一种厌氧-好氧-缺氧-移动床自养脱氮工艺处理低CN污水的方法

一种厌氧-好氧-缺氧-移动床自养脱氮工艺处理低c/n污水的方法
技术领域
1.本发明属于环境污染控制工程技术领域，涉及到一种厌氧-好氧-缺氧-移动床自养脱氮(aoa-mbnr)工艺的研究，特别涉及到应用于低c/n污水生物脱氮除磷的研究。


背景技术：

2.氮素污染是造成水体富营养化的重要原因之一，己经成为水生态系统中一个严重的环境问题。通过文章《我国城镇污水处理厂脱氮除磷工艺的应用现状》可知，目前污水处理厂普遍釆用传统的厌氧-缺氧-好氧(a2o)工艺进行生物脱氮除磷，即污水先进行厌氧池释磷，然后缺氧池中异养反硝化细菌利用有机物作为碳源，将回流硝化液中的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮还原为氮气，从而达到生物脱氮的目的。最后，在好氧池实现氨氮硝化和聚磷菌的超量吸磷，完成生物除磷。但该工艺需要在硝化阶段适当的补充碱度，且脱氮除磷效果和硝化液回流比、污泥回流比密切相关，能耗相应较大。此外，厌氧池释磷与异养反硝化存在有机碳源的竞争，实际污水中较低的有机物浓度是制约异养反硝化脱氮效果的重要因素，需要额外投加有机碳源，长时间使用不仅运行成本高而且操作繁琐，污泥产量过多，且难以经济有效地满足严格的排放标准。遇到水质波动较大的情况，往往不能精确的投加，投加过量易造成浪费并且影响出水水质，投加不足时脱氮达不到理想的效果。因此，针对低c/n污水的低耗降碳、经济高效新型生物脱氮除磷工艺的开发，成为污水处理领域的一个研究方向。
3.与异养反硝化技术相比，硫自养反硝化技术无需外加有机碳源，在缺氧条件下，通过投加还原态的硫电子供体和无机碳源(亦作为碱度来源)，将污水中的硝酸盐氮依次还原为亚硝酸盐氮和氮气。一方面，还原态硫和无机碳源价廉易得，生物毒性小，使得运行成本低；另一方面，硫自养反硝化细菌的生物质产量低，这在最大限度减少剩余污泥和降低污泥处理处置成本方面具有优势。因此，在处理低c/n污水时，硫自养反硝化技术一直以来就被看作是用来克服传统的异养反硝化技术局限性的一种很有前景的新型生物脱氮技术。
4.虽然硫自养反硝化技术已经受到了广泛关注，但在《simultaneous heterotrophic and sulfur-oxidizing autotrophic denitrification process for drinking water treatment:control of sulfate production》文章中提到，其应用和发展仍面临消耗碱度、产生硫酸盐等问题的制约。由于硫自养反硝化反应是一个不断产酸、产硫酸盐的过程，随着反应的进行会持续消耗碱度，通常需要向反应系统中额外投加碱度来源，以维持硫自养反硝化系统较高的脱氮效率。常用的碱度来源是碳酸氢钠，其水溶性较好，但经济性欠佳，而价廉易得、缓冲性能好的石灰石(caco3)、菱铁矿(feco3)等固体材料则是很好的碱度缓释来源，同时钙离子还可与硫酸根离子和磷酸根离子生成沉淀，进而达到降硫除磷的目的。一般来讲，如《pilot-scale application of sulfur-limestone autotrophic denitrification biofilter for municipal tailwater treatment:performance and microbial community structure》文章中提到的，在硫自养反硝化脱氮
