微動力同步脫氮除磷生化水處理工藝的製作方法

2023-08-22 19:23:56

專利名稱：：微動力同步脫氮除磷生化水處理工藝的製作方法
技術領域：
：本發明涉及汙水處理領域，具體是一種微動力同步脫氮除磷生化水處理工藝。它適用於含氮磷等營養物的有機汙水，如市政汙水、居民生活汙水、食品工業汙水、餐飲行業汙水等；也適用於高濃度難降解有機汙水，如禽畜牧糞尿汙水、屠宰場衝洗汙水、垃圾滲漏液等。
背景技術：
：排放未經處理或未達標的含氮磷等營養物有機汙水，可引起水體汙染、水質下降與水生態功能受損等環境與生態問題，特別容易引起水體富營養化的暴發。目前，傳統汙水生化處理工藝(如市政汙水A-O法)能夠勝任低濃度條件下的脫氮及降解有機質等處理要求，但不能勝任同步脫氮除磷及降解有機質等處理要求，特別是高濃度難降解有機汙水(如畜牧場糞尿汙水)。
發明內容本發明需要解決的技術問題是提供一種同步脫氮除磷與有機質高效降解的新穎生化水處理工藝及其基本流程。本發明新工藝主要利用特種脫硝聚磷功能菌(NDPAOs:》-iVofeo^故W山i^o^foqyc/^A並通過微動力供氧系統保持功能菌的最大活性；輔助在線氧化-還原電位(ORP)、溶解氧(DO)與pH的監測與監控、通過"厭氧-缺氧"與"厭氧-微氧"雙循環工藝流程來實現功能菌對汙水的同步脫氮除磷與有機質的高效降解。本發明的微動力同步脫氮除磷生化水處理工藝，輔助微動力供氧，其特徵在於採用脫硝聚磷功能菌和"厭氧-缺氧一厭氧-微氧"雙循環工藝流程，所述的脫硝聚磷功能菌的製備步驟為取常規活性汙泥作為功能菌的接種源；預備BODs:NH/-N:PO，重量比為40±20:8±3:2土1的中等濃度中等可解降有機汙水；設計水停留時間(HRT)為15天、活性汙泥停留時間(SRT)為618天；設計雙循環中的"厭氧-缺氧"前半循環時間為3土2小時一2土1小時、"厭氧-微氧"後半循環時間為3±2小時一2±1.5小時；汙水在前半循環階段內輸入總量的2080%、在後半循階段內輸入總量的8020%;留有0.21.5小時作為最後沉澱期，用於剩餘汙泥排放和處理水排放；通過在線氧化還原電位(ORP)監測並反饋至曝氣系統，確保在前半循環的"缺氧"期內，微動力供氧強度的上限為液相ORP水平低於0mV;在後半循環的"微氧"期內，微動力供氧強度的上限為液相DO水平低於2mg/L;所述的"厭氧-缺氧一厭氧-微氧"雙循環工藝流程為"厭氧-缺氧"半循環加"厭氧-微氧"半循環，即首先進行"厭氧-缺氧"前半循環，此半循環內兩個獨立分階段——"厭氧"期、"缺氧"期——時間分配比為2:11:2;隨後進行"厭氧-微氧"後半循環，此半循環內兩個獨立分階段——"厭氧"期、"微氧"期——時間分配比為2:11:2;—個完整循環周期的時間為624小時。所述的脫硝聚磷功能菌的製備步驟，優選為，連續進行14周後，反應器系統即可篩選出富含脫硝聚磷功能菌的活性汙泥。該活性汙泥顆粒平均直徑為918um、汙泥容積指數為3070、脫硝聚磷功能菌群在汙泥微生物總密度的比例達到1560%、脫硝聚磷功能菌總磷濃度佔乾物質重量的620%。本發明曝氣工藝為多點擴散型微動力供氧法，即在反應器底部均勻、多點地安裝微孔圓盤型曝氣擴散器。在"厭氧-缺氧"前半循環內，在"缺氧"期開始時隨即開啟曝氣系統，通過ORP在線監測控制曝氣強度，要求在此階段內ORP水平低於0mV;在"厭氧-微氧"後半循環內，在"微氧"期開始時隨即開啟曝氣系統，通過ORP與DO聯立在線監測控制曝氣強度，要求在此階段內DO水平低於2mg/L。本發明汙水輸入法為兩步法，即在"厭氧-缺氧"前半循環內，在"厭氧"的開始階段輸入汙水，其負荷為一個完整循環周期內汙水輸入總量的2080%;在"厭氧-微氧"後半循環內，在"厭氧"的開始階段輸入汙水，其負荷為一個完整循環周期內汙水輸入總量的8020%。