CN102557351A - 一种强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合的方法 - Google Patents

Abstract

一种强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合的方法，它涉及一种污水中脱氮除磷及污泥减量的方法。它解决活性污泥法污水生物处理剩余污泥量大，脱氮除磷效果差的问题。强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合的方法按以下步骤实施：将待处理水打入分级曝气反应器进行污水处理，出水，即完成强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合。本发明适用于污水处理领域。

Description

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一种强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种污水中脱氮除磷及污泥减量的方法。背景技术

[0002] 传统活性污泥法污水生物处理是世界上应用最广泛的污水处理技术，绝大多数污水处理厂用活性污泥法及其发展的工艺来处理污水，其处理原理是利用微生物的新陈代谢功能，使废水中呈溶解和胶体状态的有机物被降解并转化为无害的物质，使废水得以净化。由于活性污泥法基建费用相对少、工艺成熟、运行经验丰富，因此被广泛应用于城市污水处理厂。活性污泥法是以活性污泥为主体的废水处理技术，通过曝气供氧，使活性污泥吸附并降解废水中的有机污染物。但是这种生物处理技术也有其自身的缺点；随着城市生活污水处理量和处理率的增加，污泥产量也将急速增加。处理污水后产生的剩余污泥主要是微生物胶团与污水中有机、无机性悬浮杂质、胶体物质所构成的絮状体，呈凝聚状态，剩余污泥通常含有大量的有毒有害物质，如病原体、细菌菌体、有机残片、重金属以及未稳定化的有机无机颗粒等对环境有害的物质，如果不加以妥善处理与处置，将会对环境造成直接或潜在的污染；而且如果处置不当会引起环境的二次污染。然而由于经济、环境和法规等因素，剩余污泥的处理和处置已成为污水处理厂新的挑战，将成为环境领域的一大难题。

[0003] 由于剩余污泥主要是由原污泥降解废水中的有机物而增殖所产生的，大部分的活性污泥是由微生物菌体构成的。所以活性污泥法污水生物处理将产生大量的剩余污泥。而剩余污泥的处理处置需要耗费大量资金。根据统计，污泥管理和处理污泥的费用占据了污水处理厂总投资的50 %〜60 %。因此很多企业为了降低生产成本，宁可接受处罚也不愿进行污染治理，普遍存在偷排乱排的现象，造成了企业周边环境的恶化。活性污泥法的另外一个缺点，脱氮除磷效果不佳，同样也严重制约了活性污泥法的推广

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了解决活性污泥法污水生物处理剩余污泥量大，脱氮除磷效果差的问题，而提供的一种强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合的方法。

[0005] 本发明强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合的方法按以下步骤实施：

[0006] 将待处理水打入分级曝气反应器进行污水处理，出水，即完成强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合；其中，分级曝气反应器按水流方向分为厌氧池、微氧池和好氧池，分级曝气反应器产生的污泥排入二沉池进行泥水分离，然后将泥水分离后的污泥泵入微氧曝气池并停留5〜12h，而后将经微氧曝气处理的污泥再回流到分级曝气反应器的厌氧池中；

[0007] 分级曝气反应器微氧池中溶解氧浓度为0. 1〜lmg/L，好氧池中溶解氧浓度为2〜6mg/L ；微氧曝气池中溶解氧浓度为0. 01〜0. 5mg/L，微氧曝气池中污泥浓度为9000〜11000mg/L，且微氧曝气池中设置搅拌装置。

[0008] 解偶联——在氧化磷酸化的偶联中，如加入使偶联消除的物质，则氧化仍能进行

3而不能生成ATP的过程。本发明正是利用了能量解偶联技术的原理来限制合成代谢的能量供应受，从而降低污泥的产率。

[0009] 本发明采用空间分隔的工艺实现了好氧、厌氧以及兼性微生物的共存，从而引起不同微生物种群之间的协同作用，沿污水流动方向形成厌氧、微氧、好氧循环联合的过程，大大提高了脱氮除磷效果。

[0010] 本发明方法可在传统活性污泥工艺的基础上进行升级改造，具有投资少、污染小、费用低，易于管理与施工的优点；并且可从源头上控制污泥的产量，因此本发明方法便于实际应用。同时本发明方法可以改善污泥的沉降性能，适合工业污水和城镇生活污水处理厂应用。

[0011] 在本发明方法中分级曝气反应器中沿着污水的流动方向分为厌氧池、微氧池和好氧池，在不同的区域中根据是生存环境，生长着不同的微生物，从而最大程度上实现微生物不同代谢功能的分区。同时，微氧曝气池中的污泥回流，可有效地增加分级曝气反应器微生物的多样性，从而增加了微生物的种群，使硝化、脱氮和磷的去除在整个的反应过程中得以实现，达到良好的生物脱氮除磷的效果。

