一種基於mbbr的高硬度廢水氨氮的去除方法

2023-12-04 16:05:56

一種基於mbbr的高硬度廢水氨氮的去除方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於MBBR的高硬度廢水氨氮的去除方法，屬於汙水處理領域。針對高硬度水的氨氮，通過採用MBBR工藝進行處理，旨在解決以往生化工藝難以啟動、去除效果差及處理效果不穩定、容易結垢等問題。本發明技術方案包括接種啟動、高硬度啟動、高硬度連續流運行，最終氨氮膜面負荷大於0.83gN/m2/d，出水氨氮穩定≤5mg/L，滿足城市汙水廠汙染物排放標準對氨氮的要求。本發明工藝佔地面積小、操作簡單、運行可靠、無固定床工藝滋生紅蟲、布水不均勻易形成死區、結垢等問題，相比生物流化床其氧利用率高、曝氣流化能耗低。
【專利說明】一種基於MBBR的高硬度廢水氨氮的去除方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於汙水處理領域，具體涉及一種基於MBBR的高硬度廢水氨氮的去除方法。
【背景技術】
[0002]我國水環境形勢嚴峻，其中氨氮為主要汙染源之一。由於氨氮對於水生動植物的危害，以及無機氮積累可能引起水體富營養化等問題，所以近年來國家更加重視對廢水中氨氮的處理。《城市汙水廠汙染物排放標準》中規定，出水氨氮濃度需小於5mg/L。氨氮處理主要依賴於自養菌群，自養菌群比生長速率小，產率係數低，微生物增長緩慢，受水質影響大。工業廢水中，化工廢水、脫硫廢水、印染廢水中硬度含量高，一般在5g/L以上(以碳酸鈣計)，最高可達到15g/L (以碳酸鈣計)，遠超過了一般汙水。高硬度廢水容易結垢，不易處理，而高硬度下氨氮的處理更困擾了眾多工業汙水處理廠。
[0003]目前，針對氨氮，主要的去除方法有物理吸附、催化氧化及生物預處理法。氨氮為極性分子，需對常見吸附劑，如活性炭、沸石、陶粒等進行改性，且吸附效果有限，達到飽和需進行再生，綜合處理效果及經濟性較適用於突發性汙染，不宜作為常規處理方法；氨氮在水體中極為穩定，一般的氧化劑難以對其氧化，一般採用催化氧化，但效果不佳且運行費用極高；從處理效果及經濟來考慮，生物處理是最佳選擇也是普遍方法。生物處理常用活性汙泥法與生物膜法。
[0004]高硬度，首先作為含鹽量，直接影響了微生物的滲透壓，影響微生物的活性，導致啟動難以成功，處理負荷低；再則高硬度容易結垢，對生化工藝衝擊大。活性汙泥法中，微生物在水體呈懸浮態，對於環境條件較為敏感，抗衝擊性能和抵抗高鹽性能均較差，不利於耐高鹽菌群的富集；並且高硬度水容易結垢，降低了活性汙泥的有機質含量，長期運行微生物系統容易崩潰，穩定性差。生物膜法由於載體的存在，對微生物起到保護作用，且微生物的成層分布，載體外緣菌群對內部菌群亦起到保護；其次，載體可起到微生物選擇器的作用，難以耐受高鹽的菌群由於死亡從生物膜上脫落，從反應器中排出，載體上適應高鹽的菌群得以富集。但生物載體同樣可能成為結垢的載體，導致系統最終崩潰。
[0005]結合高硬度水高含鹽量、容易結垢堵塞的特點，採用生物膜原理按活性汙泥方式運行的生物流化床安全可靠，常見的生物流化床載體主要有硬質填料、懸浮填料等。懸浮填料由於比重接近水，流化能耗低，將其投入反應器形成MBBR(Moving Bed BiofilmReactor,移動床生物膜反應器)工藝，是較為適宜的解決辦法。
[0006]MBBR是通過向反應器中投加一定數量的懸浮載體，提高反應器中的生物量及生物種類，從而提高反應器的處理效率，懸浮填料比重接近水，在掛膜前後與水體密度相近，使其可在水中懸浮，相比流化床工藝， 流化動力低，通過少量曝氣，就可實現填料完全流化，實現高效處理。MBBR工藝的本質是依生物膜原理，按活性汙泥方式運行。

