CN107585858B - 一种以盐酸二甲双胍为解偶联剂的污泥减量系统及其应用 - Google Patents
一种以盐酸二甲双胍为解偶联剂的污泥减量系统及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种以盐酸二甲双胍为解偶联剂的污泥减量系统及其应用，该系统由盐酸二甲双胍存储装置和SBR反应器组成，盐酸二甲双胍存储装置通过加药泵与SBR反应器连通；SBR反应器底部设有曝气砂头，曝气砂头连接空压机。应用方法包括：将待处理污水引入至SBR反应器中，同时通过加药泵将盐酸二甲双胍存储装置中的盐酸二甲双胍溶液向SBR反应器中投放；当待处理污水注入量达到预定容积后，依次进行曝气反应、缺氧反应；静置反应液，污泥通过重力沉降实现固液分离，经过沉淀后的上清液作为处理水排放。本发明从根本上解决了传统解偶联剂处理后的出水水质差、污泥沉降性低的问题，而且避免了出水中存在的残留物危害人类健康的弊端。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种以盐酸二甲双胍为解偶联剂的污泥减量系统及其应用。
背景技术
近年来，我国的污水处理设施建设得到了显著加强，污水处理率也在逐年提高，污泥量同步显著增加。截至2015年底，我国运行生活污水处理厂近5000座，处理生活污水近3.50×108m3/d，年产生含水量80％的剩余污泥3500多万吨。目前，活性污泥法是世界上被广泛利用的污水处理技术之一，但该工艺的主要缺点是在运行过程中会产生大量剩余污泥，在处理过程中一般会有占处理污水体积的0.5％～1.0％的污泥产生，导致整个污水处理厂用于污泥处置的运行成本增加。如何减少污泥产生量和运行成本的污泥减量化技术研究已成为国内外关注的焦点。目前国内外存在的污泥减量技术主要为三类：生物捕食技术；强化微生物隐性生长技术；代谢解偶联技术。
微生物的代谢偶联是指微生物代谢过程中，分解代谢(氧化作用)和合成代谢(磷酸化作用)的偶联，其中分解代谢是底物脱氢或失电子的过程，而合成代谢是指二磷酸腺苷与磷酸合成三磷酸腺苷(ATP)的过程。在正常生理条件下分解代谢和合成代谢紧密地偶联，而合成ATP的决定因素是H+的跨膜梯度。化学解偶联剂可以消除细胞膜之间的质子梯度，从而抑制ATP的合成，使污泥微生物的分解代谢和合成代谢脱偶联，分解代谢远大于合成代谢，从而降低活性污泥产量。
尽管化学解偶联剂在污泥减量方面的效果明显，但是在实际应用上还存在一些不足。最主要问题是毒性问题，因为解偶联剂是环境异体物质，通常为难降解物质，为了避免污泥产生抗性也会选择较难降解的物质，所以在水中一定会有残留，会在动、植物以致人类体内积累，危害人类健康。因此需寻求高效安全的解偶联剂，或者一种类似解偶联剂的天然物。
众所周知，盐酸二甲双胍是AMPK的激活剂，通过部分抑制呼吸链上的复合物I(Complex1，C1)间接激活AMPK，因为此时电子传递受阻，氧化磷酸化无法进行，ATP合成减少，导致AMP/ATP升高。本发明首次将盐酸二甲双胍应用于SBR污水处理工艺，发现其表现出很好的污泥减量效果，大大降低了污水处理成本。并且对污水中的COD及N、P去除率相对较好。最重要的一点是二甲双胍起源一种叫做山羊豆的草本植物，作为糖尿病治疗的一线药物，它对人体的副作用可以降到最低。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种以盐酸二甲双胍为解偶联剂的污泥减量系统及其应用，在减少污泥产量、去除污水中COD及N、P的同时还可降低污水处理成本和减少对人体的损害。本发明的技术方案为：
第一个方面，本发明提供一种以盐酸二甲双胍为解偶联剂的污泥减量系统，由盐酸二甲双胍存储装置和SBR反应器组成，所述盐酸二甲双胍存储装置通过加药泵与所述SBR反应器连通；所述SBR反应器底部设有曝气砂头，所述曝气砂头连接空压机。
第二个方面，本发明提供上述污泥减量系统的应用方法，包括以下步骤：
