CN115745178A - 一种复合颗粒污泥系统实现同步好氧缺氧脱氮除磷的方法 - Google Patents

Abstract

一种复合颗粒污泥系统实现同步好氧缺氧脱氮除磷的方法属于污水生物处理领域。通过投加颗粒活性炭，在厌氧/好氧/缺氧的运行模式下可快速在颗粒活性炭上富集自养菌(硝化菌和厌氧氨氧化菌)及异养菌(聚磷菌、聚糖菌)，形成复合颗粒污泥。该方法利用颗粒活性炭较大的比表面积和发达的孔隙结构，有效持留功能菌群。颗粒活性炭创造的微氧环境，使系统在3‑6mg/L的溶解氧条件下维持稳定的短程硝化耦合厌氧氨氧化反应，并在缺氧区发生内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应。与此同时，系统利用聚磷菌的代谢特性可进行生物除磷，实现生活污水同步脱氮除磷。本发明投加颗粒活性炭快速形成的复合颗粒污泥不易裂解且具有实现同步好氧缺氧脱氮除磷的性能。

Description

一种复合颗粒污泥系统实现同步好氧缺氧脱氮除磷的方法

技术领域

本发明污水生物处理技术领域，涉及到一种投加颗粒活性炭快速获得复合颗粒污泥，从而实现实际生活污水同步脱氮除磷的方法。

背景技术

水中氮素含量太多会造成水体富营养化，进而造成一系列的严重后果。随着水体富营养化问题的日益严峻，世界各国颁布了更加严格的氮排放标准。厌氧氨氧化工艺作为一种污水处理新技术近年来备受关注。厌氧氨氧化工艺不仅有高效节能的特点，而且厌氧氨氧化细菌因不利条件而休眠后，在适宜条件下，可以重新激活。因此，该工艺还是一种可持续的污水处理方法。

对于厌氧氨氧化工艺存在的两大问题，目前主要通过结合短程硝化或短程反硝化工艺为厌氧氨氧化提供稳定的亚硝来源，通过投加空白填料或培养颗粒污泥的手段来持留生物量。在处理实际污水的过程中，由于城市生活污水低C/N且波动较大，短程硝化很难稳定维持且运行过程中需要多种参数同时调控，操作较复杂。而短程反硝化的进行则需要投加大量外碳源，造成运行成本升高。

聚糖菌具有在厌氧条件下将外碳源储存为内碳源，在缺氧条件下利用内碳源进行反硝化的代谢特性，既能为系统稳定提供亚硝，又能充分利用原水碳源。有研究表明，厌氧氨氧化污泥的颗粒化在生物量持留方面是有效的，但是SBR中传统的颗粒污泥通常以自身为核心，在运行过程中常会因为颗粒过大或细胞衰亡而发生裂解。因此为了避免这种现象，采用投加惰性物质——颗粒活性炭代替颗粒污泥的核心。颗粒活性炭具有较大的比表面积，因此可以有效持留生物，加之活性炭发达的孔隙结构能创造微氧环境，因而为好氧曝气条件下短程硝化耦合厌氧氨氧化的实现提供可能。

系统运行过程中，在厌氧段，聚糖菌将原水中的有机物转化为内碳源PHAs，聚磷菌在储存内碳源的同时进行磷的释放，在好氧段，絮体污泥中的聚磷菌进行吸磷作用，由于颗粒活性炭创造的微氧环境，原水中的部分氨氮被氧化为亚硝态氮，氨氮与亚硝态氮发生厌氧氨氧化反应，且剩余氨氮和厌氧氨氧化产物硝氮进入缺氧段；在缺氧段，剩余氨氮与亚硝态氮继续发生厌氧氨氧化反应进行脱氮，且聚糖菌将硝态氮还原为亚硝态氮或氮气，聚磷菌进行反硝化吸磷。在此过程中，充分利用了原水中的碳源，两步厌氧氨氧化自养脱氮更加经济有效，自养菌与异养菌的协同作用为实现实际生活污水同步脱氮除磷提供可能，且以颗粒活性炭为内核的颗粒与以污泥自身为核心的颗粒相比结构更加紧实，不易裂解。

