CN106365313A - 一种通过磷酸盐生物还原工艺进行生物除磷的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种通过磷酸盐生物还原工艺进行生物除磷的装置，生活污水由原水水箱经进水蠕动泵进入非好氧的生物反应器内，污水通过非好氧生物反应器的含有磷酸盐还原菌的污泥床，在不断的反应与碰撞的过程中，将污水中的磷酸盐进行还原；非好氧式生物反应器内水的温度29‑31℃，进水pH值控制在7.5～8.0；非好氧式生物反应器选用上流式厌氧污泥床反应器。本发明相比于同类除磷工艺的优点：1.不存在脱氮菌和除磷菌的污泥龄矛盾现象，更好地发挥了微生物的活性；2.不需要曝气，无耗能带来的成本负担；3.不需要外排污泥，节省了污泥后续处理的技术成本和可能带来的二次污染问题。

Description

一种通过磷酸盐生物还原工艺进行生物除磷的装置
技术领域
本发明涉及环保设备技术领域，具体说是一种除磷装置。
背景技术
目前全球水污染治理的重点、难点、热点已经从单纯的有机物治理转向氮磷等营养元素引起的水体富营养化问题。而传统的生物除磷技术存在曝气耗能所带来的成本负担，剩余污泥处理与处置的后续问题，脱氮和除磷菌种之间污泥龄的矛盾，以及管线工艺复杂多变的技术难题，都成为当下污水高效除磷的瓶颈问题。而磷酸盐还原现象的发现，为除磷工艺的技术突破带来新的曙光。
磷酸盐还原反应，即通过磷酸盐还原菌群将污水中的磷酸盐进行分布还原，最终形成气态的磷化氢回归大气。本工艺方法不需要曝气，无曝气成本的负担；不产生过量的剩余污泥，无污泥处理与处置的后续问题；工艺中依靠微生物对水中营养物质的同化吸收达到污水净化的目的，不涉及脱氮与除磷的泥龄矛盾；工艺简单，运行方便，更适于污水处理厂进行污水处理。
近年来，已有学者在港湾、污泥、海底等自然场所检测到磷化氢的产生，随后通过对磷化氢的各种形态的分析检测，磷酸盐还原反应现象被广泛认可。国内的相关团队对磷酸盐还原菌进行分离和提取，得到了乳球菌属、梭菌属等一系列产生磷化氢的菌属。也证明了磷酸盐还原反应的发生是微生物代谢的结果。并探讨了其在厌氧环境的效能发挥。在兼性厌氧的环境，磷酸盐还原菌具有相对绝对厌氧环境下更好地发挥了其活性，并表现出更高的脱氮除磷效率。
本发明更进一步针对磷酸盐还原反应，做出相关的影响因素研究，得到促使磷酸盐还原反应效能提升的有利影响因子，为磷酸盐还原工艺实现工业化奠定理论基础。但磷酸盐还原工艺应用于城市污水处理厂还未见报道，因此寻求城镇污水除磷成为当务之急。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过磷酸盐生物还原工艺进行污水除磷的新方法，本发明拟解决传统除磷工艺中曝气耗能与能源节约的矛盾，剩余污泥的排放与污泥减量化的矛盾，脱氮菌与除磷菌污泥龄的矛盾，以及优化工艺，简化流程，更有利于城镇污水处理厂技术升级和效率提升。具体技术方案如下：
一种通过磷酸盐生物还原工艺进行生物除磷的装置，包括原水水箱、进水蠕动泵、非好氧式生物反应器、回流蠕动泵、出水水箱、气体除杂器、湿式气体流量计；生活污水由原水水箱经进水蠕动泵进入非好氧生物反应器内，污水通过非好氧生物反应器的含有磷酸盐还原菌的污泥床，在不断的反应与碰撞的过程中，将污水中的磷酸盐进行还原；反应后的出水一部分经由回流蠕动泵回流到非好氧生物反应器3的底端，一部分流到出水水箱，进行水质检测；反应后的产气通入装有碱性溶液的气体除杂器除去厌氧消化产生的CH4等酸性气体，后经由湿式气体流量计计量剩余气体；非好氧式生物反应器内水的温度29-31℃，进水pH值控制在7.5～8.0；非好氧式生物反应器选用上流式厌氧污泥床反应器。
本发明具备以下优势：
1)***不需要外排剩余污泥，因此避免了处理剩余污泥的后续问题。