(1)将待处理污水引入至SBR反应器中，同时通过加药泵将盐酸二甲双胍存储装置中的盐酸二甲双胍溶液向SBR反应器中投放；
(2)当待处理污水注入量达到预定容积后，依次进行曝气反应、缺氧反应；
(3)缺氧反应完成后静置反应液，污泥通过重力沉降实现固液分离，经过沉淀后的上清液作为处理水排放。
进一步地，所述盐酸二甲双胍溶液的浓度为10～80mg/L。
进一步地，所述盐酸二甲双胍溶液的用量以盐酸二甲双胍与待处理污水的重量体积比在8～160mg/L计。
进一步地，所述盐酸二甲双胍溶液的优选用量以盐酸二甲双胍与待处理污水的重量体积比在10～80mg/L计。
进一步地，所述曝气反应条件为：溶解氧浓度为4～6mg/L待处理污水，曝气时间为8～10h。
进一步地，所述缺氧反应条件为：反应时间为1～2h。
SBR反应器具有良好的污水处理效果，但在普通SBR工艺中所加入的传统解偶联剂降低线粒体内膜两侧的质子梯度，不能推动ATP合成酶合成ATP，从而将氧化和磷酸化解偶联，造成能量消散。因此用于细胞合成的能量减少，从而抑制了细胞合成，相应地就降低了污泥产量。而盐酸二甲双胍作为AMPK的激活剂，通过部分抑制呼吸链上的复合物间接激活(AMPK)，一旦激活会开启细胞内产生ATP的道路(分解代谢)，关闭细胞内消耗ATP的生物通路(合成代谢)。氧化磷酸化无法进行，ATP合成减少，导致AMP/ATP升高。ATP是细胞合成代谢的能量来源，ATP的减少使得污染物大部分氧化分解成CO2和水，而较少合成新的污泥。换言之，投加盐酸二甲双胍，在降低原有SBR系统的污泥产量的同时，也对系统污水处理效果的影响降到最低。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：本发明以盐酸二甲双胍代替传统解偶联剂，在抑制污泥产率的同时，对基质的去除效果影响不大。其次，加入盐酸二甲双胍后的污泥絮体较大，结构紧凑，活性较高，沉降性升高。这样不但从根本上解决了传统解偶联剂处理后的出水水质差、污泥沉降性低的问题，而且避免了出水中存在的残留物，会在动、植物以致人类体内积累，危害人类健康的弊端。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明具体实施例提供一种以盐酸二甲双胍为解偶联剂的污泥减量系统，由盐酸二甲双胍存储装置和SBR反应器组成，盐酸二甲双胍存储装置通过加药泵与SBR反应器连通；SBR反应器的有效容积为4L，该SBR反应器底部设有曝气砂头，曝气砂头连接空压机。
本发明具体实施例还提供上述污泥减量系统的应用方法，包括以下步骤：
(1)将待处理污水引入至SBR反应器中，同时通过加药泵将盐酸二甲双胍存储装置中的盐酸二甲双胍溶液向SBR反应器中投放，其中盐酸二甲双胍溶液的浓度为10～80mg/L；盐酸二甲双胍溶液的用量以盐酸二甲双胍与待处理污水的重量体积比在8～160mg/L计，优选在10～80mg/L；
(2)当待处理污水注入量达到预定容积后，依次进行曝气反应、缺氧反应，其中曝气反应条件为：溶解氧浓度为4～6mg/L待处理污水，曝气时间为8～10h；缺氧反应条件为：反应时间为1～2h；
(3)缺氧反应完成后静置反应液2～6h，污泥通过重力沉降实现固液分离，经过沉淀后的上清液作为处理水排放。
实施例1
本实施例通过上述污泥减量系统对沈阳市某污水处理厂的污水进行处理，包括以下步骤：
(1)将待处理污水引入至SBR反应器中，同时通过加药泵将盐酸二甲双胍存储装置中的盐酸二甲双胍溶液向SBR反应器中投放，其中盐酸二甲双胍溶液的浓度为10mg/L；该待处理污水的水质特征为：COD＝300mg/L；总磷含量(TP)＝2.3mg/L；总氮含量(TN)＝52.6mg/L；pH＝7.7；盐酸二甲双胍溶液的用量以盐酸二甲双胍与待处理污水的重量体积比在10mg/L计；
(2)当待处理污水注入量达到预定容积后，依次进行曝气反应、缺氧反应，其中曝气反应条件为：溶解氧浓度为5mg/L待处理污水，曝气时间为8h；缺氧反应条件为：反应时间为2h；
