用于实现硝化-反硝化耦合MABR工艺短程脱氮的系统及方法与流程

本技术涉及污水处理，具体为用于实现硝化-反硝化耦合mabr工艺短程脱氮的系统及方法。

背景技术：

1、基于膜曝气生物膜反应器（mabr）的短程硝化-反硝化工艺在污水脱氮处理中具有较高的应用价值，实现该工艺的核心在于有效抑制亚硝酸盐氧化菌的活性，从而积累亚硝酸盐并完成后续脱氮。

2、在现有技术中，为了建立短程硝化过程，通常采用在主反应器内部直接改变运行条件或投加抑制剂的原位抑制策略，不可避免地对主反应器内部的整体脱氮微环境造成扰动，不仅容易波及好氧氨氧化菌和反硝化菌等有益菌群，还会导致短程硝化反硝化过程在长期运行中难以保持稳定。

3、为了维持反硝化过程的电子供体需求以及构建针对亚硝酸盐氧化菌的化学抑制环境，现有系统在运行过程中需要持续从外部采购并投加商品化的碳源和化学药剂，不仅增加了污水处理的材料成本，而且系统自身产生的剩余生物膜污泥还需要额外耗费成本进行外排和处置，现有工艺未能将废弃污泥转化为工艺所需的有效物质，缺乏内部物质的原位资源化利用途径，导致整体运行成本和污泥处理负荷居高不下。

4、在实际运行中，微生物群落演替会导致短程脱氮性能出现波动，现有的处理系统通常缺乏基于水质实时反馈的动态物理干预机制，当系统出水的亚硝酸盐积累率出现衰退趋势时，需要依赖人工经验进行滞后的参数调整或者只能按照固定的时间周期执行清理和维护工序，使得系统在面对脱氮性能下降时无法及时自发地执行补充处理，导致出水水质容易出现波动且日常运维对人工的依赖程度较高。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本技术提供了用于实现硝化-反硝化耦合mabr工艺短程脱氮的系统及方法，解决了传统原位抑制操作干扰主反应器脱氮微环境导致运行稳定性差、依赖外部碳源与药剂造成运行成本和污泥处理负荷高以及缺乏水质反馈闭环控制机制导致系统在脱氮性能衰退时出水水质易波动且人工运维需求高的问题。

2、为实现以上目的，本技术通过以下技术方案予以实现：

3、本技术第一方面提供用于实现硝化-反硝化耦合mabr工艺短程脱氮的系统，包括：硝化-反硝化mabr装置、厌氧发酵罐、发酵液储存箱、有机碳源分离装置、游离氨处理装置、厌氧饥饿装置、好氧饥饿装置及nar检测装置；

4、所述硝化-反硝化mabr装置内设mabr膜组件及用于剥离生物膜的反冲洗组件，其底部排泥管路连通所述厌氧发酵罐以输送污泥；

5、所述厌氧发酵罐的上清液出口经所述发酵液储存箱连通所述有机碳源分离装置，所述有机碳源分离装置的碳源出口回连至所述硝化-反硝化mabr装置，其发酵液出口连通至所述游离氨处理装置；

6、所述硝化-反硝化mabr装置底部排气端分别连通所述游离氨处理装置与nar检测装置底部的微孔曝气盘，所述nar检测装置还连接合成进水箱；

7、所述系统设有自动转移机构，用于将拆卸后的mabr膜组件按设定抑制时序，依次在所述游离氨处理装置、厌氧饥饿装置、好氧饥饿装置和nar检测装置间进行机械平移与浸没。

8、本系统通过在原位脱氮主线外设置串联式处理旁路，利用物理空间转移实现对生物膜微生物群落的异质性靶向抑制，结合剥离生物膜的发酵与介质分离操作，构建游离氨化学胁迫与双重底物饥饿微环境，实现原位污泥向反硝化碳源及生化抑制介质的转化。

9、优选的，所述有机碳源分离装置采用纳滤膜组件或离心浓缩设备，所述有机碳源分离装置用于将来自发酵液储存箱的发酵液进行相分离，截留有机物形成高浓度有机物质经碳源出口回流，并透出氨氮形成高氨氮发酵液经发酵液出口排入游离氨处理装置。

10、该操作将发酵液物理分割为高碳有机物料与高氨氮发酵液两部分，进入液相主体的有机物充当反硝化菌执行还原反应所需的电子供体以替代外部商品化碳源，同时透出的富氨发酵液清除有机物干扰，作为后续定向生化抑制操作的游离氨制备液基底。

11、优选的，所述游离氨处理装置设置有在线传感器和温控设备，所述在线传感器和温控设备用于监测并调节液相酸碱度与温度，所述游离氨处理装置底部的微孔曝气盘引入所述硝化-反硝化mabr装置的尾气进行曝气，对浸没的mabr膜组件进行底部气流扰动，实现生物膜与游离氨的充分接触以促进对生物膜中亚硝酸盐氧化菌的有效抑制。

