CN107117704A

CN107117704A - 低污泥产率的序批式活性污泥法

Info

Publication number: CN107117704A
Application number: CN201710522709.1A
Authority: CN
Inventors: 余静; 史浩垒; 蒋凡; 蒋一凡
Original assignee: Yangzhou University
Current assignee: Yangzhou University
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2017-09-01

Abstract

本发明涉及一种低污泥产率的序批式活性污泥法。本发明将污水进入SBR反应池，由污泥酸化池回流的酸化污泥进入SBR反应池，污水和酸化污泥在SBR反应池中形成混合液并按时间顺序经历进水、反应、沉淀、排水和闲置，泥水分离后的上清液作为出水排出SBR反应池，剩余污泥排放至污泥酸化池进入污泥酸化池，在厌氧的条件下进行产酸发酵；在污泥酸化池排出的污泥中，一部分的酸化污泥回流至SBR反应池，其余部分的酸化污泥排出池外进行污泥脱水及处置。本发明克服了物理溶胞、化学溶胞和生物溶胞技术各自存在的缺陷。本发明综合利用污泥减量技术和序批式活性污泥法，高效去除污水中的有机污染物及氮和磷，同时大幅降低污泥产量。

Description

低污泥产率的序批式活性污泥法

技术领域

本发明属于一种污水处理技术，具体涉及一种低污泥产率的序批式活性污泥法。

背景技术

目前，活性污泥法是最主要的污水处理方法。活性污泥法处理废水的实质是将水中的污染物以污泥的形式从水中分离，而这些污泥富含大量的有机物、病原微生物、细菌、寄生虫等，甚至还含有合成有机物和有毒有害物质。若不注意处理，必将对周围环境以及人类健康造成不利影响。截至2016年9月底，全国设市城市、县(不含其它建制镇)累计建成污水处理厂3976座，污水处理能力达1.7×10⁸m³/d，年产生含水量80％的污泥4000多万吨，剩余污泥处理和处置费用占整个污水厂投资和运行总费用的25％～65％。目前对于剩余污泥的处置方法还是主要停留在焚烧和填埋阶段，这对我国建设创新型国家不是长久之计，且无法满足国家在经济发展中对于生态文明建设和环境保护的新要求。剩余污泥体积大、处理费用高以及难处理等问题已成为当今废水处理的瓶颈，为了满足水质、水量和水生态的一体化管理，探索有效的污泥减量技术迫在眉睫。

污泥处理过程与污泥产生增值的过程密不可分，对于剩余污泥的产生过程进行合理调节，在保证污水处理效率的前提下，实现污泥低产率的污泥源头减量技术已经是解决剩余污泥问题的理想途径。目前，国内外学者针对剩余污泥这一突出问题，进行了大量研究。由于剩余污泥的产生量与微生物内源呼吸、能量代谢及生物捕食等作用相关，所以目前常用的污泥减量技术主要通过以下四个途径实现污泥减量：(1)代谢解偶联技术；(2)强化内源呼吸作用；(3)溶胞技术(solubilization)；(4)强化微型动物对细菌捕食的技术。解偶联技术通过将分解代谢和合成代谢解偶联，即微生物的分解代谢和合成代谢通过ATP(腺苷三磷酸)和ADP(腺苷二磷酸)两者的转化偶联在一起，降低ATP合成量或增加ATP消耗量(例如热能释放)，而减少微生物细胞合成，即可减少污泥量。解耦联剂是一种可以改变膜通透性的脂溶性分子物质，呈弱酸性，本身可以与H+结合，降低微生物细胞膜对H+阻力，使其跨过细胞膜，降低膜两侧的质子梯度，低质子梯度抑制ATP合成酶对ATP的合成，从而减少氧化磷酸化作用所产生的ATP量，使其氧化过程以热能形式为主要耗能，使得合成代谢和分解代谢发生解耦联。但是目前化学解偶联机理和对污泥产率和工艺中击等影响研究观点不同，以及给环境带来问题、出水水质的恶化和污泥性能改变等问题并未全部解决，工程实际应用尚存在的争议，而且投加解耦联会增加污水处理的费用。强化内源呼吸作用是指增加细胞非生长维持能，可减少用于细胞合成的能量，从而减低污泥产率。提高污泥停留时间和内源呼吸率可以降低污泥表观污泥产率，从而可以减少剩余污泥排放量。提高污泥停留时间的相关工艺都会增加能耗，提高运行成本，所以此污泥减量化技术具有局限性。

