剩余污泥厌氧发酵混合物实现低C/N、C/P城市生活污水深度脱氮除磷的方法

摘要

本发明公开了剩余污泥厌氧发酵混合物实现低C/N、C/P城市生活污水深度脱氮除磷的方法，属于污泥生化处理及城市污水处理领域。本发明将剩余污泥厌氧发酵的混合物(WAS-FM)泵入处理低C/N、C/P生活污水的序批式反应器SBR，通过聚磷菌厌氧释磷、聚磷菌吸磷、硝化菌硝化，反硝化细菌进行反硝化以及同步硝化反硝化、反硝化吸磷作用，最终达到生活污水深度脱氮除磷的目的。该发明利用剩余污泥厌氧发酵混合物既实现了低C/N、低C/P生活污水深度脱氮除磷，同时又省略了传统利用剩余污泥厌氧发酵物，将污泥、发酵液分离的过程。具有节约碳源，脱氮除磷效率高、降低运行成本的优点。

说明书

技术领域

本发明公开了剩余污泥厌氧发酵混合物实现低C/N、C/P城市生活污水深度脱氮除磷 的方法，属于污泥生化处理及城市污水处理领域。

背景技术

城市生活污水中含有较高浓度的氮磷，如果污水未经处理直接排放，必然会引起水 体的富营养化。氮磷的去除大多是通过生物作用去除——其中氮的去除首先被自养硝化细 菌转化成氧化态氮NO_x^-，接着在异养反硝化细菌的作用下，利用溶解性COD提供的电子， 被转化生成氮气(N₂)；磷的去除包括厌氧释磷和好氧吸磷两个阶段：在厌氧阶段，聚磷 菌利用优质碳源短链脂肪酸——SCFAs大量释磷，在好氧阶段，聚磷菌超其生理需要的吸 收磷。无论脱氮还是除磷，可碳源含量的多少是能否高效去除污水中氮和磷的关键。然而 我国城市污水普遍存在溶解性COD含量不足，难以为生物脱氮除磷提供所需碳源的情况。 城市污水处理厂通过添加化学药剂(如，乙酸钠、葡萄糖)提高碳源，以达到良好的出水 效果，但是添加药剂的费用较高。

为了降低此费用，研究者便通过开发污水处理厂系统内的碳源——剩余污泥厌氧发 酵，满足生物脱氮除磷的需要。污泥厌氧发酵产生的短链脂肪酸(SCFAs)，是生物脱氮 除磷过程中易于利用的碳源。而pH是影响污泥发酵的重要因素之一，研究发现碱性条件 下剩余污泥厌氧发酵会产生大量的SCFAs，并且生物利用开发出的剩余污泥内碳源，能很 好的脱氮除磷。但是这个过程中会将发酵液和污泥分离，只选择利用发酵液。EPS是决定 活性污泥絮体物化性质和生物性质的关键物质。直接影响着污泥的吸附性能、絮凝性能、 沉降性能及脱水性能等。污泥进行厌氧发酵时，EPS分解以及细胞的细胞壁破坏，导致污 泥粘性增大，难于自然沉淀分离，要想分离，需采用离心机分离，如此一来运行费用成本 增加。

剩余污泥厌氧发酵混合物实现低C/N、C/P城市生活污水深度脱氮除磷的方法，具有 如下优点：1)省略了传统利用剩余污泥厌氧发酵物将污泥、发酵液分离的过程；2)为低 C/N、C/P城市生活污水提供碳源，不但降低了外加药剂的费用，还提高了脱氮除磷的效率， 同时也处理了剩余污泥发酵混合物中的氮磷；3)碱性发酵混合物的投加给硝化过程提供 了碱度；4)剩余污泥发酵混合物在处理低C/N、C/P城市生活污水的序批式反应器SBR 中可进一步减量。

发明内容

本发明将剩余污泥厌氧发酵的混合物泵入处理低C/N、C/P生活污水的序批式反应器 SBR中，聚磷菌利用WAS-FM和生活污水中的丰富碳源进行大量释磷；接下来通过同步 硝化反硝化作用、聚磷菌吸磷以及反硝化吸磷的作用，最终达到生活污水深度脱氮除磷。