【發明內容】
[0007]為了解決現有技術中對於高硬廢水中氨氮的處理工藝存在啟動困難、處理效果不穩定、耐高鹽性能差、容易結垢等問題，本發明提出了一種基於MBBR的高硬度廢水氨氮的去除方法，採用該MBBR預處理法具有掛膜速度快、流化性能好、處理負荷高、抗衝擊力強、能處理低溫低基質水、耐高鹽度、不易結垢等優點。
[0008]本發明技術方案包括:
[0009]一種基於MBBR的高硬度廢水氨氮的去除方法，包括以下步驟:
[0010]1)選用生物填料進行填充，該生物填料比表面積大於500m2/m3，呈圓柱狀，掛膜前填料比重為0.93-0.97，孔隙率≥90%，填料的填充率為20-45% ；
[0011]2)接種啟動，該接種啟動在水溫12-35°c時進行，接種汙水處理廠曝氣池活性汙泥，接種後反應器內汙泥濃度≥2.0g/L,反應器氨氮去除負荷≥ 0.05kgN/kgMLSS/d;將接種汙泥投入反應器後充分與生物填料混合，採用間歇方式運行，進水氨氮濃度為100-800mg/L，進水總鹼度為600_4000mg/L (以碳酸鈣計)，控制曝氣氣水比為8.0-35.0，曝氣運行直至反應器內氨氮消耗量大於90%，反應停止後將水及汙泥全部排出，進入下一周期，重複此運行方式，直到氨氮膜面負荷≥2.00gN/m2/d ；
[0012]3)高硬度啟動，該高硬度啟動在水溫12_35°C時進行，採用間歇方式運行，進水氨氮濃度為30-800mg/L，總鹼度為180-5600mg/L (以碳酸鈣計)，進水總硬度為2.0-3.0g/L(以碳酸鈣計)，控制曝氣氣水比為8.0-35.0,曝氣運行直至反應器內氨氮消耗量大於95%，反應停止後將水全部排出，進入下一周期，重複此運行方式，直到氨氮膜面負荷> 1.0OgN/m2/d ;提高進水總硬度至5.0-6.0g/L (以碳酸鈣計)，其它運行條件不變，直到氨氮膜面負荷≥0.90gN/m2/d ;提高進水總硬度至9.0-10.0g/L(以碳酸鈣計)，其它運行條件不變，直到氨氮膜面負荷≥0.80gN/m2/d ;提高進水總硬度至13.0-14.0g/L(以碳酸鈣計)，其它運行條件不變，直到氨氮膜面負荷≥0.70gN/m2/d ；
[0013]4)高硬度連續流運行，當氨氮的膜面負荷≥0.70gN/m2/d時，轉為連續流運行，控制進水氨氮濃度為30-800mg/L，總鹼度為180-5600mg/L (以碳酸鈣計)，進水總硬度為.13.0-14.0g/L (以碳酸鈣計)，曝氣氣水比為8.0-35.0，控制停留時間以保證反應器內氨氮消耗量大於95%，並逐步縮短停留時間，直至氨氮膜面負荷≥0.83gN/m2/d。
[0014]本發明所帶來的有益技術效果:
[0015]本發明提出了一種基於MBBR的高硬度廢水氨氮的去除方法，與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0016]1)本發明可處理高硬度廢水(總硬度最高可達到14g/L，以碳酸鈣計)；
[0017]2)啟動速度快，15°C時僅需27天；
[0018]3)處理負荷高，水溫15°C、總硬度為14g/L (以碳酸鈣計)時，按40%填充率計算，填料的氨氮膜面負荷仍可達到0.83gN/m2/d，氨氮容積負荷可達到0.22kgN/m3/d,佔地小，操作簡單，運行可靠；
[0019]4)可處理範圍廣，在高硬度條件下，對於30_800mg/L濃度範圍內的氨氮均具有較好的去除效果，適用於工業廢水的處理；
[0020]5)相比固定床工藝，無滋生紅蟲、布水不均勻易形成死區、容易結垢等問題；
[0021]6)相比流化床工藝，氧利用率高，曝氣流化能耗低。【具體實施方式】