12、该装置内不添加外源碳源，利用温度与酸碱度调节促使发酵液内形成特定浓度的游离氨以破坏亚硝酸盐氧化菌群体的细胞膜通透性并抑制其酶活性，通入的低氧尾气形成紊流剪切力，破坏生物膜表面的流体边界层并降低传质阻力，促使游离氨渗透至生物膜深层结构，同时维持所需的抑制微环境。

13、优选的，所述厌氧饥饿装置顶部设有机械密封盖，底部设有连接氮气的曝气管路，所述厌氧饥饿装置内部容纳有不含有机碳源和无机氮底物的纯水或基础盐缓冲液，所述曝气管路用于向液相主体中持续微量通入氮气进行气提脱氧。

14、通过阻断外部底物结合氮气脱氧构建无溶解氧的生化微环境，利用该能量剥夺条件对亚硝酸盐氧化菌实施靶向生理抑制，促使其在完全失去能量供体且丧失电子受体的状态下发生核糖体快速降解与不可逆失活。

15、优选的，所述系统还包括空压机、储电箱和太阳能电池板，所述太阳能电池板通过供电线路连接所述储电箱，所述储电箱通过供电线路连接所述空压机，所述空压机通过空气管路分别连通所述硝化-反硝化mabr装置和好氧饥饿装置内的mabr膜组件管腔，所述好氧饥饿装置内部容纳有不含有机碳源和无机氮底物的纯水或基础盐缓冲液，所述好氧饥饿装置对应的空气管路上设置有比例阀与气体流量计用于控制进气压力。

16、该装置在维持液相底物物理剥夺的状态下提供微量溶解氧，氧分子作为电子受体诱导残余处于休眠态的亚硝酸盐氧化菌重新启动细胞代谢，使其在无外部底物条件下转向消耗胞内储能物质进行内源呼吸，最终引起细胞结构解体和代谢耗竭。

17、优选的，在mabr装置的出水管路或溢流堰处安装有在线水质分析仪，所述在线水质分析仪包含亚硝酸盐氮传感器和硝酸盐氮传感器，所述系统还包括系统控制单元，所述系统控制单元接收在线水质分析仪的浓度数据用于计算出水亚硝酸盐积累率，并将计算得出的亚硝酸盐积累率与预设的亚硝酸盐积累率阈值进行比对。

18、利用传感器获取的浓度数据量化评估短程脱氮的建立程度，判定好氧氨氧化菌生成的亚硝酸盐是否获得有效积累。

19、优选的，所述自动转移机构包括伺服驱动系统和桁架机械手，所述系统控制单元基于连续获取的所述浓度数据计算亚硝酸盐积累率的衰退梯度，并结合亚硝酸盐积累率的绝对数值制定闭环重路由流转策略，所述系统控制单元向所述伺服驱动系统输出指令，控制所述桁架机械手改变mabr膜组件在所述游离氨处理装置、厌氧饥饿装置和好氧饥饿装置间的流转路径和顺序。

20、利用衰退梯度计算提前捕捉微生物群落演替复苏趋势提供前馈预警，通过动态改变膜组件在多级抑制集群间的流转路径，实现脱氮性能下降时的反馈调节与补充性靶向物理干预。

21、优选的，所述硝化-反硝化mabr装置的空气管路上设有电动调节阀，且液相主体中设置有在线氧化还原电位传感器，所述硝化-反硝化mabr装置还设置有加药泵和进水泵，所述系统控制单元分别与空压机、电动调节阀、在线氧化还原电位传感器和加药泵通信连接，所述系统控制单元联动所述空压机与电动调节阀调节mabr膜组件膜腔内部的进气压力，同时基于在线氧化还原电位传感器反馈数据，所述系统控制单元动态调节所述加药泵的运行频率，将来自所述有机碳源分离装置碳源出口的高浓度有机物回流液注入液相主体。

22、通过微氧传质控制限制透膜氧气通量，建立内部好氧、外部缺氧的梯度环境，满足好氧氨氧化菌代谢并压制亚硝酸盐氧化菌增殖；利用内源碳源协同调节逻辑维持液相主体的化学需氧量与总氮质量比，保障短程反硝化的稳定进行。

23、优选的，所述系统还设置有接入电气设备功率计模块的所述系统控制单元，所述系统控制单元实时采集所述空压机与进水泵、碳源回流泵的有功功率，结合进出水总氮浓度与进水流量计算单位脱氮量的比能耗，当比能耗超出预设的比能耗上限阈值且出水水质达标时，所述系统控制单元通过微调空压机频率降低供气量，所述预设的比能耗上限阈值为1.5-2.0kwh/kgn。

