基于MABR的泥膜复合式高效自养脱氮系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于MABR的泥膜复合式高效自养脱氮系统和方法，属于污水处理技术领域。该系统包括PN/A

【技术实现步骤摘要】
基于MABR的泥膜复合式高效自养脱氮系统和方法


[0001]本专利技术涉及一种基于MABR的泥膜复合式高效自养脱氮系统和方法，属于污水处理


技术介绍

[0002]厌氧氨氧化(Anammox)是一种新型生物脱氮途径，更新了氮素生物地球化学循环。与传统硝化/反硝化工艺相比，短程硝化/厌氧氨氧化(PN/A)工艺可节省60％的曝气能耗，100％的有机碳源消耗，以及90％的剩余污泥产量，具有显著的经济效益和环境效益。然而，采用PN/A工艺处理含氮污水时，存在以下问题：(1)短程硝化调控难：淘洗亚硝酸盐氧化细菌(NOB)，控制NH
4+
的氧化停留在NO2‑
阶段，是目前应用该技术的瓶颈之一，尤其在主流低氨氮情况下；(2)氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(AnAOB)对溶解氧(DO)调控的响应差异：AnAOB是厌氧微生物，AOB是好氧微生物，对DO调控的矛盾在一定程度上制约着PN/A工艺的高效运行。
[0003]膜曝气生物膜反应器(MABR)是一种新型传氧装置，通过疏水性透气膜为生物处理系统提供微生物生命活动所需O2。与此同时，微生物附着在透气膜表面，形成生物膜，实现污染物高效去除。与传统鼓风曝气系统相比，无泡曝气特征赋予MABR较高氧传质效率技术优势，可降低约80％的曝气能耗。此外，MABR有望解决PN/A工艺的上述问题：(1)MABR可精细化调控曝气状态，通过维持低氧环境实现短程硝化的稳定运行；(2)通过调节曝气压力可使生物膜内层维持好氧环境，生物膜层侧或液相为厌氧环境，为AOB和AnAOB的代谢耦合提供了良好保障。因此，MABR耦合PN/A工艺具有广阔的应用前景，可实现污水低碳高效脱氮。
[0004]目前基于MABR的PN/A工艺系统多采用纯膜式运行，即AOB和AnAOB均以生物膜的形式附着在透气曝气膜表面。这种构建方式会催生较厚的生物膜，增加基质传递阻力，从而影响脱氮性能。此外，在纯膜式PN/A工艺中，AnAOB主要生长在生物膜的缺氧外层，生物膜自然脱落和生物膜厚度控制策略等均会造成增殖缓慢的AnAOB从脱氮系统中流失，从而影响自养脱氮系统的脱氮效能。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术，本专利技术提供了一种基于MABR的泥膜复合式高效自养脱氮系统和方法。本专利技术在单级MABR中优化功能菌AOB和AnAOB的空间分布，AOB主要生长于疏水透气膜表面的好氧生物膜中，AnAOB主要富集在缺氧液相中，两者协同合作保障自养脱氮系统高效运行，实现含氮污水低耗深度脱氮，为城市污水和工业废水生物脱氮提供了一种绿色高效的技术方案。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种基于MABR的泥膜复合式高效自养脱氮系统，包括PN/A
‑
MABR、进水箱、出水箱、内回流泵、曝气泵、DO测定仪和DO传感器；其中，
[0008]所述PN/A
‑
MABR上设有进水口、出水口和两个内回流口，所述进水口与进水箱连
接，所述出水口与出水箱连接，所述两个内回流口之间通过内回流泵连接；
[0009]所述PN/A
‑
MABR内设有MABR膜组件；所述MABR膜组件由数根疏水透气膜组成，膜面积的装填密度为100～150m2/m3，MABR膜组件设有进气口和出气口，所述进气口与曝气泵连接；
[0010]所述DO传感器置于PN/A
‑
MABR内，并与DO测定仪连接。
[0011]进一步地，所述进水口与进水箱通过进水泵连接。
[0012]进一步地，所述进气口与曝气泵的连接管路上设有气体流量计和压力表。
[0013]进一步地，所述与出气口连接管路上设有尾气调节阀。
[0014]进一步地，所述疏水透气膜为中空纤维膜、板式膜、卷式膜、管式膜中的任意一种。
[0015]所述基于MABR的泥膜复合式高效自养脱氮系统在处理污水中的应用。
[0016]一种利用上述基于MABR的泥膜复合式高效自养脱氮系统处理污水的方法，包括以下步骤：
[0017](1)向PN/A
‑
