專利名稱：：一種低碳磷比污水的反硝化除磷脫氮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：—種低碳磷比污水的反硝化除磷脫氮方法，涉及一種低碳磷比污水處理方法。屬于污水處理
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：隨著污水中有機碳治理在技術(shù)上的基本解決，脫氮除磷已成為了廢水生物處理的研究熱點。生物脫氮方法與傳統(tǒng)去除BOD/COD工藝不同，不僅能耗大，而且運行控制較為嚴格；生物除磷與脫氮結(jié)合，其難度更大，目前人們已發(fā)現(xiàn)諸多矛盾，如碳源分配、污泥齡控制、環(huán)境條件控制等。在這些問題未解決之前，同步脫氮除磷的目標就難以實現(xiàn)，特別是對南方低碳的城市廢水，問題尤為突出。序批式反應器(SBR)工藝由于具有投資省、工藝簡單、操作靈活和管理方便等優(yōu)點，在中小型城市污水處理廠中得到廣泛應用。SBR工藝可以通過時間上的靈活控制，實現(xiàn)好氧、厭氧及缺氧狀態(tài)的交替環(huán)境條件，強化硝化反硝化反應及聚磷菌過量攝磷過程的順利完成。然而，SBR工藝是一種單污泥系統(tǒng)，由于在一個系統(tǒng)中同時完成脫氮和除磷過程，不可避免地產(chǎn)生了各過程間的矛盾關(guān)系，如碳源、泥齡、硝酸鹽、硝化和反硝化容量、釋磷吸磷的容量等問題，這些問題使得SBR工藝的脫氮除磷在實際應用中達到一級排放標準(磷達到0.5mg/L以下)是有一定難度。傳統(tǒng)的SBR工藝在處理C/P比和C/N比分別為40100和412的生活污水時，其總磷和總氮的去除率通常是維持在7080%和4085%。如果C/P比進一步降低至40以下時，要達到出水磷濃度《0.5mg/L基本無法實現(xiàn)。另一方面，序批式生物膜反應器(SBBR)是SBR的一種變型工藝，是在SBR內(nèi)通過加入填料使得微生物呈附著生長，提高系統(tǒng)抗沖擊負荷的能力，多用于高濃度工業(yè)有毒有害廢水的處理，其對氮磷的去除效率與SBR基本相似?？梢?，單獨利用SBR或者SBBR工藝均無法確保低碳磷比、低碳氮比污水的氮磷脫除效果。反硝化除磷代表了當前污水脫氮除磷領(lǐng)域的最新理論和技術(shù)，它們的提出突破了傳統(tǒng)生物脫氮除磷理論，不僅可很好地解決傳統(tǒng)工藝中存在的由碳源不足引起的氮磷脫除不穩(wěn)定問題，還屬于污水的可持續(xù)處理工藝。反硝化除磷(Denitrifyingphosphorusremoval)(可以稱為缺氧吸磷，Anoxicphosphorusuptake)是指在厭氧/缺氧交替運行條件下，馴化出一類以N(V-N作為最終電子受體的反硝化聚磷菌(DenitrifyingPhosphate-RemovalBacteria,縮寫DPB)優(yōu)勢菌屬，它們能以N03—作為電子受體，利用內(nèi)碳源(PHB)，通過"一碳兩用"方式同時實現(xiàn)反硝化脫氮和吸磷作用。顯然，反硝化除磷理論突破了傳統(tǒng)脫氮除磷機理所認為的脫氮除磷必須分別由專性反硝化菌和專性聚磷菌(Phosphorusremovalorganisms，PA0s)來完成的理念，使得除磷和反硝化脫氮過程用同一類微生物來實現(xiàn)，這對生物脫氮除磷機理是一重大突破和飛躍，為生物脫氮除磷工藝的發(fā)展開辟了新天地。在該處理過程中，N(V已不再被單純地視為除磷工藝的抑制性因素，以其作為最終電子受體進行反硝化吸磷反應，與傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝相比不僅COD耗量可節(jié)省50%，氧氣耗量降低30%，污泥產(chǎn)量也可望減少50%，因此，反硝化除磷脫氮工藝可被視為一種可持續(xù)工藝。目前基于反硝化除磷理論的革新工藝主要有BCFs和D印hanox兩種連續(xù)流工藝。BCFs工藝擁有5個反應單元(外加1個沉淀池)、3個內(nèi)循環(huán)和一個內(nèi)部除磷單元。其中，5個反應單元分別為厭氧池、接觸池、缺氧池，混合池和好氧池。而D印hanox工藝具有3個反應單元(外加2個沉淀池)和1個污泥回流。