CN101113059A - 低温脱氮除磷的方法 - Google Patents

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Abstract

低温脱氮除磷的方法，它涉及一种污水的处理方法。本发明解决了目前低温条件下生物同步脱氮除磷效果差的问题。本发明方法如下：1.耐低温反硝化菌、硝化菌的培养与固定；2.启动反应系统和培养聚磷菌；3.低温脱氮除磷：通过“a.硝化液回流反硝化”、“b.厌氧反应”、“c.好氧除磷”、“d.沉淀和污泥回流”、“e.接触氧化硝化”和“f.沉淀出水”步骤完成低温下污水的脱氮除磷。本发明能够实现低温下同步脱氮除磷。本发明在低温条件下COD的去除率平均达到85％以上，总磷的去除率达到80％以上；进水氨氮在25～60mg/L之间时，氨氮去除率达到70％以上。

Description

低温脱氮除磷的方法
技术领域
本发明涉及一种污水的处理方法。
背景技术
温度是微生物生长的重要生态因子，在一定温度范围内，微生物的活性与温度成正比关系。大部分微生物随着温度的降低活性减弱，当温度低于15℃，微生物的活性将急剧降低，在10℃范围内，部分微生物开始出现休眠状态；当温度在4℃左右的时候，绝大部分微生物进入了休眠状态。从而影响了废水的生物处理，而温度的降低对于脱氮除磷菌的影响更加明显。传统理论认为生物硝化反硝化反应可以在4～45℃的温度范围内进行。亚硝化菌的最佳生长温度为35℃，硝化菌的最佳生长温度为35～42℃，反硝化细菌的最佳生长温度在25～35℃。虽然脱氮菌具有较宽的生长范围，但在低温条件下，氨氧化菌、硝化细菌和反硝化细菌的生化反应均受到严重的抑制。对于同时去除有机物和进行硝化反应的系统，低温条件下由于硝化细菌生长缓慢，导致的硝化细菌流失更加严重，系统的硝化效果明显变差，有数据表明温度低于15℃，硝化能力明显下降；而温度低于4℃时，系统几乎没有硝化能力。
城市污水处理厂现有的脱氮除磷系统主要采用传统A2/O工艺。该工艺存在的主要弊端在于不同菌群对污泥龄的要求上。硝化细菌为自养菌，这就要求较长泥龄；而生物除磷则希望泥龄较短，因为污泥龄短时污泥量多，而磷是靠排放剩余污泥去除的。显然，泥龄长对脱氮有利，而泥龄短对除磷有利。这种弊端在低温下更加难以调和，硝化污泥在低温下的泥龄一般为15～20天，而聚磷菌一般只有4～5天。这种巨大的泥龄差距导致该系统在低温下很难实现同时脱氮除磷。
现在普遍采用的活性污泥工艺脱氮除磷都是混合系统，即硝化细菌、反硝化细菌以及聚磷菌在同一系统中混合生长。由于不同的菌群具有不同的生理特征，导致混合系统在运转过程中出现了一系列的问题。
(1)由于硝化细菌世代时间长，系统内部不可避免地存在硝化细菌以及聚磷菌之间泥龄不协调的问题。低温下硝化细菌的泥龄一般在15天左右，而聚磷菌的泥龄一般需控制在6天。巨大的泥龄差距导致系统难以实现高效的同步脱氮除磷，因此，我国北方地区低温下污水氮磷排放难以达标。
(2)研究表明污泥回流而带到厌氧区的硝酸盐氮与聚磷菌争夺有机酸碳源，从而影响聚磷菌释磷效果，进而影响系统的除磷能力。
(3)厌氧、缺氧和好氧段污泥量的分配比例，有研究表明，如果厌氧、缺氧的活性污泥量占到污泥总量的40％以上，除磷效果就非常好，但这时很难实现完全硝化，反之，硝化会很彻底，但除磷效果就不好
(4)硝化细菌抗有机负荷和抗冲击能力低，为了保持系统良好的硝化效果，必须低负荷下运行，不仅对除磷不利，势必也会增加基建和运转的投资。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有脱氮除磷系统低温下很难实现同步脱氮除磷的问题，而提供一种低温脱氮除磷的方法。本发明开发了复合式倒置A2/O工艺，并利用固定化技术将硝化细菌和反硝化细菌固定在载体上，从而实现了不同菌群的各自生长，有效解决这些矛盾。因为中温下聚磷菌和硝化细菌也存在泥龄的差距，利用这种泥龄差距实现聚磷菌的优势生长，通过控制泥龄实现该工艺在中温下也可以运转。
