CN104609660B

CN104609660B - 一种高效节能降耗及资源回收的污水处理方法

Info

Publication number: CN104609660B
Application number: CN201510018939.5A
Authority: CN
Inventors: 戴晓虎; 李宁; 刘文静; 戴翎翎; 董滨
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2015-01-15
Filing date: 2015-01-15
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2035-01-15
Also published as: CN104609660A

Abstract

本发明涉及一种高效节能降耗及资源回收的污水处理方法，进水污水与回流污泥在活性污泥吸附池内充分混合，将污水中大部分碳源、少部分氮源转移到回流污泥中，出水进入沉淀池进行固液分离，排出澄清水和剩余污泥，剩余污泥经高效厌氧消化反应器得到氢气或沼气，以及消化污泥，所述消化污泥经脱水后产生的沼液采用MAP送入带沉淀区的流化床反应器，经MAP方法得到的剩余部分沼液和沉淀池排出的澄清水分别进入厌氧铵氧化脱氮氧化系统进行脱氮；或者：沉淀池排出的澄清水和沼液合并，利用优势藻类、固氮菌进行脱氮处理；所述优势藻类选用小球藻；最终出水。可以实现污水中碳、氮、磷元素的综合利用，具有能源外输，磷素回收、氮素转化耗能低或氮素回收，大大缩短反应时间等优点。

Description

一种高效节能降耗及资源回收的污水处理方法

技术领域

本发明涉及污水脱氮除磷领域，是一种主要基于微生物富集、高级厌氧消化（主要指高含固厌氧消化，TS>10%）、磷酸铵镁（MAP）沉淀和厌氧铵氧化或固氮作用联用的高效节能降耗及资源回收的污水处理方法。

背景技术

水资源危机已成为21世纪人类面临的最大挑战之一，我国现有的污水处理厂主要针对有机碳类污染物，对于其中的氮、磷元素去除效果较差，而氮、磷又是导致水体富营养化的主要营养物质。

现有生物脱氮除磷工艺都是采用的微生物混合培养，污泥中同时存在自养的铵氧化细菌、兼性异养细菌和聚磷细菌等不同功能的微生物种群。各微生物种群最适条件各异，故无法实现脱氮与除磷的同时最大化。尤其是硝化菌具有不需有机碳源、生长速率低、世代期长和难富集的特性，常常造成系统硝化效果不稳定、出水水质波动大等问题，且较多的流程中包含多重的污泥和混合液回流，增加了系统的复杂性，提高了基建和运行费用。而通过聚糖和聚磷微生物的富集作用将污水中的碳、磷最大化转入污泥，实现碳、磷与氮的较大程度分离后进行污泥的厌氧消化和氮的单独处理技术不仅能达到污染控制的目的，而且能从厌氧消化过程中回收生物质能和肥料。其在污染物控制、能源回收和环境保护上具有突出的优势，符合可持续发展的路线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效节能降耗及资源回收的污水处理方法，以改善传统脱氮除磷工艺存在的弊病，达到污染控制和资源回收的双重目的。

为了实现本发明的技术目的，采用如下技术方案：一种基于应用聚糖和聚磷微生物的富集作用将污水中的碳、磷最大化转入污泥，实现碳、磷与氮的较大程度固液分离后进行污泥的高级厌氧消化以回收生物质能源（沼气或氢）和磷肥以及运用厌氧铵氧化或者优势藻、固氮菌脱氮作用的能耗脱氮或回收氮的工艺。

本发明提出的高效节能降耗及资源回收的污水处理方法，具体步骤如下：

（1）进水污水与回流污泥在活性污泥吸附池内充分混合，通过活性污泥的吸附和富集，将污水中大部分碳源、少部分氮源转移到活性污泥中，控制活性污泥吸附池内污泥浓度为3000mg/L，活性污泥吸附池内水力停留时间为35min，SRT为0.75天；

（2）步骤（1）中出水进入沉淀池进行固液分离，控制水力停留时间为2h，排出澄清水和剩余污泥，其余活性污泥以50%~100%比例回流至活性污泥吸附池内；

（3）步骤（2）得到的剩余污泥经高效厌氧消化反应器得到氢气或沼气，以及消化污泥，所述氢气或沼气用于发电机发电，控制高效厌氧消化反应器TS>15%，温度35℃，SRT为20天；所述消化污泥经脱水后，产生的沼渣后续进行最终处置，产生的沼液送入带沉淀区的流化床反应器，通过添加浓度为60%Mg(OH)₂泥浆得到磷肥，其中Mg(OH)₂泥浆添加量依据沼液中镁、磷物质的量比值为1.2算得，控制pH值为7.5~9.0，沼液水力停留时间为1h；