(3)缺氧反应完成后静置反应液2h，污泥通过重力沉降实现固液分离，经过沉淀后的上清液作为处理水排放。
本实施例对该污水处理厂的污水中COD去除率为92％，总氮去除率为93％，总磷去除率为96％，MLSS值为3880mg/L，Yobs值(mgMLSS/mgCOD)为0.22，SVI值为81.13mg/L。如表1所示。
实施例2
本实施例通过上述污泥减量系统对鞍山市某食品处理厂的污水进行处理，包括以下步骤：
(1)将待处理污水引入至SBR反应器中，同时通过加药泵将盐酸二甲双胍存储装置中的盐酸二甲双胍溶液向SBR反应器中投放，其中盐酸二甲双胍溶液的浓度为20mg/L；该待处理污水的水质特征为：COD＝200mg/L；总磷含量(TP)＝3.0mg/L；总氮含量(TN)＝50mg/L；pH＝7.3；盐酸二甲双胍溶液的用量以盐酸二甲双胍与待处理污水的重量体积比在20mg/L计；
(2)当待处理污水注入量达到预定容积后，依次进行曝气反应、缺氧反应，其中曝气反应条件为：溶解氧浓度为4mg/L待处理污水，曝气时间为9h；缺氧反应条件为：反应时间为2h；
(3)缺氧反应完成后静置反应液3h，污泥通过重力沉降实现固液分离，经过沉淀后的上清液作为处理水排放。
本实施例对该污水处理厂的污水中COD去除率为89％，总氮去除率为90％，总磷去除率为96％，MLSS值为3787mg/L，Yobs值(mgMLSS/mgCOD)为0.17，SVI值为78.99mg/L。如表1所示。
实施例3
本实施例通过上述污泥减量系统对沈阳市某化工处理厂的污水进行处理，包括以下步骤：
(1)将待处理污水引入至SBR反应器中，同时通过加药泵将盐酸二甲双胍存储装置中的盐酸二甲双胍溶液向SBR反应器中投放，其中盐酸二甲双胍溶液的浓度为40mg/L；该待处理污水的水质特征为：COD＝300mg/L；总磷含量(TP)＝4.5mg/L；总氮含量(TN)＝63.5mg/L；pH＝7.1；盐酸二甲双胍溶液的用量以盐酸二甲双胍与待处理污水的重量体积比在40mg/L计；
(2)当待处理污水注入量达到预定容积后，依次进行曝气反应、缺氧反应，其中曝气反应条件为：溶解氧浓度为5mg/L待处理污水，曝气时间为10h；缺氧反应条件为：反应时间为2h；
(3)缺氧反应完成后静置反应液4h，污泥通过重力沉降实现固液分离，经过沉淀后的上清液作为处理水排放。
本实施例对该污水处理厂的污水中COD去除率为85％，总氮去除率为90％，总磷去除率为97％，MLSS值为3279mg/L，Yobs值(mgMLSS/mgCOD)为0.13，SVI值为78.71mg/L。如表1所示。
实施例4
本实施例通过上述污泥减量系统对沈阳市某污水处理厂的污水进行处理，包括以下步骤：
(1)将待处理污水引入至SBR反应器中，同时通过加药泵将盐酸二甲双胍存储装置中的盐酸二甲双胍溶液向SBR反应器中投放，其中盐酸二甲双胍溶液的浓度为60mg/L；该待处理污水的水质特征为：COD＝400mg/L；总磷含量(TP)＝2.5mg/L；总氮含量(TN)＝50mg/L；pH＝6.8；盐酸二甲双胍溶液的用量以盐酸二甲双胍与待处理污水的重量体积比在60mg/L计；
(2)当待处理污水注入量达到预定容积后，依次进行曝气反应、缺氧反应，其中曝气反应条件为：溶解氧浓度为6mg/L待处理污水，曝气时间为9h；缺氧反应条件为：反应时间为2h；
(3)缺氧反应完成后静置反应液5h，污泥通过重力沉降实现固液分离，经过沉淀后的上清液作为处理水排放。
本实施例对该污水处理厂的污水中COD去除率为80％，总氮去除率为87％，总磷去除率为95％，MLSS值为3506mg/L，Yobs值(mgMLSS/mgCOD)为0.15，SVI值为82.59mg/L。如表1所示。
实施例5
本实施例通过上述污泥减量系统对沈阳市某污水处理厂的污水进行处理，包括以下步骤：
(1)将待处理污水引入至SBR反应器中，同时通过加药泵将盐酸二甲双胍存储装置中的盐酸二甲双胍溶液向SBR反应器中投放，其中盐酸二甲双胍溶液的浓度为80mg/L；该待处理污水的水质特征为：COD＝400mg/L；总磷含量(TP)＝8.0mg/L；总氮含量(TN)＝70.0mg/L；pH＝7.3；盐酸二甲双胍溶液的用量以盐酸二甲双胍与待处理污水的重量体积比在80mg/L计；