24、通过数据采集执行在线低能耗评价与设备参数动态优化，量化短程硝化-反硝化过程的运行负荷，通过前置控制策略逼近最低能耗的稳态运行临界点。

25、本技术第二方面提供用于实现硝化-反硝化耦合mabr工艺短程脱氮的方法，包括以下步骤：

26、通过反冲洗组件执行反冲洗操作剥离硝化-反硝化mabr装置中mabr膜组件表面的生物膜污泥，将产生的生物膜污泥排入厌氧发酵罐中进行厌氧发酵；

27、将厌氧发酵罐输出的上清液引入发酵液储存箱，通过有机碳源分离装置对上清液进行相分离，将分离出的有机物输送至硝化-反硝化mabr装置作为脱氮补充碳源，将分离出有机物后剩余的含氨氮发酵液排入游离氨处理装置；

28、控制自动转移机构将取出的mabr膜组件放置于游离氨处理装置中执行游离氨处理工序，控制液相的ph为7.0-8.0，维持游离氨浓度为0.5-2.0 mg/l，在此条件下处理3-7天；

29、控制自动转移机构将mabr膜组件从游离氨处理装置转移至厌氧饥饿装置，在厌氧饥饿装置中维持无底物以及无溶解氧条件，控制液相ph为7.0-8.0，对mabr膜组件执行处理2-4天；

30、控制自动转移机构将mabr膜组件从厌氧饥饿装置转移至好氧饥饿装置，在好氧饥饿装置中维持无底物且存在溶解氧条件，控制溶解氧浓度为1.0-3.0 mg/l，ph为7.0-8.0，对mabr膜组件执行处理7-10天；

31、控制自动转移机构将mabr膜组件转移至nar检测装置，通过合成进水箱向nar检测装置输入不含有机物且氨氮浓度为30-50 mg/l的合成进水，通过微孔曝气盘向nar检测装置输入硝化-反硝化mabr装置的尾气，维持nar检测装置内的溶解氧浓度为0.1-0.3 mg/l且水力停留时间为4-8h，获取nar检测装置出水的亚硝酸盐积累率数值；

32、基于获取的亚硝酸盐积累率数值执行闭环流转判定，当亚硝酸盐积累率数值达到或高于80%时，控制自动转移机构将mabr膜组件装回硝化-反硝化mabr装置中，当亚硝酸盐积累率数值低于80%时，判定短程硝化微环境未完全建立，其中：若亚硝酸盐积累率低于70%，控制自动转移机构将mabr膜组件退回至游离氨处理装置，并重新依次流转通过游离氨处理装置、厌氧饥饿装置和好氧饥饿装置分别补充处理1-5天，若亚硝酸盐积累率处于70%至80%区间，则控制mabr膜组件退回至饥饿装置执行对应补充处理，直至出水的亚硝酸盐积累率达到或高于80%；

33、下调硝化-反硝化mabr装置的溶解氧控制参数至0.1-0.3mg/l并恢复进水，控制硝化-反硝化mabr装置执行短程脱氮操作。

34、本技术提供了用于实现硝化-反硝化耦合mabr工艺短程脱氮的系统及方法。具备以下有益效果：

35、1、本技术通过设置自动转移机构和由游离氨处理装置、厌氧饥饿装置以及好氧饥饿装置组成的串联处理旁路，实现对亚硝酸盐氧化菌的定向抑制，mabr膜组件在设定时序下依次经过游离氨化学处理与双重底物饥饿环境，使亚硝酸盐氧化菌在细胞膜受损后进一步消耗内源代谢物质直至失活，避免传统原位抑制操作对主反应器脱氮微环境的干扰，从而维持短程硝化反硝化过程的长期稳定性。

36、2、本技术通过引入厌氧发酵罐与有机碳源分离装置，实现系统内生物污泥的原位资源化利用，剥离的生物膜污泥经厌氧发酵后，通过相分离技术分割为高浓度有机物和高氨氮发酵液，其中分离出的有机物直接回流至mabr装置中作为反硝化反应的电子供体，而高氨氮发酵液则排入游离氨处理装置作为生化抑制的药剂基底，减少对外部商品碳源和化学药剂的依赖，降低整体工艺的运行成本与剩余污泥处理负荷。

37、3、本技术利用在线水质分析仪与系统控制单元的联动，构建基于亚硝酸盐积累率的闭环控制机制，系统实时采集出水浓度数据并计算亚硝酸盐积累率及其衰退梯度，根据该量化指标控制机械手动态调整mabr膜组件在多级旁路装置中的流转路径，使系统能够在脱氮性能出现衰退趋势时自动执行补充处理循环，保障工艺出水水质的可靠性并降低了人工运维需求。