CN104724828B - 一种对低碳氮比生活污水同步硝化反硝化耦合除磷方法 - Google Patents
一种对低碳氮比生活污水同步硝化反硝化耦合除磷方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种对低碳氮比生活污水同步脱氮除磷的方法：将待处理的生活污水通过接种好氧颗粒污泥，进行间歇曝气，所述间歇曝气包括第一阶段曝气、第二阶段曝气和第三阶段曝气，所述第一阶段曝气、第二阶段曝气、第三阶段曝气后的溶解氧浓度依次降低，每个阶段曝气的运行时间不少于7d；曝气完成后，将待处理的生活污水持续通过曝气后的污泥。在本发明中，好氧颗粒污泥的表面到内部存在溶解氧浓度梯度差，形成“好氧‑缺氧‑兼氧”区域微环境，为低碳氮比的生活污水同步脱氮除磷提供微观反应条件；而且本发明逐步降低曝气量，保证了亚硝化细菌微生物种群截留，短程同步硝化反硝化。本发明实现快速同步硝化反硝化耦合除磷，高效同步脱氮除磷。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种对低碳氮比生化污水的同步硝化反硝化耦合除磷方法。
背景技术
按污水来源分类，污水处理一般分为生产污水处理和生活污水处理。而生活污水就是日常生活产生的污水，是指各种形式的无机物和有机物的复杂混合物，包括漂浮和悬浮的大小固体颗粒、胶状和凝胶状扩散物、纯溶液。生活污水处理是采用物理的、化学的、生物的方法清除生活污水中含有的有机和无机杂质，使水质达到排放标准或重复使用要求的过程。
现有技术中，微生物脱氮技术相比于物理法、化学法具有一系列优点而被广泛应用。传统生物脱氮理论认为生物脱除氨氮需要经历两个阶段，即硝化反应和反硝化反应。硝化反应是指硝化菌(包括硝酸菌和亚硝酸菌)在有氧的条件下将氨氮转化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程，硝酸菌和亚硝酸菌都是自养型好氧微生物，以无机碳化合物为碳源，从氨氮或亚硝酸盐氮的氧化反应中获取能量。反硝化作用是指废水中的硝态氮和亚硝态氮在无氧或缺氧的条件下被反硝化菌还原为N2或其它气态氮物质的过程，反应过程中必须有有机物的参与。硝化和反硝化两个过程需要在两个隔离的反应器中进行，或在时间、空间上造成交替缺氧和好氧环境的同一个反应器中进行。因此，以传统硝化-反硝化为基础的生物脱氮工艺需设置多个反应器，如后置反硝化A/O、A2/O以及改进的UCT、JBH、AAA等。
随着人民饮食结构的调整，生活污水的指标也发生了变化，尤其是我国南方城市污水中有机物浓度一般偏低，COD平均不足200mg/L，SS平均110mg/L，而氮、磷的含量却相对较高，碳氮比通常在7以下，碳磷比则在6以下。传统生物脱氮工艺在处理低碳氮比废水时脱氮效率较低，且除磷效果不理想。
发明内容
本发明的目的在于一种对低碳氮比生活污水同步硝化反硝化耦合除磷方法，本发明提供的方法处理低碳氮比废水时，具有较高的脱氮效率，且可同步除磷。
本发明提供了一种对低碳氮比生活污水同步硝化反硝化耦合除磷的方法，包括以下步骤：
将待处理的生活污水通过接种好氧颗粒污泥，进行间歇曝气，所述间歇曝气包括第一阶段曝气、第二阶段曝气和第三阶段曝气，所述第一阶段曝气、第二阶段曝气、第三阶段曝气后的溶解氧浓度依次降低，每个阶段曝气的运行时间不少于7d；
所述曝气完成后，将待处理的生活污水持续通过曝气后的污泥，对生活污水进行处理。
优选的，所述接种好氧颗粒污泥的污泥浓度为3500mg/L～4200mg/L。
优选的，所述接种好氧颗粒污泥的直径为0.6mm～2.5mm。
优选的，所述接种好氧颗粒污泥的沉降速度为22m/h～43m/h。
优选的，所述接种好氧颗粒污泥的体积指数为30mL/g～40mg/L。