本发明的方法如下：一、耐低温反硝化菌、硝化菌的培养与固定：缺氧池采用填料将反硝化细菌通过自然挂膜固定在填料上，接触氧化池则使用固定化方法将硝化细菌固定到聚氨酯泡沫填料上。具体过程如下：在4～10℃条件下，向聚氨酯泡沫容器内投入活性污泥，曝气，好氧培养；培养一周后加入聚氨酯泡沫容器进行厌氧培养，实现反硝化细菌的生长；活性污泥通过低温下的驯化培养得到了成熟的耐低温硝化污泥，从中分离并分别得到四株硝化和反硝化细菌；经分离得到的硝化细菌经富集培养，并通过固定化技术将硝化细菌固定在聚氨酯泡沫载体上，从而得到固定化耐低温硝化细菌；二、启动反应系统和培养聚磷菌：在25～30℃下，系统经过20天培养启动成功，好氧池内完成了聚磷菌的驯化；三、低温脱氮除磷：通过“a.硝化液回流反硝化”、“b.厌氧反应”、“c.好氧除磷”、“d.沉淀和污泥回流”、“e.接触氧化硝化”和“f.沉淀出水”步骤完成对污水的低温脱氮除磷，所述的“a.硝化液回流反硝化”过程为：接触氧化池回流的硝化液与进水通过生物膜完成反硝化反应；所述的“b.厌氧反应”过程为：从缺氧池出来的水进入厌氧池，在厌氧池中聚磷菌(DPAO)吸收大量的简单的分子量的有机物以聚-β-羟基酸酯形式贮存在体内，同时释放磷；所述的“c.好氧除磷”过程为：经过步骤b处理后污水与第一沉淀池回流的污泥通入好氧池，在聚磷菌作用下除磷，去除部分难以降解的有机物；所述的“d.沉淀和污泥回用”过程为：将好氧池流出的污水在第一沉淀池中进行沉降分离反应，将10～50％的污泥回流到氧化池，排出剩余的污泥以除磷；所述的“e.接触氧化硝化”过程为：将步骤d处理后的污水在接触氧化池中，完成硝化反应，接触氧化池的硝化液回流；所述的“f.沉淀出水”过程为：最后在第二沉淀池中进行沉降分离反应，排出剩余污泥，将沉降分离处理后的污水排出；主要技术参数：接触氧化池的硝化液回流比100～300％，污泥的回流比为50～70％，C/N比在6～8之间、pH值保持在7～8之间，反应温度为4～10℃，进水量为3L/h，缺氧池和厌氧池停留时间均为2h，好氧池停留时间为4h，接触氧化池停留时间为5h，低温下污泥停留时间SRT为4～8天，缺氧池∶厌氧池∶好氧池∶接触氧化池的容积比为1∶1∶1～3∶2～4。
本发明具有下列优点：
1)通过该工艺可以实现硝化，反硝化，聚磷菌的分别培养，从而解决低温条件甚至常温条件下三类微生物之间存在的泥龄的问题。
2)将现有工艺流程中的厌氧池置后，同时厌氧池后加好氧池，使聚磷菌能够有效的发挥其聚磷效应，厌氧好氧交替进行，能够使聚磷菌产生饥饿效应，达到磷更好的去除。
3)一般条件下，在中间加好氧池中会有硝化反应地进行，但是由于低温条件下，常规工艺硝化基本停止，通过控制泥龄基本不会有硝化反应的产生(低温下硝化菌的泥龄一般在15～30天，而聚磷菌在5～6天)。同时通过好氧，能够去除一部分难以降解的有机物，为后面固定的耐低温硝化细菌进行硝化反应提供有利的条件。
4)硝化反硝化采用生物膜法可以有效的解决低温条件下菌生长缓慢的问题，不会造成菌种的流失。
5)通过控制好氧池在常温下的泥龄，实现工艺在中温下的运转，从而实现该系统在常温下的脱氮除磷。
6)反硝化碳源充足，有利于脱氮。同时回流污泥中不含有硝酸根，避免硝酸根对聚磷菌的影响。