溶胞技术是指采用物理溶胞、化学溶胞、生物溶胞的方法，促使细胞溶解并释放胞内物质到水中，形成可以被微生物细胞重新利用的底物基质。

在本发明作出之前，目前物理溶胞工艺主要利用技术有：高温、机械破胞(例如利用超声波、高速射流泵、高速搅拌器等产生的压力破坏细胞)、冰冻和溶化。化学溶胞工艺主要利用技术有：酸、碱处理、高级氧化(主要臭氧氧化、氯氧化)，其中臭氧溶胞研究最多，臭氧是一种强氧化剂，具有较强的溶胞特性，可以杀灭污泥中的微生物，有利于氧化细胞而释放有机物。生物溶胞技术主要指投加能分泌胞外酶的微生物或酶制剂和抗菌素使污泥当中细菌细胞壁被破坏，胞内底物溶出。酶不仅可以促进细胞溶解，而且还可以使难降解生物大分子有机物降解为小分子物质，这有利于基质被细菌二次利用。投加的细菌可以来自消化池，可以从溶菌酶方便考虑，甚至可以选择有分泌溶解物质的真菌。物理溶胞和化学溶胞技术具有局限性，例如能耗高和需要专有设备这些都不利于其发展，此外细胞破解以后产生细胞废弃物(细胞壁碎片等)进入污水中因其难降解而使水质COD、SS有所增加，同时单位***排泥量减少，会导致单位出水中氮和磷有所增加。虽然生物溶胞法对环境影响小，效率高，但费用相当昂贵。

发明内容

本发明目的就在于克服上述缺陷，提供一种低污泥产率的序批式活性污泥法。

本发明的技术方案是：

低污泥产率的序批式活性污泥法，其主要技术特征在于步骤如下：

(1)经过预处理的污水进入SBR反应池，同时由污泥酸化池回流的酸化污泥进入SBR反应池，污水和酸化污泥在SBR反应池中形成混合液；混合液按时间顺序经历进水、反应、沉淀、排水和闲置五个基本工序；泥水分离后的上清液在排水阶段作为出水排出SBR反应池，剩余污泥排放至污泥酸化池；

(2)剩余污泥进入污泥酸化池，在厌氧的条件下进行产酸发酵；在污泥酸化池排出的污泥中，一部分的酸化污泥回流至SBR反应池，其余部分的酸化污泥排出池外进行污泥脱水及处置。

所述步骤(1)中SBR反应池接受的酸化污泥来自步骤(2)；在SBR反应池中，酸化污泥和污水进行混合形成混合液。

所述步骤(2)中污泥酸化池排出的污泥中，一部分酸化污泥回流至SBR反应池；在污泥酸化池中，污泥进行产酸发酵。

本发明的优点和效果在于：

1.采用酸化污泥回流至污泥酸化池的方法，使酸化污泥所含有的溶解性有机物(如脂肪酸和醇类等)在SBR反应池中被微生物降解，可达到污泥减量30％以上的目的。

2.具有良好的除磷脱氮效果，工艺灵活，自动化程度高，出水水质好。

3.与超声波、臭氧、投加能量解偶联剂等对剩余污泥的处理技术相比，本发明工艺无需投加任何化学药利或生物制剂，能量消耗低，对环境影响小。

本发明综合利用污泥减量技术和序批式活性污泥法，高效去除污水中的有机污染物及氮和磷，同时大幅降低污泥产量。

本发明的其它具体优点和效果将在下面继续说明。

附图说明

图1是本发明低污泥产率的序批式活性污泥法工艺示意图。

经预处理处理后的污水，和由污泥酸化池来的酸化污泥一起进入SBR反应池；SBR反应池的出水排出***，SBR反应池排出的剩余污泥进入污泥酸化池进行酸化发酵；污泥酸化池排出的酸化污泥中，一部分回流到SBR反应池，另一部分进行污泥脱水及处置。

具体实施方式

本发明的技术思路是：

通过设置污泥酸化池，利用微生物的产酸发酵作用，对SBR排放的剩余污泥进行产酸发酵，促使细胞溶解并释放胞内物质到水中，形成可以被微生物细胞重新利用的底物基质，以达到生物溶胞的目的；同时，将酸化污泥回流到SBR反应池中，一方面酸化污泥中所包含的溶解性有机物被SBR反应池中的活性污泥降解利用，另一方面，酸化污泥的回流将大大强化污泥的内源呼吸作用，减少了用于细胞合成的能量。因此，在生物溶胞和强化内源呼吸作用的协同作用下，本发明的污泥产率大大降低。