[0012] 本发明方法中首次将微氧条件引入到污泥减量领域。微氧条件具有污泥产量低、可降解难降解有机物及微生物代谢途径特异等优势，逐渐应用于污水处理的各个领域。实验证明添加微氧曝气池可有效降低剩余污泥产量并且提高整个反应系统污水处理效果。将分级曝气反应器与微氧曝气池相结合，可以使污泥在好氧营养与微氧饥饿的条件下循环，产生能量解偶联代谢，从而使污泥产量降低。同时污泥在微氧饥饿的条件下停留一段时间之后，部分污泥可能发生水解、衰减等现象，容易被液化或分解为低分子有机物，产生的溶解性COD作为分级曝气反应器中易于被生物降解的碳源物质回流至分级曝气反应器内，从而使微生物代谢所需的碳源得到补充，更好地实现脱氮除磷的效果。因此，微氧曝气池的结合不仅可以控制剩余污泥产量，同时可提高污染物质的去除能力，大大提高污水脱氮除磷的效果。

附图说明

[0013] 图1为实施例1微氧曝气池中溶解氧浓度为0. 01〜0. lmg/L，在微氧曝气池中停留不同时间情况下，微氧曝气池中污泥上清液的葡萄糖含量、溶解性化学需氧量、总有机碳和蛋白质含量统计结果图，图1中“ ”表示葡萄糖含量，图1中“■”表示溶解性化学需氧量，图1中“ □”表示总有机碳含量，图1中“ ”表示蛋白质含量。

[0014] 图2为实施例1微氧曝气池中溶解氧浓度为0. 11〜0. 5mg/L，在微氧曝气池中停留不同时间情况下，微氧曝气池中污泥上清液的葡萄糖含量、溶解性化学需氧量、总有机碳和蛋白质含量统计结果图，图2中“ ”表示葡萄糖含量，图2中“■”表示溶解性化学需氧量，图2中“□”表示总有机碳含量，图2中“ ”表示蛋白质含量。

[0015] 图3为实施例2微氧曝气池初始污泥浓度和微氧曝气池停留时间对污泥减量的影响3D结果图。

[0016] 图4为实施例2微氧曝气池初始污泥浓度和微氧曝气池停留时间对污泥减量的影响2D结果图。

[0017] 图5为实施例2微氧曝气池初始污泥浓度和处理水水温对污泥减量的影响3D结果图。

[0018] 图6为实施例2微氧曝气池初始污泥浓度和处理水水温对污泥减量的影响2D结果图。

具体实施方式

[0019] 本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

[0020] 具体实施方式一：本实施方式强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合的方法按以下步骤实施：

[0021] 将待处理水打入分级曝气反应器进行污水处理，出水，即完成强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合；其中，分级曝气反应器按水流方向分为厌氧池、微氧池和好氧池，分级曝气反应器产生的污泥排入二沉池进行泥水分离，然后将泥水分离后的污泥泵入微氧曝气池并停留5〜12h，而后将经微氧曝气处理的污泥再回流到分级曝气反应器的厌氧池中；

[0022] 分级曝气反应器微氧池中溶解氧浓度为0. 1〜lmg/L，好氧池中溶解氧浓度为2〜6mg/L ；微氧曝气池中溶解氧浓度为0. 01〜0. 5mg/L，微氧曝气池中污泥浓度为9000〜11000mg/L，且微氧曝气池中设置搅拌装置。

[0023] 本实施方式中泥水分离后的污泥泵入微氧曝气池并停留5〜12h，可以使体系中污泥溶解氧状态均勻。

[0024] 由微氧曝气池处理过的污泥中带入了部分溶解性COD作为碳源，并随待处理水共同进行厌氧、微氧、好氧曝气反应，循序进行，使污泥的好氧/微氧偶联在一起，利用污泥解偶联代谢、污泥水解以及衰减等机理对污泥进行减量化，减少污泥产率。

[0025] 本实施方式分级曝气反应器中微生物种群结构的多样化。微氧曝气池具有较高的微生物浓度，并且在微氧环境中可积累大量好氧型、厌氧型及兼氧型微生物。在整个反应体系中（从微氧曝气池到分级曝气反应器），污泥以及溶解氧的浓度是在不断地变化的，这一变化可导致生物相的改变，形成环境和微生物的高度多样性的复合生态系统。因此在整个反应系统中，多样性的微生物构成了多个营养级，由此更好的适应因污水的负荷变动所带来的冲击。

[0026] 具体实施方式二 ：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：分级曝气反应器分为5个池，1个池为厌氧池，1个池为微氧池，3个池为好氧池。其它步骤及参数与实施方式一相同。

[0027] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：于厌氧池中设置搅拌混合装置。其它步骤及参数与实施方式一或二相同。

[0028] 本实施方式厌氧池中泥水得到充分混合，但不进行曝气。

[0029] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一、二或三的不同点是：分级曝气反应器中污泥浓度为3000〜5000mg/L。其它步骤及参数与实施方式一、二或三相同。

[0030] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二、三或四的不同点是：分级曝气反应器中微氧池和好氧池都采用底部曝气，并设有搅拌装置。其它步骤及参数与实施方式一、二、三或四相同。[0031] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一的不同点是：待处理水在分级曝气反应器厌氧池水力停留1.他。其它步骤及参数与实施方式至五之一相同。