與傳統的(單循環)厭氧-好氧工藝比較，本發明及其基本流程創新性在於:(1)通過微動力曝氣法形成的缺氧/微氧狀態，硝化作用形成的硝酸鹽(部分亞硝酸鹽)隨即成為反硝作用的底物，通過硝化-反硝反聯立作用將汙水中的還原態氮轉化為氮氣。(2)本發明雙循環工藝條件下形成的脫硝聚磷細菌具有利用硝酸鹽(部分亞硝酸鹽)而不是自由氧作為電子受體的獨特功能，聚磷的同時進行硝酸鹽的還原作用。(3)在雙循環模式下，通過兩次汙水進料的方法依次產生了二個相對獨立的厭氧狀態，第二輪厭氧狀態下進行的反硝化作用將前一輪缺氧過程中剩餘的硝酸鹽還原為氮氣；同時聚磷微生物繼續利用前一輪缺氧過程中剩餘的硝酸鹽作為電子受體，聚蓄磷並防止大量生物磷厭氧釋放；減少活性汙泥的產生量。與傳統厭氧-好氧單循環工藝比較，微動力曝氣法保障下的雙循環工藝可減少能源投入的2050%。另外，兩次相對獨立循環串聯的運行模式特別適應於高濃度的有機汙水(如畜禽養殖汙水)的同步除脫氮除磷及有機質降解，而對於低濃度汙水的處理可以通過增加汙水進水負荷、縮短HRT及活性汙泥SRT來實現低能源投入與高效能的處理率。圖l.是微動力同步脫氮除磷生化水處理反應器結構示意圖2是富含脫硝聚磷功能菌的活性汙泥電子掃描顯示圖3是螢光原位雜交(FISH)技術脫硝聚磷功能菌的生物學鑑定雷射掃描圖，圖中紫紅色為除磷功能菌群；圖4是同步脫氮除磷與有機質降解工藝的雙循環流程圖5是微動力曝氣過程中"缺氧"期(上)與"微氧"期(下)ORP的動態變化過程；圖6是汙水脫氮除磷微動力曝氣過程DO水平圖；圖7是汙水不同BODs:NH4+-N:PO^-P比例對氮素去除的影響；圖8是汙水不同BOD5:NH/-N:PO^-P比例對磷素去除的影響。具體實施方案1、本發明工藝所需的反應器結構(圖l)為汙水排入系統、處理水排出系統、曝氣系統、攪拌系統、剩餘汙泥排放系統、在線監測系統、智能控制系統等。其中，汙水排入系統包括反應器l、汙水貯存池2、進水泵3、攪拌機4、定時器5、汙水管道6及汙水排入口7;處理水排出系統包括排水泵8、排水管道9及處理水貯存池10;曝氣系統包括氣泵11、定時器12、輸氣管13及曝氣石14;攪拌系統包括攪拌器15、攪拌軸16及攪拌機17;剩餘汙泥排放系統包括汙泥外排閥門18、汙泥輸送管19及汙泥貯存池20;在線監測系統包括ORP電極2KDO電極22、pH電極23、在線監測控制器24及在線監測中轉站25;智能控制系統包括實時控制器26、控制導線27及電腦28。2、從普通活性汙泥中篩選脫硝聚磷功能菌實施例。取常規市政汙水處理工藝的活性汙泥作為功能菌的接種源。用水兌稀豬場糞尿，預製備成中等濃度中等可解降有機汙水，其中BOD5、NH4+-N、P043:P濃度分別為2500mgO2/L、300mgN/L、50mgP/L，ORP水平為-380mV。設計HRT為2天、SRT為12天，總懸浮活性顆粒物(TSS)為0.8%。設計雙循環中的"厭氧-缺氧"前半循時間為2小時一2小時、"厭氧-微氧"後半循環時間2小時一1.5小時；汙水在前半循環階段內輸入負荷為總量的60%、在後半循環階段內輸入負荷為總量的40%;留有0.5小時作為一個完整循環階段的最後沉澱期，用於剩餘汙泥排放和處理水排放。通過在線ORP監測並反饋曝氣系統，確保在前半循環的"缺氧"期內，微動力供氧強度的上限為液相ORP水平低於0mV;在後半循環的"微氧"期內，微動力供氧強度的上限為液相DO水平低於2mg02/L。按上述步驟連續進行一周後，反應器系統成功地篩選出富含脫硝聚磷功能菌的活性汙泥。富含脫硝聚磷功能菌的活性汙泥電子掃描圖像見圖2;FISH技術生物學鑑定脫硝聚磷功能菌的雷射掃描圖見圖3。