本发明在低温条件下COD的去除率平均在85％以上；总磷(T-P)的去除率达到80％以上；进水氨氮在25～60mg/L之间时，氨氮的去除率在70％以上。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图，其中：1代表缺氧池，2代表厌氧池，3代表好氧池，4代表第一沉淀池，5代表接触氧化池，6代表第二沉淀池。图2是3低温下系统COD去除效果图，其中-■-表示进水的COD曲线，-×-表示出水的COD曲线-▲-表示COD去除率曲线。图3是低温下系统T-P去除效果图，其中-×-表示进水的T-P曲线，-■-表示出水T-P曲线，-▲-表示T-P去除率曲线。图4是低温下系统氨氮去除效果图，其中-◆-表示进水中氨氮含量曲线，-○-表示出水中氨氮含量曲线，-▲-表示氨氮去除率曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1所示，本施方式的低温脱氮除磷的方法所采用的处理系统由缺氧池1、厌氧池2、好氧池3、第一沉淀池4、接触氧化池5和第二沉淀池6六部分构筑物组成。处理方法为：一、耐低温反硝化菌、硝化菌的培养与固定：缺氧池1采用填料将反硝化细菌通过自然挂膜固定在聚氨酯泡沫填料上，接触氧化池5则使用固定化方法将硝化细菌固定到聚氨酯泡沫填料上，具体过程如下：在4～10℃条件下，向聚氨酯泡沫容器内投入活性污泥，曝气，好氧培养；培养一周后加入聚氨酯泡沫容器进行厌氧培养，实现反硝化细菌的生长；活性污泥通过低温下的驯化培养得到了成熟的耐低温硝化污泥，从中分离并分别得到四株硝化和反硝化细菌；经分离得到的硝化细菌经富集培养，并通过固定化技术将硝化细菌固定在聚氨酯泡沫载体上，从而得到固定化耐低温硝化细菌；二、启动反应系统和培养聚磷菌：在25～30℃下，系统经过20天培养启动成功，在好氧池3内完成了聚磷菌的驯化；三、低温脱氮除磷：通过“a.硝化液回流反硝化”、“b.厌氧反应”、“c.好氧除磷”、“d.沉淀和污泥回流”、“e.接触氧化硝化”和“f.沉淀出水”步骤完成对污水的低温脱氮除磷，所述的“a.硝化液回流反硝化”过程为：接触氧化池回流的硝化液与进水通过生物膜完成反硝化反应；所述的“b.厌氧反应”过程为：从缺氧池1出来的水进入厌氧池2，在厌氧池2中聚磷菌(DPAO)吸收大量的简单的分子量的有机物以聚-β-羟基酸酯形式贮存在体内，同时释放磷；所述的“c.好氧除磷”过程为：经过步骤b处理后污水与第一沉淀池4回流的污泥通入好氧池3，在聚磷菌作用下除磷，去除部分难以降解的有机物；所述的“d.沉淀和污泥回用”过程为：将好氧池3流出的污水在第一沉淀池4中进行沉降分离反应，将10～50％的污泥回流到好氧池3，排出剩余的污泥以除磷；所述的“e.接触氧化硝化”过程为：将步骤d处理后的污水在接触氧化池5中，完成硝化反应，接触氧化池5的硝化液回流；所述的“f.沉淀出水”过程为：最后在第二沉淀池6中进行沉降分离反应，排出剩余污泥，将沉降分离处理后的污水排出；主要技术参数：接触氧化池5的硝化液回流比100～300％，污泥的回流比为50～70％，C/N比在6～8之间、pH值保持在6～8之间，反应温度为4～10℃，进水量为3L/h，缺氧池1和厌氧池2停留时间均为2h，好氧池1停留时间为4h，接触氧化池5停留时间为5h，低温下SRT为4～8天，缺氧池1：厌氧池2：好氧池3：接触氧化池5的容积比为1∶1∶1～3∶2～4。
本实施实施方式系统也可以在25～30℃条件下处理污水。
本实施方式中亚硝化细菌的分离鉴定如下：
亚硝化细菌分离采用的培养基为改良的斯蒂芬逊(Stephenson)培养基，共分离得到4株亚硝化细菌。对分离出的四株菌做了革兰氏染色、M.R、V.P、吲哚、葡萄糖发酵、明胶、乙酰甲基甲醇、硝酸盐还原、氧化酶、接触酶等试验，鉴定结果见表1(亚硝化细菌鉴定表)
表1
  菌株   N1     N2     N3    N4
  形态革兰氏染色糖类发酵试验乙酰甲基甲醇试验   短杆G---     短杆G-+-     短杆G-+-    短杆G--
  甲基红试验吲哚试验硝酸盐还原明胶液化试验氧化酶试验接触酶试验鉴定结果   --++--亚硝化单胞菌属   ++++--亚硝化单胞菌属   ++++--亚硝化单胞菌属   +-++--亚硝化单胞菌属
硝化细菌的分离鉴定：
硝化细菌采用的是普通硝化培养基分离得到得4株亚硝化细菌，对分离出的四株菌做了革兰氏染色、M.R、V.P、吲哚、葡萄糖发酵、明胶、乙酰甲基甲醇、硝酸盐还原、氧化酶、接触酶等试验，鉴定结果见表2(硝化细菌鉴定表)
