[实用新型]一种基于MBBR的高效自养脱氮系统

说明书

本实用新型公开了一种基于MBBR的高效自养脱氮系统，属于废水生物脱氮技术领域。解决了现有技术中相关系统接种量过多、启动时间长、脱氮效率低等问题。本实用新型将反硝化同一段式自养脱氮耦合，反硝化池前置，自养脱氮出水回流，第一阶段实现硝酸盐和有机物的去除，第二阶段进行自养脱氮。本实用新型可实现三种运行模式，分别为并联运行模式、双系列A运行模式和双系列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联、并列或单独运行；通过接种、流加等手段实现自养脱氮工艺的快速启动；根据处理要求，实现不同的工艺布置形式。本实用新型具有接种比例小、启动快、脱氮效率高、对进水有机物耐受性好等优点。

技术领域

本实用新型属于废水生物脱氮技术领域，具体涉及一种基于MBBR的高效自养脱氮系统。

背景技术

20世纪90年代，在发现厌氧氨氧化现象的同时，人们意识到一种新型自养脱氮工艺，在缺氧条件下，以浮霉目细菌为代表的微生物直接以亚硝酸盐为电子受体，二氧化碳为主要碳源，将氨氮氧化成氮气的生物脱氮工艺，由于传统生物脱氮工艺在处理高氨氮低C/N废水时常因缺乏碳源而限制了脱氮性能，需额外添加有机物，从而提高了运行成本且易造成二次污染风险，不利于系统安全经济的运行，自养脱氮工艺，相比传统的硝化反硝化工艺具有较多有点，首先，自养脱氮工艺中的厌氧氨氧化反应需要部分亚硝化作为前处理工艺，根据其化学计量关系，理论上可节省62.5％的供养动力消耗，并且其无需额外投加有机碳源，节省了100％的外加碳源所增加的运行费用，再者，其污泥产量少，节省了污泥处置费用，最后，不但可以减少二氧化碳等温室气体的过量排放，反而可以消耗二氧化碳，然而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。受限于纯膜法前置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。

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，主要原因为自养脱氮工艺的两种功能微生物氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(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；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，当前的大多数一段式自养脱氮工艺系统也多采用颗粒污泥形式，导致其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，一段式自养脱氮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。鉴于此工艺弊端，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。

现有技术相关方面的研究报道主要有：