一种高效固定化藻菌共生体系对城镇污水脱氮除磷的方法

摘要

本发明公开了一种高效的城镇污水脱氮除磷的生物处理方法，属于污水处理技术领域。该方法选取鉴定自城镇污水处理厂的优势藻种为藻源，以活性污泥为菌源，采用弹性立体填料为固定化填料，按照藻菌干重质量比1∶5～5∶1，光照强度4000～6000lx，水力停留时间2～3d的条件处理污水。本发明藻、菌固定化方式简单，对城镇污水处理效果好，经处理后城镇污水中氨氮(NH4-N)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(CODCr)、固体悬浮物(SS)指标达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)中的一级A标准。

说明书

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种高效的城镇污水脱氮除磷的生物处理方法。

背景技术

随着水体富营养化等问题的日益严重，污水排放与治理受到广泛关注。十二五期间，我国提高了城 镇污水水质排放标准，即城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)由一级B提升到一级A。总氮 排放标准由20mg/L降低为15mg/L，氨氮排放标准由夏季8mg/l降低为5mg/L，冬季15mg/L降低为8 mg/L，总磷排放标准由1mg/L降低为0.5mg/L。

生物脱氮除磷技术由于具有同时去除污水中的碳、氮、磷等物质，且处置后可以利用生物质作为能 源等优点而得到广泛应用。目前常用的生物脱氮除磷技术是活性污泥法。

传统的活性污泥生物法虽然技术成熟，但存在以下问题：(1)曝气池容积大，占地面积多，基建投 资多；(2)难以同步实现高效脱氮除磷效率；(3)低溶解氧下难以实现同步硝化与反硝化；(4)活性 污泥膨胀及沉降性能不稳定；(5)抗冲击负荷能力较差等问题。为了促进城镇污水处理工艺的进步，并 满足更为严格的排放标准，有必要对城镇污水新型处理工艺进行探索。

固定化藻菌共生体系是一种资源节约型的污水处理工艺，能同步去除污水中的碳、氮、磷等物质， 且脱氮除磷效率高、固定化藻、菌易于回收，为城镇污水处理提供了一种新思路。

目前相关研究及发明中涉及较多的藻、菌固定化技术主要采用包埋法形成固定化小球的方式，用于 固定化的藻也并非实际污水中鉴定出的优势藻类。如邓旭等发表在《环境科学》2011年第32卷第8期的 《利用固定化藻菌耦合系统同步去除污水中的COD和氮磷》采用海藻酸钙为固定化载体，使用藻类为莱 茵衣藻；毛书端等发表在《环境工程学报》2012年第6卷第5期的《废水营养比对固定化藻菌去除污染物 的影响及动力学研究》以海藻酸钙为固定化载体，使用藻类为微藻；中国专利申请号200710168917.2，申 请公开日为2008年9月10日，发明创造名称为固定化藻菌耦合膜分离过程的脱氮除磷方法及装置，所述 的藻细胞固定化材料为卡拉胶、海藻酸钙、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺中的一种或任意组合，使用藻类为衣藻、 小球藻或其组合。以上述文献或专利所用化学物质作为固定化载体处理污水，不利于充分发挥藻、菌互利 共生的优势，容易出现载体溶解现象，导致处理效果不够理想，且成本较高，实际运用存在一定问题。

发明内容

本发明旨在提供一种易于工程化应用的污水生物脱氮除磷方法，以期解决在固定化藻菌处理城镇污 水过程中存在藻菌固定化过程复杂、载体容易溶解、处理成本较高、工程化运用困难的缺点，为城镇污水 处理的节能减排提供技术支撑。

为了实现这一目的，本发明的技术方案是：

一种高效固定化藻菌共生体系对城镇污水脱氮除磷的方法，其步骤为：

(1)采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳方法对城镇污水处理厂污水中生物群落进行鉴定，以鉴 定出的藻种为藻源，以活性污泥为菌源；

