一种泥膜混合移动床生物膜反应器自养脱氮工艺的快速启动方法
阅读说明：本技术 一种泥膜混合移动床生物膜反应器自养脱氮工艺的快速启动方法 (Quick starting method of autotrophic nitrogen removal process of biofilm reactor of sludge-membrane mixed moving bed ) 是由 梁瑜海 姚丽婷 梁梓乐 康沛伦 李民龙 崔理华 于 2021-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种泥膜混合移动床生物膜反应器全程自养脱氮工艺的快速启动方法,其步骤为：首先接种短程硝化絮状污泥,投加悬浮填料,构成MBBR反应器,在常温下,控制进水氨氮浓度和亚氮浓度的比例,在较高曝气量下维持短程,适当增加缺氧时间,成功富集厌氧氨氧化菌。启动厌氧氨氧化反应后逐渐减少曝气量降低DO,增加曝气时间,诱导好氧氨氧化菌和AnAOB在曝气阶段同时进行短程硝化和厌氧氨氧化反应。本发明实现了氨氮的高效去除,为MBBR反应器应用于全程自养脱氮工艺的长期高效稳定运行提供了方法,解决了全程自养脱氮工艺启动缓慢、种泥要求苛刻的难题。(The invention discloses a quick starting method of a completely autotrophic nitrogen removal process of a biofilm reactor of a sludge-membrane mixed moving bed, which comprises the following steps: firstly, inoculating short-cut nitrification flocculent sludge, adding suspended filler to form an MBBR reactor, controlling the proportion of the ammonia nitrogen concentration and the nitrite concentration of inlet water at normal temperature, maintaining short distance under higher aeration rate, properly increasing anoxic time, and successfully enriching anaerobic ammonium oxidation bacteria. After starting the anaerobic ammoxidation reaction, gradually reducing the aeration amount, reducing the DO, increasing the aeration time, and inducing the aerobic ammoxidation bacteria and the ANAOB to simultaneously carry out the partial nitrification and the anaerobic ammoxidation reaction in the aeration stage. The method realizes the efficient removal of ammonia nitrogen, provides a method for the long-term efficient and stable operation of the MBBR applied to the completely autotrophic nitrogen removal process, and solves the problems of slow start of the completely autotrophic nitrogen removal process and strict requirements on seed sludge.)
技术领域
本发明属于城市污水处理与再生领域，具体涉及一种泥膜混合移动床生物膜反应器自养脱氮工艺的快速启动方法。
背景技术
全程自养脱氮工艺是将部分短程硝化和厌氧氨氧化反应置于同一反应器内进行脱氮，与传统脱氮工艺相比，该工艺可节省大量曝气能耗，不需外加有机碳源，脱氮效率高，且污泥产量低，具有非常广阔的应用前景。但是，自养脱氮工艺中的厌氧氨氧化菌(AnAOB)增倍时间长达11d，生长缓慢，且易流失，难以富集，从而导致反应器启动比较困难。因此如何实现反应器的快速启动，对于自养脱氮工艺的发展应用具有现实意义。
泥膜混合移动床生物膜反应器(MBBR)是近年来逐渐兴起的新型反应器，具有占地面积小、抗冲击负荷能力强、操作简单、运行方便、污泥龄长、生物量大等优点。将泥膜混合MBBR反应器应用于污水处理的全程自养脱氮工艺的研究，可以解决自养菌生长缓慢难以富集的难题，以期减少自养脱氮工艺启动时间，促进自养脱氮工艺的发展。因此，MBBR全程自养脱氮工艺的快速启动策略是MBBR应用于自养脱氮的关键技术，对于自养脱氮工艺的进一步应用具有重要的意义。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种泥膜混合移动床生物膜反应器(MBBR)全程自养脱氮工艺的快速启动方法。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种泥膜混合移动床生物膜反应器全程自养脱氮工艺的快速启动方法，
在常温下，以废水为进水，以一体式MBBR反应器为试验装置，一体式MBBR反应器底部设有曝气装置，内置搅拌器，保证泥水混合均匀，填料为高密度聚乙烯扁圆柱状悬浮载体；
具体包括以下步骤：
(1)接种污泥于反应器内，向反应器投加填料，构建泥膜混合MBBR系统，其中接种污泥为短程硝化絮状污泥，接种污泥的浓度为1300～1500mg/L，填料的填充率为15～25％，反应器以序批式模式运行；