优选的，所述第一阶段曝气后解氧的浓度为1.5mg/L～2.0mg/L；
所述第二阶段曝气后溶解氧的浓度为1mg/L～1.5mg/L；
所述第三阶段曝气后溶解氧的浓度为0.5mg/L～1mg/L，
优选的，所述间歇曝气的每一阶段的时间为7d～8d。
优选的，所述间歇曝气的温度为25℃～35℃。
优选的，所述待处理的生活污水的碳氮比为3.0～6.0。
优选的，所述接种好氧颗粒污泥置于序列间歇式活性污泥反应器中；
所述序列间歇式活性污泥反应器每天循环2个周期，每个周期的时间为350min～500min；
每个周期包括进水、曝气、沉淀和排水；
所述进水的时间为3min～10min；
所述曝气的时间为310min～450min；
所述沉淀的时间为3min～20min；
所述排水的时间为3min～15min。
本发明提供了一种对低碳氮比生活污水同步硝化反硝化耦合除磷的方法，包括以下步骤：将待处理的生活污水通过接种好氧颗粒污泥，进行曝间歇气，所述间歇曝气包括第一阶段曝气、第二阶段曝气和第三阶段曝气，所述第一阶段曝气、第二阶段曝气、第三阶段曝气后的溶解氧浓度依次降低，每个阶段曝气运行的时间不少于7d；所述曝气完成后，将待处理的生活污水持续通过曝气后的污泥，对生活污水进行处理。本发明提供的方法通过接种好氧颗粒污泥，好氧颗粒污泥从表面到内部存在溶解氧浓度梯度差，形成“好氧-缺氧-兼氧”区域微环境，为同步脱氮除磷提供良好的微观反应条件；而且本发明提供的方法采用逐步降低曝气量的方式，有利于保证需氧量低的亚硝化细菌微生物种群在反应器内截留，有利于短程同步硝化反硝化现象的形成。本发明提供的方法快速实现同步硝化反硝化耦合除磷工艺，以增强低碳氮比生活污水的脱氮除磷效果，达到高效同步脱氮除磷。而且，本发明提供的方法耗时短、节能低耗，运行费用低，工艺技术简单，且能长期稳定运行。
本发明提供的方法在25d内可快速实现短程同步硝化反硝化耦合除磷，稳定运行阶段，硝酸盐的积累明显下降，亚硝酸盐的积累量也不高，其平均积累量都只有5mg/L左右；同时总氮平均去除率达到75％以上，出水总氮的平均浓度基本低于15mg/L，出水TP的含量基本上在0.5mg/L以下，平均去除率80％左右，出水可以达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)中的一级排放A类标准。
附图说明
图1为本发明实施例1接种得到的成熟好氧颗粒污泥的SEM图片；
图2为本发明实施例1得到的反应器运行过程中COD去除情况；
图3为本发明实施例1得到的反应器运行过程中氨氮去除情况；
图4为本发明实施例1得到的反应器运行过程中硝态氮和亚硝态氮的积累曲线；
图5为本发明实施例1得到的反应器运行过程中总氮的去除情况；
图6为本发明实施例1得到的反应器运行过程中总磷的去除情况。
具体实施方式
本发明提供了一种对低碳氮比生活污水同步硝化反硝化耦合除磷的方法，包括以下步骤：
将待处理的生活污水通过接种好氧颗粒污泥，进行间歇曝气，所述间歇曝气包括第一阶段曝气、第二阶段曝气和第三阶段曝气，所述第一阶段溶解氧的浓度为1.5mg/L～2.0mg/L，所述第二阶段溶解氧的浓度为1mg/L～1.5mg/L，所述第三阶段溶解氧的浓度为0.5mg/L～1mg/L，每个阶段曝气的运行时间不少于7d；
所述曝气完成后，将待处理的生活污水持续通过曝气后的污泥，对生活污水进行处理。
本发明提供的方法通过接种好氧颗粒污泥，好氧颗粒污泥从表面到内部存在溶解氧浓度梯度差，形成“好氧-缺氧-兼氧”区域微环境，为同步脱氮除磷提供良好的微观反应条件；而且本发明提供的方法采用逐步降低曝气量的方式，有利于保证需氧量低的亚硝化细菌微生物种群在反应器内截留，有利于短程同步硝化反硝化现象的形成。本发明提供的方法快速实现同步硝化反硝化耦合除磷工艺，以增强低碳氮比生活污水的脱氮除磷效果，达到高效同步脱氮除磷。而且，本发明提供的方法耗时短、节能低耗，运行费用低，工艺技术简单，且能长期稳定运行。
