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厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法

发布时间:2020-5-21 8:41:34  中国污水处理工程网

  申请日2020.01.07

  公开(公告)日2020.05.08

  IPC分类号C02F3/28; C02F101/16

  摘要

  本发明属于污水生物处理技术领域,公开了一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法。本发明通过结合群体感应与厌氧氨氧化以及MBBR工艺,通过在反应器中添加一定浓度的硼酸的方法,促进了信号分子AI‑2的合成分泌,从而促进了厌氧氨氧化菌的持留与富集,大大缩短了膜生物反应器的启动时间,有效解决了难以富集厌氧氨氧化菌难以挂膜的问题;通过采用快速排泥法,有效提高了反应器运行初期厌氧氨氧化菌的挂膜速度,有效解决了难以富集厌氧氨氧化菌难以挂膜的问题;并通过添加搅拌,为厌氧氨氧化菌提供选择压,大大缩短了反应器的启动时间,有效解决了MBBR工艺启动时间长的问题。

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  权利要求书

  1.一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法,其特征在于,包括以下步骤:

  (1)在MBBR反应器中加入悬浮填料,悬浮填料的填充体积率占反应器的30%~55%;接种硝化污泥使得反应器内污泥浓度≥2.0g/L,投加硼使得反应器内硼的浓度≥0.005g/L;

  (2)启动MBBR反应器,采取迅速排泥法进行启动,将接种的硝化污泥与悬浮填料充分混合,并将悬浮填料与接种污泥进行搅拌挂膜,运行10~20天后未挂膜的泥水混合物被完全排出后停止搅拌,停止搅拌运行期间,每天的进水氨氮浓度为20~25mg/L,进水亚氮浓度为20~25mg/L;到第15~30天,第1次投加厌氧氨氧化污泥,以后每天的进水氨氮浓度为100~110mg/L,进水亚氮浓度为45~55mg/L;到第25~40天,第2次投加厌氧氨氧化污泥,以后每天的进水氨氮浓度为45~55mg/L,进水亚氮浓度为45~55mg/L;到第35~60天,以后每天的进水氨氮浓度为100~110mg/L,进水亚氮浓度为75-85mg/L;到50~70天,以后每天的进水氨氮浓度为145~155mg/L,进水亚氮浓度为125~135mg/L;

  (3)开始搅拌运行,每当出水中氨氮、亚氮同步降解完全,就需要提高负荷,氨氮浓度和亚氮浓度提高至150mg/L-200mg/L后,当监测到反应过程中消耗的亚氮与氨氮的比值≥1,去除率>85%、且生成的硝氮比亚氮的比值≥0.12时,即表示反应器挂膜成功。

  2.根据权利要求1所述一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法,其特征在于,步骤(1)所述悬浮填料的材质为聚丙烯,所述悬浮填料为圆柱形。

  3.根据权利要求2所述一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法,其特征在于,步骤(2)所述MBBR反应器的水力停留时间为24h。

  4.根据权利要求1~3任一项所述一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法,其特征在于,步骤(2)所述MBBR反应器的启动温度为12~40℃。

  5.根据权利要求4所述一种氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法,其特征在于,步骤(1)所述硝化污泥为二沉池污泥。

  6.根据权利要求1~3任一项所述一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法,其特征在于,步骤(2)所述第1次投加厌氧氨氧化污泥的体积小于反应器容量的1/2。

  7.根据权利要求1~3任一项所述一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法,其特征在于,步骤(2)所述第2次投加厌氧氨氧化污泥的体积小于反应器容量的1/2。

  8.根据权利要求1~3任一项所述一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法,其特征在于,步骤(2)所述搅拌挂膜的搅拌速率为50~200rpm。

  9.根据权利要求1~3任一项所述一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法,其特征在于,步骤(3)所述搅拌运行的搅拌速率为50~200rpm。

  说明书

  一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法

  技术领域

  本发明属于污水生物处理技术领域,具体涉及一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法。

  背景技术

  近年来,由于人为过量排放氮、磷等营养物质造成水体的富营养化日益严重,湖泊“水华”及近海“赤潮”时有发生,控制并减少氮、磷的排量成为防治富营养化的对策之一。因此,研究开发经济、高效的脱氮技术已成为水污染控制工程领域的研究重点。在20世纪50~60年代,人们深入的了解了活性污泥微生物,建立了生物脱氮、除磷工艺的理论基础,以此基础建立了脱氮除磷的体系,但该体系存在诸多问题,如流程长,脱氮效率低,基建投资高,供氧量大,运行费用高,反硝化过程往往需要外加碳源。因此,新的生物脱氮理论和技术应运而生,并迅速发展,如颗粒污泥工艺,生物膜工艺,其中,Sharon-Anammox,CANON,DEMON工艺最受瞩目。

  群体感应(Quorum sensing)是指微生物生长代谢过程中,向环境中释放信号分子自诱导物(auto-inducer,AI),当AI数量超过一定阈值时,进入细菌细胞内,通过激发菌体内相关基因的表达协调菌群生理行为,调控菌群种间关系,并最终决定种群结构,从而表现出单个个体细菌无法实现的生理功能和调节机制。AI-2是其中一种自诱导信号分子,它可以促使细菌进行种间交流。信号分子AI-2的合成分为三个步骤,首先细菌在细胞内合成前驱体4,5-二羟基-2,3戊二酮(DPD),然后DPD经历自发的重排反应形成Pro-AI-2分子,继而Pro-AI-2分子与硼酸脂结合产生高活性的信号分子AI-2,可以通过提高硼酸的浓度来促进AI-2的合成分泌。

  厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation,简称ANAMMOX)反应是指在厌氧或缺氧条件下以NO2-N为电子受体,氧化NH4-N为N2的生物过程。相比较传统硝化-反硝化工艺可降低50%的曝气量和100%的有机碳源以及降低90%的运行费用,且污泥产率低。然而,ANAMMOX菌属化能自养的专性厌氧菌,生长缓慢,世代周期长(约11d),适宜生长温度为20℃~43℃,最佳生长温度为40℃,PH范围为6.7~8.3,最佳PH为8.0。世界第一座ANAMMOX生物脱氮工程案例启动时间长达3.5年,因此启动时间长、难以挂膜、对环境要求条件高是制约ANAMMOX工艺推广的限制因素。

  究其原因,虽然厌氧氨氧化菌(AAOB)广泛存在,浮霉菌、硝化菌、反硝化菌均可接种泥进行培养,但只有当AAOB细胞浓度高于1010~1011/mL时,才显现厌氧氨氧化活性。尽管很多细菌虽具有ANAMMOX活性,但需特定条件才会表达,当条件适宜时,其代谢方式转变为ANAMMOX过程;再次,厌氧氨氧化过程是产气过程,启动初期,污泥容易上浮、流失,细胞浓度难以增长,既增加了启动难度,也大大延长了启动周期。可以看出,厌氧氨氧化启动的关键在于启动期污泥的持留和富集。

  移动床生物膜反应器(Moving Bed BiofiLm Reactor,MBBR),是向反应器中投加一定数量的悬浮载体,作为微生物生长的载体,从而强化生化处理效果,悬浮载体密度接近水、有效比表面积大,空隙率高,既能满足厌氧氨氧化对于启动的持留要求,又可以运行方式灵活,防止阻塞,但实际过程中,发现悬浮填料挂膜周期长,难以挂膜,启动速度不理想,污泥阻塞等问题。

  发明内容

  为了解决现有技术中MBBR厌氧氨氧化不易挂膜、不易启动、启动周期长等问题,本发明的目的在于公开了一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法,采用该预处理法具有挂膜速度快、流化性能好、启动周期短、处理负荷高等优点。

  本发明的目的通过以下技术方案实现:

  一种厌氧氨氧化MBBR工艺载体快速挂膜方法,包括以下步骤:

  (1)在MBBR反应器中加入悬浮填料,悬浮填料的填充体积率占反应器的30%~55%;接种硝化污泥使得反应器内污泥浓度≥2.0g/L,投加硼酸使得反应器内硼的浓度≥0.005g/L;

  (2)启动MBBR反应器,采取迅速排泥法进行启动,将接种的硝化污泥与悬浮填料充分混合,并将悬浮填料与接种污泥进行搅拌挂膜,运行10~20天后未挂膜的泥水混合物被完全排出后停止搅拌,停止搅拌运行期间,每天的进水氨氮浓度为20~25mg/L,进水亚氮浓度为20~25mg/L;到第15~30天,第1次投加厌氧氨氧化污泥,以后每天的进水氨氮浓度为100~110mg/L,进水亚氮浓度为45~55mg/L;到第25~40天,第2次投加厌氧氨氧化污泥,以后每天的进水氨氮浓度为45~55mg/L,进水亚氮浓度为45~55mg/L;到第35~60天,以后每天的进水氨氮浓度为100~110mg/L,进水亚氮浓度为75-85mg/L;到50~70天,以后每天的进水氨氮浓度为145~155mg/L,进水亚氮浓度为125~135mg/L。

  (3)开始搅拌运行,每当出水中氨氮、亚氮同步降解完全,就需要提高负荷,氨氮浓度和亚氮浓度提高至150mg/L-200mg/L后,当监测到反应过程中消耗的亚氮与氨氮的比值≥1,去除率>85%、且生成的硝氮比亚氮的比值≥0.12时,即表示反应器挂膜成功。

  优选的,步骤(1)所述悬浮填料的材质为聚丙烯,所述悬浮填料为圆柱形。

  优选的,步骤(2)所述MBBR反应器的水力停留时间为24h。

  优选的,步骤(2)所述MBBR反应器的启动温度为12~40℃。

  优选的,步骤(1)所述硝化污泥为二沉池污泥。

  优选的,步骤(2)所述第1次投加厌氧氨氧化污泥的体积小于反应器容量的1/2。

  优选的,步骤(2)所述第2次投加厌氧氨氧化污泥的体积小于反应器容量的1/2。

  优选的,步骤(2)所述搅拌挂膜的搅拌速率为50~200rpm。

  优选的,步骤(3)所述搅拌运行的搅拌速率为50~200rpm。

  与现有技术相比,本发明具有以下优点和有益效果:

  (1)本发明通过结合群体感应与厌氧氨氧化以及MBBR工艺,有效解决了难以富集厌氧氨氧化菌以及难以挂膜的问题。

  (2)本发明启动速度快,在接种硝化细菌的条件下,只添加2次厌氧氨氧化污泥,仅需79~80天就可以挂膜成功,比一般的100~150天的挂膜时间快了大约20~70天。

  (3)本发明处理效果好,当水温为35℃时,40%填充率时,进水总氮≤550mg/L时,氨氮亚氮的去除率平均为90%。(发明人储昭瑞;马建业;荣宏伟;何承兴)

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