申请日2007.06.12
公开(公告)日2008.12.17
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明属新型环保技术领域，具体涉及一种提高污水脱氮除磷效果的方法。该方法利用表面活性剂促进污水厂剩余污泥厌氧产生的挥发性有机酸作为污水生物除磷脱氮的外加碳源，能够提高污水的除磷脱氮效果，特别是能够显著改善COD偏低污水的除磷脱氮效果。
权利要求书
1、一种提高污水除磷脱氮效果的方法，其特征在于步骤如下：
(1)将表面活性剂与活性污泥工艺中产生的污泥以一定比例混合，在厌氧反应 器中于室温条件下厌氧均匀搅拌一段时间进行发酵，得到发酵产物;
(2)将上述发酵产物泥水分离，分离后的清液含有高浓度的氮和磷，回收清液 中的氮和磷，得到处理后的发酵液;
(3)按一定比例将处理后的发酵液加入到待处理污水中，得到混合污水;
(4)对步骤(3)得到的混合污水进行除磷脱氮生物处理。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)
所用的污泥是传统的活性污泥工艺和包括AO、A2O、SBR、氧化沟各种改良的 活性污泥工艺中产生的剩余污泥或初沉污泥-剩余污泥混合物。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)
所用污泥中含微生物包括：水解和发酵性细菌;具体包括专性厌氧的梭菌属、 拟杆菌属、丁酸弧菌属、双歧杆菌属。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)
所用表面活性剂为阴离子表面活性剂，包括：十二烷基苯磺酸钠，十二烷基硫 酸钠、十四烷基苯磺酸钠、α-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中表面活性剂的用量与 污泥干重的比值为0.01∶1～0.03∶1。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中发酵处理时间为3-12 天。
7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中发酵处理时间为5-7 天。
8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)中氮磷回收处理采用鸟 粪石沉淀法。
9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中每升待处理污水中加 入发酵液20-200mL。
10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中得到的混合污水的指 标需达到BOD/TP>20且BOD/TN>6。
说明书
一种提高污水除磷脱氮效果的方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种提高污水除磷脱氮效果的方法。
背景技术
为防治水体富营养化问题，我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918-2002)对城市二级污水处理厂出水中N、P含量做了严格限定，其 中一级标准A标准NH4+-N≤5mg/L，TN≤15mg/L，TP≤0.5mg/L，B标准NH4+-N ≤8mg/L，TN≤20mg/L，TP≤1mg/L。由此可见，无论现有污水处理厂还是新 建污水厂都面临着污水深度脱氮除磷的要求。
在微生物去除氮、磷等营养物质的过程中，它们需要污水中存在一定量的 的溶解性有机化合物作为碳源。国内外的研究表明，当进水BOD5/TP<20且 BOD5/TN<6时，生物脱氮除磷工艺都会因碳源不足而难以达到好的脱氮除磷效 果。在我国许多污水处理厂，碳源不足已成为脱氮除磷工艺的限制性因素。为 此需要向污水中补加碳源，例如乙酸。投加这些化学合成的碳源虽然能够改善 脱氮除磷效果，但运行成本也相应增加，并且消耗人类有限的有机资源。为此， 一些文献采用发酵有机废物生产生物除磷脱氮所需的有机碳源(例如，文献 Biotechnology and Bioengineering，1994，44：7-13.;Water Science and Technology， 1998，38(1)：265-273)。