复合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脱氮方法

摘要

复合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脱氮方法，属于污水处理技术领域。为了解决现行工艺存在氮磷同步去除效果不佳的问题，本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一、回流污泥携带硝酸盐反硝化；二、厌氧释磷；三、反硝化聚磷；四、好氧硝化聚磷；五、沉淀后污泥和上清液回流。本发明应用活性污泥与生物膜复合式反应器，独特的硝化液回流方式形成高污泥浓度的厌氧池，将除磷脱氮制约和影响因素分解，使脱氮和除磷效果同时达到最佳，利用反硝化聚磷缓解碳源需求矛盾，尤其适用于低碳氮比的城市污水处理，除磷效果极佳，而且具有流程简单、效果稳定和低耗高效的特点，可用于污水厂现有工艺改造。

说明书

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种复合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脱氮方法。

背景技术

氮磷去除需涉及硝化、反硝化、微生物释磷和吸磷等过程，各过程对微生物组成、基质类型及环境条件的要求不一样，在同一污水处理工艺系统中就不可避免地产生了各过程间的矛盾关系。实际应用中经常出现脱氮效果好时除磷效果较差，而除磷效果好时脱氮效果不佳的情形。现行同步生物脱氮除磷工艺的问题如下：

(1)只有单一的活性污泥系统，系统中的硝化菌与聚磷菌间存在泥龄矛盾，硝化菌世代周期较长，而聚磷菌多为短世代微生物。

(2)缺氧反硝化、厌氧释磷过程对COD的需求量大，竞争原污水易降解COD(以VFA代表)碳源。缺氧反硝化、厌氧释磷分开设置要求污水有较高的碳氮比和碳磷比，实际很难达到要求。

(3)采用前置反硝化脱氮模式，回流污泥中的硝酸盐进入厌氧区对聚磷菌释磷产生不利影响；或采用流程较长的污泥与混合液的多重回流，增加了系统复杂性及基建和运行费用。

(4)设置混合液内循环，所排放的剩余污泥中实际上只有一少部分经历了完整的释磷、吸磷过程，其余则基本上未经厌氧状态而直接由缺氧区进入好氧区，因此除磷效果不好。

城市污水处理厂出水排入地表III类功能水域等执行城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)一级标准的B标准，即COD＜60mg/L、BOD₅＜20mg/L、SS＜20mg/L、TN＜20mg/L、NH₄-N＜8mg/L(水温低于12℃时15mg/L)、TP＜1mg/L。引入稀释能力较小的河流作为城镇景观用水和一般回用水等用途时，执行一级标准的A标准，即COD＜50mg/L、BOD₅＜10mg/L、SS＜10mg/L、TN＜15mg/L、NH₄-N＜5mg/L(水温低于12℃时8mg/L)、TP＜0.5mg/L。我国目前的江河湖库富营养化的限制因子多为磷，城市污水处理厂的国家排放标准对氮的要求不如磷严格，因此期望污水处理工艺能够获得稳定且最好低于排放标准的磷含量。现行工艺的氮磷同步去除效果不佳，多表现为除磷效果更差，开发具有更好除磷效果的工艺势在必行，要求具有流程简单、效果稳定和低耗高效的特点。

发明内容

为了解决现行工艺氮磷同步去除效果不佳的问题，本发明提供一种复合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脱氮方法，该方法应用活性污泥与生物膜复合式反应器和独特硝化液的回流方式形成高污泥浓度的厌氧池，将除磷脱氮制约和影响因素分解，使脱氮和除磷效果同时达到最佳，利用反硝化聚磷缓解碳源需求矛盾，尤其适用于低碳氮比的城市污水处理，除磷效果极佳，而且具有流程简单、效果稳定和低耗高效的特点，可用于污水厂现有工艺改造。本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一、回流污泥携带硝酸盐反硝化：原水首先进入接触池，与沉淀池回流的富含聚磷菌的活性污泥短暂混合，控制水力停留时间5～10分钟，将污泥中携带的少量硝酸盐迅速反硝化；

