CN102351311A - 基于磷酸盐生物还原的同步除磷与脱氮系统的构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于磷酸盐生物还原的同步除磷与脱氮系统的构建方法。该方法在反应器中设置填料作为生物膜载体，在液相保持好氧环境，以高浓度生活污水为反应器进水，通过进水中携带的磷酸盐生物还原菌种源，对反应器生物膜中的磷酸盐生物还原菌进行补充，并在中温及污泥不外排的长泥龄情况下，成功构建出磷酸盐生物还原系统，并具有较好的脱氮效果。本发明通过磷酸盐还原菌将磷酸盐以气态磷化物的形式去除，解决了传统除磷脱氮系统的泥龄矛盾、生物除磷与污泥减量的矛盾，具有处理效能高、工艺流程短，投资及运行成本低的特征，为污水生物除磷开辟了新途径。
Description
技术领域
本发明属于污水生物处理方法，特别涉及一种基于磷酸盐生物还原的同步除磷与脱氮系统的构建方法。
背景技术
近年来，有学者在发酵培养基中接种禽畜新鲜粪便检测到磷化氢，并发现混合酸发酵菌(Escherichia coli,Salmonella gallinarum,Salmonella arizonae)和溶剂发酵菌(Clostridium sporogenes,Clostridiumacetobutyricum, Clostridium cochliarium)能够产生磷化氢，随后磷酸盐生物还原现象被认定。目前，已普遍认为磷酸盐生物还原反应是微生物代谢的结果。迄今为止，有关磷酸盐生物还原反应研究多集中在通过培养基研究磷酸盐还原为磷化氢菌株的最佳种泥，以及种泥中微生物的组成等。接种城市污水处理厂污泥，是否能形成磷酸盐还原菌(phosphate reduction bacteria，PRB)的富集，实现生活污水处理磷酸盐生物还原系统的构建，尚未见报道。
另一方面，传统的生物除磷脱氮系统包括好氧硝化、缺氧反硝化、厌氧释磷和好氧吸磷等多个过程，不同的反应过程需要不同的微生物种群，各微生物种群对基质类型、环境条件的要求必然各不相同，由此产生了泥龄矛盾、生物除磷与污泥减量等矛盾，以及厌氧释磷好氧吸磷、缺氧反硝化好氧反硝化等工艺单元较多和能耗（回流）大等问题，成为污水高效除磷脱氮的瓶颈，因此，寻求城镇污水同步除磷脱氮的新途径成为当务之急。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于磷酸盐生物还原的同步除磷与脱氮系统的构建方法，本发明拟解决传统脱氮除磷工艺的泥龄矛盾，聚磷菌除磷系统富磷污泥排放与污泥减量的矛盾，以及现有除磷脱氮系统投资运行费用高等突出问题。
为达到上述目的，采用序批式生物膜反应器，内设生物膜组合填料，保持充足的DO，以未经化粪池处理的生活污水为进水对反应器中微生物种群进行补充，并在该系统不外排污泥的情况下，构建磷酸盐还原系统，通过磷酸盐还原菌将磷酸盐以气态磷化物的形式去除，同时该系统具有良好的同步脱氮效能。
本发明所述的基于磷酸盐生物还原的同步除磷与脱氮系统的构建方法，其步骤如下：
1）磷酸盐还原系统的构建：反应器采用序批式生物膜反应器，内设生物膜载体填料，控制反应器液相中溶解氧DO浓度为4mg/l~5mg/l，使生物膜内形成好氧、缺氧、厌氧共存的微环境；
（2）磷酸盐还原系统稳定性控制：接种城市污水处理厂脱水污泥10g/L，以高浓度生活污水为反应器进水，通过进水中携带的磷酸盐生物还原菌种源，对反应器中磷酸盐还原微生物系统的进行种群补充，以保持微生物系统的稳定性；
（3）反应器运行工况为：进水0.5h、曝气11h、排水0.5h；反应器运行参数为：水温为20 ℃~ 30℃，有机负荷为1kgCOD/m3·d ~2kgCOD/m3·d，反应器污泥龄长不外排污泥，碳磷比C/P大于60。
以本方法构建出的基于磷酸盐生物还原的同步除磷与脱氮系统，具有较高的处理效能，其总磷（TP）去除率稳定在82.7%～91.6%；总氮（TN）去除率稳定在86.6%～92.2%。