发明内容

本发明的目的是通过投加颗粒活性炭快速获得复合颗粒污泥实现好氧缺氧条件下氮素去除与同步除磷。通过在混合污泥中投加颗粒活性炭，在厌氧/好氧/缺氧运行模式下，快速获得复合颗粒污泥。在以活性炭为核心的复合颗粒污泥中，自养菌(硝化菌和厌氧氨氧化菌)与异养菌(聚磷菌、聚糖菌)多种菌群的协同作用，使得实际生活污水同步脱氮除磷成为可能。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：一种复合颗粒污泥系统实现同步好氧缺氧脱氮除磷的方法，其特征在于：

所用装置包括实际城市污水进水水箱(1)、SBR反应器(2)、出水水箱(3)；所述实际城市污水进水水箱(1)为密闭箱体Ⅰ；所述SBR反应器(2)设有搅拌装置(2.2)、空气压缩机(2.3)、气体流量计(2.4)、曝气盘(2.5)、DO/pH在线测定仪(2.6)、排水口Ⅰ(2.7)、排水口Ⅱ(2.8)、排水阀(2.9)、排水口Ⅲ(2.10)、溢流管(2.11)；所述出水水箱(3)为密闭箱体Ⅱ；

所述实际城市污水进水水箱(1)通过进水蠕动泵(2.1)与SBR反应器(2)相连接；SBR反应器(2)通过排水口Ⅰ(2.7)与出水水箱(3)相连接；

具体启动与调控步骤如下：

1)系统启动阶段：

SBR反应器(2)接种污泥为处理实际生活污水的短程硝化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化悬浮污泥，接种后反应器内污泥浓度MLSS＝3000-4000mg/L，SBR反应器在温度25±1℃，进水pH为7.5±0.1，DO＝3-6mg/L的条件下运行。实际生活污水主要参数浓度：化学需氧量200±50mg/L、氨氮60±15mg/L、亚硝0.1±0.2mg/L、硝氮0.2±0.4mg/L。

2)颗粒化阶段：

在污泥接种后向SBR反应器中投加4g/L的颗粒活性炭，加入实际生活污水以厌氧/好氧/缺氧(120min-90min-360min)的运行模式运行。厌氧搅拌120min，好氧曝气90min，通过气体流量计(2.4)控制溶解氧DO＝3-6mg/L，缺氧搅拌360min。通过机械搅拌和曝气充氧使得颗粒活性炭与活性污泥充分混合成聚集体。每个周期结束后沉淀然后排水。控制絮体污泥污泥龄SRT＝20-25d。

3)运行阶段：

厌氧/好氧/缺氧运行：实际城市污水进水水箱(1)中的污水通过进水蠕动泵(2.1)进入SBR反应器(2)中，厌氧搅拌120min，在此阶段，聚糖菌将原水中的有机物转化为内碳源PHAs，聚磷菌在储存内碳源的同时进行磷的释放；SBR反应器(2)中好氧曝气90-120min，通过气体流量计(2.4)调整曝气量，控制DO浓度保持在3-6mg/L，在好氧段，絮体污泥中的聚磷菌进行吸磷作用，在颗粒活性炭创造的微氧环境中，原水中的部分氨氮被氧化为亚硝态氮，氨氮与亚硝态氮发生厌氧氨氧化反应，且剩余氨氮和厌氧氨氧化产物硝氮进入缺氧段；接着进行缺氧搅拌240-480min，在缺氧段，聚糖菌将硝态氮还原为亚硝态氮，剩余氨氮与亚硝态氮发生厌氧氨氧化反应进行脱氮，聚磷菌继续进行反硝化吸磷；然后沉淀排水20-40min，排水时间10min，排水比为50％。系统运行过程中控制絮体污泥污泥龄SRT＝20-25d。

