CN105016470B - 剩余污泥厌氧发酵混合物实现低c/n、c/p城市生活污水深度脱氮除磷的方法 - Google Patents

剩余污泥厌氧发酵混合物实现低c/n、c/p城市生活污水深度脱氮除磷的方法 Download PDF

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本发明公开了剩余污泥厌氧发酵混合物实现低C/N、C/P城市生活污水深度脱氮除磷的方法，属于污泥生化处理及城市污水处理领域。本发明将剩余污泥厌氧发酵的混合物(WAS‑FM)泵入处理低C/N、C/P生活污水的序批式反应器SBR，通过聚磷菌厌氧释磷、聚磷菌吸磷、硝化菌硝化，反硝化细菌进行反硝化以及同步硝化反硝化、反硝化吸磷作用，最终达到生活污水深度脱氮除磷的目的。该发明利用剩余污泥厌氧发酵混合物既实现了低C/N、低C/P生活污水深度脱氮除磷，同时又省略了传统利用剩余污泥厌氧发酵物，将污泥、发酵液分离的过程。具有节约碳源，脱氮除磷效率高、降低运行成本的优点。

Description

剩余污泥厌氧发酵混合物实现低C/N、C/P城市生活污水深度 脱氮除磷的方法
技术领域
本发明公开了剩余污泥厌氧发酵混合物实现低C/N、C/P城市生活污水深度脱氮除磷的方法，属于污泥生化处理及城市污水处理领域。
背景技术
城市生活污水中含有较高浓度的氮磷，如果污水未经处理直接排放，必然会引起水体的富营养化。氮磷的去除大多是通过生物作用去除——其中氮的去除首先被自养硝化细菌转化成氧化态氮NOx -，接着在异养反硝化细菌的作用下，利用溶解性COD提供的电子，被转化生成氮气(N2)；磷的去除包括厌氧释磷和好氧吸磷两个阶段：在厌氧阶段，聚磷菌利用优质碳源短链脂肪酸——SCFAs大量释磷，在好氧阶段，聚磷菌超其生理需要的吸收磷。无论脱氮还是除磷，可碳源含量的多少是能否高效去除污水中氮和磷的关键。然而我国城市污水普遍存在溶解性COD含量不足，难以为生物脱氮除磷提供所需碳源的情况。城市污水处理厂通过添加化学药剂(如，乙酸钠、葡萄糖)提高碳源，以达到良好的出水效果，但是添加药剂的费用较高。
为了降低此费用，研究者便通过开发污水处理厂系统内的碳源——剩余污泥厌氧发酵，满足生物脱氮除磷的需要。污泥厌氧发酵产生的短链脂肪酸(SCFAs)，是生物脱氮除磷过程中易于利用的碳源。而pH是影响污泥发酵的重要因素之一，研究发现碱性条件下剩余污泥厌氧发酵会产生大量的SCFAs，并且生物利用开发出的剩余污泥内碳源，能很好的脱氮除磷。但是这个过程中会将发酵液和污泥分离，只选择利用发酵液。EPS是决定活性污泥絮体物化性质和生物性质的关键物质。直接影响着污泥的吸附性能、絮凝性能、沉降性能及脱水性能等。污泥进行厌氧发酵时，EPS分解以及细胞的细胞壁破坏，导致污泥粘性增大，难于自然沉淀分离，要想分离，需采用离心机分离，如此一来运行费用成本增加。
剩余污泥厌氧发酵混合物实现低C/N、C/P城市生活污水深度脱氮除磷的方法，具有如下优点：1)省略了传统利用剩余污泥厌氧发酵物将污泥、发酵液分离的过程；2)为低C/N、C/P城市生活污水提供碳源，不但降低了外加药剂的费用，还提高了脱氮除磷的效率，同时也处理了剩余污泥发酵混合物中的氮磷；3)碱性发酵混合物的投加给硝化过程提供了碱度；4)剩余污泥发酵混合物在处理低C/N、C/P城市生活污水的序批式反应器SBR中可进一步减量。
发明内容