[0022]為了使本發明的目的、技術方案以及優點更清楚、明確，以下將結合具體實施例，對本發明進一步詳細說明。
[0023]實施例1:
[0024]MBBR工藝所用懸浮填料比表面積> 500m2/m3,比重為0.95，直徑25cm，厚10cm，反應器容積5m3，投加懸浮填料2.0Om3,填充率40% ；
[0025]接種啟動，接種某汙水處理廠曝氣池活性汙泥，接種後汙泥濃度2.5g/L，反應器的的氨氮去除負荷為0.050kgN/kgMLSS/d ;接種後採用間歇方式運行，水溫為15.7°C，通過在原水中投加硫酸銨和碳酸氫鈉，進水氨氮濃度為109.33mg/L，總鹼度634.lmg/L (以碳酸鈣計)，曝氣氣水比為8.8，當氨氮消耗超過90%時停止反應，將水及汙泥全部排出；重新進水並投加硫酸銨和碳酸氫鈉，使進水氨氮濃度為100-110mg/L，總鹼度為600-700mg/L (以碳酸鈣計)，曝氣氣水比8.8，運行直至反應器內氨氮消耗量大於90%，排水，按此方式運行，經過10個周期，氨氮膜面負荷達到2.08gN/m2/d ；
[0026]高硬度啟動，水溫為15.7°C,採用間歇方式運行,進水氨氮濃度為100-110mg/L，總鹼度為600-800mg/L (以碳酸鈣計)，進水總硬度為2.2-2.8g/L (以碳酸鈣計)，控制曝氣氣水比為14.2，曝氣運行直至反應器內氨氮消耗量大於95%，反應停止後將水全部排出，進入下一周期，重複此運行方式，經過10個周期，氨氮膜面負荷達到1.08gN/m2/d ;提高進水總硬度至5.1-5.5g/L (以 碳酸鈣計)，其它運行條件不變，經過13個周期氨氮膜面負荷達到
1.01gN/m2/d ;提高進水總硬度至9.6-9.9g/L (以碳酸鈣計)，其它運行條件不變，經過18個周期氨氮膜面負荷達到0.91gN/m2/d ;提高進水總硬度至13.3-13.6g/L(以碳酸鈣計)，其它運行條件不變，經過15個周期氨氮膜面負荷達到0.83gN/m2/d ；
[0027]改為連續流運行，進水氨氮濃度為100-110mg/L，總鹼度為600-800mg/L (以碳酸鈣計)，總硬度為13.3-13.6g/L (以碳酸鈣計)，控制曝氣氣水比為19.9，控制進水流量保證出水氨氮小於5mg/L，逐步減少水力停留時間提高進水流量，經過9天，氨氮膜面負荷達到
0.78gN/m2/d,出水氨氮平均為3.32mg/L。
[0028]實施例2:
[0029]MBBR工藝所用懸浮填料比表面積> 620m2/m3,比重為0.95，直徑25cm，厚10cm，反應器容積15m3，投加懸浮填料4.80m3,填充率32% ；
[0030]接種啟動，接種某汙水處理廠曝氣池活性汙泥，接種後汙泥濃度2.5g/L，反應器的的氨氮去除負荷為0.052kgN/kgMLSS/d ;接種後採用間歇方式運行，水溫為20.1°C，通過在原水中投加硫酸銨和碳酸氫鈉，進水氨氮濃度為152.8mg/L，總鹼度1000.2mg/L，曝氣氣水比為11.8，當氨氮消耗超過90%時停止反應，將水及汙泥全部排出；重新進水並投加硫酸銨和碳酸氫鈉，使進水氨氮濃度為150-160mg/L，總鹼度為1000-1050mg/L，曝氣氣水比11.8，運行直至反應器內氨氮消耗量大於90%，排水，按此方式運行，經過10個周期，氨氮膜面負荷達到 2.33gN/m2/d ；