(2)控制初始总生物干重质量浓度0.2～0.4g/L，将藻、菌按污水处理效果最佳的干重质量比投加到 反应容器中并将藻、菌固定于弹性立体填料上；

(3)给反应容器添加光源，控制光暗时间比为12h∶12h，光照强度4000～6000lx；

(4)向反应装置加入模拟污水或城镇污水处理厂污水，污水水力停留时间2～3d。

更进一步的，步骤(1)藻源优选易于附着生长的鞘藻属丝状藻；

更进一步的，固定化鞘藻属丝状藻选择短带鞘藻。

更进一步的，步骤(2)污水处理效果最佳的藻干重质量：菌干重质量范围为1∶5～5∶1。

更进一步的，步骤(2)藻菌固定化方式通过采用对含藻、菌的水体进行搅拌或摇动使水体流动达 到藻、菌附着固定生长于弹性立体填料上。

更进一步的，步骤(3)光源的添加通过在透明反应容器周围布置光源或将光源通过透明空心柱插 入反应容器中。

本发明的优点在于：

(1)本藻菌共生体系相比纯藻、纯菌对污水有更好的去除效果。在适宜藻菌干重质量比条件下，经处理 后城镇污水中氨氮(NH₄-N)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD_Cr)、固体悬浮物(SS)指 标达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)中的一级A标准。

(2)用于固定化的藻种选用鉴定自实际污水处理厂的优势藻种短带鞘藻，有利于提高污水中氮磷去除效 率。该藻为丝状藻，极易附着在填料上，为菌附着生长提供载体，因而固定化方法成本低廉，易于实施。

(3)藻菌固定化处理污水，藻菌不易流失，保障处理出水水质，而且有利于藻、菌生物质的回收，为处 理后生物质能源的再利用提供条件。

(4)该方法处理废水过程中，充分发挥藻菌互利共生的优势，实现同步去除污水中的碳、氮、磷，且当 进水CODcr浓度低时依然适用，工程化运用前景好。

具体实施方式

实施例1

从某污水处理厂二沉池取水样，按照聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)分子生物 学方法对污水中的生物群落进行分析，结果显示，污水中存在优势藻类：鞘藻属丝状藻——短带鞘藻 (Oedogonium brevicingulatum)和不对称衣藻(Chlamydomonas asymmetrica)。

对两种藻固定化效果进行评价：取2L烧杯4个，每个烧杯中填装弹性立体填料，填料体积填充率60％， 往其中两个烧杯分别加入0.5g干重质量的短带鞘藻，另两个烧杯中分别加入0.5g干重质量的不对称衣藻， 每个烧杯加入1.5L自来水，将烧杯置于摇床中，控制水体流速30-60cm/s，光照强度4000lx，光暗时间比 为12h∶12h，24小时后每个烧杯取出水样1000ml，测定其中藻含量。通过测定结果可知：短带鞘藻固定化 效果明显优于不对称衣藻，短带鞘藻固定率达到99％～100％，而不对称衣藻固定率仅为2％～5％。因此优 选短带鞘藻为固定化藻菌体系的藻源。

短带鞘藻干重质量确定方法为：用事先烘干的定量滤纸过滤称量一组不同体积的短带鞘藻，先称量 分别确定该组短带鞘藻湿重质量，然后将该组藻置于103±1℃烘箱中烘烤，反复烘干称量，确定干重质量， 以藻湿重为横坐标，干重为纵坐标绘制短带鞘藻干湿重关系标准曲线。根据标准曲线，能将一定湿重质量 的短带鞘藻换算成干重质量。

菌干重确定方法：准确量取100mL活性污泥，用提前烘干称量过的定量滤纸过滤，再将过滤后的 活性污泥与滤纸一同置于103±1℃烘箱中烘烤，反复烘干称量，确定其干重，由此可计算出菌干重质量。