表2
  菌株   N1O   N22   N30   N40
  形态革兰氏染色糖类发酵试验乙酰甲基甲醇试验甲基红试验吲哚试验硝酸盐还原明胶液化试验氧化酶试验接触酶试验过氧化氢酶鉴定结果   球形G+---+++-+硝化球菌属   短杆G-----+++-+硝化杆菌属   球形G-+---+++--硝化球菌属   短杆G-----+++--硝化杆菌属
具体实施方式二：本实施方式中在步骤二中分离得到的硝化菌通过富集培养固定在聚氨酯载体上的过程如下：(一)在4℃条件下富集培养硝化细菌，当MPN计数，浓度达到105个/ml认为富集培养成功；取出已培养好的菌种培养液以n＝4000转/分离心15min，弃去上清液，将沉淀物用磷酸缓冲液清洗两遍，生理食盐水清洗三遍，再离心，弃去上清液；向湿菌体加蒸馏水配制成耐冷菌悬浮液，耐冷菌悬浮液的OD585约为1.854；(二)用Na2CO3调节饱和硼酸pH值为6.7，聚乙烯醇在100℃水浴中溶解并冷却至30℃；(三)将250ml的硝化细菌悬浮液加入到等体积的16％的聚乙烯醇(PVA)溶液中，搅拌均匀后平均倒入经过洗净烘干处理的聚氨脂泡沫中室温下吸附30分钟，加入饱和硼酸溶液进行交联24h，其间定时搅拌三次，然后用生理食盐水冲洗三次，自来水冲洗三次。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式中聚氨脂泡沫的边长为1.5～3.0mm，堆积密度为0.06kg/L，堆积体积为500ml。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式在步骤三中pH值保持在7～8之间。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式在步骤三中在4～10℃下SRT为6天。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中SRT是最佳SRT。
具体实施方式六：本实施方式在步骤三中在4～10℃下回流比为220％。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中的回流比为最佳的回流比。
本发明通过下述实验证明本发明的效果：
将反应系统进水设置为3L/h，反应系统中每个容器的容积分别为：缺氧池1和厌氧池2均为6L，好氧池3为2L，接触氧化池5为15L。试验用水水质见表3。
表3
    项目     范围     平均值
    PH     6～8     7.5
  SS(mg/L)COD(mg/L)BOD(mg/L)NH4 --N(mg/L)NO3 --N(mg/L)NO2 --N(mg/L)TN(mg/L)TP(mg/L)   30～467118～600150～30020～750～1.50～0.518.5～105.31.55～10     138350230400.50.261.26
(1)COD的去除
图2为系统分别在低温稳定运行期间的COD去除效果。从图2中可以看出，低温条件下COD的去除率有所降低，平均在85％以上。低温对系统的COD去除影响不明显，这是由于低温反硝化和除磷均需利用碳源，从而保证了低温下COD的去除。从图2中可见中温和低温稳定运行期间，系统进水的COD在100～500mg/L之间波动，出水COD都低于100mg/L。大部分时间系统出水COD低于60mg/L，符合国家的二级排放标准。
(2)T-P的去除
从图3可以看出，在低温条件下，在进水含磷量很高的情况下(10mg/L左右)，出水仍然能够达到排放标准，去除率达到80％以上。
(3)氨氮的去除
低温下氨氮的去除效果如图5所示。进水氨氮在25～60mg/L之间，去除率在70％以上。

Claims (7)