本发明通过以下技术方案来实现：

剩余污泥厌氧发酵混合物实现低C/N、C/P城市生活污水深度脱氮除磷的方法，应用 如下装置，该装置包括剩余污泥通过第一泵蠕动泵(1)泵入剩余污泥发酵罐(2)，剩余 污泥发酵罐(2)内安装第一搅拌器(3)、温度控制装置(4)、第一pH控制器(5)； 剩余污泥发酵罐(2)与发酵混合物储存罐(8)连接，发酵混合物储存罐(8)通过第二 蠕动泵(9)与序批式反应器SBR(12)连接；污水水箱(10)通过第三蠕动泵(11)与 序批式反应器SBR(12)连接。序批式反应器SBR(12)中安装第二搅拌器(13)、溶解 氧控制器(14)和第二pH控制器(15)；序批式反应器SBR(12)中的曝气头与空压机 (16)连接，序批式反应器SBR(12)与污泥储存罐(17)连接；另外，设置与计算机(6) 相连的过程控制器(7)，用以控制第一蠕动泵(1)、第二蠕动泵(9)、第三蠕动泵(11)、 第一搅拌器(3)、第二搅拌器(13)、温度控制器(4)、第一pH控制器(5)、第二pH 控制器(15)、溶解氧控制器(14)和空压机(16)；

剩余污泥厌氧发酵混合物实现低C/N、C/P城市生活污水深度脱氮除磷的方法，其特 征在于包括以下步骤：

剩余污泥发酵罐为半连续反应器(半连续指反应器一直在运行，只是每天仅在特定的 时间加入污泥而非一直投加)，污泥停留时间SRT在6～20天，控制pH在9～10。根据SRT 每天排放剩余污泥发酵混合物(FM)至发酵混合物储存罐(8)，并加入等体积的新鲜剩 余污泥至剩余污泥发酵罐。

序批式反应器SBR(12)每周期依次经历进水和污泥发酵混合物、厌氧搅拌、曝气、 缺氧搅拌、曝气、缺氧搅拌、曝气、沉淀排水8个过程，污泥龄在6～10d；

I进水、发酵混合物设定进水量为反应器有效体积的1/4～1/2，进发酵混合物量为进 水体积的1/50～1/10，两者均通过时控开关控制；

II厌氧搅拌设定搅拌时间为1～3小时，聚磷菌利用FM和生活污水中的丰富碳源进 行大量释磷；

III曝气通过实时控制装置维持溶解氧DO在0.5～1.5mg/L，并监测pH，设定曝气 时间在1-2h且氨谷点出现前(氨谷点是指pH值先下降后上升的拐点)，NH₄⁺-N在低氧 条件下部分转化为氧化态氮NO_x^-，并伴有反硝化作用，聚磷菌吸入部分PO₄^3--P；

IV缺氧搅拌设定搅拌时间1～2h，反硝化聚磷菌利用氧化态氮NO_x^-为电子受体进行 反硝化吸磷，同时反硝化菌利用水解酸化菌发酵产生的碳源进行反硝化；

V曝气初始溶解氧DO在2～3mg/L，当dpH/dt≥0时停止曝气。硝化细菌将第III 阶段未硝化的、以及水解酸化菌发酵产生的NH₄⁺-N进一步硝化，同时聚磷菌充分吸磷；

VI缺氧搅拌设定搅拌时间1～2h，反硝化菌利用水解酸化菌发酵产生的碳源进行反 硝化；

VII曝气设定曝气时间0.2～0.5h，溶解氧DO在2～3mg/L，将第VI阶段中水解酸化 菌发酵产生的NH₄⁺-N进一步去除，同时排放污泥，由于此污泥富含磷，可用来进一步厌 氧发酵以回收磷；

VIII沉淀排水设定沉淀时间1～2h,泥水分离之后排水，排水比为1/4～1/2。

与传统的利用剩余污泥内碳源，将污泥、发酵液分离的方法相比，该发明具有如下优 点：

1)省略了传统利用剩余污泥厌氧发酵物将污泥、发酵液分离的过程，降低运行成本， 操作简单化；

2)剩余污泥发酵混合物中含有水解发酵产酸菌，在缺氧阶段反硝化细菌可以利用这些 菌水解酸化作用产生碳源进行反硝化去除氮。

3)剩余污泥发酵混合物在处理低C/N、C/P城市生活污水的序批式反应器SBR中可 进一步减量。

附图说明：

图1为本发明装置的结构示意图

图中：1——第一蠕动泵；2——剩余污泥发酵罐；3——第一搅拌器；4——温度控制 器；5——第一pH控制器；6——计算机；7——过程控制器；8——发酵混合物储存罐；9 ——第二蠕动泵；10——污水水箱；11——第三蠕动泵；12——序批式反应器；13——第 二搅拌器；14——溶解氧控制器；15——第二pH控制器；16——空压机；17——污泥储 存罐