取2L玻璃烧杯6个，置于六联磁力搅拌器上，填充15～20cm弹性立体填料，体积填充率50％～80％， 在烧杯周围布置普通25瓦灯管2～3根，光照强度4000～6000lx，光暗时间比12h∶12h，初始总生物干重质 量浓度0.3g/L，按照纯菌、藻干重质量：菌干重质量为1∶5、1∶1、5∶1、10∶1以及纯藻六个实验组加入相应 藻、菌，每个烧杯中加入2L的模拟污水，其中含NH₄-N：20±0.5mg/L，TP：4±0.5mg/L，COD_Cr：250±5mg/L， pH：7.58，水温：25±5℃，全过程磁力搅拌，转子转速控制在烧杯底部无藻与菌沉淀。以NH₄-N、TN、TP、 COD_Cr、pH、SS为监测指标，经3d处理，藻干重质量：菌干重质量范围为1∶5～5∶1的实验组，处理后的模 拟污水中NH₄-N、TN、TP、COD_Cr、pH、SS均达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一 级A标准。

实施例1中各物质的初始含量、各实验组处理后的水质及城镇污水处理厂污染物排放标准 (GB18918-2002)一级A标准的数据对比如下：

注：SS初始含量为初始投加的藻菌干重质量浓度，模拟污水中SS为0。

实施例2

本实施例中污水中优势藻鉴定、藻源筛选、藻菌干重质量确定以及实验组的设置均与实施例1相同， 每个烧杯加入模拟污水水质NH₄-N：12±0.5mg/L，TP：2±0.2mg/L，COD_Cr：250±5mg/L，pH：7.44，水温：25±5℃。 经3d处理，藻干重质量：菌干重质量范围为1∶5～5∶1的实验组，处理后的模拟污水中NH₄-N、TP、COD_Cr、 pH、SS均达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A标准。

上述实施例中的各物质的初始含量、各实验组处理后的水质及城镇污水处理厂污染物排放标准 (GB18918-2002)一级A标准的数据对比如下：

注：SS初始含量为初始投加的藻菌干重质量浓度，模拟污水中SS为0。

由实施例1与实施例2中的SS数据可以得出，该固定化藻菌处理污水的方法，藻菌固定化效果好。 从NH₄-N、TN、TP、COD_Cr数据可以得出藻菌共生比单一纯藻、纯菌对污水有更好的处理效果，且在藻 干重质量：菌干重质量为1∶5～5∶1范围内，该固定化藻菌体系对模拟污水进行3d处理后，污水中NH₄-N、 TN、TP、COD_Cr、pH、SS均达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A标准。

实施例3

本实施例中污水中优势藻鉴定、藻源筛选及藻菌干重质量确定与实施例1相同，控制初始总生物量 0.3g/L，按藻干重质量：菌干重质量为1∶5、1∶1、5∶1设置实验组，弹性立体填料体积填充率50％～80％， 控制光照强度4000-6000lx，光暗时间比12h∶12h，以某a污水处理厂进水作为实验对象，全过程磁力搅 拌，转子转速控制在烧杯底部无藻与菌沉淀。经过2d处理，实验水中NH₄-N、TN、TP、COD_Cr、pH、SS 均达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A标准。

上述实施例中采用的废水水质、处理后的水质、对应去除率及城镇污水处理厂污染物排放标准 (GB18918-2002)一级A标准的数据对比如下：

注：SS为城镇污水处理厂进水中含量。

实施例4

本实施例中污水中优势藻鉴定、藻源筛选及藻菌干重质量确定与实施例1相同，以某b污水处理厂 进水作为实验对象，其余实施方式与实施例3相同，经过3d处理，实验水中NH₄-N、TN、TP、COD_Cr、 pH、SS值均达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A标准。

上述实施例中采用的废水水质、处理后的水质、对应去除率及城镇污水处理厂污染物排放标准 (GB18918-2002)一级A标准的数据对比如下：

注：SS为城镇污水处理厂进水中含量。

通过实施例3、实施例4可以看出，在较低浓度COD_Cr条件下该方法对城镇污水脱氮除磷效果好，经 处理后污水中NH₄-N、TN、TP、COD_Cr、pH、SS指标均达到一级A标准，污水处理过程及所需条件简单， 工程应用可实施性强。