以下结合图1对本发明进行说明。

污水预处理可包括粗格栅、细格栅、沉砂池或除渣池等，用以去除体积较大的悬浮物、漂浮物和比重较大的无机颗粒和油脂，以减轻SBR反应池的负担。SBR反应池接受由预处理而来的污水，酸化污泥在SBR进水阶段选入SBR反应池，污水和污泥在SBR反应池中形成混合液，酸化污泥所含有的溶解性有机物(如脂肪酸和醇类)在SBR反应池中随着时间的推移而被逐步降解。SBR反应池时间序列上提供了厌缺氧(D0＜0.2mg/L，NOx＞0mg/L)和好氧(D0＞3mg/L)的环境条件，使厌/缺氧条件下实现反硝化和磷的释放，好氧条件下实现硝化和磷的过度摄取，从而有效地脱氮除磷。酸化污泥所携带的溶解性有机物易于被聚磷菌利用，能够提高SBR反应池的除磷效果。采用鼓风曝气的方式，混合液悬浮固体(MLSS)浓度为2000～5000mg/L，污水中90％以上的有机物在SBR反应池中去除。污水和污泥在SBR反应池的沉淀阶段进行泥水分离，上清液和剩余污泥分别被排出。

在沉淀阶段，SBR排放的剩余污泥进入污泥酸化池，首先在厌氧的条件下进行水解，即复杂的非溶解性的有机物质在产酸细菌胞外水解酶的作用下转化为简单的溶解性单体或二聚体；然后，水解阶段产生的简单的溶解性有机物被厌氧微生物转化为脂肪酸、醇类等，即进行产酸发酵阶段。污泥在厌氧的条件下进行产酸发酵，从而使非溶解性的污泥被转化为溶解性的可生化降解的脂肪酸和醇类，此过程为污泥的生物溶胞过程。污泥酸化池的生物固体停留时间(污泥龄)一般为3天～9天。污泥酸化池排放的污泥中，其中30％-70％回流至SBR反应池，其中70％-30％排出池外进行污泥脱水及处置外运。酸化污泥回流到SBR反应池，可以成倍提高整个***的污泥龄，从而大大强化污泥的内源呼吸作用，减少了用于细胞合成的能量。因此，在生物溶胞作用和强化内源呼吸作用的协同作用下，本发明的污泥产率大大降低。

实施例1：

进水为典型城市污水，进水水量为2万吨/天。城市污水首先经过格栅等预处理设施去除比重较大的悬浮物，由污泥酸化池回流的厌氧污泥在进水阶段进入SBR反应池，污水和污泥在SBR反应池中形成混合液，同进水一起经历SBR反应池的五个工序，依次为进水、厌缺氧、曝气、沉淀、排水。SBR反应池一个工作周期为8小时，每天运行3个周期，实现了24小时连续自动化运行。厌缺氧阶段采用机械搅拌的方式使得污水和污泥充分混合接触，控制溶解氧低于0.2mg/L，从而实现放磷、反硝化过程。曝气阶段采用鼓风机曝气的方式，通过控制曝气强度使得溶解氧大于2mg/L，保证污水中有机物的生物降解、硝化反应和吸磷的顺利进行，同时提供了反硝化所需的硝态氮。在沉淀阶段末期，剩余污泥排放至污泥酸化池进行处理。SBR反应池出水去三级污水处理或作为处理水排出***。污泥酸化池采用机械搅拌方式，氧化还原电位ORP可下降到-200mV以下。在污泥酸化池中，复杂的非溶解性的有机物质在产酸细菌胞外水解酶的作用下转化为简单的溶解性单体或二聚体，然后，水解阶段产生的简单的溶解性有机物被厌氧微生物转化为脂肪酸、醇类等。50％酸化污泥回流至厌氧反应器，50％酸化污泥经脱水后按国家要求外运进行污泥处置。SBR的污泥龄控制在20天左右，污泥酸化池的污泥龄控制在5天左右，而整个工艺的污泥龄因为酸化污泥的回流可以达到50天以上，从而大大强化了内源呼吸作用。在生物溶胞作用和强化内源呼吸作用的协同作用下，本发明的污泥产率较传统SBR工艺降低30％以上。

本发明实例处理的出水水质可达到城镇污水厂一级排放标准B，如若要达到一级排放标准A，则需进行三级处理(可增加混凝、过滤、消毒等常规处理过程)。在典型城市污水进水水质的情况下，本发明污泥产率为0.084gMLSS/gCOD，低于传统SBR工艺的污泥产率(0.124gMLSS/gCOD)。本发明与传统SBR工艺比较见表1：

表1

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应该被认为是本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.低污泥产率的序批式活性污泥法，其特征在于步骤如下：

2.根据权利要求1所述的低污泥产率的序批式活性污泥法，其特征在于所述步骤(1)中SBR反应池接受的酸化污泥来自步骤(2)；在SBR反应池中，酸化污泥和污水进行混合形成混合液。

3.根据权利要求1所述的低污泥产率的序批式活性污泥法，其特征在于所述步骤(2)中污泥酸化池中污泥酸化池排出的污泥中，一部分酸化污泥回流至SBR反应池；在污泥酸化池中，污泥进行产酸发酵。