該工藝的3個反應單元分別為厭氧池、好氧硝化反應器和缺氧池。上述2種工藝已經(jīng)被證明可以獲得良好的除磷效果，而BCFs工藝還可以實現(xiàn)磷的有效回收。但是，這2種工藝存在2個非常顯著的不足點①工藝的主體構(gòu)筑物多；②工藝運行操作管理復雜。這2個不足點大大限制了BCFs工藝和D印hanox工藝的推廣應用，尤其對于一些小型、分散型的污水處理廠來說，建造上述2種工藝往往會造成占地面積大、建設(shè)成本高和運行維護管理復雜等問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種C/P比低至40以下的低碳磷比污水的反硝化除磷脫氮方法，用本發(fā)明既解決了脫氮除磷，同時也解決了傳統(tǒng)脫氮除磷工藝同步的脫氮除磷效果不穩(wěn)定和出水不易達標問題，且運行靈活多變、管理方便而非常適合于污水量不大，水質(zhì)波動大以及農(nóng)村地區(qū)分散型的污水脫氮除磷處理。為達上述目的，本發(fā)明采用除磷污泥和硝化污泥2套污泥系統(tǒng)，即分別由序批式反應器(SBR)活性污泥系統(tǒng)和序批式生物膜反應器(SBBR)生物膜系統(tǒng)組合構(gòu)成。具體步驟如下A，將污水加入?yún)捬?缺氧序批式反應器(An/A-SBR)內(nèi)，與已經(jīng)馴化成功的具有反硝化聚磷菌的活性污泥充分混合攪拌，進行厭氧反應，控制An/A-SBR內(nèi)的污泥濃度為38005000mg/L，溶解氧(DO)濃度《0.2mg/L，氧化還原電位(ORP)為-40-250mV，厭氧反應1.52h后停止攪拌，沉淀3045min后進行分離，將富含氨氮和磷的上清液轉(zhuǎn)移至已經(jīng)掛膜成功的好氧硝化序批式生物膜反應器(N-SBBR)內(nèi)，進行好氧硝化反應。上述厭氧反應是活性污泥中的包括反硝化聚磷微生物(DPB)和傳統(tǒng)聚磷微生物(PAO)組成的聚磷菌的水解胞內(nèi)的聚磷顆粒并釋放出大量的磷，同時，利用該厭氧反應過程產(chǎn)生的能量，吸收污水中的有機底物并以聚羥基-P-丁酸酯(PHB)的形式貯存在胞內(nèi)。B，好氧硝化序批式生物膜反應器(N-SBBR)的有效容積與厭氧/缺氧序批式反應器(An/A-SBR)相同，2個反應器的容積交換比控制在6075%，好氧硝化序批式生物膜反應器內(nèi)的溶解氧控制在46mg/L，富含氨氮和磷的上清液在N-SBBR內(nèi)進行好氧硝化反應，同時也好氧降解厭氧階段未吸收完全的有機物質(zhì)。好氧硝化反應3.55h后沉淀10min，然后將富含硝態(tài)氮和磷的出水重新回流至An/A-SBR內(nèi)，繼續(xù)攪拌進行缺氧反應，回流水量與污水進水量相同。C，缺氧反應時，An/A-SBR內(nèi)污泥濃度控制在38005000mg/L，溶解氧濃度《0.2mg/L，氧化還原電位控制在-80-220mV，在此過程，聚磷菌以體內(nèi)的聚羥基_P_丁酸酯作為電子供體，以N03—作為電子受體，完成同步的反硝化脫氮和過量吸磷作用，缺氧反應23h后進行好氧后曝氣反應。D，在An/A-SBR內(nèi)進行好氧后曝氣反應12h，控制溶解氧為24mg/L，通過好氧曝氣，聚磷菌利用氧氣作為電子受體進一步吸磷，并充分恢復污泥活性后沉淀4060min進行泥水分離，出水達到了國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一級A標準(GB18918-2002)，An/A-SBR內(nèi)含聚磷菌的污泥泥齡控制在1822d。上述的C步和D步的聚磷菌包括反硝化聚磷微生物(DPB)和傳統(tǒng)聚磷微生物(PAO)。本發(fā)明具有下列優(yōu)點1.本發(fā)明擁有除磷污泥和硝化污泥統(tǒng)2套污泥系統(tǒng)，即分別由SBR活性污泥系統(tǒng)和SBBR生物膜系統(tǒng)組合構(gòu)成，實現(xiàn)了設(shè)備成套化，并繼承和發(fā)揚了SBR工藝結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。2.