技术的工程应用上，现阶段更多采用的是硫-石灰石自养反硝化(slad)生物滤池形式，但该固定床式生物滤池容易堵塞，需要定期冲洗更换滤料，且滤料易分布不均匀，工艺操作复杂，填料更换维护成本高。所以，以上这些因素限制了硫自养反硝化技术的实际工程应用。
5.在此基础上，本发明主要针对传统的低c/n污水a2o脱氮除磷工艺中异养反硝化需要外加有机碳源的局限性，以及硫自养反硝化技术所面临的消耗碱度、产生硫酸盐等问题，提供了一种厌氧-好氧-缺氧-移动床自养脱氮(aoa-mbnr)工艺处理低c/n污水的方法。厌氧池、好氧池、缺氧池和沉淀池顺次连接，该工艺主要包括厌氧释磷、好氧超量吸磷与氨氮硝化以及缺氧自养反硝化脱氮。其中，在硫自养反硝化缺氧池中采用一种既可以作为无机碳源、碱度缓释来源，同时又能够改善硫自养脱氮过程中硫酸盐回收问题的碱度缓释多孔球壳悬浮填料，从而形成移动床的形式。该aoa-mbnr工艺的优势在于，除磷脱氮分单元进行，减少有机碳源竞争；提高生物除磷效果，降低除磷剂用量；无需硝化液回流，有效降低能耗；悬浮填料回收操作简便；出水中硫酸盐减少；采用自养脱氮，无需外加有机碳源，从而进一步降低运行成本。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种厌氧-好氧-缺氧-移动床自养脱氮工艺处理低c/n污水的方法，厌氧池、好氧池、缺氧池和沉淀池顺次连接，分别进行聚磷菌、硝化菌和硫自养脱氮菌的富集培养。该工艺首先在厌氧池实现无碳源竞争的厌氧释磷，使污水中有机碳源为聚磷菌充分利用，释放其细胞体内的聚合磷酸盐。由于没有脱氮碳源竞争，聚磷菌可以得到更好的营养和生长条件，有助于提高除磷效果。然后出水在好氧池完成聚磷菌的过量吸磷和氨氮硝化，通过排放富磷污泥而完成生物除磷，并为后续自养脱氮单元提供硝酸盐营养物。最后，向硫自养反硝化缺氧池中投加一种既可以作为无机碳源、碱度缓释来源，同时又能够改善硫自养脱氮过程中硫酸盐回收问题的碱度缓释多孔球壳悬浮填料，从而形成移动床的形式。之后硫自养反硝化菌利用还原态硫为电子供体，硝酸盐作为电子受体，在无需外加有机碳源的条件下，将硝酸盐氮还原为氮气，完成污水自养脱氮。沉淀池污泥回流至厌氧池，保障厌氧池聚磷菌生物量。此发明无需外加有机碳源，可实现低c/n污水深度脱氮除磷，具有低耗降碳等特点。
7.本发明的技术方案：
8.一种厌氧-好氧-缺氧-移动床自养脱氮工艺处理低c/n污水的方法，步骤如下：
9.耦合厌氧-好氧-缺氧工艺和移动床自养脱氮工艺，构建aoa-mbnr工艺；厌氧池、好氧池、缺氧池和沉淀池顺次连接，分别投加接种污泥，进行聚磷菌、硝化菌和硫自养脱氮菌的富集培养；该工艺首先在厌氧池实现无碳源竞争的厌氧释磷，使污水中有机碳源为聚磷菌充分利用，释放其细胞体内的聚合磷酸盐；出水在好氧池完成聚磷菌的过量吸磷和硝化菌的氨氮硝化过程，通过排放富磷污泥而完成生物除磷，并为后续自养脱氮单元提供硝酸盐营养物；然后出水在缺氧池完成硫自养反硝化脱氮，即硫自养脱氮菌采用外加的还原态硫作为电子供体，好氧池出水中的硝酸盐作为电子受体，在无需外加有机碳源的条件下，仅利用无机碳源，最终将硝酸盐还原为氮气；其中，在缺氧池中采用一种既可以作为无机碳源、碱度缓释来源，同时又能够改善硫自养脱氮过程中硫酸盐回收问题的碱度缓释多孔球壳悬浮填料，从而形成移动床的形式；最后，沉淀池污泥回流至厌氧池，保障厌氧池聚磷菌
生物量。