污水处理厂的产生污泥中含有大量的蛋白质、碳水化 合物等有机物，这些物质在一定条件下能经过微生物的作用转化为有机酸。 Thomas等人在对增强生物除磷的研究中同时利用污泥产生的酸和糖蜜废水做碳 源，能够提高除磷的效果(Water Science and Technology，2003，47(12)：141-148)， 但不加糖蜜废水而只补加污泥产生的酸时并不能显著改善除磷效果。本课题组 之前的研究表明，在一定条件下，利用表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵能够 生产富含挥发性有机酸的发酵液(中国发明专利，申请号200510110451.1)。为 了提高现有生物处理工艺的氮磷去除率，本发明提出了向废水中加入表面活性 剂促进污泥厌氧发酵产生的挥发性有机酸来提高污水生物处理除磷脱氮的效 果。
发明内容
针对现有技术中缺少廉价碳源，导致脱氮除磷工艺效果不佳的问题，本发 明的目的在于提供一种提高污水除磷脱氮的效果的方法。
本发明提出的提高污水除磷脱氮效果方法的实施过程如下：以污水处理厂 产生的剩余污泥为原料，通过加入表面活性剂生产发酵液;根据污水的具体情 况，在污水进入生物处理构筑物前加入一定量的发酵液，保证混合后的污水符 合BOD/TP>20且BOD/TN>6的要求;在生物处理构筑物的厌氧时段或区域， 聚磷菌利用污水中易生物降解有机物合成聚羟基烷酸(PHAs)，并充分释磷;在 好氧时段或区域，硝化菌将污水中的氨氮氧化为硝态氮和部分亚硝态氮，聚磷 菌利用内碳源(PHAs)的能量进行好氧吸磷;在缺氧时段或区域，反硝化菌将 硝态氮和亚硝态氮还原为气态氮，部分反硝化聚磷菌的存在能进一步提高磷的 吸收量。污水处理所采用的生物处理工艺可以是氧化沟、SBR、A2O、UCT、MBR 等现有污水厂常用的脱氮除磷工艺。
提高污水除磷脱氮效果的方法，具体步骤如下：
(1)将表面活性剂与活性污泥工艺中产生的污泥以一定比例混合，在厌氧 反应器中于室温条件下厌氧均匀搅拌一段时间进行发酵，得到发酵产物;
(2)将上述发酵产物泥水分离，分离后的清液含有高浓度的氮和磷，回收 清液中的氮和磷，得到处理后的发酵液;
(3)按一定比例将处理后的发酵液加入到待处理污水中，得到混合污水;
(4)对步骤(3)得到的混合污水进行除磷脱氮生物处理。
如上所述的方法，其中步骤(1)
所用的污泥是传统的活性污泥工艺和包括AO、A2O、SBR、氧化沟各种改 良的活性污泥工艺中产生的剩余污泥、初沉污泥-剩余污泥混合物。所用污泥中 含微生物包括：水解和发酵性细菌;具体包括专性厌氧的梭菌属、拟杆菌属、 丁酸弧菌属、双歧杆菌属。所用表面活性剂为阴离子表面活性剂，包括：十二 烷基苯磺酸钠，十二烷基硫酸钠、十四烷基苯磺酸钠、α-烯基磺酸钠、脂肪醇 聚氧乙烯醚羧酸钠，优选十二烷基苯磺酸钠。
如上所述的方法，其中步骤(1)中表面活性剂的用量与污泥干重的比值为 0.01∶1～0.03∶1，发酵处理时间为3-12天，优选5-7天。
如上所述的方法，其中步骤(2)中氮磷回收处理采用鸟粪石沉淀法。
如上所述的方法，其中步骤(3)中每升待处理污水中加入发酵液20- 200mL，得到的混合污水的指标需达到BOD/TP>20且BOD/TN>6。
如上所述的方法，其中步骤(4)中对混合污水进行生物处理的方法可以为 SBR工艺：充水比为0.5∶1～0.8∶1及水力停留时间为8-12h，将该混合污水加入到 序批式反应器SBR中，在厌氧条件下搅拌1.5-3.5h，然后好氧曝气25-35min， 接着进行缺氧搅拌25-35min，再进行好氧曝气35-55min，最后缺氧搅拌 35-55min，控制污泥龄为10-15d，完成除磷脱氮生物处理。
如上所述的方法，其中步骤(4)中对混合污水进行生物处理的方法可以为 倒置A2O工艺：缺氧厌氧段与好氧段的比例为1∶1.5;好氧池DO控制2～3mg/L， 进水负荷率0.17kgCOD/(kg·d)，水力停留时间为16-22h，回流比为100-200%。 污泥龄控制在12-16d，完成除磷脱氮生物处理。
本发明的研究表明，利用表面活性剂促进剩余污泥水解发酵，生产富含挥 发性有机酸的发酵液。将该发酵液添加到待处理污水中，聚磷菌在厌氧段的释 磷量和好氧段的吸磷量均明显增加，缺氧段反硝化速率也明显加快。因此，可 以通过合理投加该发酵液的方式，在现有的各种生物脱氮除磷工艺条件下，改 善污水除磷脱氮效果。
