利用异养硝化-好氧反硝化细菌强化AB工艺脱氮的方法

摘要

本发明公开了一种利用异养硝化-好氧反硝化细菌强化AB工艺脱氮的方法，属于水处理技术领域。该方法具体包括：当污水COD/N＞8时，污水依次通过A段和B段，A段出水进入B段，在B段的活性污泥中接种异养硝化-好氧反硝化细菌；当污水COD/N≤8时，污水分别通过A段和B段，A段与B段独立运行，在A段和B段的活性污泥中均接种异氧硝化-好氧反硝化细菌。本发明实现了AB工艺系统A段和B段的协同除碳脱氮的作用，提高了污水处理强化脱氮的效果和效率。

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种AB工艺生物强化脱氮的方法。

背景技术

城市污水所携带的氮排入水体后会引起湖泊、河流和海洋环境的富营养化，造成大面积赤潮或水华频发。废水脱氮是目前环境污染治理中的难题，生物脱氮是目前公认的废水脱氮处理中最经济、最有效的手段。AB法污水处理工艺(生物吸附氧化法)，是在我国老污水处理厂应用最广泛的污水处理工艺之一。我国从90年代起，已建成了青岛海泊河污水处理厂、泰安污水处理厂、淄博污水处理厂、乌鲁木齐市河东污水处理厂、腾州市污水处理厂及深圳罗芳污水处理厂、广东猎德污水处理厂等AB工艺处理厂。

20世纪70年代由联邦德国亚琛工业大学的B.Bohnke教授提出AB法污水处理工艺，即生物吸附氧化法，以在两段活性污泥法(初沉池+活性污泥曝气池)和高负荷活性污泥法为基础。传统AB工艺污水处理流程见附图1。图中A段为吸附段，A池为吸附池，B段为生物氧化段，B池为生物氧化池。

AB工艺分为A段(吸附段)和B段(生物降解段)，污水由城市排水管网经格栅和沉砂池直接进入A段，该段污泥负荷很高，泥龄短，水力停留时间很短，约为30分钟；B段污泥负荷较低，停留时间约为2-6h，泥龄15-20d。

AB工艺具有优势：第一，A段的优势菌群为抗冲击负荷能力强的原核生物，其世代时间很短，繁殖速度很高，通过生物污泥的絮凝吸附作用，使B段的运行负荷减少40-70％；第二，B段承受较低、稳定的污染物负荷。由于A段对原污水的浓度变化的明显的缓冲，B段所需承受的污染物和有毒物质的冲击影响减小，保证了B段的可生化性和污水处理厂的净化效果。总之，A段的有效功能使B段的处理效果得以提高，能进一步降低污水的生化需氧量(BOD)、和化学需氧量(COD)，而且有一定的硝化效果。对于复杂和变化大的水质，例如毛纺废水(吴继秀，2002.用改进AB工艺处理毛纺废水.污染防治技术，15，39-41.)、醋酸化工废水(周岗，曾文勇，丁建国，2007.AB工艺处理含醋酸化工废水的研究.工业水处理，27，78-79.)、含硫化合物废水(田百舸，2007.采用AB工艺处理污水中含硫化合物的技术措施.环境科学，27，56-58.)、食品加工废水(孙迎雪，武福平，徐栋，2004.气浮-AB工艺处理食品加工废水.工业用水与废水，35，68-69.)等多种复杂废水，AB工艺具有很强的适应能力，因此在早期得到了广泛的应用。

但是AB工艺存在许多不足之处：(1)缺乏高效脱氮的环境。传统的生物脱氮工艺通常将硝化和反硝化分别在好氧区与缺氧区进行，形成分级硝化反硝化工艺，因此必须分别建造硝化池和反硝化池，而AB工艺缺乏厌氧反硝化池，因此基本不具备脱氮能力；(2)B段曝气池的生物氧化作用，对于生物脱氮起主要作用，停留时间为2～6h，而传统硝化菌群增殖速度慢，且世代时间长，难以维持较高的生物浓度，需要选择较长的系统水力停留时间，有机负荷低，处理水量受到一定的限制；(3)由于A段对于BOD高效去除和对氮的有限度去除，进入B段进行生物降解的污水中碳/氮比过低，反硝化细菌要有碳源作为电子供体，则需投加甲醇等有机碳，这不仅增加了运行费用，也增加了运行管理与后续处理的难度；(4)总氮去除率难以达到一级A以上的出水要求。新建污水处理厂占地较大，而污水处理厂升级改造受到土地空间的限制。