本发明专利具有以下优势：

1)通过投加具有较大比表面积的颗粒活性炭，能够快速获得复合颗粒，流程简单、操作方便。

2)颗粒活性炭创造的微氧环境使得系统不用复杂的操作即能实现短程硝化，即使短程硝化偶然破坏，生成的硝氮也会在聚糖菌的作用下被反硝化，系统从而得到缓冲。

3)由于颗粒的特殊结构，有效持留富集自养菌(硝化菌和厌氧氨氧化菌)与异养菌(聚磷菌、聚糖菌)，为同步脱氮除磷提供生物基础。

4)好氧段与缺氧段均能发生厌氧氨氧化反应进行自养脱氮，不仅减少了外碳源的投加，降低运行费用，而且提高了实际生活污水高效脱氮的可行性。

5)以颗粒活性炭为内核的复合颗粒不易裂解，结构紧实。

综上所述，利用本发明快速获得复合颗粒污泥来处理C/N波动较大的实际生活污水，具有操作简单，处理效果稳定，运行费用低，实现同步高效脱氮除磷等优点。

附图说明

图1是一种复合颗粒污泥系统实现同步好氧缺氧脱氮除磷的方法。

图2为污染物去除图示。

图1中：1——实际污水进水水箱、2——SBR反应器、3——出水水箱；2.1——进水蠕动泵、2.2——搅拌装置、2.3——空气压缩机、2.4——气体流量计、2.5——曝气盘、2.6——DO/pH在线测定仪、2.7——排水口Ⅰ、2.8——排水口Ⅱ、2.9——排水阀、2.10——排水口Ⅲ、2.11——溢流口。

图2中：GAC——颗粒活性炭、AOB——氨氧化菌、NOB——亚硝酸盐氧化菌、GAOs——聚糖菌、PAOs——聚磷菌、Anammox——厌氧氨氧化菌

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方案：

如图1所示，一种复合颗粒污泥系统实现同步好氧缺氧脱氮除磷的方法，所用装置包括实际污水进水水箱(1)、SBR反应器(2)、出水水箱(3)；其特征在于城市污水原水水箱(1)通过进水蠕动泵(2.1)与SBR反应器(2)相连接；SBR反应器(2)通过排水口Ⅰ(2.7)与出水水箱(3)相连接；

实验采用北京工业大学家属区生活污水作为原水，相关水质特征为：化学需氧量200±50mg/L、氨氮60±15mg/L、亚硝0.1±0.2mg/L、硝氮0.2±0.4mg/L。实验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，SBR反应器总体积12L，其中有效体积为10L。

具体运行操作如下：

1)系统启动阶段：

SBR反应器(2)接种污泥为处理实际生活污水的短程硝化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化悬浮污泥，接种后反应器内污泥浓度MLSS＝3000-4000mg/L，SBR反应器在温度25±1℃，进水pH为7.5±0.1，DO＝3-6mg/L的条件下运行。实际生活污水主要参数浓度：化学需氧量200±50mg/L、氨氮60±15mg/L、亚硝0.1±0.2mg/L、硝氮0.2±0.4mg/L。

2)颗粒化阶段：

在污泥接种后向SBR反应器中投加4g/L的颗粒活性炭，加入实际生活污水以厌氧/好氧/缺氧(120min-90min-360min)的运行模式运行。厌氧搅拌120min，好氧曝气90min，通过气体流量计(2.4)控制溶解氧DO＝3-6mg/L，缺氧搅拌360min。通过机械搅拌和曝气充氧使得颗粒活性炭与活性污泥充分混合成聚集体。每个周期结束后沉淀然后排水，沉淀时间由30min缩短到15min再到10min。在选择压作用下，沉降性能差且松散的絮体被选择性淘洗。控制絮体污泥污泥龄SRT＝20-25d。

3)运行阶段：

厌氧/好氧/缺氧运行：实际城市污水进水水箱(1)中的污水通过进水蠕动泵(2.1)进入SBR反应器(2)中，厌氧搅拌120min，在此阶段，聚糖菌将原水中的有机物转化为内碳源PHAs，聚磷菌在储存内碳源的同时进行磷的释放；SBR反应器(2)中好氧曝气90-120min，通过气体流量计(2.4)调整曝气量，控制DO浓度保持在3-6mg/L，在好氧段，絮体污泥中的聚磷菌发生吸磷作用，在颗粒活性炭创造的微氧环境中，原水中的部分氨氮被氧化为亚硝态氮，氨氮与亚硝态氮发生厌氧氨氧化反应，且剩余氨氮和厌氧氨氧化产物硝氮进入缺氧段，聚磷菌继续进行反硝化吸磷；接着进行缺氧搅拌240-480min，在缺氧段，聚糖菌将硝态氮还原为亚硝态氮，剩余氨氮与亚硝态氮发生厌氧氨氧化反应进行脱氮；然后沉淀排水20-40min，排水时间10min，排水比为50％。系统运行过程中控制絮体污泥污泥龄SRT＝20-25d。

