CN101070217A - 一种资源化利用污泥有机物提高污水增强生物除磷效果的方法 - Google Patents

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陈银广
佟娟
顾国维
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Abstract

本发明属于新型环保技术领域，具体涉及一种资源化利用污泥有机物提高污水增强生物除磷效果的方法。将剩余污泥在碱性条件下厌氧发酵生产有机酸；采用鸟粪石沉淀方法，回收有机酸中的氮磷；将氮磷回收后的处理液加入到城市污水中，在厌氧－好氧条件下对污水生物处理，经过固液分离，出水达标排放。本发明通过向污水中加入剩余污泥发酵液，不但可提高微生物厌氧合成聚羟基戊酸(PHV)能力，提高聚羟基烷酸(PHAs)利用率，减少糖原代谢量，有利于维持好氧阶段较高的除磷效果，降低出水中磷浓度，防止水体富营养化的发生，而且能够资源化利用剩余污泥，减少污泥体积从而减少污泥处理费用及其对环境的污染。

Description

一种资源化利用污泥有机物提高污水增强生物除磷效果的方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种资源化利用污泥有机物提高污水增强生物除磷效果的方法。
背景技术
短链脂肪酸是增强生物除磷(EBPR)微生物所需要的重要碳源。由于生活污水通常COD较低，可利用碳源较少，不利于EBPR工艺的运行，通常需要外加碳源(如乙酸等)，这对于实际运转污水厂并不经济实用。近年来，一些文献对污水厂污泥发酵产酸并用于提高生物除磷脱氮效果进行了报道。Thomas等人在Noosa污水厂进行现场研究，发现通过加入初沉污泥的发酵液，可以适当提高污水的生物除磷效果，但处理后的出水磷含量未达到排放标准。为此，他们向初沉污泥中加入废糖蜜，以产生更多的有机酸，从而使处理后的出水磷含量达到排放标准(文献Water Science and Technology，2003，47，(12)，141-148)。然而，污水厂不一定都能获得废糖蜜，因此有必要提高污泥发酵产酸的水平。
本发明人以往的研究表明，在碱性条件下，剩余污泥发酵产酸的效果比酸性和中性条件下高得多(文献Environmental Science & Technology，2006，40，(6)，2025-2029)。特别是，我们在研究过程中发现，污泥在碱性条件下发酵可以明显提高产生的有机酸中丙酸的含量(文献Environmental Science & Technology，2006，40，(6)，2025-2029)。鉴于丙酸作为生物除磷碳源时比乙酸有更好的除磷效果(文献Water Research，2004，38，(1)，27-36)，补充化学合成的丙酸既消耗人类有限的有机资源，又增加了污水处理厂的成本，本发明提出了向待处理的污水中加入污泥在碱性条件下发酵产生的有机酸以显著提高污水生物除磷效果。
发明内容
本发明的目的在于提出一种资源化利用污泥有机物提高污水增强生物除磷效果的方法。
本发明提出的一种资源化利用污泥有机物并提高污水增强生物除磷效果的方法，其具体步骤如下：
(1)将剩余污泥在碱性条件下厌氧发酵6天-10天，离心分离，得到上清液，其中，上清液中含有机酸；
(2)采用鸟粪石沉淀方法，向步骤(1)中得到的上清液中加入Mg离子溶液，搅拌，使上清液中含有的磷酸盐和氨氮与Mg离子形成磷酸氨镁沉淀，然后离心分离，得到处理液，处理液中含有机酸，其中，加入的Mg2+与P的摩尔比为1.6∶1-2.0∶1，搅拌时间为3-8分钟；
(3)将步骤(2)得到的处理液加入到待处理的城市污水中，在厌氧条件下搅拌1-3小时，使聚磷菌充分吸收污水中的有机酸合成聚β-羟基烷酸，并充分释磷，其中聚磷菌利用有机酸乙酸主要合成聚β-羟基丁酸，利用丙酸主要合成聚β-羟基戊酸；其中，每升城市污水中加入步骤(2)所得处理液的量为10-20mL；
(4)将步骤(3)中经过厌氧反应后的污水进行好氧曝气，在充氧条件下，反应时间为2-5小时，由于厌氧反应结束时外碳源基本消耗，微生物利用内碳源聚β-羟基烷酸作为碳源，并通过氧化分解聚β-羟基烷酸获得吸收污水中磷所需的能量，完成将污水中的磷转移到微生物胞内，最终达到去除污水中磷的目的；
(5)步骤(4)中经过反应的水体进入沉淀池进行固液分离，固液分离时间为60-120分钟，出水达标排放。
