[发明专利]用于处理高氨氮废水的高效自养脱氮系统的快速启动方法

说明书

本发明公开了一种用于处理高氨氮废水的高效自养脱氮系统的快速启动方法，属于废水生物脱氮技术领域。其解决了现有技术中相关系统所需占地大、接种量过多、启动时间长、脱氮负荷低、抗冲击性差、系统易受进水有机物影响等问题。本发明将纯膜反硝化同泥膜一段式自养脱氮结合，反硝化池前置，自养脱氮后置且出水回流；本发明可实现三种运行模式，分别为并联运行、双系列A运行和双系列B运行模式，通过连通阀控制四个反应池出水方向实现反应池串、并联或单独运行；通过接种、流加等手段实现工艺的快速启动；根据处理要求，实现不同工艺布置形式。本发明具有占地少、接种比例小、启动快、脱氮负荷高、抗冲击性强、对进水有机物耐受性好等优点。

技术领域

本发明属于废水生物脱氮技术领域，具体涉及一种用于处理高氨氮废水的高效自养脱氮系统的快速启动方法。

背景技术

自养脱氮技术作为近年来发展迅速的新型脱氮工艺，受到全世界废水生物脱氮领域研究者的关注，该工艺相比传统的硝化反硝化可节约62.5％的供氧耗能和100％的有机碳源投加，因而被认为是最经济有效的废水生物脱氮方式。在一段式自养脱氮工艺中，通过限氧使亚硝酸盐氧化菌(AOB)及厌氧氨氧化菌(AnAOB)富集于同一反应器，通过两种功能微生物的协同作用达到高效脱氮。然而，AOB和AnAOB均为自养微生物，世代周期较长，生长缓慢，导致工程应用中实际启动时间过长，另外，自养脱氮工艺理论上的总氮去除率为89％，对于出水总氮要求较高的项目可能难以保证出水达标。

为了进一步提升总氮去除率，反硝化耦合自养脱氮技术受到人们的广泛关注，主要工艺形式分为前置反硝化和后置反硝化，对于大多数废水，进水中或多或少会含有一部分有机碳源，在利用后置联合形式时，有机物首先进入自养脱氮阶段，可能会对其造成影响，因此有研究者将反硝化阶段前置，设置出水回流，在第一阶段实现硝酸盐和有机物的去除，与后置反硝化相比，这种联合方式出水有机物更容易控制，可以通过自养脱氮区曝气量或溶解氧的调控，去除大部分有机物，同时提高总氮去除率，但是，当前绝大多数前置反硝化工艺采用的是颗粒污泥或缺氧污泥，出水需进行泥水分离，长期运行易导致污泥产量过大，需经常排泥，另外，污泥易随出水进入后续处理系统对后续工艺产生影响，且容易发生污泥膨胀现象，因此难以长期稳定运行。而生物膜法的前置反硝化工艺相比活性污泥法工艺微生物群落更加丰富，物种多样性更为稳定；生物膜脱落后易形成颗粒较大且具有良好沉降性能的絮体，且具有较好的沉降性能，易固液分离；另外，生物膜法一般不需要污泥回流，能耗较低，易于维护和管理且不存在污泥膨胀问题。受限于纯膜法反硝化工艺启动及稳定运行所需技术瓶颈，纯膜反硝化至今仍缺乏大规模工程化应用。

由于自养脱氮的两种功能微生物AOB及AnAOB生长非常缓慢，倍增时间较长，难以维持较高生物浓度，且AnAOB极易受到进水中有机物等抑制因素的影响而降低活性，因此当前关于一段式自养脱氮相关工艺的研究多停留在实验室级别；AOB是好氧菌，AnAOB是厌氧菌，过高的溶解氧会抑制AnAOB，过低的溶解氧无法保证氨氮向亚硝酸盐转化，亚硝酸盐过低会导致AnAOB基质不足，生长受到抑制。另外，当前的一段式自养脱氮工艺系统多采用悬浮态颗粒污泥形式或是附着态的生物膜形式，自养脱氮颗粒污泥对溶解氧的耐受性较低(多为1mg/L以下)，稍高溶解氧即容易对AnAOB产生抑制，甚至使系统崩溃。另外，颗粒污泥工艺难以实现絮状污泥的硝化性能和颗粒污泥厌氧氨氧化菌活性之间的协同，同时污泥上浮会造成厌氧氨氧化菌脱落和系统性能恶化。而生物膜系统由于膜内基质传输效率较差，一般难以达到很高的脱氮负荷，再者，由于AOB对于附着载体的生态位占有力及附着力较差，稍高的水力剪切即可将其从生物膜剥落，这也是大多采用生物膜法的自养脱氮工艺在长时间运行后最终都会受到亚硝化效果限制导致总氮去除负荷无法稳定上升的一个原因，鉴于这两种工艺弊端，能否找到合适的自养脱氮工艺形式并快速启动且高负荷稳定运行是该工艺成为工程应用的关键。MBBR结合活性污泥的自养脱氮工艺系统将AOB和AnAOB分置于活性污泥和MBBR填料上，既可以达到较高的总氮去除负荷，又具有一定的抗冲击性。

现有技术相关方面的研究报道主要有：