[發明專利]一種實現低氨氮廢水一體化自養脫氮運行的系統與方法

在審

• 申請號: 202111544111.5
• 申請日: 2021-12-16
• 公開（公告）號: CN114212887A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 劉秀紅;武文君;楊慶;李健敏;楊玉兵
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C02F3/30
• 分類號: C02F3/30;C02F3/34
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

1.一種實現低氨氮廢水一體化自養脫氮運行的系統，其特征在于，包括原水水箱(1)、一體化自養脫氮生物濾池裝置(2)、在線監測和自動控制系統(3)、出水水箱/反沖洗進水箱(5)、溫控系統(6)；

原水水箱(1)通過蠕動泵(1.1)與一體化自養脫氮生物濾池裝置(2)進水混合區相連接，一體化自養脫氮生物濾池裝置(2)內下端設有進水混合區(2.1)以及曝氣盤(2.2)，進水混合區上面依次為承托層(由鵝卵石構成)(2.3)、濾料層(2.4)及清水區(2.5)；一體化自養脫氮生物濾池裝置(2)清水區(2.5)上端或側面設有出水槽(2.6)；在濾料層(2.4)的底部裝有壓力表(2.7)，在濾料層(2.4)側面部分設有多個(如5個)取樣口(2.8)以及多個(如3個)取濾料口(2.9)；清水區(2.5)通過管路與出水水箱/反沖洗進水箱(5)連接，出水水箱/反沖洗進水箱(5)經由回流泵(2.10)與進水混合區(2.1)相連接；在主要反應區即濾料層(2.4)安裝有在線監測裝置與自動控制系統(3)；在線監測裝置與自動控制系統(3)：pH和DO探頭(3.8)安裝在濾料層(2.4)，與pH和DO檢測儀(3.8)相連接，pH和DO檢測儀(3.8)通過pH和DO信號接口(3.6)與計算機(3.1)相連，計算機(3.1)的另一端接口與可編程過程控制器(3.2)連接，可編程過程控制器(3.2)上設置有信號轉換器DA轉換接口(3.3)和信號轉換器AD轉換接口(3.4)供給信號轉化使用，可編程過程控制器(3.2)通過曝氣泵(3.5)與曝氣盤(2.2)相連接；

出水箱/反沖洗進水箱(5)通過反沖洗進水管經由反沖洗水泵(2.10)、第一玻璃轉子流量計(5.1)、閥門與一體化自養脫氮生物濾池裝置(2)底部相連接；空壓機(5.2)通過進氣管經由第二玻璃轉子流量計(5.3)、閥門與曝氣盤(2.2)相連接；溫控系統通過加熱帶(6)纏繞在濾池上對系統內部水體進行加熱。

2.采用權利要求1所述的系統實現低氨氮廢水一體化自養脫氮運行的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)厭氧氨氧化生物濾池的啟動與穩定

首先在生物濾池中接種處理高氨氮廢水的厭氧氨氧化污泥，采用溫控系統對濾池系統進行加熱，打開溫控系統開關，調節溫度在30±1℃；泥水混合物通過蠕動泵從底部進水混合區泵入到生物濾池中，完全浸沒濾料層；進水采用合成廢水模擬實際城市生活污水，NH₄⁺-N濃度為50mg/L，NO₂^--N濃度為60mg/L；打開進水閥門，隨后打開蠕動泵，系統啟動初期為了防止生物量流失，保證掛膜效果采用的是低濾速的啟動方式，調節濾速為0.25m/h，此時的水利停留時間(HRT)為4h；啟動初期時間段0-48h，出水通過回流泵重新泵入反應器中，如此反復48h后，采用連續進水連續出水方式運行；將進水箱中的合成廢水通過蠕動泵后，連續泵入到圓柱型生物濾池中，自下而上流過進水混合區和濾料層，隨著運行時間的增加，濾料表面開始附著紅色的厭氧氨氧化生物膜；在厭氧氨氧化的作用下，進水中大部分的NH₄⁺-N和NO₂^--N以N₂的形式從出水槽流經出水管排至出水箱中；啟動與穩定運行過程中進水DO為3-5mg/L，無需除掉進水溶解氧，以有利于硝化菌對NH₄⁺-N和DO的利用，這種方式既避免了溶解氧對分布在生物膜內層的Anammox的毒害作用，又刺激了富集在生物膜外側的硝化菌活性，為后續系統的調控提供條件；待系統NH₄⁺-N和TN去除率達70％以上，厭氧氨氧化生物濾池啟動成功；由于厭氧氨氧化作用始終為本發明的主要脫氮途徑，需要確保厭氧氨氧化活性盡可能不受影響，因此，在厭氧氨氧化生物濾池啟動成功后繼續穩定運行21天，強化Anammox活性，在穩定運行的21天中，不進行回流；