硝化菌呈附著生長，硝化反應已不再是工藝運行的限制因素，同時也可省去或縮短沉淀時間；另一方面，利用SBBR生物膜系統(tǒng)也可提高反應器容積交換率，即SBBR內(nèi)的硝化液幾乎可全部回流至SBR內(nèi)，提高脫氮效率。3.本發(fā)明的反硝化除磷脫氮工藝，對SBR和SBBR的各反應過程，可單獨實施實時的在線控制策略，通過控制攪拌器和曝氣的控制開關(guān)，調(diào)節(jié)厭氧/缺氧/好氧的運行時間，保證運行的穩(wěn)定和出水的達標，同時又可以實現(xiàn)運行費用的最小化。4.本發(fā)明的脫氮和除磷方法采用的是反硝化除磷脫氮機理，因而與基于傳統(tǒng)脫氮除磷機理的工藝相比，不僅COD耗量可節(jié)省50%，氧氣耗量降低30%，污泥產(chǎn)量也可望減少50%，因此，該工藝非常適合于進水有機碳源較低，但同時又要求脫氮除磷的污水處理。5.本發(fā)明工藝采用雙污泥系統(tǒng)，硝化菌呈生物膜固著生長于SBR中(即SBBR)，這不僅給生長速率較慢的硝化菌創(chuàng)造了一個穩(wěn)定的生活環(huán)境，增加了系統(tǒng)中硝化菌生物量，提高了硝化率，也可減少水力停留時間和反應器體積，硝化反應已不再是工藝運行的限制性因素；而反硝化聚磷菌懸浮生長于另一SBR中，兩者的分離解決了傳統(tǒng)工藝中聚磷菌和硝化菌的競爭矛盾，它們可在各自最佳的環(huán)境中生長，這更有利于除磷、脫氮系統(tǒng)的穩(wěn)定和高效，可控制性也得到了提高。6.本發(fā)明的SBR使有機物和含氮磷化合物可在一個反應池內(nèi)得到去除，減少了厭氧池、缺氧池和沉淀池等處理構(gòu)筑物，從而降低了基建投資和工藝的占地面積；同時因SBR法本身具備了減少污泥膨脹幾率以及間歇運行的時序可以比較靈活的進行調(diào)整等優(yōu)點，非常適合處理小水量，間歇排放的工業(yè)廢水與分散點源污染的治理，這很大程度上增強了SBR-SBBR工藝運行的穩(wěn)定性和應用的靈活性。7.對2個SBR可以采用實時控制策略，控制生物厭氧、好氧和缺氧過程的攪拌和曝氣時間，從根本上解決了曝氣或攪拌時間不足所引起的硝化/反硝化、厭氧放磷、好氧吸磷不完全和曝氣或攪拌時間過長所帶來的運行成本的提高和能源的浪費。圖l為本發(fā)明的工藝流程圖具體實施方式實施例1請參閱圖1。本發(fā)明采用除磷污泥和硝化污泥2套污泥系統(tǒng)(分別用虛線構(gòu)出)，即分別由序批式反應器(SBR)活性污泥系統(tǒng)和序批式生物膜反應器(SBBR)生物膜系統(tǒng)組5合構(gòu)成。以校園生活污水為處理對象，考察了SBR-SBBR工藝反硝化除磷和脫氮的效能。試驗研究期間的進水水質(zhì)和處理效果如表1所示，試驗期間SBR-SBBR工藝的相關(guān)運行參數(shù)如下(l)An/A-SBR:MLSS=38004400mg/L;SRT=1822d厭氧反應D0《0.2mg/L;ORP=-40_250mV;HRT=1.5h;沉淀時間3045min。缺氧反應D0《0.2mg/L;ORP=-90220mV;HRT=3h。曝氣后好氧反應DO=2.04.0mg/L;HRT=2h;沉淀時間為4560min。(2)SBBR生物膜反應器填料為聚丙烯鮑爾環(huán)好氧硝化過程DO=46mg/L;HRT=5h;快沉時間為lOmin。表1SBR-SBBR工藝反硝化除磷和脫氮效果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從表1可得，即使試驗進水的水質(zhì)波動較大，SBR-SBBR反硝化除磷工藝對COD、磷和氨氮的去除仍可分別維持在83%，89%和86%。其中，該工藝對COD和氨氮的出水已經(jīng)達到了國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一級A標準(GB18918-2002)。而對磷的去除率即使進水平均值達到14.2mg/L，出水磷濃度可維持在2.Omg/L，去除率達到了89%。具體步驟是(1)將一定量校園生活污水加入到An/A-SBR內(nèi)，與已經(jīng)馴化成功的具有反硝化聚磷菌的活性污泥充分混合攪拌，進行厭氧反應。其中，An/A-SBR內(nèi)的污泥濃度控制為38004400mg/L;SRT=1822d;厭氧反應的DO《0.2mg/L;ORP=-40_250mV;HRT=1.5h。