本发明将剩余污泥厌氧发酵的混合物泵入处理低C/N、C/P生活污水的序批式反应器SBR中，聚磷菌利用WAS-FM和生活污水中的丰富碳源进行大量释磷；接下来通过同步硝化反硝化作用、聚磷菌吸磷以及反硝化吸磷的作用，最终达到生活污水深度脱氮除磷。
本发明通过以下技术方案来实现：
剩余污泥厌氧发酵混合物实现低C/N、C/P城市生活污水深度脱氮除磷的方法，应用如下装置，该装置包括剩余污泥通过第一泵蠕动泵(1)泵入剩余污泥发酵罐(2)，剩余污泥发酵罐(2)内安装第一搅拌器(3)、温度控制装置(4)、第一pH控制器(5)；剩余污泥发酵罐(2)与发酵混合物储存罐(8)连接，发酵混合物储存罐(8)通过第二蠕动泵(9)与序批式反应器SBR(12)连接；污水水箱(10)通过第三蠕动泵(11)与序批式反应器SBR(12)连接。序批式反应器SBR(12)中安装第二搅拌器(13)、溶解氧控制器(14)和第二pH控制器(15)；序批式反应器SBR(12)中的曝气头与空压机(16)连接，序批式反应器SBR(12)与污泥储存罐(17)连接；另外，设置与计算机(6)相连的过程控制器(7)，用以控制第一蠕动泵(1)、第二蠕动泵(9)、第三蠕动泵(11)、第一搅拌器(3)、第二搅拌器(13)、温度控制器(4)、第一pH控制器(5)、第二pH控制器(15)、溶解氧控制器(14)和空压机(16)；
剩余污泥厌氧发酵混合物实现低C/N、C/P城市生活污水深度脱氮除磷的方法，其特征在于包括以下步骤：
剩余污泥发酵罐为半连续反应器(半连续指反应器一直在运行，只是每天仅在特定的时间加入污泥而非一直投加)，污泥停留时间SRT在6～20天，控制pH在9～10。根据SRT每天排放剩余污泥发酵混合物(FM)至发酵混合物储存罐(8)，并加入等体积的新鲜剩余污泥至剩余污泥发酵罐。
序批式反应器SBR(12)每周期依次经历进水和污泥发酵混合物、厌氧搅拌、曝气、缺氧搅拌、曝气、缺氧搅拌、曝气、沉淀排水8个过程，污泥龄在6～10d；
I进水、发酵混合物设定进水量为反应器有效体积的1/4～1/2，进发酵混合物量为进水体积的1/50～1/10，两者均通过时控开关控制；
II厌氧搅拌设定搅拌时间为1～3小时，聚磷菌利用FM和生活污水中的丰富碳源进行大量释磷；
III曝气通过实时控制装置维持溶解氧DO在0.5～1.5mg/L，并监测pH，设定曝气时间在1-2h且氨谷点出现前(氨谷点是指pH值先下降后上升的拐点)，NH4 +-N在低氧条件下部分转化为氧化态氮NOx -，并伴有反硝化作用，聚磷菌吸入部分PO4 3--P；
IV缺氧搅拌设定搅拌时间1～2h，反硝化聚磷菌利用氧化态氮NOx -为电子受体进行反硝化吸磷，同时反硝化菌利用水解酸化菌发酵产生的碳源进行反硝化；
V曝气初始溶解氧DO在2～3mg/L，当dpH/dt≥0时停止曝气。硝化细菌将第III阶段未硝化的、以及水解酸化菌发酵产生的NH4 +-N进一步硝化，同时聚磷菌充分吸磷；
VI缺氧搅拌设定搅拌时间1～2h，反硝化菌利用水解酸化菌发酵产生的碳源进行反硝化；
VII曝气设定曝气时间0.2～0.5h，溶解氧DO在2～3mg/L，将第VI阶段中水解酸化菌发酵产生的NH4 +-N进一步去除，同时排放污泥，由于此污泥富含磷，可用来进一步厌氧发酵以回收磷；
VIII沉淀排水设定沉淀时间1～2h,泥水分离之后排水，排水比为1/4～1/2。
与传统的利用剩余污泥内碳源，将污泥、发酵液分离的方法相比，该发明具有如下优点：
1)省略了传统利用剩余污泥厌氧发酵物将污泥、发酵液分离的过程，降低运行成本，操作简单化；