本发明具有下列优点：
（1）本发明在一个序批式生物膜反应器内形成厌氧、缺氧、好氧微环境，实现了磷酸盐生物还原菌、硝化菌、反硝化菌共存，实现在同一个序批式生物膜反应器内磷酸盐生物还原除磷、硝化与反硝化脱氮过程同步进行；
（2）本发明通过磷酸盐还原菌将磷酸盐以气态磷化物的形式去除，解决了传统除磷脱氮系统的泥龄矛盾，有利于硝化菌成为优势菌种，提高脱氮效能。
（3）本发明工艺流程简短，解决了传统除磷脱氮工艺厌氧释磷，缺氧反硝化及好氧硝化工艺单元多，污泥和混合液回流能耗高等问题，减少了投资及运行成本。
（4）本发明克服了传统同步脱氮除磷工艺中生物除磷与污泥减量的矛盾，本发明无需排出富磷污泥，减少了污泥处理处置费用。
具体实施方式
下面结合实例作进一步详细说明：
本发明所述的基于磷酸盐生物还原的同步除磷与脱氮系统的构建方法，其特征在于：
（1）磷酸盐还原系统的构建：反应器采用序批式生物膜反应器，内设生物膜载体填料，控制反应器液相中溶解氧DO浓度为4mg/l~5mg/l，使反应器内形成好氧、缺氧、厌氧共存的微环境；
（2）磷酸盐还原系统稳定性控制：接种城市污水处理厂脱水污泥10g/L，以高浓度生活污水为反应器的进水，通过进水中携带的磷酸盐生物还原菌种源，对反应器中磷酸盐还原微生物系统进行种群补充，以保持微生物系统的稳定性；
（3）反应器的运行工况为：进水0.5h、曝气11h、排水0.5h；反应器的运行参数为：水温为20 ℃~ 30℃，有机负荷为1kgCOD/m3·d ~2kgCOD/m3·d，反应器污泥龄长不外排污泥，碳磷比C/P大于60。
所述的基于磷酸盐生物还原的同步除磷与脱氮系统的构建方法，其反应器内需设置生物膜载体填料，并控制液相中DO，以构建出良好的微环境，使生物膜内形成好氧、缺氧、厌氧共存的微环境，使硝化、反硝化、磷酸盐生物还原过程得以同步进行；
所述的基于磷酸盐生物还原的同步除磷与脱氮系统的构建方法，其高浓度生活污水中微生物种类及数量多，其中含有与磷酸盐生物还原相关的微生物大肠杆菌、鸡沙门菌、亚利桑那沙门菌等，以此为进水对反应器中磷酸盐生物还原系统进行种群补充，构建出稳定的生活污水磷酸盐生物还原系统，使磷酸盐转化为气态磷化物的过程得以顺利进行。
所述的基于磷酸盐生物还原的同步除磷与脱氮系统的构建方法，磷酸盐生物还原系统污泥龄长不外排污泥，通过磷酸盐还原菌将磷酸盐以气态磷化物的形式去除，其较长的污泥龄为硝化菌的生长提供了有利条件，使整个系统具有较强的同步脱氮的能力。
所述的基于磷酸盐生物还原的同步除磷与脱氮系统的构建方法，其反应器运行参数的控制：水温为20 ℃~ 30℃，有机负荷为1.0kgCOD/m3·d，液相DO为4mg/l~5 mg/l。
实施例1，种源对磷酸盐还原系统构建的影响：分别采用经过化粪池处理的生活污水的反应器（1#）与未经化粪池处理的生活污水的反应器（2#）作为进水进行平行试验，其他运行参数与发明内容中相同。
1#反应器在前13d运行中，TP去除率逐渐上升，13d后去除率达到90.88%；在13d～17d运行中对TP去除率稳定在85%～94%，但在17d后反应器对TP的去除率呈现下降趋势，最终在第29d，当进水TP为8.80mg/L时，反应器出水的TP浓度达到9.80mg/L，整个系统出水TP浓度高于进水TP浓度；
2#反应器在前7d运行过程中，TP去除率逐渐上升，7d后去除率达到90.5%；在后续的7d～30d连续运行中TP去除效率基本稳定在82.1%～91.8%，保持了较高的除磷能力。生物膜污泥中结合态磷化氢含量高达3.1 mgPH3/KgWS。
实施例2，磷酸盐还原系统中同步脱氮除磷效能：成功构建磷酸盐生物还原系统后，2#反应器继续运行25d，其TP和TN监测结果显示系统具有较好的氮磷同步去除效果。具体运行参数与发明内容中相同。