(2)当待处理污水注入量达到预定容积后，依次进行曝气反应、缺氧反应，其中曝气反应条件为：溶解氧浓度为4mg/L待处理污水，曝气时间为10h；缺氧反应条件为：反应时间为1.5h；
(3)缺氧反应完成后静置反应液6h，污泥通过重力沉降实现固液分离，经过沉淀后的上清液作为处理水排放。
本实施例对该污水处理厂的污水中COD去除率为77％，总氮去除率为86％，总磷去除率为95％，MLSS值为3728mg/L，Yobs值(mgMLSS/mgCOD)为0.16，SVI值为83.84mg/L。如表1所示。
对比例1
采用传统SBR方法，其中解偶联剂TCP-三氯苯酚，对实施例1中同一污水进行处理，过程如下：
(1)将待处理污水引入至SBR反应器中，同时在SBR反应器中投放TCP-三氯苯酚，其中该解偶联剂的浓度为4mg/L；
(2)当待处理污水注入量达到预定容积后，依次进行曝气反应、缺氧反应，其中曝气反应条件为：溶解氧浓度为7mg/L待处理污水，曝气时间为15h；缺氧反应条件为：反应时间为2h；
(3)缺氧反应完成后静置反应液2h，污泥通过重力沉降实现固液分离，经过沉淀后的上清液作为处理水排放。处理结果为：COD去除率为80.87％，总氮去除率为85％，总磷去除率为86.5％，MLSS值为3696mg/L，Yobs值(mgMLSS/mgCOD)为0.182，SVI值为89.28mg/L。如表1所示。
表1采用本实施例方法和采用传统SBR方法进行污水处理的结果对比
由上表所示的结果可以看出，在活性污泥法处理污水的过程中采用盐酸二甲双胍，对降低系统中剩余污泥产量的效果非常有效。随着二甲双胍浓度的增加，系统COD、总氮的去除率有小幅度下降，对总磷的去除率几乎没影响。此外系统污泥的SVI值略受到了影响，但SVI值没有超过110，不会影响污泥的松散程度和凝聚沉淀性能，污泥沉降性能良好，没有出现污泥膨胀问题泥正常。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种以盐酸二甲双胍为解偶联剂的污泥减量系统的应用方法，其特征在于，所述污泥减量系统由盐酸二甲双胍存储装置和SBR反应器组成，所述盐酸二甲双胍存储装置通过加药泵与所述SBR反应器连通，所述SBR反应器底部设有曝气砂头，所述曝气砂头连接空压机，所述应用方法包括以下步骤：
(1)将待处理污水引入至SBR反应器中，同时通过加药泵将盐酸二甲双胍存储装置中的盐酸二甲双胍溶液向SBR反应器中投放；
(2)当待处理污水注入量达到预定容积后，依次进行曝气反应、缺氧反应；
(3)缺氧反应完成后静置反应液，污泥通过重力沉降实现固液分离，经过沉淀后的上清液作为处理水排放。
2. 根据权利要求1所述的一种以盐酸二甲双胍为解偶联剂的污泥减量系统的应用方法，其特征在于，所述盐酸二甲双胍溶液的浓度为10~ 80mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种以盐酸二甲双胍为解偶联剂的污泥减量系统的应用方法，其特征在于，所述盐酸二甲双胍溶液的用量以盐酸二甲双胍与待处理污水的重量体积比在8~160mg/L计。
4.根据权利要求1所述的一种以盐酸二甲双胍为解偶联剂的污泥减量系统的应用方法，其特征在于，所述盐酸二甲双胍溶液的优选用量以盐酸二甲双胍与待处理污水的重量体积比在10~80mg/L计。
5.根据权利要求1所述的一种以盐酸二甲双胍为解偶联剂的污泥减量系统的应用方法，其特征在于，所述曝气反应条件为：溶解氧浓度为4~6mg/L待处理污水，曝气时间为8~10h。
6.根据权利要求1所述的一种以盐酸二甲双胍为解偶联剂的污泥减量系统的应用方法，所述缺氧反应条件为：反应时间为1~2h。
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