我国在2002年公布的GB18918-2002，新标准将污水处理厂原有排放标准提高，规定总氮排放标准从一级B标准的20mg/L，提高到一级A标准的15mg/L；氨氮从8(15)mg/L提高到了5(8)mg/L。大部分已经建成的AB工艺污水处理厂已经不能满足新的排放要求，成为一个急需解决的技术问题。

发明内容

本发明公开一种利用异养硝化-好氧反硝化细菌强化AB工艺脱氮的方法：当污水COD/N＞8时，污水依次通过A段和B段，A段出水进入B段，在B段的活性污泥中接种异养硝化-好氧反硝化细菌；当污水COD/N≤8时，污水分别通过A段和B段，A段与B段独立运行，在A段和B段的活性污泥中均接种异氧硝化-好氧反硝化细菌。

A段和B段分别包括：曝气池和沉淀池，所述曝气池内部装载活性污泥。

所述A段与B段独立运行，具体是：设置一条超越A级的进水管，使污水不经过A级的处理而直接进入B级处理；同时设置了一条超越B级的出水管，使污水经过A级后不经过B级直接出水。

所采用的异养硝化-好氧反硝化细菌为PCN系列微生物产品(由北京大学研制并销售)。

PCN系列微生物产品的量占曝气池内污泥的0.15％以上(质量百分比)。

本发明目的在于弥补现有AB工艺中存在的不足之处，而提供一种AB工艺与异养硝化-好氧反硝化细菌结合起来强化脱氮的废水处理方法。

本发明的技术方案是：采用的是AB工艺，整个系统中的曝气池内部装载活性污泥，根据需要在曝气池内投加异养硝化-好氧反硝化细菌，通过A段和B段的协同作用实现强化除碳脱氮；包括如下顺序的步骤：

生物吸附段(A段)处理：废水顺序经过吸附段曝气池和沉淀池。A段曝气池内细菌主要起絮凝吸附作用，通过对污染物质的高效吸附、絮凝、沉淀网捕和吸附降解，可去除高达50％～70％的COD。另外A段的高污泥产率和强吸附能力，可通过排泥去除重金属和一些难降解物质。此外，A段还有抗冲击负荷能力强和改善出水可生化性的特点，废水经过A段的处理为B段异养硝化-好氧反硝化作用的发挥提供了有利条件。

生物氧化段(B段)处理：利用异氧硝化-好氧反硝化细菌改善污泥性能，A段出水进入B段(生物氧化段)，在B段只有好氧环境的条件下实现同时硝化反硝化，去除有机氮和/或无机氮，同时有机物在异养微生物的作用下被去除，由此实现AB工艺脱氮性能的强化。

本发明提出的强化AB工艺脱氮性能的方法，在传统AB工艺污水处理装置的基础上，又设置了一条超越A级的进水管，使污水可以不经过A级的处理而直接进入B级处理，同时设置了一条超越B级的出水管，使污水可以经过A级后不经过B级直接出水。附图2为本发明系统示意图。图中A池为吸附池，B池为生物氧化池。

因此本发明可以根据所处理的废水水质的不同适当改变AB工艺的运行方式，在最经济的条件下实现强化脱氮的最优效果。其特征在于当处理高污泥负荷(COD/N＞8)，难降解或有毒物质等工业污水和/或城镇污水的情况下，污水顺序经过A池和B池，利用A池的抗毒性和抗冲击负荷的功能，使B段的冲击负荷得到缓冲，确保B池的异养硝化-好氧反硝化作用，实现强化脱氮的目的。另一方面在于当处理污泥负荷低的城镇污水(COD/N≤8)时，AB工艺A段与B段可独立运行。一部分污水经过A段处理，出水跨越B段曝气池和沉淀池直接通到B段沉淀池出水口，另一部分污水跨越A段曝气池和沉淀池直接通到B段曝气池进行处理。根据水质调节A池的处理量，A池和B池的活性污泥中均接种异氧硝化-好氧反硝化细菌，既能保证脱氮目标，又能提高至少13％的日处理量。

本发明不需对现有设施进行改造，不需新占土地资源，不需增加新能耗的条件下，实现AB工艺强化脱氮的目的。

本发明由于利用异养硝化-好氧反硝化细菌于AB工艺中，对污泥性能进行了改善，实现了AB工艺系统除碳脱氮的目的，同时生物除磷性能也得到提高。

本发明使用的异氧硝化-好氧反硝化菌可以为任何一种具有以下特征的细菌：(1)具有异养硝化功能，可以对有机或无机氮化合物进行异养硝化，易于培养，增殖较快，底物利用范围广，在废水生物脱氮系统中可稳定存在与快速增殖；(2)具有好氧反硝化功能，能够在有氧条件下将无机氮直接转化为气态氮而脱除水溶液系统，从而达到脱氮效果；(3)能够在脱氮的同时，降低废水中的化学需氧量(COD)。例如：土壤杆菌(Agrobacterium sp.)、脱氮副球菌(Paracoccus pantotropha)，产碱菌属(Alcaligenes faecalis)，芽孢杆菌(Bacillus sp.)等。