3、汙水同步脫氮除磷與有機質降解工藝的雙循環流程與水量負荷控制實例同步脫氮除磷與有機質降解工藝的雙循環流程見圖4。反應器液相HRT為3天、活性汙泥SRT為18天，總懸浮生物顆粒物(TSS)為1.0%;—個完整循環周期時間為8小時。前半循環即為"厭氧-缺氧"，此半循環內的兩個獨立分階段"厭氧"期、"缺氧"期的時間分別為1.5小時與2.5小時；在"厭氧"期的開始階段，汙水排入負荷為總量的60%。隨後進行"厭氧-微氧"後半循環，此半循環內兩個獨立分階段("厭氧"期、"微氧"期)的時間分配為1.75小時與1.75小時，在"厭氧"期的開始階段，汙水排入負荷為總量的40%。隨後進行0.5小時的穩定與沉澱，並在一個完整循環周期結束時，從反應器上層清液內排出與汙水輸入負荷等量的處理水，從反應器底部活性汙泥內排出過剩汙泥。反應器各項參數TSS、HRT與SRT、雙循環流程時間分配，汙水氮磷及有機質含量特徵以及汙水排入與處理水排出負荷與實例2相同。一個完整的8小時汙水處理周期以8:OO為起始點，至16:OO為循環終止點，曝氣系統採用多點擴散型微動力曝氣法。通過反饋ORP與DO信息，適時調節氣泵功率。當供氣強度達到0.83L/(mlsec)時，在前半循環的"缺氧"期內，實現液相ORP水平低於OmV;在後半循環的"微氧"期內，確保液相DO水平低於2mg02/L。實現同步脫氮除磷與有機質降解所需的微動力工藝與ORP、DO過程控制見圖5與圖6。4、汙水氮磷去除率與有機質降解率供試的汙水為高濃度難降解的畜禽糞尿汙水。設計反應器混合溶液TSS為0.92%、HRT為3天和SRT為19天；一個完整周期為8.0小時、"厭氧-缺氧"一"厭氧-微氧"雙循環流程時間分配為"1.5小時~~2.5小時"與"1.5小時一-2.0小時"，兩個厭氧期開始時汙水排入負荷比為55%:45%;在前半循環的"缺氧"期內，控制曝氣強度為液相ORP水平低於0mV，在後半循環的"微氧"期內，控制曝氣強度為液相DO水平低於1.5mg02/L。完成一個完整循環周期後，不同BOD5:NH4+-N:P043.-P條件下的汙水氮磷去除率與有機質降解率見表l。由表1可知，當汙水BODs:NH/-N:P043'-P比達到420:100:10時，反應器氮磷去除率及有機質的降解率為最高，均在90%以上；當汙水中氮負荷過大(如380:150:10)或磷負荷過大(如61:13:10)時，反應器氮磷去除率與有機質的降解率下降，相應地提高了出水的氮磷濃度。表l.汙水BODs:NH/-N:PCV'-P變化引起氮磷及有機質去除率/降解率(％)tableseeoriginaldocumentpage9當汙水有機物、氨氮以及磷酸鹽濃度比值、S卩BODs:NH4+-N:PO,-P比為400(±100):80(±20):10(±2)時，在室溫25。C條件下，同步脫氮除磷及有機質BODs:NH/-N:P04^P等去除效率不低於900/。。5、汙水脫氮除磷及有機質降解動態過程汙水BODs:NH/-N:P04、P比例的變化對新工藝脫氮除磷產生影響。當反應器運行條件與實例4相類似時，相對而言，氮素負荷過量或磷素負荷過量均能削弱反應器內的特種功能菌的工作效率，主要表現在(1)當氮素負荷相對過量時，如汙水BODs:NH/-N:P043--P比為380:150:10時，與汙水BODs:NH4+-N:P043--P比為420:100:IO(表I)比較，硝化作用進行不徹底，生成的處理水中存在氨氮剩餘與亞硝酸鹽積累現象，由硝化作用產生的硝酸鹽，其供應量較大地超過了正常條件下脫硝聚磷作用所需的硝酸鹽消耗量，見圖7。解決方案適當延長厭氧期階段的時間，增強反硝化作用。