定运行

9、将低污泥龄a/o反应器每天产生的剩余污泥直接泵入后段反应器并且连续此操作10天以上，在此过程中反应器只进行厌氧搅拌不进行污水处理快速富集水解酸化菌。当污泥浓度达到3500mg/l以上后，接种成熟的厌氧氨氧化填料，体积填充比为20％-25％，并将启动成功低污泥龄a/o反应器出水与城市污水按照10：1-5：1的比例一同进入缺氧泥膜mbbr中。其中缺氧泥膜mbbr反应器污泥回流体积比为100％，水力停留时间为8-10h,反应器不主动排泥。

10、当出水氨氮浓度大于3mg/l时,调节前段出水与城市污水的进水比例，降低至10：1并延长水力停留时间至9-10h。当出水氨氮浓度小于1mg/l时，总无机氮低于2mg/l，总氮去除率大于98％并稳定维持30天以上表明原位污泥水解酸化反硝化耦合厌氧氨氧化缺氧mbbr启动成功系统实现长期的稳定运行。

11、缺氧泥膜mbbr强化二级生物处理出水的极限脱氮装置的具体特征如下：

12、1)污水进入低污泥龄a/o反应器的厌氧格室，在厌氧格室絮体污泥利用进水的有机物进行短程反硝化为生物膜中的厌氧氨氧化细菌提供底物亚硝酸盐实现厌氧氧化氨氮，随后进入好氧区通过控制低的絮体污泥龄与好氧格室的溶解氧来淘洗亚硝酸盐氧化菌，实现短程硝化。生物膜中的厌氧氨氧化菌利用短程硝化产生的亚硝酸盐与污水中的氨氮进行厌氧氨氧化自养脱氮；

13、2)上述的低污泥龄a/o反应器的出水与原水按照一定比例一同进入缺氧泥膜mbbr，利用前端低污泥龄反应器产生的剩余污泥作为碳源，通过原位污泥水解酸化反硝化耦合厌氧氨氧化途径实现低c/n城市污水多途径厌氧氨氧化极限脱氮的同时实现剩余污泥的减量化、稳定化处理。

14、本发明涉及的缺氧泥膜mbbr强化二级生物处理出水的极限脱氮装置及应用方法，与现有技术相比，具有以下优点：

15、1)通过多途径厌氧氨氧化自养脱氮技术，消除了对外碳源投加的依赖实现低c/n城市污水极限脱氮。

16、2)低污泥龄a/o反应器较短好氧水力停留时间且无需硝化液内循环极大降低了曝气与内循环对能源的消耗。

17、3)系统通过原位污泥水解酸化技术实现剩余污泥的“自产自消”，整个系统不产生额外的固体废弃物，极大的降低了剩余污泥的处理成本，为实现污水处理厂由能源需求型向能源自给型转化奠定了坚实的基础。