图2为序批式反应器SBR的运行方式。

具体实施方式

结合附图和实例对本申请专利进一步说明：如图1所示，本发明包括剩余污泥发酵罐、 污泥发酵混合物储存罐、污水水箱、序批式反应器SBR。四个装置的有效体积分别是5L、 3L、30L、10L，其中剩余污泥发酵罐、污泥发酵混合物储存罐和序批式反应器SBR由有 机玻璃制成；污水水箱由有机塑料制成。

其装置包括剩余污泥通过第一泵蠕动泵(1)泵入剩余污泥发酵罐(2)，剩余污泥发 酵罐(2)内安装第一搅拌器(3)、温度控制装置(4)、第一pH控制器(5)；剩余污 泥发酵罐(2)与发酵混合物储存罐(8)连接，发酵混合物储存罐(8)通过第二蠕动泵 (9)与序批式反应器SBR(12)连接；污水水箱(10)通过第三蠕动泵(11)与序批式 反应器SBR(12)连接。序批式反应器SBR(12)中安装第二搅拌器(13)、溶解氧控制 器(14)和第二pH控制器(15)；序批式反应器SBR(12)中的曝气头与空压机(16) 连接，序批式反应器SBR(12)与污泥储存罐(17)连接；另外，设置与计算机(6)相 连的过程控制器(7)，用以控制第一蠕动泵(1)、第二蠕动泵(9)、第三蠕动泵(11)、 第一搅拌器(3)、第二搅拌器(13)、温度控制器(4)、第一pH控制器(5)、第二pH 控制器(15)、溶解氧控制器(14)和空压机(16)；

具体实例中使用的城市生活污水取自北京市某家属区的化粪池，其中化学需氧量COD 在120～180mg/L，NH₄⁺-N的浓度在45～60mg/L，PO₄^3--P的浓度在5.0～7.5mg/L，其C/N在 2～4，C/P<40，自身碳源无法满足深度脱氮除磷的目的。

具体实施过程如下：

剩余污泥发酵罐为半连续反应器，污泥浓度MLSS在7500～8000mg/L，污泥停留时间 SRT在6天，控制pH在10±0.2，温度在30±2℃。根据SRT每天排放833mL剩余污泥 发酵混合物(FM)至发酵混合物储存罐(8)，并加入833mL的新鲜剩余污泥至剩余污泥 发酵罐。污泥发酵混合物中的主要指标如下：SCOD为3380±420mg/L，SCFAs为1221± 40mg COD/L，NH₄⁺-N为198±20mg/L，PO₄^3--P为95±10mg/L。

序批式反应器SBR(12)每周期依次经历进水和污泥发酵混合物、厌氧搅拌、曝气、 缺氧搅拌、曝气、缺氧搅拌、曝气、沉淀排水8个过程，如图2。污泥龄在8d；

I进水、发酵混合物进水量为反应器有效体积的1/2，即5L。进发酵混合物量为进 水体积的3/50，两者均通过时控开关控制。

II厌氧搅拌设定搅拌时间为3h，聚磷菌利用FM和生活污水中的丰富碳源进行大量 释磷；

III曝气通过实时控制装置维持溶解氧DO在0.5～1.5mg/L，并监测pH，设定曝气 时间在2h(氨谷点出现前)，NH₄⁺-N在低氧条件下部分转化为氧化态氮NO_x^-，并伴有反 硝化作用，聚磷菌吸入部分PO₄^3--P；

IV缺氧搅拌设定搅拌时间2h，反硝化聚磷菌利用氧化态氮NO_x^-为电子受体进行反 硝化吸磷，同时反硝化菌利用水解酸化菌发酵产生的碳源进行反硝化；

V曝气初始溶解氧DO在2～3mg/L，当dpH/dt≥0时停止曝气。硝化细菌将第III 阶段未硝化的、以及水解酸化菌发酵产生的NH₄⁺-N进一步硝化，同时聚磷菌充分吸磷；

VI缺氧搅拌设定搅拌时间2h，反硝化菌利用水解酸化菌发酵产生的碳源进行反硝 化；

VII曝气设定曝气时间0.25h，溶解氧DO在2～3mg/L，将第VI阶段中水解酸化菌 发酵产生的NH₄⁺-N进一步去除，同时排放污泥，由于此污泥富含磷，可用来进一步厌氧 发酵以回收磷；

VIII沉淀排水设定沉淀时间2h,泥水分离之后排水，排水比为1/2。

实验结果表明：投加剩余污泥发酵混合物，可实现低C/N、C/P城市生活污水深度脱 氮除磷，同时剩余污泥发酵混合物得到处理。出水中COD浓度为35～52mg/L，NH₄⁺-N浓 度为0.2～2.5mg/L，TN去除率为80～85％；PO₄^3--P浓度为0.1～0.7mg/L，去除率为90％～97％。