10.所述的碱度缓释多孔球壳悬浮填料的外部为多孔球壳，多孔球壳内装填有聚氨酯海绵、聚乙烯脂珍珠棉、石灰石和菱铁矿，四者的质量比为0.1:0.1:0.578～2.21:1。
11.所述的聚氨酯海绵裁为5～10cm3的块体，聚乙烯脂珍珠棉裁为5～10cm3的块体。
12.所述的石灰石和菱铁矿二者的质量比为1.73:1。
13.本发明的有益效果：本发明提供了一种厌氧-好氧-缺氧-移动床自养脱氮(aoa-mbnr)工艺处理低c/n污水的方法，该工艺主要包括厌氧释磷、好氧超量吸磷与氨氮硝化以及缺氧自养反硝化，其中，在硫自养反硝化缺氧池中采用一种既可以作为无机碳源、碱度缓释来源，同时又能够改善硫自养脱氮过程中硫酸盐回收问题的碱度缓释多孔球壳悬浮填料。该aoa-mbnr工艺的优势在于，除磷脱氮分单元进行，减少有机碳源竞争；提高生物除磷效果，降低除磷剂用量；无需硝化液回流，有效降低能耗；悬浮填料回收操作简便；出水中硫酸盐减少；采用自养脱氮，无需外加有机碳源，从而进一步降低运行成本。
具体实施方式
14.以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式。
15.实施例1
16.以某污水处理厂实际低c/n污水为处理对象进行脱氮除磷处理，运行期间具体进水水质、水量如下：cod＝150mg/l，c
tn
＝50mg/l，c
氨氮
＝40mg/l，c
tp
＝3.5mg/l，ph＝7.4，q＝1000m3/d。厌氧池、好氧池、缺氧池和沉淀池顺次连接，各个池的有效容积为250m3，mlss＝4000mg/l，hrt＝6h，srt＝20d，污泥回流量为100％，好氧池溶解氧控制为1～2mg/l。缺氧池投加还原态硫电子供体和碱度缓释多孔球壳悬浮填料，填料内装填有聚氨酯海绵、聚乙烯脂珍珠棉、石灰石和菱铁矿，四者的质量分别为0.6g、0.6g、10.38g、6g，聚氨酯海绵裁为20mm*20mm*20mm大小的立方体形状，聚乙烯脂珍珠棉裁为直径为20mm、高度为30mm的圆柱体形状。厌氧-好氧-缺氧-移动床自养脱氮(aoa-mbnr)工艺连续稳定运行，出水水质可达《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级a标准的要求，ph值始终保持在7.5左右，出水中cod低于50mg/l，总氮去除率高达95％以上，硫酸盐含量大大减少，同时实现除磷效果。
17.对比例1
18.缺氧池前端不设厌氧池和好氧池，其余同实施例1。
19.该方案中，相比于实施例1，即在缺氧池前端不设厌氧池和好氧池的情况下，通过单独的移动床硫自养脱氮工艺的出水水质无法达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级a标准的要求。由于进水中的总氮以氨氮为主，而硫自养缺氧池只能将硝酸盐氮还原为氮气，所以总氮去除效果非常有限，甚至无法实现脱氮除磷功能，说明aoa-mbnr工艺比单独的移动床硫自养脱氮工艺的处理效果好得多。
20.对比例2
21.缺氧池不投加碱度缓释多孔球壳悬浮填料，其余同实施例1。
22.该方案中，相比于实施例1，即在不投加碱度缓释多孔球壳悬浮填料的情况下，缺氧池中无法形成移动床形式，即没有碱度缓释作用，出水中ph值下降至5.9，cod低于50mg/l，总氮去除率显著下降，出水中硝酸盐氮增多，硫酸盐含量增多，tp低于1mg/l。由于缺氧池中不投加碱度缓释多孔球壳悬浮填料，没有碱度缓释作用，而硫自养反硝化反应是一个不