[0031]高硬度啟動，水溫為20.8°C,採用間歇方式運行,進水氨氮濃度為150_160mg/L,總鹼度為1000-1050mg/L (以碳酸鈣計)，進水總硬度為2.3_2.4g/L (以碳酸鈣計)，控制曝氣氣水比為17.3，曝氣運行直至反應器內氨氮消耗量大於95%，反應停止後將水全部排出，進入下一周期，重複此運行方式，經過13個周期，氨氮膜面負荷達到1.34gN/m2/d ;提高進水總硬度至5.1-5.8g/L (以碳酸鈣計)，其它運行條件不變，經過12個周期氨氮膜面負荷達到1.31gN/m2/d ;提高進水總硬度至9.5-9.9g/L (以碳酸鈣計)，其它運行條件不變，經過11個周期氨氮膜面負荷達到1.29gN/m2/d ;提高進水總硬度至13.3-13.4g/L(以碳酸鈣計)，其它運行條件不變，經過16個周期氨氮膜面負荷達到1.27gN/m2/d ；
[0032]改為連續流運行，進水氨氮濃度為150_160mg/L，總鹼度為1000_1050mg/L (以碳酸鈣計)，進水總硬度為13.3-13.4g/L (以碳酸鈣計)，控制曝氣氣水比為21.3，控制進水流量保證出水氨氮小於10mg/L，逐步減少水力停留時間提高進水流量，經過7天，氨氮膜面負荷達到1.21gN/m2/d,出水氨氮平均為4.63mg/L。
[0033]實施例3:
[0034]MBBR工藝所用懸浮填料比表面積> 620m2/m3,比重為0.95，直徑25cm，厚10cm，反應器容積15m3，投加懸浮填料6.0Om3,填充率40% ；
[0035]接種啟動，接種某汙水處理廠曝氣池活性汙泥，接種後汙泥濃度2.9g/L，反應器的的氨氮去除負荷為0.060kgN/kgMLSS/d ;接種後採用間歇方式運行，水溫為23.7°C，通過在原水中投加硫酸銨和碳酸氫鈉，進水氨氮濃度為161.3mg/L，總鹼度1212mg/L (以碳酸鈣計)，曝氣氣水比為14.1，當氨氮消耗超過90%時停止反應，將水及汙泥全部排出；重新進水並投加硫酸銨和碳酸氫鈉，使進水氨氮濃度為160-170mg/L，總鹼度為1100-1200mg/L (以碳酸鈣計)，曝氣氣水比14.1，運行直至反應器內氨氮消耗量大於90%，排水，按此方式運行，經過12個周期，氨氮膜面負荷達到3.88gN/m2/d ；
[0036]高硬度啟動，水溫為23.9°C,採用間歇方式運行,進水氨氮濃度為470_490mg/L,總鹼度為2800-3000mg/L (以碳酸鈣計)，進水總硬度為2.7-2.9g/L (以碳酸鈣計)，控制曝氣氣水比為22.3，曝氣運行直至反應器內氨氮消耗量大於95%，反應停止後將水全部排出，進入下一周期，重複此運行方式，·經過10個周期，膜面負荷達到2.33gN/m2/d ;提高進水總硬度至5.7-5.9g/L (以碳酸鈣計)，其它運行條件不變，經過13個周期氨氮膜面負荷達到
2.17gN/m2/d ;提高進水總硬度至9.1-9.6g/L (以碳酸鈣計)，其它運行條件不變，經過15個周期氨氮膜面負荷達到1.92gN/m2/d ;提高進水總硬度至13.1-13.4g/L(以碳酸鈣計)，其它運行條件不變，經過18個周期氨氮膜面負荷達到1.70gN/m2/d ；
[0037]改為連續流運行，進水氨氮濃度為470-490mg/L，總鹼度為2800_3000mg/L (以碳酸鈣計)，進水總硬度為13.1-13.4g/L (以碳酸鈣計)，控制曝氣氣水比為24.6，控制進水流量保證出水氨氮小於10mg/L，逐步減少水力停留時間提高進水流量，經過8天，氨氮膜面負荷達到1.79gN/m2/d,出水氨氮平均為4.0 lmg/L0
[0038]MBBR工藝的主要特點如下:
[0039]I)比表面積大:懸浮填料通過採用內部空心的結構方式，設置多道凹槽和網架，大大增加了填料的比表面積，本發明選擇懸浮填料的比表面積在500m2/m3以上，使填料表面附著的生物膜數量和濃度也大為增加；
[0040]2)反應形態好:懸浮填料在反應器內處於流化狀態，其反應形態類似於完全混合反應器，填料與氣、水接觸比較充分，提高了填料上的生物膜與水中營養物質的傳質作用與其他固定床填料相比，懸浮填料層基本沒有水頭損失，有利於布水、布氣的均勻性；另外，在流化狀態下，老化的生物膜可通過水力衝刷自動脫落，促進了生物膜的更新；
