一种基于PNA连续流IFAS工艺快速提高对高氨氮废水进行深度脱氮的装置与方法

本发明涉及一种基于pna连续流低氧曝气，对高氨氮废水进行深度脱氮的装置与方法，属于低碳氮比高氨氮废水生物脱氮，适用于处理化工行业和垃圾渗滤液等产生的高氨氮废水的生物脱氮过程。

背景技术：

1、近年来，在废水处理领域，城市固体废物产生的垃圾渗滤液，餐厨沼液及化工行业所产生的高氨氮废水对于环境领域所产生的危害是巨大的。高氨氮废水呈现出氨氮污染源多、排放量大、以及排放的浓度逐渐增加等水质特点，使其高效处理成为国际范围内尚未解决的难题之一。采用单一的处理技术往往不能经济高效地处理高氨氮废水，需要将不同特点的工艺联合处理。然而，高氨氮废水的可生物降解的有机物普遍较低，有机碳源的严重缺乏是高氨氮废水脱氮效率无法提高的屏障，而外加有机碳源会大幅度的增加高氨氮废水的脱氮成本。因此，需要提出更为有效、经济的脱氮装置和方法。

2、实际中现行的高氨氮废水脱氮工艺，依然基于全程硝化和全程反硝化技术，即先在好氧的条件下将氨氮氧化成硝态氮，然后在缺氧的条件下将硝态氮还原成氮气，以从废水中去除。然而随着废水排放标准愈加严格以及废水处理需求的增加，传统硝化反硝化工艺往往难以满足处理需求。若继续采用传统全程硝化和全程反硝化工艺，不但曝气能耗高，并且外碳源投加量也会大大增加，不经济，同时也不符合面向碳中和发展的高氨氮废液的处理流程。

3、然而，厌氧氨氧化菌(anammox)的发现提供了一种新型的脱氮工艺。厌氧氨氧化技术脱氮技术中，由于厌氧氨氧化菌是自养菌，碳酸盐或二氧化碳是其生长所需的无机碳源，所以氨氮的氧化无需分子态氧的参与，同时亚硝态氮的还原也无需有机碳源，这将大大降低高氨氮废水生物脱氮的运行费用。基于厌氧氨氧化技术，可以在不投加任何化学药品的条件下，降低污水处理厂的运行费用，同时又能够实现氮的高效去除。对低碳氮比高氨氮的高氨氮废水而言，实现厌氧氨氧化脱氮技术是其脱氮的最佳选择，同时也是与其水质特点最为适合的脱氮流程。

4、短程硝化耦合厌氧氨氧化一体化工艺是目前最具节能减耗的污水脱氮工艺之一，在实际污水厂也实现良好的应用处理效果。但是，厌氧氨氧化菌是一种化能自养菌，生长环境苛刻，倍增时间长达10-14天，增长效率低，富集速度慢。因此，如何使厌氧氨氧化菌长时间持留在反应器完成高效富集并提高厌氧氨氧化反应效果对于pna工艺的推广是至关重要的。

5、生物膜法可以通过生物载体，强化微生物的持留和延长功能菌的停留时间，更适合于厌氧氨氧化技术处理高氨氮废水。关于anammox的持留问题已经研发了众多相关的生物膜工艺。固定生物膜-活性污泥反应器与短程硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应相结合形成的ifas-pna工艺是颇具前景的选择，可以在生物膜、悬浮污泥中分别富集anammox和aob，通过悬浮污泥和生物膜之间良好的协同作用取得了良好的脱氮效果。悬浮污泥携带大量的微生物，填料的加入也促进了生物膜的形成，有利于附着型微生物在有限空间内产生更多的生物量。如何提高系统内部厌氧氨氧化菌的持留量，实现厌氧氨氧化菌的快速富集并提高脱氮能力是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种基于pna连续流低氧曝气，对高氨氮废水进行深度脱氮的装置与方法。首先稳定运行阶段，接种悬浮污泥并进行一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器持续进水，利用镂空有机玻璃板搭载生物填料，在生物填料表面附着生长厌氧氨氧化菌。在生物填料的层理结构下，形成好氧生物膜，对填料内部的厌氧氨氧化菌形成良好的保护，同时增加了厌氧氨氧化菌的持留时间及提高生长富集。成功启动并稳定运行，进一步提高进水氨氮会出现亚硝积累，意味着一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器脱氮能力无法进一步提高。

