申请日2013.04.25
公开(公告)日2013.07.24
IPC分类号C02F3/12
摘要
本发明属于废水处理与磷资源回收领域，涉及一种利用好氧颗粒污泥富集化学磷的方法。该方法包括如下步骤：(1)将沉淀浓缩后的絮状污泥接种到序批式反应器中，然后向序批式反应器进水，连续曝气驯化污泥结束后沉淀，排出上清液至反应器出水口处;(2)进水;(3)曝气;(4)沉淀;(5)排水;(6)闲置;(7)重复步骤(2)-(6)，得到高富磷好氧颗粒污泥。本发明的富集化学磷的好氧颗粒污泥具有极好的沉降性能，颗粒粒径和比重大，同时脱氮除碳效果好，在实际工程中能降低污水处理厂的基建费用，且工艺简单。
权利要求书
1.一种利用好氧颗粒污泥富集化学磷的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)接种、连续曝气
将沉淀浓缩后的絮状污泥接种到序批式反应器中，然后向序批式反应器进水，连续曝气驯 化污泥，连续曝气结束后沉淀，排出上清液至反应器出水口处;
(2)进水
采用蠕动泵向序批式反应器进水;
(3)曝气
通过空气压缩机将空气由反应器底部的微孔曝气头定量充入，对序批式反应器中的污泥进 行曝气充氧并保证污泥混合均匀;
(4)沉淀
曝气结束后，使反应器静置，进入泥水分离的沉淀阶段;
(5)排水
沉淀阶段结束后，序批式反应器进行排水操作，此时序批式反应器中出水口之上的处理水 在2-5min通过出水口排出反应器外;
(6)闲置
排水结束后，关闭出水口阀门，此时反应器不进行任何操作，即进入闲置阶段;闲置时间 为反应器排水结束至下一周期进水的间隔时间;
(7)重复步骤(2)-(6)，得到高富磷好氧颗粒污泥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，污泥取自城镇污水处理 厂曝气池末端的絮状污泥，接种进水后维持序批式反应器的污泥浓度范围在900-2500mg/L之 间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，进水至反应器工作体积 7L处,序批式反应器总体积为9L;
或所述的步骤(1)中，在室温下连续曝气12-24h;
或所述的步骤(1)中沉淀时间为1-2h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(1)或(2)中，进水为人工配 水，人工配水水质参数取值范围为：COD含量为400-800mg/L，NH4Cl含量为80-230mg/L， KH2PO4含量为45-155mg/L，Ca2+含量为35-80mg/L，Mg2+含量为20-50mg/L，微量元素： FeCl3·6H2O为1.5mg/L，H3BO3为0.15mg/L，CuSO4·5H2O为0.03mg/L，KI为0.18mg/L， MnCl2·4H2O为0.12mg/L，Na2MoO4·2H2O为0.06mg/L，ZnSO4·7H2O为0.12mg/L，CoCl2·6H2O 为0.15mg/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，进水水温为15-30℃， 进水水量为反应器工作体积的30-70%，进水时间为4-20min;
或所述的进水口设置在反应器底部10cm处;
或所述的步骤(2)进水完毕后还进行搅拌操作。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，曝气时维持反应器内表 面气速1.0-3.0cm/s，曝气时间为120-240min，曝气温度为15-30℃;