试验结果表明：系统运行30d后，系统在控制策略下稳定运行，COD去除率85％以上，TIN去除率95％以上，满足国家出水一级A排放标准。

以上是本发明的具体实施例，便于该技术领域的技术人员能更好的理解和应用本发明，但本发明的实施不限于此，因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.一种复合颗粒污泥系统实现同步好氧缺氧脱氮除磷的方法，其特征在于：

所用系统包括实际城市污水进水水箱(1)、序批式反应器以下简称为SBR反应器(2)、出水水箱(3)；实际城市污水进水水箱(1)为密闭箱体Ⅰ；所述SBR反应器(2)设有搅拌装置(2.2)、空气压缩机(2.3)、气体流量计(2.4)、曝气盘(2.5)、DO/pH在线测定仪(2.6)、排水口Ⅰ(2.7)、排水口Ⅱ(2.8)、排水阀(2.9)、排水口Ⅲ(2.10)、溢流管(2.11)；所述出水水箱(3)为密闭箱体Ⅱ；

所述实际城市污水进水水箱(1)通过进水蠕动泵(2.1)与SBR反应器(2)相连；SBR反应器(2)通过排水口Ⅰ(2.7)与出水水箱(3)相接；

具体启动与调控步骤如下：

1)系统启动阶段：

SBR反应器(2)接种污泥为处理实际生活污水的短程硝化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化悬浮污泥，接种后反应器内污泥浓度MLSS＝3000-4000mg/L，SBR反应器在温度25±1℃，进水pH为7.5±0.1，DO＝3-6mg/L的条件下运行；实际生活污水参数浓度：化学需氧量200±50mg/L、氨氮60±15mg/L、亚硝0.1±0.2mg/L、硝氮0.2±0.4mg/L；

2)颗粒化阶段：

在污泥接种后向SBR反应器中投加4g/L的颗粒活性炭，加入实际生活污水以厌氧/好氧/缺氧的运行模式运行；厌氧搅拌120min，好氧曝气90min，通过气体流量计(2.4)控制溶解氧DO＝3-6mg/L，缺氧搅拌360min；通过机械搅拌和曝气充氧使得颗粒活性炭与活性污泥充分混合成聚集体；每个周期结束后沉淀然后排水；控制絮体污泥污泥龄SRT＝20-25d；

3)运行阶段：

厌氧/好氧/缺氧运行：实际城市污水进水水箱(1)中的污水通过进水蠕动泵(2.1)进入SBR反应器(2)中，厌氧搅拌120min，在此阶段，聚糖菌将原水中的有机物转化为内碳源PHAs，聚磷菌在储存内碳源的同时进行磷的释放；SBR反应器(2)中好氧曝气90-120min，通过气体流量计(2.4)调整曝气量，控制溶解氧浓度保持在3-6mg/L，在好氧段，絮体污泥中的聚磷菌进行好氧吸磷作用，在颗粒活性炭创造的微氧环境中，原水中的部分氨氮被氧化为亚硝态氮，氨氮与亚硝态氮发生厌氧氨氧化反应，且剩余氨氮和厌氧氨氧化产物硝氮进入缺氧段；接着进行缺氧搅拌240-480min，在缺氧段，聚糖菌将硝态氮还原为亚硝态氮，剩余氨氮与亚硝态氮发生厌氧氨氧化反应进行脱氮，聚磷菌继续进行反硝化除磷；然后沉淀排水20-40min，排水时间10min，排水比为50％；运行过程中控制絮体污泥污泥龄SRT＝20-25d。

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