本发明将待处理的生活污水通过接种好氧颗粒污泥，进行曝气。在本发明中，所述好氧颗粒污泥的直径优选为0.6mm～2.5mm，更优选为1.0mm～2.0mm；所述好氧颗粒污泥的含水率优选为90％～99％，更优选为94％～98％，最优选为96.3％；所述好氧颗粒污泥的湿密度优选为0.8g/cm3～1.5g/cm3，更优选为0.9g/cm3～1.2g/cm3，最优选为1.052g/cm3；所述好氧颗粒污泥的沉降速度优选为22m/h～46m/h，更优选为25m/h～42m/h，最优选为30m/h～28m/h；所述好氧颗粒污泥的机械强度优选高于95％，更优选为96.8％～98％；所述好氧颗粒污泥的体积指数(SVI)优选为30mL/g～40mL/g，更优选为33mL/g～38mL/g。
本发明优选按照下述培养方法得到好氧颗粒污泥：
反应器内接种活性污泥；向反应器内序批式进水，进行污泥培养，得到好氧污泥颗粒。
本发明在反应器内进行污泥培养，以普通活性污泥为起始原料，培养得到好氧颗粒污泥。在本发明中，所述接种后反应器内活性污泥的污泥浓度(MLSS)优选为3200mg/L～4200mg/L，更优选为3500mg/L～4000mg/L。
接种活性污泥后，本发明向反应器内序批式进水，进行污泥培养。在本发明中，所述序批式进水的一个周期优选包括进水、曝气静止沉降和排水。在本发明中，污泥培养的前10天中，所述一个周期内进水的时间优选为5min，一个周期内所述曝气的时间优选为400min，一个周期内所述静止沉降的时间优选为20min，一个周期内所述排水的时间优选为5min；在所述污泥培养10天后的时间内，所述进水、曝气和排水的时间不变，所述一个周期内静止沉降的时间依次递减，优选为1min～10min，在本发明的实施例中，可具体为10min、5min、3min或1min。在本发明中，所述曝气的曝气量优选为250mL/min～350mL/min，更优选为280mL/min～320mL/min，最优选为300mL/min；
在本发明中，一天中优选运行2个周期的序批式进水过程进行活性污泥的培养，其余时间闲置。在本发明中，每个周期运行完成后，优选置换反应器容积的80％的污水。本发明为了加速颗粒化进程，优选在反应器内加入40mg/L～60mg/L的Ca2+，更优选为45mg/L～55mg/L；本发明对所述Ca2+的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的包括Ca2+的化合物配制得到，如可以采用本领域技术人员熟知的CaCl2进行配制。在本发明中，所述反应器在自然温度下运行，具体优选为15～30℃，更优选为20℃～25℃。
本发明培养得到的好氧颗粒污泥的颜色为棕黄色。
本发明优选在序列间歇式活性污泥(SBR)反应装置中进行生活污水的处理，所述SBR反应装置反应器的高径比优选为(2～4):1，更优选为3:1。本发明优选将所述好氧颗粒污泥接种于所述SBR反应装置的反应器中，所述好氧颗粒污泥在反应器中的体积比优选为30％～40％，更优选为33％～38％。在本发明中，接种后的污泥浓度优选为3500mg/L～4200mg/L，更优选为3600mg/L～4100mg/L，最优选为3800mg/L～4000mg/L。
在本发明中，所述间歇曝气包括第一曝气阶段、第二曝气阶段和第三曝气阶段，所述第一阶段曝气、第二阶段曝气、第三阶段曝气后的溶解氧浓度依次降低。本发明提供的方法逐步降低曝气量，进而逐步降低曝气后接种污泥中溶解氧的浓度，有利于保证需氧量低的亚消化细菌微生物种群的截留，有利于短程同步硝化反硝化现象的形成。