本发明中，所述镁离子为MgCl2、MgSO4或Mg(OH)2等中任一种。
本发明中，步骤(1)中通过加NaOH溶液控制其为碱性条件。
本发明中，参照待处理污水水质的实际状况，向每升污水中投加10-20mL的污泥发酵液，使得进入生物处理构筑物中的污水尽量满足BOD/TP≥20的要求。
本发明的有益效果是：
(1)剩余污泥发酵液的加入可提高微生物厌氧合成PHV的能力，提高PHAs的利用率，减少糖原代谢量，有利于维持好氧阶段较高的磷去除效果，从而可以降低出水中磷浓度，防止水体富营养化的发生。
(2)本方法在合理的运行参数下，城市污水中总磷去除率可达到94％以上，出水达到污水处理厂一级排放标准。
(3)本发明不但可以提高污水生物除磷效果，而且能够资源化利用剩余污泥，减少污泥体积从而减少污泥处理费用，回收的鸟粪石还是一种很好的缓释肥料，具有一定的经济效益，因此本发明是城市污水处理厂的一种循环经济模式。
具体实施方式
下面结合实施例作进一步详细说明，应当理解下面所举的实施例只是为了解释说明本发明，并不包括本发明的所有内容。
实施例1
(1)将浓缩后的剩余污泥10L置于15L反应器中，以NaOH溶液调节pH值为10，在室温(20℃左右)厌氧搅拌8天，将污泥离心，收集上清液，其中，上清液中含有机酸；
(2)采用鸟粪石沉淀方法，向步骤(1)中得到的上清液中加入MgCl2，MgCl2加入量为Mg/P为1.8mol/1mol，搅拌5分钟，使上清液中含有的磷酸盐和氨氮与Mg离子形成磷酸氨镁沉淀，然后离心分离，得到处理液，处理液中含有机酸；
(3)将步骤(2)得到的处理液加入到待处理的城市污水中，待处理的城市污水中COD为200mg/L，总磷(TP)8.68mg/L。按每升待处理的城市污水中加入处理液10mL，使城市污水COD达到300mg/L。在充水比0.714∶1、水力停留时间11.2小时及污泥泥龄12天的条件下，将该污水加入到序批式反应器(SBR)中，在厌氧条件下搅拌2小时，使聚磷菌吸收污水中的有机酸合成聚β-羟基烷酸，并释磷；
(4)将步骤(3)中经过厌氧反应后的污水进行好氧曝气，在充氧条件下，反应时间为3小时；
(5)步骤(4)中经过反应的水体进入沉淀池进行固液分离，固液分离时间为60分钟，出水水质的测定，结果为：CODCr达到42mg/L，TP达到0.32mg/L，出水水质符合污水处理厂一级排放标准。
实施例2
将实施例1步骤(3)中的待处理城市污水不加入步骤(2)中所得的处理液直接进行生物除磷，其操作同实施例1的步骤(3)、(4)、(5)。运行后的出水结果：CODCr为23mg/L，TP为1.87mg/L，出水水质不符合污水处理厂一级排放标准。
对比实施例1与2可见，向实际污水中加入碱性条件下污泥发酵产生的有机酸(即实施例1)，可以明显提高污水除磷效果。
实施例3
(1)将浓缩后的剩余污泥10L置于15L反应器中，以NaOH溶液调节pH值为10，在室温(20℃左右)厌氧搅拌10天，将污泥离心，收集上清液，其中，上清液中含有机酸；
(2)采用鸟粪石沉淀方法，向步骤(1)中得到的上清液中加入MgSO4，MgSO4加入量为Mg/P为1.6mol/1mol，搅拌3分钟，使上清液中含有的磷酸盐和氨氮与Mg离子形成磷酸氨镁沉淀，然后离心分离，得到处理液；
(3)将步骤(2)得到的处理液加入到待处理的城市污水中，待处理的城市污水中CODCr为150mg/L，TP为5.58mg/L，向每升城市污水中加入步骤(2)中所得处理液15mL，使污水COD为300mg/L。在充水比0.714∶1、水力停留时间11.2小时及污泥泥龄12天的条件下，将该污水加入到序批式反应器(SBR)中，在厌氧条件下搅拌1小时；
(4)将步骤(3)中经过厌氧反应后的污水进行好氧曝气，在充氧条件下，反应时间为2小时；
(5)步骤(4)中经过反应的水体进入沉淀池进行固液分离，固液分离时间为90分钟，出水水质的测定，结果为：CODCr为39mg/L，TP为0.21mg/L，出水水质符合污水处理厂一级排放标准。
实施例4
将实施例3步骤(3)中的待处理城市污水不加入步骤(2)中所得的处理液直接进行生物除磷，其操作同实施例3的步骤(3)、(4)、(5)。运行后的出水结果：CODCr为21mg/L，TP为1.32mg/L，出水水质不符合污水处理厂一级排放标准。
实施例5
(1)将浓缩后的剩余污泥10L置于15L反应器中，用NaOH溶液调节pH为10，在室温(20℃左右)厌氧搅拌6天，将污泥离心，收集上清液，其中，上清液中含有机酸；
