一种固定化污泥去除富营养化水体中氮、磷的方法

摘要

本发明公开了一种固定化污泥去除富营养化水体中氮、磷的方法，属于环境保护领域，本发明通过固定化技术将驯化污泥包埋固定在载体上制成固定化污泥小球，并对其预厌氧处理，将预处理后的固定化污泥小球用于富营养化水体的脱氮除磷处理。其中固定化污泥的载体是海藻酸钠，包埋的污泥为自行驯化的高效脱氮除磷污泥。该方法在处理富营养化水体时具有良好的脱氮除磷效果，固液分离容易，且可以回收水中的磷。

说明书

一、技术领域

本发明属于环境保护领域，特别涉及一种固定化污泥处理富营养化水体中氮、磷的方法。

二、背景技术

氮、磷等营养物质是引起湖泊、水库等水体富营养化的主要污染物，水体富营养化的主要治理措施可分为工程性措施(底泥疏浚、进行水体深层曝气、注水冲稀以及在底泥表面敷设塑料等)、化学法(投加化学药剂凝聚沉降磷酸盐和用化学药剂杀藻)、生物性措施(利用水生生物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动以去除水体中氮、磷营养物质的方法)等。但底泥疏浚成本高、并且不能有效的治理水体富营养化(濮培民，王国祥，胡春华，等.底泥疏浚能控制湖泊富营养化吗.湖泊科学，2000，12(3)：269~279)；投加化学絮凝药剂的维持时间短，且需定期补充，而使用杀藻剂虽可以杀死藻类，但是死掉的植物体却会向水中释放大量的营养物质，反过来又会刺激大量藻类的生长爆发；种植水生植物花费时间长(几个月)，需及时打捞，而且在引进水生植物时，还会产生生物入侵的危险。活性污泥法是一种有效的脱氮除磷方法，它可通过微生物在吸收氮、磷营养物质作为自身生长需要的成分之外的好氧硝化、厌氧反硝化作用去除氮和厌氧释磷、好氧超量吸磷、及时移走超量吸磷的微生物(污泥)去除磷。微生物的脱氮除磷的一个前提就是微生物的厌氧、好氧的循环，同时在厌氧阶段提供有效的碳源，以满足微生物的反硝化脱氮和有效释磷；并且还需及时从系统中移走超量吸磷的微生物(污泥)。因此，普通的活性污泥如应用于水体富营养化治理，则会由于难使活性污泥保持悬浮状态，固液分离和回收活性污泥困难，无法及时从系统中去除活性污泥，难实现厌氧、好氧的交替循环等诸多原因而限制活性污泥法应用于水体富营养化的治理。

生物固定化技术是现代生物工程领域的一项新兴的、主要用于医药合成及化学品生产的技术方法，近年来也被广泛应用于环境治理领域。它将微生物固定在载体上使其高度密集并保持其生物活性功能，这种技术应用于环境治理，有助于提高生物反应器内的生物量，利于反应后的固液分离，缩短处理所需得时间，可以有效去除污染物，但目前尚未见到有将该技术应用于富营养化水体中去除氮、磷两种元素的报道。

三、发明内容

本发明的目的是为了提供一种处理效果好、固液分离容易的固定化污泥去除富营养化水体中氮、磷的方法，用于现有环境治理技术的补充和完善。

实现本发明目的的技术方案是：

(1)污泥的驯化培养：将取自城市污水处理厂的活性污泥在SBR(序批式生物反应器)反应器中用模拟废水进行厌氧-好氧交替培养、驯化。驯化结束时，驯化活性污泥形态为大片絮状并夹有少量黄褐色颗粒污泥，MLSS(混合液悬浮固体浓度)为3.0~5.0g/L，SVI(污泥体积指数)为50~100。模拟废水主要成分：COD(化学好氧量)为100~1000mg/L，TN(总氮)为5~50mg/L，TP(总磷)为1~20mg/L，另含有K、Na、Ca、Mg、Fe、S、Cl等微量元素。

(2)污泥的固定化：将驯化完毕的活性污泥浓缩后包埋并固定在海藻酸钠载体内，形成海藻酸钙固定化污泥小球；其包括以下几个步骤：

d、制取浓缩污泥：将驯化污泥沉淀浓缩，使活性污泥尽可能的脱水；

e、制取固定化污泥小球：将浓缩污泥与海藻酸钠溶液混合形成海藻酸钠浓度为1.0~3.0％(重量百分比)的混合液，将混合液通过蠕动泵均匀滴入固化剂CaCl₂溶液中，固化剂CaCl₂的浓度为3.0~10.0％(重量百分比)，固定化时间为8~48h，钙化后得到海藻酸钙固定化污泥小球；

f、将海藻酸钙固定化污泥小球取出、冲洗，冷藏待用。

(3)固定化污泥小球的预处理：将上述步骤(2)制成的海藻酸钙固定化污泥小球在厌氧反应器中预处理2~8h，使小球中包埋的活性污泥反硝化脱氮和释放磷酸盐；

(4)使用固定化污泥小球处理污水：将预处理后的海藻酸钙固定化污泥小球转移入待处理的污染水体中，使固定化污泥小球的保持好氧状态，停留4~24h，进行好氧吸磷和硝化反应，去除污水中的有机物、氨氮和TP；

