[发明专利]一种实现低氨氮废水一体化自养脱氮运行的系统与方法

权利要求书

1.一种实现低氨氮废水一体化自养脱氮运行的系统，其特征在于，包括原水水箱(1)、一体化自养脱氮生物滤池装置(2)、在线监测和自动控制系统(3)、出水水箱/反冲洗进水箱(5)、温控系统(6)；

原水水箱(1)通过蠕动泵(1.1)与一体化自养脱氮生物滤池装置(2)进水混合区相连接，一体化自养脱氮生物滤池装置(2)内下端设有进水混合区(2.1)以及曝气盘(2.2)，进水混合区上面依次为承托层(由鹅卵石构成)(2.3)、滤料层(2.4)及清水区(2.5)；一体化自养脱氮生物滤池装置(2)清水区(2.5)上端或侧面设有出水槽(2.6)；在滤料层(2.4)的底部装有压力表(2.7)，在滤料层(2.4)侧面部分设有多个(如5个)取样口(2.8)以及多个(如3个)取滤料口(2.9)；清水区(2.5)通过管路与出水水箱/反冲洗进水箱(5)连接，出水水箱/反冲洗进水箱(5)经由回流泵(2.10)与进水混合区(2.1)相连接；在主要反应区即滤料层(2.4)安装有在线监测装置与自动控制系统(3)；在线监测装置与自动控制系统(3)：pH和DO探头(3.8)安装在滤料层(2.4)，与pH和DO检测仪(3.8)相连接，pH和DO检测仪(3.8)通过pH和DO信号接口(3.6)与计算机(3.1)相连，计算机(3.1)的另一端接口与可编程过程控制器(3.2)连接，可编程过程控制器(3.2)上设置有信号转换器DA转换接口(3.3)和信号转换器AD转换接口(3.4)供给信号转化使用，可编程过程控制器(3.2)通过曝气泵(3.5)与曝气盘(2.2)相连接；

出水箱/反冲洗进水箱(5)通过反冲洗进水管经由反冲洗水泵(2.10)、第一玻璃转子流量计(5.1)、阀门与一体化自养脱氮生物滤池装置(2)底部相连接；空压机(5.2)通过进气管经由第二玻璃转子流量计(5.3)、阀门与曝气盘(2.2)相连接；温控系统通过加热带(6)缠绕在滤池上对系统内部水体进行加热。

2.采用权利要求1所述的系统实现低氨氮废水一体化自养脱氮运行的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)厌氧氨氧化生物滤池的启动与稳定

首先在生物滤池中接种处理高氨氮废水的厌氧氨氧化污泥，采用温控系统对滤池系统进行加热，打开温控系统开关，调节温度在30±1℃；泥水混合物通过蠕动泵从底部进水混合区泵入到生物滤池中，完全浸没滤料层；进水采用合成废水模拟实际城市生活污水，NH₄⁺-N浓度为50mg/L，NO₂^--N浓度为60mg/L；打开进水阀门，随后打开蠕动泵，系统启动初期为了防止生物量流失，保证挂膜效果采用的是低滤速的启动方式，调节滤速为0.25m/h，此时的水利停留时间(HRT)为4h；启动初期时间段0-48h，出水通过回流泵重新泵入反应器中，如此反复48h后，采用连续进水连续出水方式运行；将进水箱中的合成废水通过蠕动泵后，连续泵入到圆柱型生物滤池中，自下而上流过进水混合区和滤料层，随着运行时间的增加，滤料表面开始附着红色的厌氧氨氧化生物膜；在厌氧氨氧化的作用下，进水中大部分的NH₄⁺-N和NO₂^--N以N₂的形式从出水槽流经出水管排至出水箱中；启动与稳定运行过程中进水DO为3-5mg/L，无需除掉进水溶解氧，以有利于硝化菌对NH₄⁺-N和DO的利用，这种方式既避免了溶解氧对分布在生物膜内层的Anammox的毒害作用，又刺激了富集在生物膜外侧的硝化菌活性，为后续系统的调控提供条件；待系统NH₄⁺-N和TN去除率达70％以上，厌氧氨氧化生物滤池启动成功；由于厌氧氨氧化作用始终为本发明的主要脱氮途径，需要确保厌氧氨氧化活性尽可能不受影响，因此，在厌氧氨氧化生物滤池启动成功后继续稳定运行21天，强化Anammox活性，在稳定运行的21天中，不进行回流；

2)一体化自养生物脱氮调控阶段：

该阶段主要是通过调控功能菌活性实现一体化自养生物脱氮；此阶段不再增设温控系统，关闭温控装置，系统在常温下运行，NH₄⁺-N浓度始终保持50mg/L，调整蠕动泵转速，滤速增加至0.5m/h，此时HRT为2h，逐渐降低进水亚硝酸盐浓度依次按照如下浓度进行七个阶段60mg/L→50mg/L→40mg/L→30mg/L→20mg/L→10mg/L→0mg/L，根据进水反应底物比例的不同，即七个阶段的进水NH₄⁺-N与NO₂^--N的比例分别为1:1.32、1:1、1:0.8、1:0.6、1:0.4、1:0.2、1:0；这7个阶段，每个阶段至少需要运行14天，14天后根据AOB和Anammox活性大小的测定结果，判断是否需要结束该阶段，若AOB活性呈增加趋势即可结束对应的此阶段进行下一阶段，反之继续延长该阶段运行时间；同时，每个阶段在线监测溶解氧浓度值、自动调节曝气量，当反应区溶解氧浓度低于0.3mg/L时，自动开启补充曝气；当反应区溶解氧浓度高于1.5mg/L时，自动停止曝气；

3)一体化自养脱氮工艺优化阶段：

在步骤2)一体化自养生物脱氮调控阶段之后的一体化自养脱氮工艺优化阶段，通过减小HRT的方式提高氮负荷率；调节蠕动泵转速，HRT从4h逐渐降至2h，该过程分为4h、3.2h、2.8h、2h四个不同的运行阶段，每个阶段运行21天；随着氮负荷率增加，需要提供充足的溶解氧浓度刺激氨氧化，自控设备根据在线监测的溶解氧浓度值，自动调节曝气量，当反应区溶解氧浓度低于0.3mg/L时，自控设备开启自动补充曝气量开关，当反应区溶解氧浓度高于1.5mg/L时，系统自动停止曝气；

4)外加有机碳源，强化系统脱氮阶段：

步骤3)一体化自养脱氮工艺优化阶段后，原水水箱中补充投加葡萄糖，配制浓度为40mg COD/L^-1，继续运行，目的是为了提高反硝化菌的活性，进一步去除一体化反应的副产物硝酸盐，反硝化菌可以将这部分硝酸盐转化为N₂，从出水槽流经出水管排至出水水箱/反冲洗进水箱(5)中，进一步提高总氮去除率，强化系统脱氮；

5)反冲洗阶段：

由于步骤4)补充碳源，刺激了反硝化菌的增长，增加反冲洗阶段，及时将一部分活性较强的反硝化菌淘洗出去，对滤池内菌群结构进行适当调整，避免与Anammox竞争反应底物NO₂^--N，影响其活性；此外，还可以淘洗掉部分NOB，避免将氨氧化作用产生的亚硝酸盐直接氧化为硝酸盐，增加出水总氮；当检测到出水硝酸盐浓度明显增加时，关闭进水阀门及蠕动泵，对滤池进行反冲洗；

6)反冲洗结束后，继续进行正常运行阶段即运行步骤4)-5)。