在此過程中，活性污泥中的聚磷菌(包括反硝化聚磷微生物(DPB)和傳統(tǒng)聚磷微生物(PAO)水解胞內(nèi)的聚磷顆粒并釋放出大量的磷；同時，利用該過程產(chǎn)生的能量，吸收污水中的有機底物并以聚羥基-P-丁酸酯(PHB)的形式貯存在胞內(nèi)。(2)厭氧反應完畢后停止攪拌，進行沉淀分離，沉淀時間為3045min。(3)泥水混合液經(jīng)充分沉淀分離后，將上清液轉(zhuǎn)移至已經(jīng)掛膜成功的N-SBBR內(nèi)，其回流量和進水量相同。另外，N-SBBR的有效容積可與SBR相同，2個反應器的容積交換比可控制在6075%左右。(4)富含氨氮和磷的上清液在N-SBBR內(nèi)進行好氧硝化反應，同時也好氧降解厭氧階段未吸收完全的有機物質(zhì)。好氧反應時間為3.55h，好氧硝化過程的DO=46mg/L;HRT=5h。(5)待硝化結(jié)束，快沉時間為10min，然后將富含硝態(tài)氮和磷的出水重新回流至An/A-SBR內(nèi)，轉(zhuǎn)移水量與進水量相當。(6)在An/A-SBR內(nèi)進行缺氧攪拌反應。此時An/A-SBR內(nèi)的污泥濃度控制在38005000mg/L，溶解氧DO濃度《0.2mg/L;ORP=-90220mV;HRT=3h。在此過程，DPB/PAO以體內(nèi)的PHB作為電子供體，以N03—作為電子受體，完成同步的反硝化脫氮和過量吸磷作用。(7)在An/A-SBR內(nèi)進行好氧后曝氣反應，曝氣后好氧反應的DO=2.04.0mg/L;反應時間HRT=2h。通過這一階段的曝氣，An/A-SBR內(nèi)的聚磷菌可利用氧氣作為電子受體進一步吸磷，保證最終的出水磷濃度。(8)An/A-SBR內(nèi)泥水進行分離，然后出水和排放剩余污泥。沉淀時間為4060min，An/A_SBR內(nèi)聚磷污泥的污泥齡控制在1822d。在上述反應過程，2個池中均設(shè)置D0、pH和0RP在線檢測探頭，通過實時控制策略，優(yōu)化調(diào)控厭氧、缺氧和好氧時間，保證工藝運行穩(wěn)定和出水的達標。實施例2以校園生活污水為原水，通過投加KH2P04來獲得不同的進水C/P比，考察進水C/P和N/P比變化對SBR-SBBR反硝化除磷脫氮工藝去除氮磷的影響作用，研究結(jié)果如表2所示。試驗期間SBR-SBBR工藝的相關(guān)運行參數(shù)如下(1)SBR活性污泥反應器:MLSS=38004400mg/L;SRT=1822d厭氧反應DO《0.2mg/L;ORP=-40_250mV;HRT=1.5h;沉淀時間3045min.缺氧反應DO《0.2mg/L;ORP=-90220mV;HRT=3h。后曝氣好氧反應DO=2.04.Omg/L;HRT=2h;沉淀時間為4560min。(2)SBBR生物膜反應器填料為聚丙烯鮑爾環(huán)好氧硝化過程DO=46mg/L;HRT=5h;快沉時間為10min。由表2可見，在進水磷濃度小于12mg/L的范圍內(nèi)，進水有機負荷在64mgC0D/gMLSS左右時，出水的磷濃度可實現(xiàn)《0.5mg/L，達到國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物一級A排放標準(GB18918-2002)。而通常我國城市生活污水中的磷濃度為28mg/L，C0D/P比在30100;農(nóng)村分散污水的磷濃度通常在《5mg/L，COD/P比為4060左右。因此，采用本方法完全可以實現(xiàn)出水磷濃度《0.5mg/L的國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一級A標準(GB18918-2002)。表2進水C/P比對SBR-SBBR工藝反硝化除磷和脫氮的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>同時從表2中也可發(fā)現(xiàn)，隨著C/P比的升高，P的去除率整體呈現(xiàn)一個上升趨勢。