二、厌氧释磷：接触池出水进入厌氧池，在厌氧池中反硝化聚磷菌吸收大量的简单低分子量的有机物以聚-β-羟基烷酸酯形式贮存在体内，同时释放磷；

三、反硝化聚磷：含有氨氮、磷、少量剩余有机物和已释放磷的聚磷菌的泥水混合液进入缺氧池，与沉淀后回流的含有硝酸盐的上清液混合，反硝化聚磷菌以硝酸盐为电子受体进行反硝化聚磷；

四、好氧硝化聚磷：缺氧池出水进入固定安装有半软性填料的生物膜—活性污泥复合式好氧池中，生物膜完成硝化反应，聚磷菌完成剩余有机物的降解和将反硝化聚磷后残余磷吸收完全，控制厌氧池、缺氧池、复合式好氧池的体积比为1∶1.5～1.75∶2.5～3，三池总水力停留时间为8～12小时；

五、沉淀后污泥和上清液回流：含有硝酸盐和残余的难降解有机物的好氧池出水经沉淀池进行泥水分离，沉淀浓缩后含聚磷菌的污泥返回至接触池降解有机物和释磷，含有硝酸盐的上清液回流至缺氧池为反硝化聚磷菌提供硝酸盐。

本发明的复合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脱氮方法具有以下优点：

①稳定高效的除磷效果：通过设立接触池，将污泥中携带的少量硝酸盐迅速反硝化，避免对释磷造成影响。以沉淀后的硝化液回流代替了A²/O工艺和UCT工艺的混合液回流，因此全部污泥经历了厌氧、缺氧和好氧的循环。厌氧区污泥浓度高，可以达到1.5～2倍缺氧池污泥浓度，对进水中的大分子有机物降解效果好，释磷充分。

②采用复合式活性污泥与生物膜反应器保障冬季低温时硝化脱氮效果，提高了生物处理系统抗冲击负荷能力。复合式活性污泥与生物膜反应器是微生物附着生长和悬浮生长的组合构筑物，可以提高生物量，有效的防止生物固体从系统中流失，改善二沉池固液分离效果。同时将硝化菌栖息于填料表面固着于生物膜上，不参与污泥回流，一定程度上将污泥龄长且不耐受低温的硝化菌与聚磷菌分开，实现了微生物相分离，避免了污泥龄的矛盾。

③通过缺氧反硝化除磷“一碳两用”，缓解反硝化和释磷对COD的需求矛盾，其所需的C/N较低，剩余污泥产量和供氧量少，适用于低碳氮比的城市污水处理。

④工艺设有2个回流、5个池区，工艺简单，易于控制和管理，可用于污水厂现有工艺改造。

附图说明

图1为复合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脱氮方法的工艺流程图，其中：1代表接触池，2代表厌氧池，3代表缺氧池，4代表好氧池，5代表沉淀池；图2为变性聚乙烯塑料(或钢)圆盘骨架支撑多层腈纶丝纤维结构示意图，其中：6代表骨架，7代表腈纶丝纤维；图3为变性聚乙烯塑料(或钢)片状骨架支撑多层腈纶丝纤维结构示意图，其中：6代表骨架，7代表腈纶丝纤维。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，本实施方式的复合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脱氮方法所采用的处理系统由接触池1、厌氧池2、缺氧池3、生物膜—活性污泥复合式好氧池4和沉淀池5五部分构筑物组成，其处理方法为：

一、回流污泥携带硝酸盐反硝化：原水先进入接触池1，与沉淀池5回流的富含聚磷菌PAO(反硝化聚磷菌DPAO是聚磷菌的一种，它在整个系统中生存，但在缺氧池中才起作用，其他类型的聚磷菌在好氧池中起作用)的活性污泥短暂混合，将污泥中携带的少量硝酸盐迅速反硝化。

二、厌氧释磷：然后进入厌氧池2，在厌氧池2中DPAO吸收大量的简单低分子量的有机物以聚-β-羟基烷酸酯(PHA)形式贮存在体内，同时释放磷。

三、反硝化聚磷：含有氨氮、磷、少量剩余有机物和已释放磷的聚磷菌的泥水混合液进入缺氧池3，与沉淀后回流的含有硝酸盐的上清液混合，DPAO以硝酸盐为电子受体进行反硝化聚磷；受硝酸盐量的限制，反硝化聚磷可能不完全。