本发明所采用的异氧硝化-好氧反硝化细菌，优选为北京大学研发并销售的PCN系列微生物产品。

本发明方法相比现有AB工艺具有如下优点：(1)本发明利用异养硝化-好氧反硝化细菌改善AB工艺的污泥性能，发挥了AB工艺A段和B段的协同脱氮除碳作用，解决了AB工艺缺乏深度脱氮工艺的缺陷，达到了强化脱氮的目的；(2)本发明使用异养硝化好氧反硝化细菌，与自养硝化细菌相比，异养硝化细菌的生长速率快、细胞产率高，可以有效解决自养硝化细菌增值缓慢、系统水力停留时间长的问题；(3)本发明发挥AB工艺中A池的改善出水可生化性的作用，有效的降低B池脱氮过程中COD/N比的要求，使系统的脱氮效率能够在较低COD/N条件下得到提高；(3)本发明用于处理高负荷和/或含有毒物质的废水时，保有了原有AB工艺的优势，发挥了A池的耐冲击负荷、耐毒性等优势，保证了B段曝气池内异养硝化-好氧反硝化菌对污泥性能的改善作用的发挥，实现了在好氧条件下同时硝化反硝化，强化了AB工艺的整体脱氮性能；(4)本发明处理进水污泥负荷较低，水量大的污水时，设置了A段与B段独立运行(A段和B段并联运行)的方式，既解决了碳源无法满足顺序通过A段和B段运行设计要求的问题，保证了强化脱氮的目标，又提高了至少13％的日处理量；(5)本发明无需对现行的AB工艺污水处理厂进行改造，无需为深度脱氮工艺建设缺氧池而新占土地资源，即可实现节能减排的目标。(6)本发明在取得强化脱氮目标的同时，由于异养硝化-好氧反硝化细菌对污泥性能的改善作用，也提高了除磷的能力。

附图说明

图1：传统AB工艺污水处理污水示意简图；

图2：本发明AB工艺强化脱氮处理系统示意简图；

图3：本发明AB工艺装置示意图，A池为A段曝气池，B池为B段曝气池。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。本领域的普通技术人员可以理解，实施例仅仅是举例说明的目的，本发明的范围并不以具体实施方法为限，而是由权利要求的范围加以限定。

在以下的具体实施例中，所用的废水的水质情况如下，但本发明的实施不限定于任何物质组成和浓度的废水。

模拟生活污水：每L废水0.18g NaHCO₃，0.2g NH₄Cl，0.044gKH₂PO₄，0.051g MgSO₄·7H₂O，0.3gCaCl₂·2H₂O，0.00625g FeSO₄·7H₂O，以自来水配制，TN浓度约为45mg/L，碳源为葡萄糖，实验过程中改变进水的C/N(COD/TN)比，理论设置C/N为2、4、6、8、10、12、14，即增加葡萄糖的含量。

实施例1：

本实施例以将本发明方法和普通AB污水处理方法进行对照实验。反应装置1为使用PCN系列微生物强化的AB工艺反应装置，反应装置2为普通AB工艺的反应装置。

AB工艺的所有反应器均为有机玻璃加工而成，见图3所示，设计处理水量为50L/d，A段曝气池有效容积为0.8L，设计水力停留时间为0.5h；B段曝气池按水力停留时间为3.3h设计，相应的有效容积为7L；A段沉淀池和B段沉淀池构造相同，均为竖流式沉淀池，A段沉淀池有效容积为3.5L，停留时间为1.7h。B段沉淀池的设计水力停留时间为3.6h，有效容积为7.5L，构造同A段沉淀池。