在本发明中，所述第一阶段曝气后溶解氧的浓度优选为1.5mg/L～2.0mg/L，更优选为1.6mg/L～1.8mg/L；所述第二阶段曝气后溶解氧的浓度优选为1.0mg/L～1.5mg/L，更优选为1.1mg/L～1.3mg/L；所述第二阶段曝气后溶解氧的浓度优选为0.5mg/L～1mg/L，更优选为0.6mg/L～0.8mg/L。
在本发明中，接种好氧颗粒污泥龄不小于15d，优选为15d～30d，更优选为20h～25d。在本发明中，所述每个阶段曝气的运行时间优选不少于7d，更优选为7d～8d。
在本发明中，所述曝气的过程优选间断进行，优选每天循环曝气两个周期，每个周期的时间优选为310min～450min，更优选为330min～420min，最优选为360min～400min。具体的，在本发明的实施例中，采用SBR反应装置对生活污水进行处理，优选先进行好氧颗粒污泥的接种和培养，再进行生活污水的处理；在本发明的好氧颗粒污泥培养阶段，所述SBR反应器优选每天循环2个周期，每个周期优选包括进水、曝气、沉淀和排水；在本发明中，每个周期的时间优选为350min～500min，更优选为360min～450min，最优选为375min～420min；所述进水的时间优选为3min～10min，更优选为5min～8min；所述曝气的时间优选为310min～450min，更优选为330min～420min，最优选为360min～400min；所述沉淀的时间优选为3min～20min，更优选为5min～15min；所述排水的时间优选为3min～15min，更优选为5min～10min。
在本发明中，所述曝气的温度优选为25℃～35℃，更优选为30℃。
在本发明中，所述待处理的生活污水的碳氮比优选为3.0～6.0，更优选为4.0～5.0。
完成所述间歇曝气过程后，好氧颗粒污泥完成培养，将待处理的生活污水持续通过曝气后的污泥，从而实现对生活污水的处理，除去其中的COD、氨氮、总氮和总磷。在本发明，对生活污水进行处理的过程中，优选重复进行上述间歇曝气过程。
本发明提供了一种对低碳氮比生活污水同步硝化反硝化耦合除磷的方法，包括以下步骤：将待处理的生活污水通过接种好氧颗粒污泥，进行间歇曝气，所述间歇曝气包括第一阶段曝气、第二阶段曝气和第三阶段曝气，所述第一阶段曝气、第二阶段曝气、第三阶段曝气后的溶解氧浓度依次降低，所述每个阶段曝气的运行时间不少于7d；所述曝气完成后，将待处理的生活污水持续通过曝气后的污泥，对生活污水进行处理。本发明提供的方法通过接种好氧颗粒污泥，好氧颗粒污泥从表面到内部存在溶解氧浓度梯度差，形成“好氧-缺氧-兼氧”区域微环境，为同步脱氮除磷提供良好的微观反应条件；而且本发明提供的方法采用逐步降低曝气量的方式，有利于保证需氧量低的亚硝化细菌微生物种群在反应器内截留，有利于短程同步硝化反硝化现象的形成。本发明提供的方法快速实现同步硝化反硝化耦合除磷工艺，以增强低碳氮比生活污水的脱氮除磷效果，达到高效同步脱氮除磷。
而且，本发明提供的方法耗时短、节能低耗，运行费用低，工艺技术简单，且能长期稳定运行。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的对生活污水的同步硝化反硝化耦合除磷的方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
在下述实施例中，人工模拟城市生活污水，葡萄糖和柠檬酸三钠为碳源，(NH4)2SO4为氮源，KH2PO4为磷源，FeCl3、CuCl2等提供微量元素，NaHCO3调节pH值至7.5～8.0。
实施例1