四、好氧硝化聚磷：复合式好氧池4具有两个污泥系统，两个污泥系统是指a：固着于填料表面的生物膜和b：悬浮生长聚磷菌，他们在同一池中完成不同的工作。硝化菌固着于填料表面的生物膜上不参与污泥回流，聚磷菌悬浮生长并在整个系统中循环。在曝气条件下，生物膜完成氨氮的硝化反应功能，聚磷菌完成剩余有机物的降解和将反硝化聚磷后残余磷吸收完全的功能。

五、沉淀后污泥和上清液回流：好氧池4出水含有硝酸盐和残余的难降解有机物，经沉淀池泥水分离后，沉淀浓缩后含聚磷菌污泥返回至接触池1降解有机物和释磷，上清液回流至缺氧池2为DPAO提供硝酸盐。

设备外形与主要技术参数：除沉淀池5外，接触池1、厌氧池2、缺氧池3、生物膜—活性污泥复合式好氧池4采用共用隔墙的一体化池体。其中接触池1为推流式窄廊道，水力停留时间5～10分钟。厌氧池2、缺氧池3、生物膜—活性污泥复合式好氧池4的体积(水力停留时间)比为1∶1.5～1.75∶2.5～3，三池总水力停留时间为8～12小时。厌氧池2、缺氧池3为加有水下搅拌器的方形池或加有水下推进器的廊道。好氧池4采用大孔或中孔鼓风曝气。硝化液(上清液)回流比为100～150％，污泥回流比为50～70％。

好氧硝化池填料的选择：复合式活性污泥与生物膜反应器要求在同一池体内实现微生物相分离，即将硝化菌固着于填料表面的生物膜上不参与污泥回流，聚磷菌悬浮生长并在整个系统中循环。因此填料的选择是本方法成功运行的关键，填料的类型和布置方式应满足以下条件：(1)材质：投放填料后必须给悬浮性活性污泥以优先的和充分的增殖机会，防止生物膜越来越多而悬浮污泥越来越少的情况发生；(2)曝气：要保证足够的搅拌强度，防止因填料截留作用致使污泥在填料表面间大量结团；(3)填装密度：填料投放量必须适中，投放量太少难以发挥作用，太多则难免出现对污泥的截留。综合上述影响因素，本实施方式采用固定安装半软性填料，即变性聚乙烯塑料(或钢)骨架6支撑多层腈纶丝纤维7，骨架为圆柱状(图2)或片状(图3)，连接完毕的填料应为圆柱和片状。腈纶丝纤维的丝径为0.2～0.4mm，半软性填料的比表面积为62m2/m3，比容积为1.8～2.2L/m3，装填密度为25％，其中比表面积和比容积指纤维丝和骨架已连接完毕的填料。该填料曾多次用于高浓度废水脱氮生产性试验和城市污水除磷脱氮研究中，具有挂膜快、不结泥球、水力条件好等优点。

具体实施方式二：以表1中的低碳氮比生活污水为处理对象，采用具体实施方式一的处理工艺，出水总氮(TN)为13.20～19.4mg/L，去除率保持在51.60～63.54％，出水氨氮(NH₄⁺-N)平均为3.50mg/L，去除率87.92～99.33％，正常运行时出水总磷(TP)在0.86mg/L以下，平均0.55mg/L，平均去除率91％以上。COD浓度为14.66～33.60mg/L，平均24.38mg/L，去除率在87％以上。

                                      表1生活污水水质统计表

  项目  进水  进水平均值  出水  出水平均值  去除率  COD(mg/L)  117.13～262.5  218.65  14.66～33.60  24.38  ＞87％  NH₄⁺-N(mg/L)  16.68～38.75  29.37  -  3.50  87.92～99.33％  TN(mg/L)  28.67～49.52  41.31  13.20～19.4  -  51.60～63.54％  TP(mg/L)  3.60～8.42  5.08  ＜0.86  0.55  ＞91％  pH  6.80～7.34  7.05  -  -  -  COD/TN  4.35～6.58  5.39  -  -  -  COD/TP  30.31～64.65  46.58  -  -  -