2、悬浮污泥在泥膜混合系统中的作用愈发受到重视，在波动运行阶段过程通过mbr将悬浮污泥截留，出水方式从重力沉淀出水变为膜出水方式。提高了主反应区的悬浮污泥浓度，为厌氧氨氧化菌的生长富集提供有利条件。mbr使用的目的就是引起悬浮污泥波动，从宏观环境影响生物膜的微生物群落结构变化。在新稳态阶段，将mbr重新换为沉淀池，膜出水改为重力沉淀出水。悬浮污泥浓度恢复到稳定运行阶段，逐渐提高进水总氮浓度，在长期运行过程中，从590.0mg/l增加到2250mg/l，进水总氮负荷从0.6kg n/(m3·d)增加到3.2kg n/(m3·d)，显著提高了一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器脱氮能力，最终实现经济高效的高氨氮废水自养脱氮的装置与方法。

3、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

4、一种基于pna连续流ifas工艺快速提高对高氨氮废水进行深度脱氮的装置，其特征在于：该装置包括原水箱(1)、一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)、mbr(5)、沉淀池(4)。原水箱(1)中间设有第一温控加热装置(6)，原水箱(1)通过第一进水管(7)、第一进水控制阀(8)和第一蠕动泵(9)与一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)的第一格室(11)相连，并通过第一孔洞(33)流经第二格室(13)，直至从第四格室(15)流出。一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)内所用填料为立方体聚氨酯填料(16)，立方体聚氨酯填料(16)以有机玻璃镂空板(35)为固定架，顺水流方向放置在主反应区(36)；主反应区(36)设有第二温控加热装置(10)。阶段一使一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)的出水通过第一出水管(18)、第一排水控制阀(29)、沉淀池进水管(39)和沉淀池(4)相连通。沉淀后的上清液经过第二出水管(31)排出。沉淀池(4)中的污泥通过污泥回流管(25)，第二进水控制阀(22)和污泥回流泵(23)回流到一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)的第一格室(11)。阶段二将第一出水管(18)与沉淀池进水管(39)分开，转而将第一出水管(18)与mbr进水管(41)相连通，将污泥回流管(25)从沉淀池污泥回流出口(40)断开连接到mbr污泥回流管(42)。mbr(5)中的污泥通过污泥回流管(25)和污泥回流泵(23)回流到一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)的第一格室(11)。mbr(5)通过第三出水管(30)，第二排水控制阀(3)与第二蠕动泵(37)将处理后的废液排出。阶段三将一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)的出水通过第一出水管(18)重新和沉淀池进水管(39)连接，与沉淀池(4)相连通。沉淀后的上清液经过第二出水管(31)排出。沉淀池(4)中的污泥通过污泥回流管(25)和污泥回流泵(23)回流到一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)的第一格室(11)。

5、一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)底部自左向右设置4个取样监测阀门，第一进水管(7)上设置有第一进水控制阀(8)和第一蠕动泵(9)，第一出水管上设置有第一排水控制阀(29)；一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)分为第一格室(11)、第二格室(13)、第三格室(14)和第四格室(15)，且第一至第四格室为低氧曝气状态，且内部还包括机械搅拌器(12)，ph和do实时监测装置(17)，ph探头(19)，do探头(20)，立方体聚氨酯填料(16)，有机玻璃镂空板(35)。在短一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)底部设有微孔曝气盘(28)，曝气泵(21)与微孔曝气盘(28)通过曝气管(24)相连，曝气管(24)上设有气体流量计(27)；