以SBR装置处理低碳氮比的生活污水，生活污水进水COD、氨氮和TP的平均浓度分别为235.05mg/L、58.10mg/L和3.10mg/L；平均进水碳氮比(COD/N)为3.9，pH值＝7.5，反应器为矩形，高20cm，长10cm，有效容积为1.5L；反应器上部和下部分别设置了排水口和取样口，在反应器内接种好氧颗粒污泥，直径为0.6mm～1.5mm，颜色为棕黄色，含水率为96.3％，湿密度为1.052g/cm3，沉降速度为22m/h～46m/h，机械强度为96.8％，采用空气压力机通过底部的沙盘曝气头进行曝气，反应温度为30℃左右。
好氧颗粒污泥的扫描电镜图片如图1所示，图1为本发明实施例1接种得到的成熟好氧颗粒污泥的SEM图片。
SBR反应器方式运行：每天循环两个周期，每个周期375min，进水10min，曝气360min，沉淀5min，排水5min，余下时间为闲置。每周期排水为有效容积的50％。反应器颗粒污泥浓度为3800mg/L左右，其SVI为38.34mL/g，逐步降低反应器内溶解氧(DO)浓度：1～8d的DO浓度为1.8mg/L、9d～16d的DO浓度为1.2mg/L、17d～25d的DO浓度为0.8mg/L，反应器在运行到第20d后明显出现短程同步硝化反硝化，同步除磷的效果。
反应器对生活污水的处理能力如图2～6所示，图2为本发明实施例1得到的反应器运行过程中COD去除情况，图3为本发明实施例1得到的反应器运行过程中氨氮去除情况，图4为本发明实施例1得到的反应器运行过程中硝态氮和亚硝态氮的积累曲线，图5为本发明实施例1得到的反应器运行过程中总氮的去除情况，图6为本发明实施例1得到的反应器运行过程中总磷的去除情况，由图2可以看出，在以后稳定运行的大约40d里，反应器出水COD浓度平均为33.87mg/L,计算得到COD的平均去除率为84.84％；
由图3可以看出，在稳定运行的大约40d里，反应器出水氨氮浓度平均为3.83mg/L，计算得到氨氮平均去除率为93.51％；
由图4可以看出，在稳定运行的大约40d里，反应器出水亚硝态氮的含量平均为4.01mg/L，出水硝态氮的积累仅为3.17mg/L；同步硝化反硝化速率平均为84.77％；
由图5可以看出，在稳定运行的大约40d里，反应器出水TN浓度平均为13.71mg/L，计算得到TN的平均去除率为77.06％；
由图6可以看出，进水TP平均为3.15mg/L，在稳定运行的大约40d里，出水TP浓度平均为0.45mg/L，计算得到反应器对TP的平均去除率为85.69％；
而且，由图2～6可以看出，在稳定运行期间(21d～60d)，反应器出水COD、TN、氨氮、TP均达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)中的一级排放A类标准。
实施例2
采用高径比为2.5:1的圆柱形SBR反应器，有效容积为1.0L。以人工模拟城市生活污水为反应器进水，进水污水指标COD、NH4 +-N和TP的平均浓度分别为290.35、65.4和3.6mg/L，平均进水碳氮比(COD/N)约为4.4，反应器内反应pH值约为7.35，反应温度平均为26℃。
SBR反应器方式运行过程：每天循环2个周期，每个周期总时长为405min，每个周期包括进水时间10min、曝气时间380min、沉淀时间10min和排水时间5min，余下时间为闲置。每周期置换污水体积为反应器有效容积的60％。反应器接种颗粒污泥浓度平均为3980mg/L，其SVI为39.26mL/g。反应器内溶解氧(DO)浓度在第1d～第7d阶段控制在2.0mg/L、在第8d～第15d阶段控制在1.3mg/L、在第16d～第26d阶段控制在0.75mg/L。