(2)當磷素負荷相對過量時，如汙水BODs:PO/'-P比為61:13:10時，與汙水BODs:P043--P比為420:100:10(表l)比較，可供脫硝聚磷作用正常工作的有機碳源不足，削弱脫硝聚磷功能菌活性，造成排放的處理水具有較高的磷素濃度，見圖8。解決方案在缺氧期或微氧期間補充有機碳源，增強生物聚磷作用的能量供應。權利要求1、一種微動力同步脫氮除磷生化水處理工藝，輔助微動力供氧，其特徵在於採用脫硝聚磷功能菌和「厭氧-缺氧-厭氧-微氧」雙循環工藝流程，所述的脫硝聚磷功能菌的製備步驟為取常規活性汙泥作為功能菌的接種源；預備BOD5∶NH4+-N∶PO43-P重量比為40±20∶8±3∶2±1的中等濃度中等可解降有機汙水；設計水停留時間為1～5天、活性汙泥停留時間為6～18天；設計雙循環中的「厭氧-缺氧」前半循環時間為3±2小時-2±1小時、「厭氧-微氧」後半循環時間為3±2小時-2±1.5小時；汙水在前半循環階段內輸入總量的20～80％、在後半循階段內輸入總量的80～20％；留有0.2～1.5小時作為最後沉澱期，用於剩餘汙泥排放和處理水排放；通過在線氧化還原電位監測並反饋至曝氣系統，確保在前半循環的「缺氧」期內，微動力供氧強度的上限為液相ORP水平低於0mV；在後半循環的「微氧」期內，微動力供氧強度的上限為液相DO水平低於2mg/L；所述的「厭氧-缺氧-厭氧-微氧」雙循環工藝流程為「厭氧-缺氧」半循環加「厭氧-微氧」半循環，即首先進行「厭氧-缺氧」前半循環，此半循環內兩個獨立分階段——「厭氧」期、「缺氧」期——時間分配比為2∶1～1∶2；隨後進行「厭氧-微氧」後半循環，此半循環內兩個獨立分階段——「厭氧」期、「微氧」期——時間分配比為2∶1～1∶2；一個完整循環周期的時間為6～24小時。2、根據權利要求l所述的微動力同步脫氮除磷生化水處理工藝，其特徵在於所述的脫硝聚磷功能菌的製備步驟，連續進行14周後，反應器系統即可篩選出富含脫硝聚磷功能菌的活性汙泥。該活性汙泥顆粒平均直徑為918um、汙泥容積指數為3070、脫硝聚磷功能菌群在汙泥微生物總密度的比例達到1560%、脫硝聚磷功能菌總磷濃度佔乾物質重量的620%。3、根據權利要求2所述的微動力同步脫氮除磷生化水處理工藝，其特徵在於所述的脫硝聚磷功能菌的製備步驟為，取常規活性汙泥作為功能菌的接種源；預備BODs:NH4+-N:P043，重量比為40:8:1的中等濃度中等可解降有機汙水；設計水停留時間為2天、活性汙泥停留時間為12天；設計雙循環中的"厭氧-缺氧"前半循環時間為2小時一2小時、"厭氧-微氧"後半循環時間為2小時一1.5小時；汙水在前半循階段內輸入總量的60%、在後半循階段內輸入總量的40%;留有0.5小時作為最後沉澱期，用於剩餘汙泥排放和處理水排放；通過在線ORP監測並反饋曝氣系統，確保在前半循環的"缺氧"期內，微動力供氧強度的上限為液相ORP水平低於0mV;在後半循環的"微氧"期內，微動力供氧強度的上限為液相DO水平低於2mg/L;按上述步驟連續進行一周後，反應器系統即可篩選出富含脫硝聚磷功能菌的活性汙泥。全文摘要本發明涉及一種微動力同步脫氮除磷生化水處理工藝。本發明需要解決的技術問題是提供一種同步脫氮除磷與有機質高效降解的新穎生化水處理工藝及其基本流程。本發明新工藝特徵在於採用脫硝聚磷功能菌和「厭氧-缺氧-厭氧-微氧」雙循環工藝流程。利用特種脫硝聚磷功能菌，並通過微動力供氧系統保持功能菌的最大活性；輔助在線氧化-還原電位(ORP)、溶解氧(DO)與pH的監測與監控、通過「厭氧-缺氧」與「厭氧-微氧」雙循環工藝流程來實現功能菌對汙水的同步脫氮除磷與有機質的高效降解。文檔編號C02F3/30GK101113056SQ200610052698公開日2008年1月30日申請日期2006年7月28日優先權日2006年7月28日發明者張志劍申請人:浙江大學