6、一种基于pna连续流ifas工艺快速提高对高氨氮废水进行深度脱氮的方法，其特征包括以下步骤：

7、稳定运行阶段：接种污水处理厂厌氧氨氧化中试反应器悬浮污泥至连续流一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)，使其mlss为3000.0～4000.0mg/l；连续流一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)的污泥回流比为200％；试验进水采用配水，通过投加的nh4hco3(2.82g/l)和nahco3(0.82g/l)以及微量元素(每100l水需要edta·2na(0.80mg)、feso4·7h2o(1.14mg)、mgso4·7h2o(0.03mg)、cacl2·2h2o(0.01mg)、kh2po4(0.01mg))作为原液注入原水箱(1)，通过第一温控装置(6)使原水箱(1)温度控制在30℃，打开第一进水控制阀(8)，通过第一进水管(7)与第一蠕动泵(9)将高氨氮废水泵入一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)；进水总无机氮浓度为550.0±100mg/l，进水总氮负荷为0.9～1.4kg n/(m3·d)；一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)内ph为6.8～7.5；一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)溶解氧do为0.01～0.20mg/l；一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)水力停留时间为12h；一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)与沉淀池(4)串联运行，实现重力沉淀出水；按上述条件运行，当一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)出水亚硝酸盐和氨氮的比值为1.1～1.3，且能维持30天以上，即实现一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化工艺成功启动且稳定运行；

8、波动运行阶段：将沉淀池(4)换为mbr(5)，将第一出水管(18)与沉淀池进水管(39)分开，转而将第一出水管(18)与mbr进水管(41)相连通，即一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)与mbr(5)串联运行，悬浮生物量有效被mbr(5)截留，mlss为4000.0～6000.0mg/l；连续流一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)的污泥回流比为200％；进水总无机氮浓度为548.0±120mg/l，进水总氮负荷为0.7～1.6kg n/(m3·d)；一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)内ph为6.5～7.8；一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)溶解氧do为0.01～0.20mg/l；一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)水力停留时间为12h；按上述条件运行，使一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)的主反应区悬浮污泥浓度达到6000.0～7000.0mg/l，即悬浮污泥被有效的富集起来。

9、新稳态阶段：将mbr(5)重新换为沉淀池(4)，将第一出水管(18)与mbr进水管(41)分开，将第一出水管(18)重新和沉淀池进水管(39)连接，与沉淀池(4)相连通，即一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)与沉淀池(4)串联运行。主反应区(36)内悬浮污泥大量流失，mlss为3000.0～4000.0mg/l；连续流一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)的污泥回流比为200％；进水总无机氮浓度从590.0mg/l增加到2250mg/l，进水总氮负荷从0.6kg n/(m3·d)增加到3.2kg n/(m3·d)；一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)内ph为6.8～7.9；一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)溶解氧do为0.01～0.20mg/l；一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)水力停留时间为12h；按上述条件运行，使一体式短程硝化耦合厌氧氨氧化ifas反应器(2)的主反应区生物膜中厌氧氨氧化菌丰度提高。

10、

11、发明优势

12、本发明所涉及的一种基于pna连续流ifas工艺快速提高对高氨氮废水进行深度脱氮的装置与方法与现有技术相比，具有下列创新点：

13、1)通过不同的出水方式，利用宏观的动态调控，有效的改变微生物群落状态，在膜出水阶段有效的持留厌氧氨氧化菌，减少外碳源投加，提升自养脱氮性能，节省费用；

14、2)工艺流程简单，运行方式灵活，为实际工程运行提供了较大的容错限；

15、3)短时间使用mbr，有效地保留了絮体作为絮体聚集体的初始载体，并且永久性地改变了pn/a系统中的微生物群落结构，并趋于稳定，为厌氧氨氧化菌的富集提供了有利的环境，实现厌氧氨氧化，易于控制；

16、4)通过在线监测温度、ph和do，把握硝化过程和厌氧氨氧化的进程。用过程控制的方法实时控制微氧曝气时间，从而达到精确控制和节能的目的；

17、5)该方法成熟运行后，可实现对于高氨氮废水无需稀释地直接处理，方便运行管理。