2)剩余污泥发酵混合物中含有水解发酵产酸菌，在缺氧阶段反硝化细菌可以利用这些菌水解酸化作用产生碳源进行反硝化去除氮。
3)剩余污泥发酵混合物在处理低C/N、C/P城市生活污水的序批式反应器SBR中可进一步减量。
附图说明：
图1为本发明装置的结构示意图
图中：1——第一蠕动泵；2——剩余污泥发酵罐；3——第一搅拌器；4——温度控制器；5——第一pH控制器；6——计算机；7——过程控制器；8——发酵混合物储存罐；9——第二蠕动泵；10——污水水箱；11——第三蠕动泵；12——序批式反应器；13——第二搅拌器；14——溶解氧控制器；15——第二pH控制器；16——空压机；17——污泥储存罐
图2为序批式反应器SBR的运行方式。
具体实施方式
结合附图和实例对本申请专利进一步说明：如图1所示，本发明包括剩余污泥发酵罐、污泥发酵混合物储存罐、污水水箱、序批式反应器SBR。四个装置的有效体积分别是5L、3L、30L、10L，其中剩余污泥发酵罐、污泥发酵混合物储存罐和序批式反应器SBR由有机玻璃制成；污水水箱由有机塑料制成。
其装置包括剩余污泥通过第一泵蠕动泵(1)泵入剩余污泥发酵罐(2)，剩余污泥发酵罐(2)内安装第一搅拌器(3)、温度控制装置(4)、第一pH控制器(5)；剩余污泥发酵罐(2)与发酵混合物储存罐(8)连接，发酵混合物储存罐(8)通过第二蠕动泵(9)与序批式反应器SBR(12)连接；污水水箱(10)通过第三蠕动泵(11)与序批式反应器SBR(12)连接。序批式反应器SBR(12)中安装第二搅拌器(13)、溶解氧控制器(14)和第二pH控制器(15)；序批式反应器SBR(12)中的曝气头与空压机(16)连接，序批式反应器SBR(12)与污泥储存罐(17)连接；另外，设置与计算机(6)相连的过程控制器(7)，用以控制第一蠕动泵(1)、第二蠕动泵(9)、第三蠕动泵(11)、第一搅拌器(3)、第二搅拌器(13)、温度控制器(4)、第一pH控制器(5)、第二pH控制器(15)、溶解氧控制器(14)和空压机(16)；
具体实例中使用的城市生活污水取自北京市某家属区的化粪池，其中化学需氧量COD在120～180mg/L，NH4 +-N的浓度在45～60mg/L，PO4 3--P的浓度在5.0～7.5mg/L，其C/N在2～4，C/P<40，自身碳源无法满足深度脱氮除磷的目的。
具体实施过程如下：
剩余污泥发酵罐为半连续反应器，污泥浓度MLSS在7500～8000mg/L，污泥停留时间SRT在6天，控制pH在10±0.2，温度在30±2℃。根据SRT每天排放833mL剩余污泥发酵混合物(FM)至发酵混合物储存罐(8)，并加入833mL的新鲜剩余污泥至剩余污泥发酵罐。污泥发酵混合物中的主要指标如下：SCOD为3380±420mg/L，SCFAs为1221±40mg COD/L，NH4 +-N为198±20mg/L，PO4 3--P为95±10mg/L。
序批式反应器SBR(12)每周期依次经历进水和污泥发酵混合物、厌氧搅拌、曝气、缺氧搅拌、曝气、缺氧搅拌、曝气、沉淀排水8个过程，如图2。污泥龄在8d；
I进水、发酵混合物进水量为反应器有效体积的1/2，即5L。进发酵混合物量为进水体积的3/50，两者均通过时控开关控制。
II厌氧搅拌设定搅拌时间为3h，聚磷菌利用FM和生活污水中的丰富碳源进行大量释磷；
III曝气通过实时控制装置维持溶解氧DO在0.5～1.5mg/L，并监测pH，设定曝气时间在2h(氨谷点出现前)，NH4 +-N在低氧条件下部分转化为氧化态氮NOx -，并伴有反硝化作用，聚磷菌吸入部分PO4 3--P；