(2)采用鸟粪石沉淀方法，向步骤(1)中得到的上清液中加入Mg(OH)2溶液，搅拌，使上清液中含有的磷酸盐和氨氮与Mg离子形成磷酸氨镁沉淀，然后离心分离，得到处理液，处理液中含有机酸，其中，加入的Mg2+与P的摩尔比为2.0∶1，搅拌时间为8分钟；
(3)将步骤(2)得到的处理液加入到待处理的城市污水中，待处理城市污水中CODCr为100mg/L，TP为4.33mg/L，向每升城市污水中步骤(2)所得处理液20mL，使污水中COD为300mg/L，在充水比0.714∶1、水力停留时间11.2小时及污泥泥龄12天的条件下，将该污水加入到序批式反应器(SBR)中，在厌氧条件下搅拌3小时；
(4)将步骤(3)中经过厌氧反应后的污水进行好氧曝气，在充氧条件下，反应时间为5小时；
(5)步骤(4)中经过反应的水体进入沉淀池进行固液分离，固液分离时间为120分钟，出水水质经检测，CODCr为43mg/L，TP为0.35mg/L，出水水质符合污水处理厂一级排放标准。
实施例6
将实施例5步骤(3)中的待处理城市污水不加入步骤(2)中所得的处理液直接进行生物除磷，其操作同实施例5的步骤(3)、(4)、(5)。运行后的出水结果：CODCr为18mg/L，TP为1.25mg/L，出水水质不符合污水处理厂一级排放标准。
实施例7
待处理城市污水CODCr为160mg/L，TP为8.18mg/L，向每升城市污水中加入处理液20mL，使城市污水的COD达到360mg/L，其余条件和操作步骤同实施例1。运行后的出水结果：CODCr为47mg/L，TP为0.30mg/L，出水水质符合污水处理厂一级排放标准。
实施例8
待处理城市污水的组成同实施例7，待处理城市污水中不加入处理液而直接进行生物除磷，其余操作同实施例1的步骤(3)、(4)、(5)。运行后的出水结果：CODCr为32mg/L，TP为2.17mg/L，出水水质不符合污水处理厂一级排放标准。
实施例9
待处理城市污水CODCr为170mg/L，TP为5.64mg/L。向每升待城市污水中加入处理液15mL，使污水COD为320mg/L，其余条件和操作步骤同实施例1。运行后的出水结果：CODCr为41mg/L，TP为0.23mg/L，出水水质符合污水处理厂一级排放标准。
实施例10
待处理城市污水的组成同实施例9，不加入污泥产生的有机酸而直接进行生物除磷，操作同实施例1的步骤(3)、(4)、(5)。运行后的出水结果：CODCr为29mg/L，TP为1.22mg/L，出水水质不符合污水处理厂一级排放标准。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1、一种资源化利用污泥有机物并提高污水增强生物除磷效果的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)将剩余污泥在碱性条件下厌氧发酵6天-10天，离心分离，得到上清液，其中，上清液中含有机酸；
(2)采用鸟粪石沉淀方法，向步骤(1)中得到的上清液中加入Mg离子溶液，搅拌，使上清液中含有的磷酸盐和氨氮与Mg离子形成磷酸氨镁沉淀，然后离心分离，得到处理液，处理液中含有机酸，其中，加入的Mg2+与P的摩尔比为1.6∶1-2.0∶1，搅拌时间为3-8分钟；
(3)将步骤(2)得到的处理液加入到待处理的城市污水中，在厌氧条件下搅拌1-3小时，使聚磷菌吸收污水中的有机酸合成聚β-羟基烷酸，并释磷，其中，每升城市污水中加入步骤(2)所得处理液的量为10-20mL；
(4)将步骤(3)中经过厌氧反应后的污水进行好氧曝气，在充氧条件下，反应时间为2-5小时，由于厌氧反应结束时外碳源基本消耗，微生物利用内碳源聚β-羟基烷酸作为碳源，并通过氧化分解聚β-羟基烷酸获得吸收污水中磷所需的能量，完成将污水中的磷转移到微生物胞内，最终达到去除污水中磷的目的；
(5)步骤(4)中经过反应的水体进入沉淀池进行固液分离，固液分离时间为60-120分钟，出水达标排放。
2、根据权利要求1所述的资源化利用污泥有机物并提高污水增强生物除磷效果的方法，其特征在于所述镁离子溶液为MgCl2、MgSO4或Mg(OH)2中的任一种。
3、根据权利要求1所述的资源化利用污泥有机物并提高污水增强生物除磷效果的方法，其特征在于步骤(1)中采用NaOH溶液调节pH值为碱性。
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