1.一种低温脱氮除磷的方法，其特征在于该方法的步骤如下：一、耐低温反硝化菌、硝化菌的培养与固定：缺氧池采用填料将反硝化细菌通过自然挂膜固定到聚氨酯泡沫填料上，接触氧化池则使用固定化方法将硝化细菌固定到聚氨酯泡沫填料上，具体过程如下：在4～10℃条件下，向装有聚氨酯泡沫的容器内投入活性污泥，曝气，好氧培养一周后加入反应器进行厌氧培养，实现反硝化细菌的生长；活性污泥通过低温下的驯化培养得到成熟的耐低温硝化污泥，从中分离并分别得到四株硝化和反硝化细菌；分离得到的硝化细菌经富集培养，并通过固定化技术将硝化细菌固定在聚氨酯泡沫载体上，从而得到固定化耐低温硝化细菌；二、启动反应系统和培养聚磷菌：在25～30℃下，系统经过20天培养启动成功，在好氧池内完成了聚磷菌的驯化；三、低温脱氮除磷：通过“a.硝化液回流反硝化”、“b.厌氧反应”、“c.好氧除磷”、“d.沉淀和污泥回流”、“e.接触氧化硝化”和“f.沉淀出水”步骤完成对污水的低温脱氮除磷，主要技术参数：接触氧化池的硝化液回流比为100～300％，污泥的回流比为50～70％，C/N比在6～8之间，pH值保持在6～8之间，反应温度为4～10℃，进水量为3L/h，缺氧池和厌氧池停留时间均为2h，好氧池停留时间为4h，接触氧化池停留时间为5h，低温下污泥停留时间SRT为4～8天，缺氧池∶厌氧池∶好氧池∶接触氧化池的容积比为1∶1∶1～3∶2～4。
2.根据权利要求1所述的一种低温脱氮除磷的方法，其特征在于步骤三中所述的“a.硝化液回流反硝化”的过程为：接触氧化池回流的硝化液与进水通过生物膜完成反硝化反应；所述的“b.厌氧反应”过程为：从缺氧池出来的水进入厌氧池，在厌氧池中，聚磷菌吸收大量的低分子量的有机物以聚-β-羟基酸酯形式贮存在体内，同时释放磷；所述的“c.好氧除磷”过程为：经过步骤b处理后的污水与第一沉淀池回流的污泥一起进入好氧池，在聚磷菌作用下除磷，同时去除部分难以降解的有机物；所述的“d.沉淀和污泥回用”过程为：好氧池流出的污水在第一沉淀池中进行沉降分离反应，将10～50％的污泥回流到氧化池，排出剩余的污泥以除磷；所述的“e.接触氧化硝化”过程为：将步骤d处理后的污水在接触氧化池中完成硝化反应，接触氧化池的硝化液回流；所述的“f.沉淀出水”过程为：在第二沉淀池中进行沉降分离反应，排出剩余污泥，将沉降分离处理后的污水排出。
3.根据权利要求1所述的一种低温脱氮除磷的方法，其特征在于在步骤二中分离得到的硝化菌通过富集培养固定在聚氨酯载体上过程如下：(一)在4℃条件下富集培养硝化细菌；MPN计数显示浓度达到105个/ml时，认为富集培养成功；取出已培养好的菌种培养液以n＝4000转/分钟的速度离心15min，弃去上清液，将沉淀物用磷酸缓冲液清洗两遍，生理食盐水清洗三遍，再离心，弃去上清液；向湿菌体加蒸馏水配制成耐冷菌悬浮液，耐冷菌悬浮液的OD585为1.854；(二)用Na2CO3调节饱和硼酸pH值为6.7，聚乙烯醇在100℃水浴中溶解并冷却至30℃；(三)将250ml的硝化细菌悬浮液加入到等体积的16％的聚乙烯醇溶液中，搅拌均匀后平均倒入经过洗净烘干处理的聚氨脂泡沫中，室温下吸附30分钟，加入饱和硼酸溶液进行交联24h，其间定时搅拌三次，然后用生理食盐水冲洗三次，自来水冲洗三次。
4.根据权利要求3所述的一种低温脱氮除磷的方法，其特征在于聚氨脂泡沫的边长为1.5～3.0mm，堆积密度为0.06kg/L，堆积体积为500ml。
5.根据权利要求1所述的一种低温脱氮除磷的方法，其特征在于在步骤三中pH值保持在7～8之间。
6.根据权利要求1所述的一种低温脱氮除磷的方法，其特征在于在步骤三中在4～10℃下污泥停留时间SRT为6天。
7.根据权利要求1所述的一种低温脱氮除磷的方法，其特征在于在步骤三中在4～10℃下回流比为220％。
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