本发明的有益效果是：
(1)当污水碳源不足时，投加一定比例的用表面活性剂促进污泥生产的发酵 液，能够有效缓解聚磷菌和反硝化细菌对易降解有机质的竞争，从而提高污水 脱氮除磷的效果。
(2)本方法在合理的运行参数下，城市污水中有机物、总氮、总磷去除率可 达到90%以上，出水达到污水处理厂一级排放标准。
(3)利用城市污水处理厂污泥生产的有机酸做脱氮除磷的外加碳源，在提高 污水脱氮除磷效果的同时实现了污泥的资源化及减少污泥有机物对环境的污 染，是城市污水处理厂的一种循环经济模式。
具体实施方式
下面结合实例作进一步详细说明。
实施例1：
(1)十二烷基苯磺酸钠促进污泥生产挥发性有机酸。
将传统活性污泥工艺中浓缩后的剩余污泥(其含水率为99.4%，pH=6.84) 置于反应器中，按每克干污泥加入0.02g十二烷基苯磺酸钠的比例向污泥中加入 十二烷基苯磺酸钠，在室温、厌氧条件下搅拌6d，将污泥离心，收集清液，采 用鸟粪石沉淀法将清液中的磷酸盐及大部分氨氮去除，处理后的发酵液作为生 物脱氮除磷工艺的补充碳源。
(2)污水生物除磷脱氮。
向COD为200mg/L的每升实际生活污水中加入如(1)所述处理后的发酵 液20mL，使污水COD达到250mg/L，总氮(TN)26.6mg/L，总磷(TP)6.23mg/L。 按充水比为0.785∶1及水力停留时间为10.2h，将该污水加入到序批式反应器(SBR) 中，在厌氧条件下搅拌2h，然后好氧曝气30min，接着进行缺氧搅拌30min，再 进行好氧曝气45min，最后缺氧搅拌45min。通过控制污泥龄为15d及系统中不 同菌群的共同作用，达到脱氮和除磷的目的。运行后的出水结果：CODcr= 37mg/L，TN=5.5mg/L，TP=0.29mg/L，出水水质符合污水处理厂一级排放标 准。
实施例2：
待处理的实际生活污水的组成同实施例1，不加入实施例1所述的发酵液而 直接进行生物脱氮除磷，其他操作同实施例1。运行后的出水结果：CODcr= 21mg/L，TN=15.5mg/L，TP=1.52mg/L，出水水质不符合污水处理厂一级排放 标准。
对比实施例1与2可见，向实际污水中加入十二烷基苯磺酸钠促进污泥生 产的挥发性有机酸(即例1)，可以明显提高污水除磷脱氮的效果。
实施例3：
挥发性有机酸的生产同实施例1，待处理实际生活污水CODcr为150mg/L， TN=25.8mg/L，TP=2.74mg/L。向每升实际污水中加入实施例1所述的发酵液 40mL，使污水COD为250mg/L。按充水比为0.785∶1及水力停留时间为10.2h， 将该污水加入到序批式反应器(SBR)中，在厌氧条件下搅拌2h，然后好氧曝气 30min，接着进行缺氧搅拌30min，再进行好氧曝气30min，最后缺氧搅拌30min。 污水生物除磷脱氮的操作同实施例1。运行后的出水结果：CODcr=45mg/L，TN =5.5mg/L，TP=0.36mg/L，出水水质符合污水处理厂一级排放标准。
实施例4：
待处理实际生活污水的组成同实施例3，不加入实施例1所述的发酵液而直 接进行生物脱氮除磷，操作同实施例3。运行后的出水结果：CODcr=26mg/L， TN=17.5mg/L，TP=1.17mg/L，出水水质不符合污水处理厂一级排放标准。
实施例5：
(1)十二烷基硫酸钠促进污泥生产挥发性有机酸。
将传统活性污泥工艺中浓缩后的剩余污泥(其含水率为99.5%，pH=6.5)置 于反应器中，按每克干污泥加入0.03g十二烷基硫酸钠的比例向污泥中加入十二 烷基硫酸钠，在室温、厌氧条件下搅拌8d，将污泥离心，收集清液，采用鸟粪 石沉淀法将清液中的磷酸盐及大部分氨氮去除，处理后的发酵液作为生物脱氮 除磷工艺的补充碳源。
(2)污水生物除磷脱氮。
待处理生活污水CODcr为160mg/L，TN=42.5mg/L，TP=5.14mg/L。向每 升实际污水中污泥发酵生产的挥发性有机酸80mL，使污水COD为360mg/L。 按充水比为0.785∶1及水力停留时间为10.2h，将该污水加入到序批式反应器(SBR) 中。污水生物除磷脱氮的其它操作同实施例1。运行后的出水结果：CODcr= 42mg/L，TN=3.7mg/L，TP=0.24mg/L，出水水质符合污水处理厂一级排放标 准。