(5)反硝化和释磷：将步骤(4)中反应结束的海藻酸钙固定化污泥小球取出并转移入厌氧反应器内，停留2~8h，进行反硝化反应和厌氧释磷；

(6)磷的回收：向厌氧反应器中投加碱液，调整反应器pH值为9.0~9.6左右，使产生的磷酸盐沉淀，回收磷。

在上述步骤(3)和(5)的反应过程中，可以在厌氧反应器中添加乙酸钠，使厌氧反应器进水COD为300~1000mg/L，并在厌氧过程搅拌，使得固定化污泥的反硝化反应和磷的释放均能快速、顺利的进行。

在上述步骤(6)磷的回收过程中，在除去磷酸盐沉淀后，为保证厌氧反应器的继续正常运行，将反应器溶液pH值调整到6.5~7.5之间。

本发明与现有污水处理技术相比，其优点是：

1.适合富营养化水体的脱氮除磷

本发明采用的技术路线不同于一般的活性污泥脱氮除磷方法，是活性污泥脱氮除磷法和固定化微生物技术的有机结合，固液分离容易、操作简单、能顺利实现固定化污泥的厌氧、好氧循环，可以去除富营养化水体(湖泊、水库)中的氮、磷。与传统的底泥疏浚、投加化学药剂、种植水生植物等富营养化水体治理方法相比，不仅能有效去除水体中的氮、磷等营养物质，而且不会产生生态系统的破坏，不会有生物入侵的危险，也不会引起二次污染等不良影响，所以具有明显的优点。

2.处理效果好

本发明采用微生物固定化技术，将驯化活性污泥固定在海藻酸钠载体上，明显提高了单位体积生物量，使得反应器中生物量可以达到24~46g/L，生化反应速率快，处理效果好，出水水质优。应用该技术处理处理受到面源污染的河(湖泊、水库)水，处理出水可以达到地表水质量标准的三类以上的水质标准(湖、库标准)。

3.固液分离容易

由于采用固定化污泥技术处理污水，相对于普通活性污泥方法，固液分离容易，出水悬浮物几乎没有，出水质量高，出水水质有保证。

4.有效去除水中的氮、磷污染物

采用本发明的固定化污泥处理技术，由于包埋的是具有高效脱氮除磷能力的驯化污泥，因此，在去除模拟污水中的氨氮、TP等污染物时，方便，高效。在进水氨氮浓度达到25mg/L时，24h出水氨氮浓度可以低于1.0mg/L，在进水TP浓度达到10mg/L时，24h出水TP浓度可以低于0.2mg/L。

5.可有效回收磷

采用本发明的固定化污泥处理技术，可以在厌氧结束后，利用化学沉淀方法有效回收释放的磷，产生一定的经济效益。在处理10mg/L的含磷废水时，厌氧释放的磷占总吸收磷的51.6％以上。

四、具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步的详述：(以下浓度均为重量百分比)

实施例1：

(1)将活性污泥在SBR反应器中使用厌氧-好氧交替工艺培养、驯化；

(2)将驯化完毕的活性污泥浓缩，使活性污泥尽可能的脱水；再将浓缩污泥与海藻酸钠溶液混合形成海藻酸钠浓度为3.0％的混合液，将混合液通过蠕动泵均匀滴入10.0％浓度的CaCl₂溶液中，固定化时间为48h，钙化后得到海藻酸钙固定化污泥小球；将海藻酸钙固定化污泥小球取出、冲洗，冷藏待用；

(3)将制成的海藻酸钙固定化污泥小球在厌氧反应器中预处理8h，使小球中包埋的活性污泥反硝化脱氮和释放磷酸盐；

(4)将预处理后的海藻酸钙固定化污泥小球转移入待处理的模拟废水1中，固定化污泥小球与处理污水的体积比为1∶3，保持好氧状态，停留24h，进行好氧吸磷和硝化反应，去除污水中的有机物、氨氮和TP；

(5)将反应结束的海藻酸钙固定化污泥小球取出并转移入厌氧反应器内，停留8h，进行反硝化反应和厌氧释磷；

(6)向厌氧反应器中投加碱液，调整反应器pH值为9.0~9.6左右，使产生的磷酸盐沉淀，回收磷。

本实施例试验数据如下：好氧进水COD平均值152mg/L，好氧出水COD平均值16mg/L，去除率89.5％；好氧进水氨氮平均值25.6mg/L，好氧出水氨氮平均值0.89mg/L，去除率96.5％；好氧进水TP平均值9.86mg/L，好氧出水TP平均值0.20mg/L，去除率98.0％；后厌氧出水TP平均值4.98mg/L，磷释放量为吸收量的51.6％。

