一种基于碳源缓释型悬浮生物载体的双池同步硝化反硝化工艺的制作方法

本发明涉及移动床生物膜工艺和生物膜与活性污泥复合工艺，并基于此对悬浮生物载体和反应器进行改进，使其在挂膜初期具有碳源缓释、吸附氨氮和富集硝化菌的能力，改善挂膜性能；在低碳氮比运行的条件下可以更加充分地利用外碳源，强化硝酸盐的去除，增强废水处理过程中的同步硝化反硝化效果，属于污水处理技术领域。

背景技术：

我国是人口大国，虽然水资源总量较大，但人均水资源量只有世界水平的四分之一。此外，水资源过度开发、用水浪费现象的普遍存在，使水资源更加短缺。解决水资源短缺的方式一般包括以下几种：跨流域调水，地下水超采，提高用水效率，雨水、海水淡化及污水的再生回用。其中，污水的再生回用是缓解水资源短缺的重要途径之一。

中国城乡建设统计年鉴数据显示，近年来，我国的总用水量缓慢降低，但生活用水量却在逐年递增，城镇污水排放量也在持续上升且维持在较高水平，城镇污水处理工作刻不容缓。

低碳氮比是我国城镇污水最主要的特点之一，严重的碳源不足会导致脱氮过程效率低下、出水污染物浓度高。目前我国大部分城镇污水处理厂执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)中的一级a排放标准(要求总氮(tn)的排放浓度低于15mg/l，化学需氧量(cod)和氨氮(nh4+-n)的排放浓度分别低于50mg/l和5mg/l(冬季：8mg/l))。此外，北京、天津、四川、浙江等地近年来还陆续出台了较《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)更加严格的流域或区域排放标准。因此，不断寻求高效率、低投资、处理效果良好的污水脱氮处理技术变得尤为重要，目前高效生物脱氮技术已成为研究热点。

常见的高效脱氮技术有：同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、自养反硝化等。同步硝化反硝化(snd)是指在同一个反应器内同时实现硝化和反硝化的脱氮过程。目前，大多数snd存在于适当的颗粒污泥系统或者生物膜反应器中。与活性污泥法和固定填料生物膜法相比，mbbr兼具活性污泥法的高效性和运转灵活性以及传统生物膜法耐冲击负荷、泥龄长、剩余污泥少的优势，可用来实现更为高效稳定的snd，但传统的悬浮生物载体作为该工艺的核心通常存在缺乏生物亲和性、缺乏富集功能细菌的功能性设计等弊端，使snd效果难以进一步提高。另外近年来我国城镇污水碳氮比一直维持在较低水平，传统的mbbr反应器在实现snd的同时还面临着碳源不足而导致出水硝态氮较高的问题。基于此种背景下，本发明的目的是：通过为传统载体增加一些功能性设计来富集相应的功能菌，加速生物膜的形成，优化系统中的功能微生物群落结构；通过对mbbr/iffas反应器进行改进来强化微生物储存外碳源，减少曝气过程中原水外碳源的损失和微生物自身内碳源的消耗，以期在一定程度上强化废水处理中的同步硝化反硝化，实现更好的脱氮效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对mbbr/iffas同步硝化反硝化工艺在处理低碳氮比废水中存在的问题，旨在对工艺中用到的悬浮生物载体和反应器进行优化。

本发明的技术方案：

一种基于碳源缓释型悬浮生物载体的双池同步硝化反硝化工艺，包括以下步骤：

(1)对mbbr/iffas反应器进行改进，增加一个在上下方各开一排小孔的竖向隔板，将反应器分为双池：a池和b池，二者体积比为1:1；

(2)向改进的mbbr/iffas双池反应器内投加一定量的碳源缓释型悬浮生物载体作为填料；

碳源缓释型悬浮生物载体由有机高分子基料和改性功能料熔融后，利用物理共混和螺杆挤出工艺制备而成。其中，有机高分子基料是高密度聚乙烯；改性功能料为聚丁二酸丁二醇酯(10wt％)、竹粉(10wt％)和天然斜发沸石(2wt％)；

向改进的mbbr/iffas双池反应器中投加碳源缓释型生物悬浮载体，其比例不超过反应器有效容积的50％；

(3)接种污泥于改进的mbbr/iffas双池反应器内，进行挂膜启动；接种污泥取自污水处理厂活性污泥，接种后污泥浓度保持在2500mg/l以上；

(4)挂膜启动期间和启动结束后运行期间，改进的mbbr/iffas双池反应器采用两池交替式连续流或两池交替式间歇流进水方式运行；

两池交替式连续进水：①a池从反应器底部以一定流速连续进水，b池曝气，a池搅拌，同时从b池上部出水；②b池从反应器底部以一定流速连续进水，a池曝气，b池搅拌，同时从a池上部出水；

两池交替式间歇进水：①a池进水、搅拌，b池曝气；②静置沉淀；③出水闲置；④b池进水、搅拌，a池曝气；⑤静置沉淀；⑥出水闲置；

改进的mbbr/iffas双池反应器内设有曝气装置，以使反应器中“污水-悬浮载体-活性污泥-氧气”充分混合接触，并通过调节曝气量控制曝气池溶解氧浓度为4-7mg/l，非曝气池溶解氧浓度为1-3mg/l。

(5)若采用mbbr工艺，则不设置污泥回流装置，若采用iffas工艺，则设置污泥回流装置，将污泥回流至硝化反应池，回流比不低于90％。

本发明的有益效果：

(1)第二周期的进水池是上一周期的曝气池，微生物处于饥饿状态，可大量储存外碳源并转化为自身的内碳源，用于后续的反硝化过程。

(2)投加的碳源缓释型悬浮生物载体中包含天然斜发沸石，有利于改善硝化菌群在载体上的富集效果，提高硝化菌群的丰度，优化系统中的菌群结构，从而有效提高系统的硝化性能。

(3)投加的碳源缓释型悬浮生物载体中包含聚丁二酸丁二醇酯(pbs)和竹粉，有利于加快异养微生物附着生长，增加生物膜量，提高生物活性，提高系统的微生物多样性。此外，有机物的消耗在载体表面形成的空穴有利于增加载体粗糙度，进一步增加生物膜量。

附图说明

图1是本实施例的反应装置示意图；

图2是本实施例的反应器运行流程图；

其中，a：a侧进水；b：b侧曝气；c：静置后出水；d：b侧进水；e：a侧曝气；f：静置后出水。

具体实施方式

以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。

如附图1所示，在mbbr反应器中添加一个上下方各有一排小孔的竖向隔板，将反应器改造为体积比为1:1的双池同步硝化反硝化装置，并向其中投加碳源缓释型悬浮生物载体，其投加量为反应器有效容积的30％；2)采用市政污水处理厂二沉池的污泥来启动双池同步硝化反硝化装置，接种后反应器内污泥浓度约为3000mg/l；3)反应器采用两池交替式间歇进水，如附图2所示，通过自动控制装置控制水力停留时间为8小时；反应器底部放置曝气盘，连接外部的曝气装置，在保证碳源缓释型悬浮生物载体充分流化和均匀分布的同时，通过调节曝气量控制所需溶解氧(do)浓度(曝气池溶解氧(do)浓度约为4-7mg/l，非曝气池溶解氧(do)浓度约为1-3mg/l)；4)进水cod浓度为260mg/l，nh4+-n浓度为40mg/l。采用双池同步硝化反硝化工艺的出水cod浓度、nh4+-n浓度和tn浓度分别达到了50mg/l、5mg/l和15mg/l以下，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)中的一级a标准。