或所述的步骤(4)中，泥水分离的沉淀时间从初始的30min开始，每3-12个周期降低沉 淀时间1-5min，最终降至2-10min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的序批式反应器呈圆柱状，其高径比为 6-15，充水比为30-70%。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(6)的闲置时间为5-55min。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：重复步骤(2)-(6)一次为一个周期;一个 周期的运行时间为3-8h;
或所述的步骤(7)中，每天运行3-8个周期，培养20-80天。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的高富磷好氧颗粒污泥的富磷率为 5-18%;
或所述的步骤(7)高富磷好氧颗粒污泥为淡黄色球形或椭球形颗粒，直径为0.9-3mm， 比重为1.034-1.183，沉降速度为30-130m/h。
说明书
一种利用好氧颗粒污泥富集化学磷的方法
技术领域
本发明属于废水处理与磷资源回收领域，涉及一种利用好氧颗粒污泥富集化学磷的方法。
背景技术
磷是动植物生长不可缺少的无机营养元素，在生物体原生质的组成和新陈代谢中起到了 重要作用。磷矿石作为一种不可再生的资源正在变得越来越稀缺，开采的代价也越来越高。 发表在Nature杂志上的一篇文章《正在消失的营养元素》(Environment：The disappearing nutrient,2009年，Nature)中提到，全球总磷储量在数量上还可以维持人类再使用上百年的时 间，但依靠现在的开采技术，可经济开采出的磷矿实际上只有50年左右的使用时间!与磷资 源危机日益严重相矛盾的是，水体中磷含量过高。水体中过量的磷可以引发水体的富营养化， 导致水生生物特别是藻类大量繁殖，使生物的种群种类数量发生变化，破坏水体生态平衡。 中国环保部公布的2011年中国环境状况公报中指出：中国目前湖泊(水库)富营养化问题突 出，中营养状态、轻度富营养状态和中度富营养状态的湖泊(水库)比例分别为46.2%、46.1% 和7.7%。
好氧颗粒污泥是微生物的自凝聚过程，相比于传统的活性污泥，具有规则、密实的外形 结构和良好的沉降性能。同时，好氧颗粒污泥还具有较高的污泥浓度，较长的污泥停留时间， 是废水处理的一种新型技术。Mishima和Nakamura在1991年最先报道了好氧颗粒污泥， Heijnen和van Loosdrecht在1998年申请了好氧颗粒污泥的专利。目前，已有培养脱氮除磷 的好氧颗粒污泥专利，但是没有从磷回收的角度利用好氧颗粒污泥富集磷的专利。Yilmaz、 De Kreuk、van Loosdrecht等文献均报道了好氧颗粒污泥中化学磷沉淀过程，Angela通过X-Ray Diffusion(XRD)、Raman Spectroscopy和Scanning Electron Microscopy–Energy dispersive spectrum(SEM-EDS)直接证明了好氧颗粒污泥中化学磷的存在，但是都没有从磷回收的角度， 利用好氧颗粒污泥富集回收磷资源。因此，实现好氧颗粒污泥化学磷的富集，形成富集化学 磷的好氧颗粒污泥有助于磷资源的回收利用，对已成为战略资源的磷来说具有非常重要的现 实意义和经济价值。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种利用好氧颗粒污泥富集化学磷的方 法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用好氧颗粒污泥富集化学磷的方法，包括如下步骤：
(1)接种、连续曝气
将沉淀浓缩后的絮状污泥接种到序批式反应器中，然后向序批式反应器进水，连续曝气 驯化污泥，连续曝气结束后沉淀，排出上清液至反应器出水口处;
(2)进水
采用蠕动泵向序批式反应器进水;
(3)曝气
通过空气压缩机将空气由反应器底部的微孔曝气头定量充入，对序批式反应器中的污泥 进行曝气充氧并保证污泥混合均匀;
(4)沉淀
曝气结束后，使反应器静置，进入泥水分离的沉淀阶段;
(5)排水