断产酸、产硫酸盐的过程，随着反应的进行会持续消耗碱度，ph值过低会显著地影响硫自养脱氮效果，出现总氮去除率明显下降、出水中硝酸盐氮增多的现象，同时硫酸盐的去除效果也显著降低，说明多孔球壳悬浮填料的碱度缓释作用对硫自养脱氮效果和硫酸盐的去除效果影响显著。
23.对比例3
24.缺氧池投加乙酸钠作为有机碳源，不投加还原态硫电子供体，其余同实施例1。
25.该方案中，相比于实施例1，即在投加乙酸钠作为有机碳源，不投加还原态硫电子供体的情况下，缺氧池中会进行异养反硝化脱氮过程，出水中ph值偏弱碱性，cod不稳定，总氮去除率达95％以上，tp低于1mg/l，脱氮除磷效果较好。但是额外投加乙酸钠作为有机碳源，长时间使用不仅运行成本高而且操作繁琐，污泥产量过多。遇到水质波动较大的情况，往往不能精确的投加，投加过量易造成浪费并且影响出水水质，投加不足时脱氮达不到理想的效果，难以经济有效地满足严格的排放标准。因此，针对低c/n污水的脱氮除磷处理，在缺氧池中采用低耗降碳、经济高效的移动床硫自养脱氮工艺要优于异养反硝化脱氮工艺。

技术特征：
1.一种厌氧-好氧-缺氧-移动床自养脱氮工艺处理低c/n污水的方法，其特征在于，步骤如下：耦合厌氧-好氧-缺氧工艺和移动床自养脱氮工艺，构建aoa-mbnr工艺；厌氧池、好氧池、缺氧池和沉淀池顺次连接，分别投加接种污泥，厌氧池、好氧池、缺氧池中分别进行聚磷菌、硝化菌和硫自养脱氮菌的富集培养；aoa-mbnr工艺中，首先在厌氧池实现无碳源竞争的厌氧释磷，使污水中有机碳源为聚磷菌充分利用，释放其细胞体内的聚合磷酸盐；厌氧池的出水在好氧池完成聚磷菌的过量吸磷和硝化菌的氨氮硝化过程，通过排放富磷污泥而完成生物除磷，并为后续缺氧池的自养脱氮过程提供硝酸盐营养物；然后出水在缺氧池完成硫自养反硝化脱氮，即硫自养脱氮菌采用外加的还原态硫作为电子供体，好氧池出水中的硝酸盐作为电子受体，在无需外加有机碳源的条件下，仅利用无机碳源，最终将硝酸盐还原为氮气；其中，在缺氧池中采用一种既可作为无机碳源、碱度缓释来源，同时又能够改善硫自养脱氮过程中硫酸盐回收问题的碱度缓释多孔球壳悬浮填料，从而形成移动床的形式；最后，沉淀池污泥回流至厌氧池，保障厌氧池聚磷菌生物量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碱度缓释多孔球壳悬浮填料的外部为多孔球壳，多孔球壳内装填有聚氨酯海绵、聚乙烯脂珍珠棉、石灰石和菱铁矿，四者的质量比为0.1:0.1:0.578～2.21:1。

技术总结
本发明属于环境污染控制工程技术领域，提供一种厌氧-好氧-缺氧-移动床自养脱氮工艺处理低C/N污水的方法，厌氧池、好氧池、缺氧池和沉淀池顺次连接，该工艺主要包括厌氧释磷、好氧超量吸磷与氨氮硝化以及缺氧硫自养反硝化脱氮。其中，在硫自养反硝化缺氧池中采用一种既可以作为无机碳源、碱度缓释来源，同时又能够改善硫自养脱氮过程中硫酸盐回收问题的碱度缓释多孔球壳悬浮填料，从而形成移动床的形式。本发明的工艺优势在于，除磷脱氮分单元进行，减少有机碳源竞争；提高生物除磷效果，降低除磷剂用量；无需硝化液回流，有效降低能耗；悬浮填料回收操作简便；出水中硫酸盐减少；采用自养脱氮，无需外加有机碳源，从而进一步降低运行成本。运行成本。


技术研发人员：张捍民 胡明星 党传智
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2022.01.28
技术公布日：2022/5/25