2)***不需要曝气耗能，因此避免了曝气所需要的成本问题。
3)工艺流程简单，操作方便，简化了传统生物除磷法反应过程复杂的问题。
4)本工艺不存在脱氮菌和除磷菌的污泥龄矛盾现象，更好地发挥了微生物的活性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中，1为原水水箱，2为进水蠕动泵，3为非好氧式生物反应器，4为回流蠕动泵，5为出水水箱，6为气体除杂器，7为湿式气体流量计，8为出气口，9为集气袋，10为循环水箱，11为取样口，12为循环水出口。
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明，如图1所示，本发明包括原水水箱1、进水蠕动泵2、非好氧式生物反应器3、回流蠕动泵4、出水水箱5、气体除杂器6、湿式气体流量计7；生活污水由原水水箱1经进水蠕动泵2进入非好氧生物反应器3内，污水通过非好氧生物反应器3中含有磷酸盐还原菌的污泥床，在不断的反应与碰撞的过程中，将污水中的磷酸盐进行还原；反应后的出水一部分经由回流蠕动泵4回流到非好氧生物反应器3的底端，一部分流到出水水箱5，进行水质检测；反应后的产气通入装有碱性溶液的气体除杂器6除去厌氧消化产生的CH4等酸性气体，后经由湿式气体流量计7计量剩余气体，最终流入集气袋9。非好氧生物反应器3上部设置循环水出口12，循环水流入循环水箱10；非好氧生物反应器3侧面依不同高度设置多个取样口11。
非好氧生物反应器在试验过程选用上流式厌氧污泥床反应器，即UASB反应器。试验的UASB反应器由有机玻璃制成，主体呈圆柱体，有效容积10.38L。反应器内液体上升流速为1.0m/h，进水水量为120-300mL/min。
具体实施例
试验过程的运行水质为：0.25-0.35kgCOD/(m3·d)，3.5-4.5gP/(m3·d)，50.0-55.3N/(m3·d)。水温29-31℃，pH为7.0-8.0。
验证磷酸盐还原菌的处理效果，实验以某大学的1号宿舍楼1楼的生活污水为实验进水，以已经驯化良好的磷酸盐还原菌的种源污泥为活性污泥，以UASB反应器为实验反应器并连续运行30天，观察出水中各种水质指标的出水浓度和去除效率。
除磷效能：经过UASB反应器的出水，TP(总磷)去除率稳定在82.23％-87.22％，出水总磷浓度约为0.46-0.49mg/L。
脱氮效能：在除磷的同时，可以完成对氮素的去除，总氮去除率稳定为78.89％-87.96％，其中NH4-N(氨氮)的去除率为93.16％-93.28％；NO3-N(硝酸盐)的去除率为76.58％-77.38％，出水TN(总氮)浓度约为6.44-6.56mg/L，氨氮浓度约为3.27-3.33mg/L；硝酸盐浓度约为0.96-1.00mg/L。
有机物的去除：有机物以COD(化学需氧量)为水质指标进行检测和分析，COD的去除率稳定为85.23％-94.44％，COD的出水浓度约为38.31-44.66mg/L。
另外，出水中pH值为7.5-8.0，悬浮物浓度(SS)为5.1-5.4mg/L。
实验期间检测的TP、TN、NH4-N、NO3-N、COD等指标的去除率很高，出水水质均可满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2015)中一级A标准。具体参数见表1：
表1
检测指标 单位 TP TN NH4-N NO3-N COD
进水浓度 mg/L 3.51-4.47 50.01-55.26 47.82-51.37 4.10-5.23 256.87-351.02
出水浓度 mg/L 0.46-0.49 6.44-6.56 3.27-3.33 0.96-1.00 38.31-44.66
去除率 ％ 82.23-87.22 78.89-87.96 93.16-93.28 76.58-77.38 85.23-94.44
