[发明专利]一种实现微污染水自养脱氮的系统与方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种污水脱氮的系统设备，同时还涉及利用这种设备进行污水处理的方法。

背景技术

近年来，我国对地表水环境的治理日益重视，水体污染程度虽得到一定的遏制，但仍不容乐观。作为饮用水源的水体安全状况尤其堪忧，呈现出微污染趋势，NH₄⁺-N浓度的超标是重要原因，增加了传统净水工艺的处理难度。相比加氯等化学方法，生物预处理工艺因成本低、不会产生氯胺等物质而受到青睐。生物接触氧化、曝气生物滤池、序批式生物膜法等工艺被相继提出并不断发展，但目前其大多只能将NH₄⁺-N转化为NO₃^--N，无法彻底脱氮。因此，对微污染水源水进行脱氮逐渐受到关注。

传统生物脱氮往往通过异养代谢途径，其关键是：①保证NH₄⁺-N的硝化；②形成缺氧环境；③存在充足碳源。就微污染水来说，由于天然水体含有一定的溶解氧（DO），且有机物含量极低，因此增加了传统生物脱氮的难度。目前的工艺往往只能实现NH₄⁺-N的完全硝化，尽管在硝化过程中会消耗DO，进而形成缺氧环境，但碳源的缺乏仍然是制约生物异养反硝化进行的主要原因。

近年来，作为生物自养脱氮技术，厌氧氨氧化（Anammox）以NH₄⁺-N作为电子供体，将NO₂^--N还原，最终产物为N₂和少量的NO₃^--N。而短程硝化则可以将NH₄⁺-N硝化的最终产物控制为NO₂^--N，为厌氧氨氧化提供NO₂^--N。上述两者的结合，可形成“短程硝化-厌氧氨氧化（Nitritation-Anammox）”系统，相比传统的“全程硝化/反硝化”系统，其无需外加碳源并节省全程硝化过程中25%的供氧量，降低运行费用，同时反应路径大大缩短，提高了效率，是微污染水脱氮的理想选择。目前，该系统处理含NH₄⁺-N污水的脱氮效果很大程度上取决于短程硝化系统中短程硝化的实现和稳定运行。

对于短程硝化系统，其目标是将NH₄⁺-N的硝化终产物控制为NO₂^--N。目前实现短程硝化的方式有：高温（35℃）、低DO浓度、缺氧/好氧交替运行模式、游离氨（FA）抑制、游离亚硝酸（FNA）抑制等。考虑到地表水、地下水等微污染水体贫营养的水质特征，采用低DO浓度控制是较为可行的方式。

对于常规的活性污泥系统，通过在曝气系统中增加DO传感器监测和反馈模块可实现恒定低DO浓度控制。但存在费用较高、操作复杂等问题，同时不少采用低DO策略实现短程硝化的系统也表明，长期的低DO浓度条件易引起污泥丝状菌膨胀，进而影响固液分离使出水水质恶化。而生物膜系统因微生物的附着生长方式，是低DO浓度运行条件下，避免污泥膨胀的有效手段，同时通过载体的投加，也自然形成了泥水的有效分离，一般情况下可减小后续沉淀池的负荷，甚至取消沉淀池。因此，采用生物膜工艺是实现低DO浓度恒定控制的一种途径。

另一方面，在保证短程硝化效果的同时，如何有效与厌氧氨氧化工艺进行融合对于实现生物自养脱氮的高效、稳定和经济也至关重要。目前，主要可分为两段式和一体式两种工艺模式：前者将短程硝化和厌氧氨氧化反应器分开，通过调节进水和短程硝化反应器的出水流量比来为厌氧氨氧化提供合理的基质配比，该系统稳定性较好，但增加了基建成本；后者将短程硝化和厌氧氨氧化融合，形成了半短程硝化-厌氧氨氧化工艺，控制短程硝化不完全，为厌氧氨氧化创造合适的基质配比，该系统的稳定性虽有待提高，但降低了池体体积，提高了反应效率，是污水生物自养脱氮工艺发展的趋势。                        

发明内容

本发明要解决的技术问题是公开一种实现微污染水自养脱氮的系统。

本发明同时还公开了利用这种系统进行微污染水处理的方法。