除磷效能：2#反应器继续运行25d，TP去除率稳定在82.7%～91.6%。反应器在运行一个周期内，TP浓度呈现逐步下降的趋势，进水TP浓度为7.8 mg/L，反应结束后TP浓度降为0.9 mg/L。从开始反应至1 h，反应器对TP的去除速率为1.6 gP/(m3·h)，TP去除率达到69.2%；1 h～2 h去除速率为0.8 gP/(m3·h)，此后以0.03 gP/(m3·h)的速率缓慢下降。PO4 3-的浓度从反应开始至0.5h期间，由于基质中部分有机磷转化为无机磷有所上升；0.5 h～2.5 h期间磷酸盐（PO4 3-）的浓度逐步下降，至2.5h基质中有机磷基本转化完全；2.5h～12h期间PO4 3-去除规律与TP一致。生物膜污泥中结合态磷化氢含量为5.7 mgPH3/KgDS，
脱氮效能：2#反应器继续运行25d，TN去除率稳定在86.6%～92.2%。反应器在运行一个周期内，从反应开始至2 h，反应器对TN的去除速率为21.6 gN/(m3·h)，TN去除率达到68.1%；2h～12h期间TN浓度以1.1 gN/(m3·h)的速率下降，最终TN出水浓度为9.5 mg/L。NH4 +-N浓度呈现逐步下降的趋势，从反应开始至1 h，NH4 +-N浓度以25.7 gN/(m3·h)的速率下降至19.7 mg/L，1 h～2 h期间NH4 +-N去除速率下降至11.1 gN/(m3·h)，2 h至反应结束反应器出水NH4 +-N浓度降低至0.5 mg/L。NO3 --N浓度呈现先上升后下降的变化趋势，1h～3 h运行期间由于硝化反应反应器中NO3 --N浓度由4.1 mg/L逐渐上升至12.4 mg/L，此后至反应结束反应器内进行反硝化反应NO3 --N浓度逐渐下降至至9.0 mg/L。
Claims (5)
1.基于磷酸盐生物还原的同步除磷与脱氮系统的构建方法，其特征在于：
（1）磷酸盐还原系统的构建：反应器采用序批式生物膜反应器，内设生物膜载体填料，控制反应器液相中溶解氧DO浓度为4mg/l~5mg/l，使反应器内形成好氧、缺氧、厌氧共存的微环境；
（2）磷酸盐还原系统稳定性控制：接种城市污水处理厂脱水污泥10g/L，以高浓度生活污水为反应器的进水，通过进水中携带的磷酸盐生物还原菌种源，对反应器中磷酸盐还原微生物系统进行种群补充，以保持微生物系统的稳定性；
（3）反应器的运行工况为：进水0.5h、曝气11h、排水0.5h；反应器的运行参数为：水温为20 ℃~ 30℃，有机负荷为1kgCOD/m3·d ~2kgCOD/m3·d，反应器污泥龄长不外排污泥，碳磷比C/P大于60。
2.根据权利要求1所述的基于磷酸盐生物还原的同步除磷与脱氮系统的构建方法，其特征在于：反应器内需设置生物膜载体填料，并控制液相中DO，以构建出良好的微环境，使生物膜内形成好氧、缺氧、厌氧共存的微环境，使硝化、反硝化、磷酸盐生物还原过程得以同步进行。
3.根据权利要求1所述的基于磷酸盐生物还原的同步除磷与脱氮系统的构建方法，其特征在于：高浓度生活污水中微生物种类及数量多，其中含有与磷酸盐生物还原相关的微生物大肠杆菌、鸡沙门菌、亚利桑那沙门菌，以此为进水对反应器中磷酸盐生物还原系统进行种群补充，构建出稳定的生活污水磷酸盐生物还原系统，使磷酸盐转化为气态磷化物的过程得以顺利进行。
4.根据权利要求1所述的基于磷酸盐生物还原的同步除磷与脱氮系统的构建方法，其特征在于：磷酸盐生物还原系统污泥龄长不外排污泥，通过磷酸盐还原菌将磷酸盐以气态磷化物的形式去除，其较长的污泥龄为硝化菌的生长提供了有利条件，使整个系统具有较强的同步脱氮的能力。
5.根据权利要求1所述的基于磷酸盐生物还原的同步除磷与脱氮系统的构建方法，其特征在于：反应器运行参数的控制：水温为20 ℃~ 30℃，有机负荷为1.0kgCOD/m3·d，液相DO为4mg/l~5 mg/l。
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