2)一體化自養生物脫氮調控階段：

該階段主要是通過調控功能菌活性實現一體化自養生物脫氮；此階段不再增設溫控系統，關閉溫控裝置，系統在常溫下運行，NH₄⁺-N濃度始終保持50mg/L，調整蠕動泵轉速，濾速增加至0.5m/h，此時HRT為2h，逐漸降低進水亞硝酸鹽濃度依次按照如下濃度進行七個階段60mg/L→50mg/L→40mg/L→30mg/L→20mg/L→10mg/L→0mg/L，根據進水反應底物比例的不同，即七個階段的進水NH₄⁺-N與NO₂^--N的比例分別為1:1.32、1:1、1:0.8、1:0.6、1:0.4、1:0.2、1:0；這7個階段，每個階段至少需要運行14天，14天后根據AOB和Anammox活性大小的測定結果，判斷是否需要結束該階段，若AOB活性呈增加趨勢即可結束對應的此階段進行下一階段，反之繼續延長該階段運行時間；同時，每個階段在線監測溶解氧濃度值、自動調節曝氣量，當反應區溶解氧濃度低于0.3mg/L時，自動開啟補充曝氣；當反應區溶解氧濃度高于1.5mg/L時，自動停止曝氣；

3)一體化自養脫氮工藝優化階段：

在步驟2)一體化自養生物脫氮調控階段之后的一體化自養脫氮工藝優化階段，通過減小HRT的方式提高氮負荷率；調節蠕動泵轉速，HRT從4h逐漸降至2h，該過程分為4h、3.2h、2.8h、2h四個不同的運行階段，每個階段運行21天；隨著氮負荷率增加，需要提供充足的溶解氧濃度刺激氨氧化，自控設備根據在線監測的溶解氧濃度值，自動調節曝氣量，當反應區溶解氧濃度低于0.3mg/L時，自控設備開啟自動補充曝氣量開關，當反應區溶解氧濃度高于1.5mg/L時，系統自動停止曝氣；

4)外加有機碳源，強化系統脫氮階段：

步驟3)一體化自養脫氮工藝優化階段后，原水水箱中補充投加葡萄糖，配制濃度為40mg COD/L^-1，繼續運行，目的是為了提高反硝化菌的活性，進一步去除一體化反應的副產物硝酸鹽，反硝化菌可以將這部分硝酸鹽轉化為N₂，從出水槽流經出水管排至出水水箱/反沖洗進水箱(5)中，進一步提高總氮去除率，強化系統脫氮；

5)反沖洗階段：

由于步驟4)補充碳源，刺激了反硝化菌的增長，增加反沖洗階段，及時將一部分活性較強的反硝化菌淘洗出去，對濾池內菌群結構進行適當調整，避免與Anammox競爭反應底物NO₂^--N，影響其活性；此外，還可以淘洗掉部分NOB，避免將氨氧化作用產生的亞硝酸鹽直接氧化為硝酸鹽，增加出水總氮；當檢測到出水硝酸鹽濃度明顯增加時，關閉進水閥門及蠕動泵，對濾池進行反沖洗；

6)反沖洗結束后，繼續進行正常運行階段即運行步驟4)-5)。