对比例
只改变一个因素，其他条件不变的情况下，观察***运行情况。对比I：将反应器内水温调整为20-22℃；对比II：将反应器内pH值调整为6.5-7.0。非好氧式生物反应器3内的实验数据如表2和表3所示。
表2
检测指标 单位 TP TN NH4-N NO3-N COD
进水浓度 mg/L 3.44-3.95 48.24-53.26 40.22-47.37 3.35-4.26 250.90-342.07
出水浓度 mg/L 0.73-1.25 8.55-9.20 4.56-5.02 1.02-1.63 49.36-56.32
去除率 ％ 62.34-68.62 72.35-73.54 88.23-89.12 74.23-75.45 72.65-78.52
表3
检测指标 单位 TP TN NH4-N NO3-N COD
进水浓度 mg/L 3.41-4.32 47.55-50.26 48.12-56.37 4.30-4.98 223.06-354.76
出水浓度 mg/L 0.93-1.26 5.85-6.35 3.16-3.51 0.78-0.85 31.11-36.73
去除率 ％ 64.06-70.62 84.19-89.54 91.90-94.41 81.78-88.25 86.80-94.07
基于以上的结果可以看出，温度改变将导致去除率全面降低；而pH值酸化可以提高TN、NH4-N、NO3-N、COD的去除率，但是会降低TP去除率，使之无法满足标准要求的出水指标。综合而言，水温29-31℃，pH为7.0-8.0为磷酸盐还原工艺的最佳水力条件。
基于本发明的叙述，磷酸盐还原菌有其独特的生存繁殖和活性发挥的环境条件。好氧状态下，磷酸盐还原反应的进行将受到氧环境抑制；而厌氧状态下，磷酸盐还原菌将受到产甲烷菌、硫酸盐还原菌等专性厌氧菌的竞争性抑制。上述实验表明，在氧化还原电位(ORP)为-150mV的兼性条件下，对磷酸盐还原菌效能的发挥有较好的促进效果；并且，控制环境温度在29-31℃，pH为7.0～8.0对磷酸盐还原菌种活性有明显的促进作用。
磷酸盐还原菌同样有其独特的营养条件。有机物的存在是磷酸盐还原菌得以生存的营养条件之一，在兼性条件下，只需保证(碳磷质量浓度比)C/P比为50/1即可使磷酸盐还原菌发挥较好的除磷效能；而在厌氧条件下，则需控制C/P为240/1，甚至更高才能使磷酸盐还原菌活性不受到抑制。氮元素的存在则会对磷素钠盐还原菌产生不同的作用效果，水体中的铵盐是磷酸盐还原菌的必须营养之一，需要控制(氮磷质量浓度比)N/P为4/1，过量的铵盐对磷酸盐还原菌没有其他作用效果；水体中的硝酸盐对磷酸盐还原菌有不同的作用效果，N/P为1/1时有较好的促进作用，N/P为2/1时与N/P为0/1时的作用效果相似，N/P超过2/1后，将出现抑制作用，硝酸盐浓度越高，抑制效果越明显。

Claims (1)

1.一种通过磷酸盐生物还原工艺进行生物除磷的装置，其特征在于：包括原水水箱、进水蠕动泵、非好氧式生物反应器、回流蠕动泵、出水水箱、气体除杂器、湿式气体流量计；生活污水由原水水箱经进水蠕动泵进入非好氧生物反应器内，污水通过非好氧生物反应器的含有磷酸盐还原菌的污泥床，在不断的反应与碰撞的过程中，将污水中的磷酸盐进行还原；反应后的出水一部分经由回流蠕动泵回流到非好氧生物反应器的底端，一部分流到出水水箱，进行水质检测；反应后的产气通入装有碱性溶液的气体除杂器除去厌氧消化产生的CH4等酸性气体，后经由湿式气体流量计计量剩余气体；非好氧式生物反应器内水的温度29-31℃，进水pH值控制在7.5～8.0；非好氧式生物反应器选用上流式厌氧污泥床反应器。
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