[0041]3)氧利用率高:通過填料層分割作用以及填料不斷與水流和氣流的接觸，可以大大提高氧的利用率，對不同填料投加率時穿孔曝氣系統的充氧性能進行了比較，發現在填料的投配率條件下，曝氣系統的氧傳遞係數可由不加填料時的4.4%增加為9.7% ；
[0042]4)由於懸浮填料上的生物總量較大，生物膜對水中的有機物和氧利用充分，因此懸浮填料的生物反應效率大為提聞;
[0043]5)懸浮填料可以直接投加在水池中，不需任何支架及安裝工程，投加和更新也十分方便，在實際運行中，懸浮填料在流化過程中不易出現結團和堵塞現象，不需要反衝洗設施，管理和維護工作也比較簡單；
[0044]6)抗衝擊負荷能力強，惡劣水質條件下仍表現出較好的處理效果，對於高硬度(總硬度大於10g/L，以碳酸鈣計)條件下仍表現出較好的處理效果，負荷高，易於啟動，且填料充分流化無結垢引起的堵塞問題。
[0045]上述方式中未述及的部分採取或借鑑已有技術即可實現。
[0046]需要說明的是，在本說明書的教導下本領域技術人員所做出的任何等同方式，或明顯變型方式均應在本發 明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種基於MBBR的高硬度廢水氨氮的去除方法，其特徵在於包括以下步驟: 1)選用生物填料進行填充，該生物填料比表面積大於500m2/m3，呈圓柱狀，掛膜前填料比重為0.93-0.97，孔隙率≥90%，填料的填充率為20-45% ； 2)接種啟動，該接種啟動在水溫12-35°C時進行，接種汙水處理廠曝氣池活性汙泥，接種後反應器內汙泥濃度> 2.0g/L,反應器氨氮去除負荷> 0.05kgN/kgMLSS/d ;將接種汙泥投入反應器後充分與生物填料混合，採用間歇方式運行，進水氨氮濃度為100-800mg/L，進水總鹼度為600-4000mg/L，控制曝氣氣水比為8.0-35.0,曝氣運行直至反應器內氨氮消耗量大於90%，反應停止後將水及汙泥全部排出，進入下一周期，重複此運行方式，直到氨氮膜面負荷≥2.00gN/m2/d ； 3)高硬度啟動，該高硬度啟動在水溫12-35°C時進行，採用間歇方式運行，進水氨氮濃度為30-800mg/L，總鹼度為180_5600mg/L，進水總硬度為2.0-3.0g/L，控制曝氣氣水比為.8.0-35.0，曝氣運行直至反應器內氨氮消耗量大於95%，反應停止後將水全部排出，進入下一周期，重複此運行方式，直到氨氮膜面負荷> 1.00gN/m2/d ;提高進水總硬度至5.0-6.0g/L，其它運行條件不變，直到氨氮膜面負荷≥0.90gN/m2/d ;提高進水總硬度至9.0-10.0g/L,其它運行條件不變，直到氨氮膜面負荷> 0.80gN/m2/d ;提高進水總硬度至13.0-14.0g/L,其它運行條件不變，直到氨氮膜面負荷> 0.70gN/m2/d ； 4)高硬度連續流運行，當氨氮的膜面負荷>0.70gN/m2/d時，轉為連續流運行，控制進水氨氮濃度為30-800mg/L，總鹼度為180_5600mg/L，進水總硬度為13.0-14.0g/L,曝氣氣水比為8.0-35.0，控制停留時間以保證反應器內氨氮消耗量大於95%，並逐步縮短停留時間，直至氨氮膜面負荷≥0.83gN/m2/d。
【文檔編號】C02F3/08GK103708605SQ201310676295
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2013年12月12日
【發明者】吳迪, 宋美芹, 王曉靜, 劉曙, 于振濱 申請人:青島思普潤水處理有限公司