[0032] 实施例1 ：

[0033] 强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合的方法按以下步骤实施：

[0034] 将待处理水打入分级曝气反应器进行污水处理，出水，即完成强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合；其中，分级曝气反应器按水流方向分为厌氧池、微氧池和好氧池，分级曝气反应器产生的污泥排入二沉池进行泥水分离，然后将泥水分离后的污泥泵入微氧曝气池并停留，而后将经微氧曝气处理的污泥再回流到分级曝气反应器的厌氧池中；

[0035] 分级曝气反应器微氧池中溶解氧浓度为0. 1〜lmg/L，好氧池中溶解氧浓度为2〜6mg/L ；微氧曝气池中溶解氧浓度为0. 01〜0. 5mg/L，微氧曝气池中污泥浓度为10000士45，且微氧曝气池中设置搅拌装置；

[0036] 分级曝气反应器中污泥浓度为4000mg/L，待处理水水温为25°C。

[0037] 图1为实施例1微氧曝气池中溶解氧浓度为0. 01〜0. lmg/L,在微氧曝气池中停留不同时间情况下，微氧曝气池中污泥上清液的葡萄糖含量、溶解性化学需氧量、总有机碳和蛋白质含量统计结果图。

[0038] 图2为实施例1微氧曝气池中溶解氧浓度为0. 11〜0. 5mg/L,在微氧曝气池中停留不同时间情况下，微氧曝气池中污泥上清液的葡萄糖含量、溶解性化学需氧量、总有机碳和蛋白质含量统计结果图。

[0039] 实验结果说明污泥停留时间为9h时可以达到最佳的污泥减量的效果。

[0040] 实施例2 ：

[0041] 强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合的方法按以下步骤实施：

[0042] 将待处理水打入分级曝气反应器进行污水处理，出水，即完成强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合；其中，分级曝气反应器按水流方向分为厌氧池、微氧池和好氧池，分级曝气反应器产生的污泥排入二沉池进行泥水分离，然后将泥水分离后的污泥泵入微氧曝气池并停留，而后将经微氧曝气处理的污泥再回流到分级曝气反应器的厌氧池中；

[0043] 分级曝气反应器微氧池中溶解氧浓度为0. 1〜lmg/L，好氧池中溶解氧浓度为2〜6mg/L ；微氧曝气池中溶解氧浓度为0. 01〜0. 5mg/L，且微氧曝气池中设置搅拌装置。

[0044] 利用单因素实验得到的最佳控制条件，应用响应曲面方法设计17组实验（设计水平如下①-③所示），实验设计水平如下：

[0045] ①微氧曝气池污泥浓度为9000士45mg/L，微氧曝气池停留时间为7. 5h，待处理水水温为20°C ；

[0046] ②微氧曝气池污泥浓度为10000士50mg/L，微氧曝气池停留时间为9h，待处理水水温为25 °C ；

[0047] ③微氧曝气池污泥浓度为11000士55mg/L，微氧曝气池停留时间为10.紐，待处理水水温为30°C。

[0048] 通过序批实验以及响应曲面分析，微氧曝气池最佳的处理参数：微氧曝气池污泥浓度为10021 士50mg/L，微氧曝气池停留时间为9. lh，待处理水水温为^°C。

[0049] 微氧曝气池初始污泥浓度和微氧曝气池停留时间对污泥减量的影响3D结果如图3所示。[0050] 微氧曝气池初始污泥浓度和微氧曝气池停留时间对污泥减量的影响2D结果如图4所示。

[0051] 微氧曝气池初始污泥浓度和处理水水温对污泥减量的影响3D结果如图5所示。

[0052] 微氧曝气池初始污泥浓度和处理水水温对污泥减量的影响2D结果如图6所示。

Claims (6)

1. 一种强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合的方法，其特征在于强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合的方法按以下步骤实施：将待处理水打入分级曝气反应器进行污水处理，出水，即完成强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合；其中，分级曝气反应器按水流方向分为厌氧池、微氧池和好氧池，分级曝气反应器产生的污泥排入二沉池进行泥水分离，然后将泥水分离后的污泥泵入微氧曝气池并停留5〜12h，而后将经微氧曝气处理的污泥再回流到分级曝气反应器的厌氧池中；分级曝气反应器微氧池中溶解氧浓度为0. 1〜lmg/L，好氧池中溶解氧浓度为2〜6mg/L ；微氧曝气池中溶解氧浓度为0.01〜0. 5mg/L，微氧曝气池中污泥浓度为9000〜11000mg/L，且微氧曝气池中设置搅拌装置。

2.根据权利要求1所述的一种强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合的方法，其特征在于分级曝气反应器分为5个池，1个池为厌氧池，1个池为微氧池，3个池为好氧池。

3.根据权利要求2所述的一种强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合的方法，其特征在于厌氧池中设置搅拌混合装置。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合的方法，其特征在于分级曝气反应器中污泥浓度为3000〜5000mg/L。

5.根据权利要求4所述的一种强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合的方法，其特征在于分级曝气反应器中微氧池和好氧池都采用底部曝气，并设有搅拌装置。

6.根据权利要求5所述的一种强化污水中脱氮除磷及污泥过程减量耦合的方法，其特征在于待处理水在分级曝气反应器厌氧池水力停留1.他。