实施例6：
待处理生活污水的组成同实施例5，不加入污泥生产的挥发性有机酸而直接 进行生物脱氮除磷，操作同实施例5。运行后的出水结果：CODcr=39mg/L，TN =21.6mg/L，TP=2.39mg/L，出水水质不符合污水处理厂一级排放标准。
实施例7：
(1)十四烷基苯磺酸钠促进污泥生产挥发性有机酸。
将传统活性污泥工艺中浓缩后的剩余污泥(其含水率为99.5%，pH=7.0)置 于反应器中，按每克干污泥加入0.015g十四烷基苯磺酸钠的比例向污泥中加入 十四烷基苯磺酸钠，在室温、厌氧条件下搅拌7d，将污泥离心，收集清液，采 用鸟粪石沉淀法将清液中的磷酸盐及大部分氨氮去除，处理后的发酵液作为生 物脱氮除磷工艺的补充碳源。
(2)污水生物除磷脱氮。
待处理生活污水CODcr为170mg/L，TN=61.4mg/L，TP=6.07mg/L。向 每升实际污水中污泥发酵生产的挥发性有机酸100mL，使污水COD为370mg/L。 按充水比为0.6∶1及水力停留时间为12h，将该污水加入到序批式反应器(SBR) 中，在厌氧条件下搅拌2h，然后好氧曝气30min，接着进行缺氧搅拌30min，最 后进行好氧曝气45min，。运行后的出水结果：CODcr=41mg/L，TN=3.4mg/L， TP=0.29mg/L，出水水质符合污水处理厂一级排放标准。
实施例8：
待处理生活污水的组成同实施例7，不加入污泥生产的挥发性有机酸而直接 进行生物脱氮除磷，操作同实施例7。运行后的出水结果：CODcr=22mg/L，TN =36.1mg/L，TP=3.35mg/L，出水水质不符合污水处理厂一级排放标准。
实施例9：
挥发性有机酸的生产同实施例7，待处理生活污水CODcr为210mg/L，TN= 116.4mg/L，TP=12.53mg/L。向每升实际污水中污泥发酵生产的挥发性有机酸 200mL，使污水COD为610mg/L。按充水比为0.78∶1及水力停留时间为10.2h， 将该污水加入到序批式反应器(SBR)中，在厌氧条件下搅拌2h，然后好氧曝气 40min，接着进行缺氧搅拌40min，最后进行好氧曝气45min。通过控制污泥龄 为10d及系统中不同菌群的共同作用，达到脱氮和除磷的目的。运行后的出水 结果：CODcr=45mg/L，TN=4.4mg/L，TP=0.19mg/L，出水水质符合污水处理 厂一级排放标准。
实施例10：
待处理生活污水的组成同实施例9，不加入污泥生产的挥发性有机酸而直接 进行生物脱氮除磷，操作同实施例9。运行后的出水结果：CODcr=39mg/L，TN =65.7mg/L，TP=8.46mg/L，出水水质不符合污水处理厂一级排放标准。
实施例11：
向COD为300mg/L的每升实际生活污水中加入如实例1所述处理后的发 酵液40mL，使污水COD达到400mg/L，总氮(TN)60mg/L，总磷(TP)15mg/L。 将该污水加入到倒置A2O反应器中，缺氧厌氧段与好氧段的比例为1∶1.5;好氧 池DO控制2～3mg/L，进水负荷率0.17kgCOD/(kg·d)，水力停留时间为20h， 回流比为150%。通过控制污泥龄为15d及系统中不同菌群的共同作用，达到脱 氮和除磷的目的。运行后的出水结果：CODcr=40mg/L，TN=6.2mg/L，TP= 0.42mg/L，出水水质符合污水处理厂一级排放标准。
实施例12：
待处理生活污水的组成同实施例11，不加入污泥生产的挥发性有机酸而直 接进行生物脱氮除磷，操作同实施例11。运行后的出水结果：CODcr=41mg/L， TN=29mg/L，TP=7.57mg/L，出水水质不符合污水处理厂一级排放标准。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用 本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改， 并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此， 本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明 做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