（4）步骤（3）得到的沼液进入第一厌氧铵氧化脱氮氧化系统进行脱氮，步骤（2）中沉淀池排出的澄清水进入第二厌氧铵氧化脱氮氧化系统进行脱氮；第一厌氧铵氧化脱氮氧化系统和第二厌氧铵氧化脱氮氧化系统均采用SHARON—ANAMMOX组合工艺，控制水力停留时间和SRT均为1天，pH值为7.0—8.5，温度为30℃～37℃；所述ANAMMOX工艺采用的是颗粒污泥SBR反应器，沼液的厌氧铵氧化起到了沼液脱氮与为沉淀池排出的澄清水的处理培养、富集微生物的双重作用；

或者：步骤（2）中沉淀池排出的澄清水和步骤（3）得到的沼液合并，利用优势藻类、固氮菌进行脱氮处理；所述优热藻类选用小球藻(Chlorellavulgaris)；首先利用不同浓度的沼液驯化小球藻(Chlorellavulgaris)得到耐高浓度沼液的优势藻株，然后通过获得的优势藻株以接种比为20%的接种量进行接种。控制温度为27±1℃，可处理的氨氮浓度小于750mg/L；

（5）经步骤（4）处理后得到最终出水。

本发明具有如下优点：

1、分离的脱氮和除磷系统克服了传统脱氮除磷工艺中的泥龄矛盾。本工艺将除磷所需的聚磷菌与脱氮所需的厌氧氨氧化菌或固氮菌分别置于两个独立的系统中。短泥龄的聚磷菌处于悬浮态的活性污泥系统中，便于排放。长泥龄的厌氧氨氧化菌处于固着态的生物系统中，防止流失。这样就很好地解决了传统工艺中除磷和硝化的泥龄矛盾。

2、目前大部分传统的脱氮除磷工艺一般在前端设置厌氧释磷，此过程中大量的易降解碳源被耗用，由此会导致后续反硝化过程因缺少碳源而难以达到高效运行。二沉池污泥厌氧消化污泥系统中也存在碳氮比例过小的碳氮比失调的现象。本工艺系统运用活性污泥的吸附和富集将大部分碳源、少部分氮源转移到污泥中，极大改善了高级厌氧消化系统中一般碰到的碳源相对不足和游离氨的抑制问题。

3、利用高级厌氧消化回收生物质能，使能源外输成为可能。本工艺将碳源最大化转入污泥中，后利用污泥厌氧消化产甲烷或产氢回收生物质能，较之传统的脱氮除磷工艺，不仅规避了传统脱氮除磷反硝化碳源不足问题，还能回收能源。

4、本工艺采用厌氧氨氧化或固氮菌、优势藻固氮菌进行脱氮。上述所用微生物均为自养型或混合营养型微生物，使得脱氮过程中所需的碳源量大大减少，使生物质能的回收成为可能。并且通过厌氧氨氧化实现脱氮的工艺比传统工艺实现相同的转化所需能耗低，此外若通过固氮菌或优势藻作用进行脱氮还能实现氮源的回收。

5、与传统艺相比，此系统能大大缩短反应时间，反应时间为原来的1/3~1/4。传统脱氮除磷工艺多采用硝化反硝化工艺脱氮，反硝化菌世代时间长，故为保证脱氮效率需较长的SRT，此系统采用的脱氮方式规避了此限速因素。

附图说明

图1和图2分别为本发明的工艺示意图。

图中标号：1活性污泥吸附池，2沉淀池，3高效厌氧消化反应器，4脱水，5MAP，6第一厌氧铵氧化系统，7优势藻类、固氮菌固氮，8为发电机，9第二厌氧铵氧铵氧化系统。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明，但本发明的保护范围不限于所述内容。