反应器在运行到第22d后明显出现明显短程同步硝化反硝化耦合除磷的现象，此时反应器出水COD浓度平均为35.83mg/L,平均去除率为87.66％；出水氨氮浓度平均为4.3mg/L，平均去除率为93.42％；出水亚硝态氮的含量平均为3.98mg/L，出水硝态氮的积累平均仅为3.74mg/L；同步硝化反硝化速率平均为88.20％；出水TN浓度平均为14.02mg/L，平均去除率为77.06％；进水TP平均为3.15mg/L，出水TP浓度平均为0.45mg/L,平均去除率为80.1％。
由以上实施例可以看出，本发明提供的方法通过接种好氧颗粒污泥，好氧颗粒污泥从表面到内部存在溶解氧浓度梯度差，形成“好氧-缺氧-兼氧”区域微环境，为同步脱氮除磷提供良好的微观反应条件；而且本发明提供的方法采用逐步降低曝气量的方式，有利于保证需氧量低的亚硝化细菌微生物种群在反应器内截留，有利于短程同步硝化反硝化现象的形成。本发明提供的方法快速实现同步硝化反硝化耦合除磷工艺，以增强低碳氮比生活污水的脱氮除磷效果，达到高效同步脱氮除磷。而且，本发明提供的方法耗时短、节能低耗，运行费用低，工艺技术简单，且能长期稳定运行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种对低碳氮比生活污水同步硝化反硝化耦合除磷的方法，包括以下步骤：
将待处理的生活污水通过接种好氧颗粒污泥，进行间歇曝气，所述间歇曝气包括第一阶段曝气、第二阶段曝气和第三阶段曝气，所述第一阶段曝气、第二阶段曝气、第三阶段曝气后的溶解氧浓度依次降低，每个阶段曝气的运行时间不少于7d；
所述曝气完成后，将待处理的生活污水持续通过曝气后的污泥，对生活污水进行处理；
所述接种好氧颗粒污泥置于序列间歇式活性污泥反应器中；
所述序列间歇式活性污泥反应器每天循环2个周期，每个周期的时间为350min～500min；
每个周期包括进水、曝气、沉淀和排水；
所述进水的时间为3min～10min；
所述曝气的时间为310min～450min；
所述沉淀的时间为3min～20min；
所述排水的时间为3min～15min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接种好氧颗粒污泥的污泥浓度为3500mg/L～4200mg/L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接种好氧颗粒污泥的直径为0.6mm～1.5mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接种好氧颗粒污泥的沉降速度为22m/h～43m/h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接种好氧颗粒污泥的体积指数为30mL/g～40mg/L。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阶段曝气后解氧的浓度为1.5mg/L～2.0mg/L；所述第二阶段曝气后溶解氧的浓度为1mg/L～1.5mg/L；所述第三阶段曝气后溶解氧的浓度为0.5mg/L～1mg/L。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述间歇曝气的每一阶段的时间为7d～8d。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述间歇曝气的温度为25℃～35℃。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待处理的生活污水的碳氮比为3.0～6.0。
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