实施例2：

(1)将活性污泥在SBR反应器中使用厌氧-好氧交替工艺培养、驯化；

(2)将驯化完毕的活性污泥浓缩，使活性污泥尽可能的脱水；再将浓缩污泥与海藻酸钠溶液混合形成海藻酸钠浓度为2.0％的混合液，将混合液通过蠕动泵均匀滴入5.0％浓度的CaCl₂溶液中，固定化时间为24h，钙化后得到海藻酸钙固定化污泥小球；将海藻酸钙固定化污泥小球取出、冲洗，冷藏待用；

(3)将制成的海藻酸钙固定化污泥小球在厌氧反应器中预处理4h，使小球中包埋的活性污泥反硝化脱氮和释放磷酸盐；

(4)将预处理后的海藻酸钙固定化污泥小球转移入待处理的模拟废水2中，固定化污泥小球与处理污水的体积比为1∶3，保持好氧状态，停留12h，进行好氧吸磷和硝化反应，去除污水中的有机物、氨氮和TP；

(5)将反应结束的海藻酸钙固定化污泥小球取出并转移入厌氧反应器内，停留4h，进行反硝化反应和厌氧释磷；

(6)向厌氧反应器中投加碱液，调整反应器pH值为9.0~9.6左右，使产生的磷酸盐沉淀，回收磷。

本实施例试验数据如下：好氧进水COD为100mg/L，好氧出水COD平均值12mg/L，去除率88％；好氧进水氨氮平均值15.4mg/L，好氧出水氨氮平均值0.72mg/L，去除率95.3％；好氧进水TP平均值5.18mg/L，好氧出水TP平均值0.20mg/l，去除率96.1％；后厌氧出水TP平均值1.78mg/L，磷释放量为吸收量的35.7％。

实施例3：

(1)将活性污泥在SBR反应器中使用厌氧-好氧交替工艺培养、驯化；

(2)将驯化完毕的活性污泥浓缩，使活性污泥尽可能的脱水；再将浓缩污泥与海藻酸钠溶液混合形成海藻酸钠浓度为1.0％的混合液，将混合液通过蠕动泵均匀滴入3.0％浓度的CaCl₂溶液中，固定化时间为8h，钙化后得到海藻酸钙固定化污泥小球；将海藻酸钙固定化污泥小球取出、冲洗，冷藏待用；

(3)将制成的海藻酸钙固定化污泥小球在厌氧反应器中预处理2h，使小球中包埋的活性污泥反硝化脱氮和释放磷酸盐；

(4)将预处理后的海藻酸钙固定化污泥小球转移入待处理的模拟废水3中，固定化污泥小球与处理污水的体积比为1∶3，保持好氧状态，停留4h，进行好氧吸磷和硝化反应，去除污水中的有机物、氨氮和TP；

(5)将反应结束的海藻酸钙固定化污泥小球取出并转移入厌氧反应器内，停留2h，进行反硝化反应和厌氧释磷；

(6)向厌氧反应器中投加碱液，调整反应器pH值为9.0~9.6左右，使产生的磷酸盐沉淀，回收磷。

本实施例试验数据如下：好氧进水COD为50mg/l，好氧出水COD平均值8mg/l，去除率84％；好氧进水氨氮平均值4.92mg/l，好氧出水氨氮平均值0.49mg/l，去除率90％；好氧进水TP平均值1.18mg/l，好氧出水TP平均值0.02mg/l，去除率98.3％；后厌氧出水TP平均值0.20mg/L，磷释放量为吸收量的17.2％。

实施例4：

(1)将活性污泥在SBR反应器中使用厌氧-好氧交替工艺培养、驯化；

(2)将驯化完毕的活性污泥浓缩，使活性污泥尽可能的脱水；再将浓缩污泥与海藻酸钠溶液混合形成海藻酸钠浓度为2.0％的混合液，将混合液通过蠕动泵均匀滴入5.0％浓度的CaCl₂溶液中，固定化时间为24h，钙化后得到海藻酸钙固定化污泥小球；将海藻酸钙固定化污泥小球取出、冲洗，冷藏待用；

(3)将制成的海藻酸钙固定化污泥小球在厌氧反应器中预处理4h，使小球中包埋的活性污泥反硝化脱氮和释放磷酸盐；

(4)将预处理后的海藻酸钙固定化污泥小球转移入待处理的富营养化湖泊水中，固定化污泥小球与富营养化湖泊水的体积比为1∶3，保持好氧状态，停留8h，进行好氧吸磷和硝化反应，去除污水中的有机物、氨氮和TP；

(5)将反应结束的海藻酸钙固定化污泥小球取出并转移入厌氧反应器内，停留5h，进行反硝化反应和厌氧释磷；

(6)向厌氧反应器中投加碱液，调整反应器pH值为9.0~9.6左右，使产生的磷酸盐沉淀，回收磷。

本实施例试验数据如下：好氧进水氨氮平均值4.56mg/l，好氧出水氨氮平均值0.35mg/l，去除率92.3％；好氧进水TP平均值0.62mg/l，好氧出水TP平均值0.02mg/l，去除率96.8％；后厌氧出水TP平均值0.11mg/L，磷释放量为吸收量的18.3％。