(2)启动自养脱氮工艺的方法为：在曝气量1.0～1.2L/(min·L)的条件下，控制进水氨氮浓度为190～210mg/L，亚硝酸盐氮浓度为90～110mg/L，以CaCO3计的碱度浓度为1200～1400mg/L，温度为20～30℃，pH为7.5～8.5，进水游离氨(FA)为15～25mg/L，当氨氧化率为50～60％时停止曝气，进入缺氧阶段，缺氧时间控制在8h以上；当系统的总氮去除率达到30％以上，且稳定运行10天以上时，反应器厌氧氨氧化工艺成功启动；
(3)在曝气量为0.3～0.5L/(min·L)的条件下，控制进水氨氮浓度为190～210mg/L，以CaCO3计的碱度浓度为1200～1400mg/L，温度为20～30℃，pH为7.5～8.5，进水游离氨(FA)为15～25mg/L，当氨氧化率为50～60％时停止曝气，进入缺氧阶段，缺氧时间控制在14h以上，当系统的总氮去除率达到65％以上，且稳定运行30天以上时，反应器全程自养脱氮工艺成功。
优选地，步骤(1)所述短程硝化絮状污泥的培养方法如下：在曝气量1.2L/(min·L)以上以及进水氨氮浓度为190～210mg/L、以CaCO3计的碱度浓度为1200～1400mg/L的条件下，以序批式模式运行，控制氨氧化率在50％以上以及亚硝酸盐氮积累率在95％以上至少一个月，可得短程硝化絮状污泥，污泥中AOB菌群的比例40％以上。
优选地，步骤(2)所述进水为模拟废水，由(NH4)2SO4、NaNO2和NaHCO3加水配制所得，其中氨氮浓度为190～210mg/L，亚硝酸盐氮浓度为90～110mg/L，以CaCO3计的碱度浓度为1200～1400mg/L。
优选地，步骤(2)所述进水的DO(溶解氧)浓度为0.2～1.9mg/L。
优选地，所述进水的温度为20～30℃。
本发明所述一种基于MBBR的全程自养脱氮工艺的快速启动原理在于：泥膜混合MBBR系统包括了絮状污泥和填料生物膜，系统内的絮状污泥是接种已培养好的短程硝化絮状污泥，含有大量AOB菌群(好氧氨氧化细菌群)，并且控制进水氨氮浓度和pH使得FA浓度大于抑制NOB(亚硝酸盐氧化细菌)活性的FA浓度范围，有效抑制NOB活性，能够维持稳定的短程硝化反应，为AnAOB(厌氧氨氧化菌)提供充足稳定的亚硝酸盐氮。悬浮填料可作为AnAOB的理想载体，悬浮填料密度略轻于水，在挂膜后与水体密度相近，使其可在水中悬浮，通过曝气和搅拌就可实现填料完全流化。在运行过程中，填料及生物膜一直处于悬浮状态，因此能够与污水中的污染物充分接触。填料上的生物膜在运行过程中逐渐变厚，分为好氧外层和缺氧内层，缺氧层为AnAOB提供了良好的生存环境，可迅速富集AnAOB。
本发明解决了全程自养脱氮工艺启动缓慢、种泥要求苛刻的难题，提供了一种在MBBR反应器中快速启动全程自养脱氮工艺的策略，实现了氨氮的高效去除，为MBBR反应器应用于全程自养脱氮工艺的长期高效稳定运行提供了方法。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
本发明在常温下通过调节曝气量启动全程自养脱氮工艺，易于实施，启动迅速，系统经过45d即可启动成功。本发明中接种污泥来自于已培养好的短程硝化絮状污泥，污泥简单易得，解决了自养脱氮工艺种泥来源困难的难题。此外，本发明将泥膜混合MBBR反应器应用在全程自养脱氮工艺的研究上，悬浮填料上的生物膜为AnAOB提供良好的生长环境，可迅速富集AnAOB，有望解决自养脱氮工艺启动时间缓慢的难题。
附图说明
图1为本发明中MBBR反应器的启动自养脱氮的运行效果图，其中图1(a)为进出水氨氮浓度变化和氨氧化率变化，图1(b)为进出水亚硝酸盐氮浓度变化和亚硝化率变化，图1(c)为进出水硝酸盐氮浓度的变化，图1(d)为进出水总氮浓度变化和总氮去除率变化。
氨氧化率(％)＝(进水氨氮-出水氨氮)*100/进水氨氮，亚硝化率(％)＝亚氮*100/(亚氮+硝氮)，总氮去除率(％)＝(进水总氮-出水总氮)*100/进水总氮。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
短程硝化絮状污泥的培养方法如下：在曝气量1.2L/(min·L)以及进水氨氮浓度为200mg/L、以CaCO3计的碱度浓度为1400mg/L的条件下，以序批式模式运行，控制氨氧化率在50％以上以及亚硝酸盐氮积累率在95％以上一个月以上，可得短程硝化絮状污泥，污泥中AOB菌群的比例42.95％。
本实施例所采用的反应器为泥膜混合移动床生物膜反应器(MBBR)，反应器有效体积是20L，反应器底部安装曝气装置，可以通过调节曝气量来控制反应器废水中的溶解氧(DO)浓度，内置搅拌器，保证泥水混合均匀，出水通过蠕动泵抽吸出水。接种短程硝化絮状污泥，污泥浓度为1300mg/L，投加悬浮填料(高密度聚乙烯扁圆柱状悬浮载体)，填充率为20％，反应器以序批式模式运行。本实验运行93d，根据水质情况分为两个阶段，反应器进水为人工配水，由(NH4)2SO4、NaNO2和NaHCO3加水配制所得，第Ⅰ阶段为第1～56天，进水包括200mg/L的氨氮和100mg/L的亚氮，第Ⅱ阶段为第57～93天，实验用水只配200mg/L的氨氮。每个阶段都添加NaHCO3提供碱度和无机碳源，在室温(20～30℃)下运行，进水pH为7.8～8.2，DO浓度为0.2～1.9mg/L，进水FA控制在15～25mg/L之间。
第Ⅰ阶段的曝气量为1.2L/(min·L)，曝气时间从2h减少到1.75h，缺氧时间从2h增加到20h。其中第1～44d的短程硝化过程稳定，平均氨氧化率为60％，亚硝化率稳定在97％以上。
在第45d出现厌氧氨氧化反应，出水氨氮和亚氮出水相应降低，有少量硝氮产生，出现部分总氮损失，总氮去除率增加到25％，第45～56d的脱氮效果逐渐增加，平均总氮去除率为30％左右。
第Ⅱ阶段中进水不添加亚氮，厌氧氨氧化所需要的亚氮直接由短程硝化提供，其中第57～68d的厌氧氨氧化作用提高，平均总氮去除率提高到60％左右。在第69～93d，曝气量从1.2L/(min·L)逐渐减少到0.4L/(min·L)，自养脱氮效果逐渐提高，平均氨氮去除率稳定在85％左右，平均总氮去除率从60％逐渐提高到70％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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