MABR中接种传统硝化/反硝化活性污泥，控制污泥浓度为2000～4000mg/L，采用序批方式进行疏水透气膜的挂膜培养；将含氮污水(城市污水或工业污水)由进水箱泵入PN/A
‑
MABR中，待进满水后停止进水(关闭进水泵)，开启曝气泵向MABR膜组件中鼓入空气(控制曝气压力为10～30kPa)，并开启内回流泵使污水在PN/A
‑
MABR中循环流动(内回流泵流量根据实际运行情况进行调整)；定期取水样测定PN/A
‑
MABR中NH
4+
浓度，当低于进水NH
4+
浓度的10％时，停止曝气泵和内回流泵运行，待污泥静沉后排掉上清液至出水箱；再次进水重复上述操作，以加速微生物在疏水透气膜表面的挂膜培养；
[0018](2)当观察到疏水透气膜表面有明显的微生物附着生长时，排空PN/A
‑
MABR中剩余的悬浮活性污泥，开始采用连续进出水方式运行，内回流比3～10，并调节气体流量计和尾气调节阀实现低压曝气(压力表显示数值0～10kPa)，进行NOB抑制淘洗，启动短程硝化系统；
[0019](3)待PN/A
‑
MABR中NH
4+
浓度小于进水NH
4+
浓度的10％，且亚硝酸盐积累率[NAR；NAR＝NO2‑
‑
N/(NO2‑
‑
N+NO3‑
‑
N)]达到90％以上时，向PN/A
‑
MABR中接种AnAOB,完成PN/A工艺的构建；所述AnAOB以Anammox颗粒污泥的形式接种；
[0020](4)在PN/A
‑
MABR运行过程中，根据DO测定仪上的DO数值调节气体流量计和尾气调节阀调控曝气压力(0～10kPa)，控制PN/A
‑
MABR中生物膜为好氧环境，液相为缺氧环境(DO＜0.05mg/L)，由此调控AOB和AnAOB的空间分布，AOB主要富集在好氧生物膜上，AnAOB主要存在于缺氧液相中；进水中的NH
4+
先在AOB作用下氧化为NO2‑
，NO2‑
和剩余的NH
4+
在AnAOB作用下被转化为N2，通过AOB和AnAOB的协同脱氮实现含氮污水的低耗能脱氮；净化后的水由出水口排至出水箱中。
[0021]本专利技术的基于MABR的泥膜复合式高效自养脱氮系统中氮素代谢过程为：在MABR中，存在异向传质特点，O2从膜腔进入生物膜，并从生物膜内层转至生物膜外层，NH
4+
从液相进入生物膜并扩散至生物膜内层。生物膜中AOB利用疏水透气膜所提供的O2作为电子受体，将污水中扩散到生物膜中的NH
4+
氧化为NO2‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MABR的泥膜复合式高效自养脱氮系统，其特征在于：包括PN/A
‑
MABR、进水箱、出水箱、内回流泵、曝气泵、DO测定仪和DO传感器；其中，所述PN/A
‑
MABR上设有进水口、出水口和两个内回流口，所述进水口与进水箱连接，所述出水口与出水箱连接，所述两个内回流口之间通过内回流泵连接；所述PN/A
‑
MABR内设有MABR膜组件；所述MABR膜组件由数根疏水透气膜组成，MABR膜组件设有进气口和出气口，所述进气口与曝气泵连接；所述DO传感器置于PN/A
‑
MABR内，并与DO测定仪连接。2.根据权利要求1所述的基于MABR的泥膜复合式高效自养脱氮系统，其特征在于：所述进水口与进水箱通过进水泵连接。3.根据权利要求1所述的基于MABR的泥膜复合式高效自养脱氮系统，其特征在于：所述进气口与曝气泵的连接管路上设有气体流量计和压力表。4.根据权利要求1所述的基于MABR的泥膜复合式高效自养脱氮系统，其特征在于：所述与出气口连接的管路上设有尾气调节阀。5.根据权利要求1所述的基于MABR的泥膜复合式高效自养脱氮系统，其特征在于：所述疏水透气膜为中空纤维膜、板式膜、卷式膜、管式膜中的任意一种。6.权利要求1～5中任一项所述的基于MABR的泥膜复合式高效自养脱氮系统在处理污水中的应用。7.一种利用权利要求1～5中任一项所述的基于MABR的泥膜复合式高效自养脱氮系统处理污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)向PN/A
‑
MABR中接种传统硝化/反硝化活性污泥，采用序批方式进行疏水透气膜的挂膜培养；含氮污水由进水箱进入PN/A
‑
MABR中，停止进水后，开启曝气泵向MABR膜组件中鼓入空气，开启内回流泵使污水在PN/A
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚宜，李佳，汪涵，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：