实施例1：

采用一套小试试验装置，在连续运行模式下，污水进入活性污泥吸附池1，完成吸附反应后进入沉淀池2，实现泥水分离。上清液流入下一个处理单元，污泥大部分回流。少部分排出系统。活性污泥吸附池1污泥浓度保持在3000mg/L左右。吸附池水力停留时间为35min，SRT为0.75天，沉淀池2水力停留时间为2h。剩余污泥进入6.0L高效厌氧消化反应器中产甲烷。在高效厌氧消化反应器启动阶段，加入接种泥后，每天向高效厌氧消化反应器进一定体积的脱水污泥，并逐步提高有机负荷，当高效厌氧消化反应器运行稳定后投入使用，通过流量计测定产气量。将消化液脱水，固液分离后，液体用于MAP的结晶回收。沉淀池2出水进入厌氧氨氧化系统进行氮元素的脱除。

当吸附时间选定为35min，连续运行模式下，活性污泥对污水中COD去除率为60%左右，对氮的吸附效果较差，平均去除率仅10%左右，而对磷的吸附效果较好，进水总磷浓度较大，且逐渐提高时，表现出出水稳定性好，变化不大，平均去除率为75%左右。较大程度上实现了碳、磷与氮的分离。

沼液，送入带沉淀区的流化床反应器，加入浓度为60%的Mg(OH)₂泥浆，其中Mg(OH)₂泥浆添加量依据沼液中镁、磷物质的量比值为1.2算得。在进水PO₄ ^3-浓度61mg/L、pH调节8.5左右条件下，PO^3- ₄去除率达94%，水力停留时间只需1h。对沉淀所作的分析发现，沉淀中的镉、铅、汞含量远低于法定标准，P、Mg、N之比例分别为12.4%、9.1%和39%，符合化肥标准。

小球藻按20%接种量接种到500mLBG11培养基的锥形瓶中。然后在(27±1)℃、4000～4500lx连续光照，转速为160r/min条件下摇床培养7～10天，为后期实验提供种子培养液。下一阶段开始对小球藻的驯化，驯化过程中取对数期的种子培养液按20%的接种量接种到25%+75%BG11培养基中对其进行驯化，然后待其生长至对数期再接种到50%+50%BG11培养基，直至接种到完全沼液培养基中。驯化条件与种子培养液培养条件相同。将驯化后的优势小球藻按20%的量接种到含有5L沼液的培养瓶中进行曝气培养。在进水氨氮浓度为280mg-N/L的条件下，在接种的第2天氨氮质量浓度即开始下降，到第10天氨氮质量浓度下降至14.66mg/L。脱氮率达到94.76%。

Claims

1.一种节能降耗及资源回收的污水处理方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）进水污水与回流污泥在活性污泥吸附池内充分混合，通过活性污泥的吸附和富集，将污水中大部分碳源、少部分氮源转移到回流污泥中，控制活性污泥吸附池内污泥浓度为3000mg/L，活性污泥吸附池内水力停留时间为35min，SRT为0.75天；

（3）步骤（2）得到的剩余污泥经厌氧消化反应器得到氢气或沼气，以及消化污泥，所述氢气或沼气用于发电机发电，控制厌氧消化反应器TS>15%，温度35℃，SRT为20天；所述消化污泥经脱水后，产生的沼渣后续进行最终处置，产生的沼液送入带沉淀区的流化床反应器，通过添加浓度为60%Mg(OH)₂泥浆得到磷肥，其中Mg(OH)₂泥浆添加量依据沼液中镁、磷物质的量比值为1.2算得，控制pH值为7.5~9.0，沼液水力停留时间为1h；

（4）步骤（3）得到的沼液进入第一厌氧氨氧化脱氮氧化系统进行脱氮，步骤（2）中沉淀池排出的澄清水进入第二厌氧氨氧化脱氮氧化系统进行脱氮；第一厌氧氨氧化脱氮氧化系统和第二厌氧氨氧化脱氮氧化系统均采用SHARON—ANAMMOX组合工艺，控制水力停留时间和SRT均为1天，pH值为7.0—8.5，温度为30℃～37℃；所述SHARON—ANAMMOX工艺采用的是颗粒污泥SBR反应器，沼液的厌氧氨氧化起到了沼液脱氮与为沉淀池排出的澄清水的处理培养、富集微生物的双重作用；

或者：步骤（2）中沉淀池排出的澄清水和步骤（3）得到的沼液合并，利用优势藻类、固氮菌进行脱氮处理；所述优势藻类选用小球藻；首先利用不同浓度的沼液驯化小球藻得到耐高浓度沼液的优势藻株，然后通过获得的优势藻株以接种比为20%的接种量进行接种；控制温度为27±1℃，可处理的氨氮浓度小于750mg/L；

（5）经步骤（4）处理后得到最终出水。