反应装置1和2的A段曝气池和B段曝气池均装载好氧污泥，实验用污泥来自廊坊经济开发区污水厂曝气池内活性污泥，B段曝气池中直接装载。对AB工艺进行连续进水(COD/N＝8水质连续进水)，B段隔天排泥，A段每天排泥，时间均为晚上9:30-10:00，A段为模拟污水生物及悬浮固体的补给作用，取廊坊下水道中的污泥，过滤大颗粒的杂质，用模拟污水驯化此污泥，置于桶中搅拌备用(污泥浓度大约为4.5g/L)，每天早上8:00-9:00取样完之后添加50mL进入A段曝气池。调节A、B两段曝气池中的污泥浓度分别为5.0和3.5g/L左右。在此条件下连续运行一周左右，直至出水稳定，以便进行后续的实验。采用溶解氧测定仪对溶解氧(DO)进行监控，维持DO值A段曝气池为0.5～0.8g/L，B段曝气池为2.5～3.5g/L；污泥回流比均为80％；温度按照室温设定。对AB曝气池进行连续进水(COD/N＝8水质连续进水)，此条件下连续运行一星期，直至获得稳定的COD、氨氮和总氮的去除率。

利用PCN系列微生物改善污泥性能的操作步骤如下：1号反应装置与2号反应装置停止进水，闷曝约24h。1号反应装置中接种PCN系列微生物(接种量占污泥总量的0.2％)。闷曝24h与活性污泥充分混合。24h后两个反应装置均连续进水处理C/N＝8模拟生活污水，设计进水量50L/d。运行约5天，使PCN系列微生物有充足的时间对污泥性能进行改善。2号反应装置的活性污泥中未接种PCN系列微生物，作为空白参照。

待PCN系列微生物改善了1号反应装置的污泥性能，两个反应装置出水水质均稳定后，连续进水运行。考察进水COD浓度分别为90mg/L、180mg/L、270mg/L、360mg/L、450mg/L、540mg/L和630mg/L，TN浓度为45mg/L时废水氮、有机物的去除能力。持续时段分别为d1～7、d8～15、d16～23、d24～31、d32～39、d40～47，d48～55。每天早上8:00-9:00取样测定。

两个反应装置的污水处理效果见表2所示，在各种COD/N比条件下，1号反应装置对总氮的处理效果都优于2号反应装置。说明在B段曝气池中接种异养硝化-好氧反硝化细菌对污水的处理效果有较大的改善。在C/N≥8时，出水氨氮、总氮和COD达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准：氨氮＜5mg/L，总氮＜15mg/L；出水COD稳定在50mg/L以下，TP的处理效果也优于2号反应装置。并且由于A段对于高负荷起到的缓冲作用，两反应装置的B段污泥沉降和稳定性能均维持良好。

表1本发明方法对不同碳氮比模拟生活污水的处理效果与普通AB工艺对比

表1(续)

注：1出水表示1号反应装置的出水；2出水表示2号反应装置的出水

实施例2：

结合图3与实施例2对本发明加以进一步说明。反应装置1的A段和B段曝气池均装载活性污泥。采用溶解氧测定仪对溶解氧(DO)进行监控，维持DO值A段曝气池为1.5～2.5g/L，B段曝气池为2.5～3.5g/L，其余运行条件与实施例1中的一致。通过调节水管使工艺的A段和B段独立运行，A段水量为6.5L/d，停留时间为3h，B段水量为50L/d，停留时间为3.3h。反应装置2按照实施例1中反应装置1装置活性污泥。反应装置1和2均连续处理COD/N为6的模拟生活污水，直至获得稳定的COD、氨氮和总氮的去除率。然后按照接种量占污泥总量的0.2％，在反应装置1的A段和B段，以及反应装置2的B段接种PCN系列微生物，投加后闷曝24h。然后开始连续进水处理COD/N为6的模拟生活污水。连续运行7天的结果见表2所示。

表2本发明方法A段B段独立运行与本发明方法传统运行方式对模拟生活污水的处理效果

表2(续)

注：1出水表示1号反应装置的出水，即AB工艺并联运行的出水；2出水表示2号反应装置的出水，即PCN系列微生物强化AB工艺顺序经过A段和B段运行的出水。

从表2中可以看出，进水有机负荷较低的情况，本发明方法独立运行A段和B段较之依次经过AB段的运行方式，出水TN和TP去除率有明显的优势，反应装置1出水总氮浓度在9～15mg/L之间，TP在0.5～1mg/L之间，而反应装置2的总氮在15～20mg/L之间，TP在1.5～2.25mg/L之间。原因是依次通过AB两段运行时，进入B段的COD/N平均为3.27，而独立运行时进入反应器的COD/N为6。通过独立运行的方法可以一定程度上解决碳源不满足AB工艺设计要求的问题，同时还加大了污水的处理量，实验中由原来的50L/d提高到了56.5L/d，日处理水量提高了13％。同时，A段B段独立运行时检测了A段的出水水质，与B段的水质相差不大，因此可适当加大A段的处理水量，利用B段的稀释作用保证出水TN达标，处理水量可进一步加大。