沉淀阶段结束后，序批式反应器进行排水操作，此时序批式反应器中出水口之上的处理 水在2-5min通过出水口排出反应器外;
(6)闲置
排水结束后，关闭出水口阀门，此时反应器不进行任何操作，即进入闲置阶段;闲置时 间为反应器排水结束至下一周期进水的间隔时间;
(7)重复步骤(2)-(6)，得到高富磷好氧颗粒污泥。
所述的步骤(1)中，污泥取自城镇污水处理厂曝气池末端的絮状污泥，接种进水后维持 序批式反应器的污泥浓度范围在900-2500mg/L之间。
所述的步骤(1)中，进水至反应器工作体积7L处,序批式反应器总体积为9L。
所述的步骤(1)中，在室温下连续曝气12-24h;沉淀时间1-2h。
所述的步骤(1)或(2)中，进水为人工配水，人工配水水质参数取值范围为：COD含 量为400-800mg/L，NH4Cl含量为80-230mg/L，KH2PO4含量为45-155mg/L，Ca2+含量为 35-80mg/L，Mg2+含量为20-50mg/L，微量元素：FeCl3·6H2O为1.5mg/L，H3BO3为0.15mg/L， CuSO4·5H2O为0.03mg/L，KI为0.18mg/L，MnCl2·4H2O为0.12mg/L，Na2MoO4·2H2O为 0.06mg/L，ZnSO4·7H2O为0.12mg/L，CoCl2·6H2O为0.15mg/L。
所述的步骤(2)中，进水水温为15-30℃，进水水量为反应器工作体积的30-70%，进水 时间为4-20min;进水口设置在反应器底部10cm左右处。
所述的步骤(3)中，曝气时维持反应器内表面气速1.0-3.0cm/s，曝气时间为120-240min， 曝气温度为15-30℃。
所述的步骤(4)中，泥水分离的沉淀时间从初始的30min开始，每3-12个周期降低沉 淀时间1-5min，最终降至2-10min。
所述的序批式反应器呈圆柱状，其高径比为6-15，充水比为30-70%。
所述的步骤(2)进水完毕后还可进行搅拌操作，在好氧颗粒污泥形成阶段，钙镁离子浓 度取范围的上限值，促进污泥颗粒化;在好氧颗粒污泥形成后，钙镁离子浓度可取范围的下 限值，颗粒污泥较长的污泥龄和表面丰富的丝状菌能富集化学磷沉淀，使其比絮状污泥具有 更高的富磷率。
所述的步骤(6)的闲置时间为5-55min。
重复步骤(2)-(6)一次为一个周期;一个周期的运行时间为3-8h;
所述的步骤(7)中，每天运行3-8个周期，培养20-80天。
所述的步骤(7)中，步骤(2)-(6)的周期运行时间为3-8h，每天运行3-8个周期， 培养20-80天;即可培养出高富磷好氧颗粒污泥。
所述的步骤(7)得到的高富磷好氧颗粒污泥，为淡黄色球形或椭球形颗粒，直径为 0.9-3mm，比重为1.034-1.183，沉降速度为30-130m/h;其中颗粒表面主要以丝状菌为主并包 裹了较多的化学磷晶体，颗粒内部由球菌、杆菌和少量丝状菌组成。XRD的分析结果表明这 些化学磷晶体主要是白磷钙石Whitlockite(Ca3(PO4)2)，同时还有少量其它形式的钙磷晶体沉 淀，
本方法在颗粒化过程中微生物的自凝聚和丝状菌捕获化学磷沉淀等作用提高了污泥的比 重，获得了沉降性能良好的好氧颗粒污泥。较长的污泥停留时间和较多的丝状菌使得化学磷 能够大量积累而形成高富磷的好氧颗粒污泥，其污泥的富磷率可达5-18%(以MLSS计)。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的富集化学磷的好氧颗粒污泥具有极好的沉降性能，颗粒粒径和比重大，同 时脱氮除碳效果好，在实际工程中能降低污水处理厂的基建费用。
(2)本发明的富集化学磷的好氧颗粒污泥工艺简单，运行稳定，同时相比于生物除磷而 言，化学磷沉淀更为稳定，不会出现厌氧磷释出的现象，便于输送和处理。
(3)本发明的富集化学磷的好氧颗粒污泥具有较高的富磷率，其富磷率可达5-18%(以 MLSS计)，较高的富磷率为后续磷资源的回收利用奠定了极好的基础。