對于本系統(tǒng)來說，C/P比在19.4左右，即可維持優(yōu)良的除磷效果；當進水C/P比高于該值時，在缺氧階段硝態(tài)氮充足的情況下，可以獲得較好的除磷效果；而當C/P比在15.4以下時，由于進水中的含碳量過低，將導致系統(tǒng)除磷效果下降。因此，對于進水C/P^19.4的污水，在缺氧電子受體充分前提下，可以保證最終磷的出水水質(zhì)。另一方面，當進水C/P比較低時(如15.4左右)，該方法也可以保證88.5%的除磷率，這是傳統(tǒng)工藝無法達到的。上述結(jié)果證明了，利用SBR-SBBR反硝化除磷脫氮工藝實現(xiàn)除磷和脫氮在獲得相同的脫氮和除磷的前提下，可以節(jié)省碳源，因此該工藝很適合低C/P比污水的脫氮除磷處理。權(quán)利要求一種低碳磷比污水的反硝化除磷脫氮方法，其特征在于A，污水首先進入?yún)捬?缺氧序批式反應器內(nèi)，與已經(jīng)馴化成功的具有反硝化聚磷菌的活性污泥充分混合攪拌，進行厭氧反應，控制厭氧/缺氧序批式反應器內(nèi)的活性污泥濃度為3800～5000mg/L，溶解氧濃度≤0.2mg/L，氧化還原電位為-40～-250mV，厭氧反應1.5～2h后停止攪拌，沉淀30～45min后進行分離，將上清液轉(zhuǎn)移至已經(jīng)掛膜成功的好氧硝化序批式生物膜反應器內(nèi)，進行好氧硝化反應；B，好氧硝化序批式生物膜反應器的有效容積與厭氧/缺氧序批式反應器相同，2個反應器的容積交換比控制在60～75％，好氧硝化序批式生物膜反應器內(nèi)的溶解氧濃度控制在4～6mg/L，好氧硝化反應3.5～5h后沉淀10min，然后將富含硝態(tài)氮和磷的出水重新回流至厭氧/缺氧序批式反應器內(nèi)繼續(xù)攪拌進行缺氧反應，回流水量與污水進水量相同；C，缺氧反應時，厭氧/缺氧序批式反應器內(nèi)活性污泥濃度控制在3800～5000mg/L，溶解氧濃度≤0.2mg/L，氧化還原電位控制在-80～-220mV，聚磷菌以體內(nèi)的聚羥基-β-丁酸酯作為電子供體，以NO3-作為電子受體，完成同步的反硝化脫氮和過量吸磷作用，缺氧反應2～3h后進行好氧后曝氣反應；D，在厭氧/缺氧序批式反應器內(nèi)進行好氧后曝氣反應時的溶解氧濃度控制在2～4mg/L，通過1～2h好氧曝氣，聚磷菌利用氧氣作為電子受體進一步吸磷，并充分恢復污泥活性后沉淀40～60min進行泥水分離，出水達到了國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一級A標準(GB18918-2002)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低碳磷比污水的反硝化除磷脫氮方法，其特征在于所述的C步和D步中的聚磷菌包括反硝化聚磷微生物和傳統(tǒng)聚磷微生物。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低碳磷比污水的反硝化除磷脫氮方法，其特征在于所述的反硝化聚磷菌的活性污泥的泥齡控制在1822d。全文摘要一種低碳磷比污水的反硝化除磷脫氮方法，涉及一種低碳磷比污水處理工藝。先將待處理污水加入An/A-SBR內(nèi)，與已經(jīng)馴化成功的含有反硝化除磷菌的活性污泥發(fā)生厭氧反應1.5～2h，放磷和碳源吸收后，沉淀分離30～45min，含氨氮的上清液轉(zhuǎn)移至N-SBBR內(nèi)，控制SBR和SBBR的容積交換比為60～75％，硝化反應3.5～5h，溶解氧濃度控制在4～6mg/L。待硝化反應結(jié)束后，快沉10～15min后將富含硝態(tài)氮和磷的出水回流轉(zhuǎn)移至An/A-SBR內(nèi)，在缺氧反應完畢后添加后曝氣時間為1～2h。最后，沉淀40～60min后出水。本發(fā)明成功解決硝化菌和聚磷菌的污泥齡之爭，達到穩(wěn)定高效的脫氮除磷效果，又因利用了反硝化除磷脫氮新機理，節(jié)省了碳源，特別適合于水質(zhì)水量變化大、分散型的低C/P比污水的脫氮除磷處理。文檔編號C02F3/28GK101708923SQ20091019881公開日2010年5月19日申請日期2009年11月16日優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日發(fā)明者楊健,王亞宜,邢美燕申請人:同濟大學