IV缺氧搅拌设定搅拌时间2h，反硝化聚磷菌利用氧化态氮NOx -为电子受体进行反硝化吸磷，同时反硝化菌利用水解酸化菌发酵产生的碳源进行反硝化；
V曝气初始溶解氧DO在2～3mg/L，当dpH/dt≥0时停止曝气。硝化细菌将第III阶段未硝化的、以及水解酸化菌发酵产生的NH4 +-N进一步硝化，同时聚磷菌充分吸磷；
VI缺氧搅拌设定搅拌时间2h，反硝化菌利用水解酸化菌发酵产生的碳源进行反硝化；
VII曝气设定曝气时间0.25h，溶解氧DO在2～3mg/L，将第VI阶段中水解酸化菌发酵产生的NH4 +-N进一步去除，同时排放污泥，由于此污泥富含磷，可用来进一步厌氧发酵以回收磷；
VIII沉淀排水设定沉淀时间2h,泥水分离之后排水，排水比为1/2。
实验结果表明：投加剩余污泥发酵混合物，可实现低C/N、C/P城市生活污水深度脱氮除磷，同时剩余污泥发酵混合物得到处理。出水中COD浓度为35～52mg/L，NH4 +-N浓度为0.2～2.5mg/L，TN去除率为80～85％；PO4 3--P浓度为0.1～0.7mg/L，去除率为90％～97％。

Claims (1)

1.剩余污泥厌氧发酵混合物实现低C/N、C/P城市生活污水深度脱氮除磷的方法，应用如下装置，该装置包括剩余污泥通过第一蠕动泵(1)泵入剩余污泥发酵罐(2)，剩余污泥发酵罐(2)内安装第一搅拌器(3)、温度控制装置(4)、第一pH控制器(5)；剩余污泥发酵罐(2)与发酵混合物储存罐(8)连接，发酵混合物储存罐(8)通过第二蠕动泵(9)与序批式反应器SBR(12)连接；污水水箱(10)通过第三蠕动泵(11)与序批式反应器SBR(12)连接；序批式反应器SBR(12)中安装第二搅拌器(13)、溶解氧控制器(14)和第二pH控制器(15)；序批式反应器SBR(12)中的曝气头与空压机(16)连接，序批式反应器SBR(12)与污泥储存罐(17)连接；另外，设置与计算机(6)相连的过程控制器(7)，用以控制第一蠕动泵(1)、第二蠕动泵(9)、第三蠕动泵(11)、第一搅拌器(3)、第二搅拌器(13)、温度控制装置(4)、第一pH控制器(5)、第二pH控制器(15)、溶解氧控制器(14)和空压机(16)；
其特征在于包括以下步骤：
剩余污泥发酵罐为半连续反应器，污泥停留时间SRT在6～20天，控制pH在9～10；根据SRT每天排放剩余污泥发酵混合物至发酵混合物储存罐(8)并加入等体积新鲜剩余污泥至剩余污泥发酵罐；
序批式反应器SBR每周期依次经历进水和污泥发酵混合物、厌氧搅拌、曝气、缺氧搅拌、曝气、缺氧搅拌、曝气、沉淀排水8个过程，污泥龄在6～10d；
I进水、发酵混合物设定进水量为反应器有效体积的1/4～1/2，进发酵混合物量为进水体积的1/50～1/10，两者均通过时控开关控制；
II厌氧搅拌设定搅拌时间为1～3小时；
III曝气通过实时控制装置维持溶解氧DO在0.5～1.5mg/L，设定曝气时间在1-2h；
IV缺氧搅拌设定搅拌时间1～2h；
V曝气初始溶解氧DO在2～3mg/L，当dpH/dt≥0时停止曝气；
VI缺氧搅拌设定搅拌时间1～2h；
VII曝气设定曝气时间0.2～0.5h，溶解氧DO在2～3mg/L；
VIII沉淀排水设定沉淀时间1～2h,泥水分离之后排水，排水比为1/4～1/2。
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