CN107487838A - Sbr驯化特殊污泥结构实现低温污水高效除磷的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SBR驯化特殊污泥结构实现低温污水高效除磷的方法及装置，该方法是采用传统的厌氧‑好氧环境交替驯化出大量的聚磷菌PAOs，在***好氧出水磷去除率大于90％并稳定运行时，视作该阶段效果良好，聚磷菌在反应器内部大量存在；此后，调整厌氧环境时长，并通过监测临界好氧环境的DO值，控制其在1.0mg/L‑1.5mg/L内，这对于污水厂运行成本的降低有很大帮助。驯化特殊形态结构的污泥，使其内外处于不同的环境，达到水体NO3 ‑‑N、NO2 ‑‑N和PO4 3‑‑P同步去除，减少了后续对于污水的处理工艺，进一步降低处理成本。

Description

SBR驯化特殊污泥结构实现低温污水高效除磷的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种SBR驯化特殊污泥结构实现低温污水高效除磷的方法，属于污水生物处理技术领域。SBR的意思是序批式活性污泥法。
背景技术
城市污水中磷的去除对于水体排放后对地表水体造成的富营养化的影响有很重大的意义。目前污水处理中对磷的去除主要采用传统A/A/O技术或者SBR技术，该技术的原理是通过控制反应器所处的环境，即控制厌氧，好氧两种环境的交替来提供适宜的环境供给聚磷菌PAOs(polyphosphorus accumulating organisms)正常的释磷及过量吸磷，进而在好氧末期通过污泥外排达到去除水体中磷的目的。
冬季污水具有水质波动大，温度低的特点，因为温度对微生物的生长繁殖和代谢有很大的影响，因此温度成为了生物法处理污水的重要影响因素，这对于低温条件下污水处理厂的正常运行造成了很大的压力。由于低温(8℃-14℃)下，厌氧环境下聚磷菌PAOs(polyphosphorus accumulating organisms)不能达到完全的体内磷的释放，进而在好氧阶段无法进行过量的磷的吸收，与此同时，反应器内由于好氧NH4 +-N的硝化作用，使得反应器内部有相当程度的NO3 --N或NO2 --N，这对于反应器内部硝化反硝化细菌与聚磷菌的竞争提供了有利环境，因此，在PAOs没有占据优势地位的低温环境下，更容易使得整个反应器对于除磷的失败。
除了温度外，溶解氧(DO)的控制对于厌氧-好氧环境的交替与控制起到至关重要的作用，生物除磷工艺中厌氧段(即释磷区)的厌氧条件极为重要，它直接影响聚磷菌在此段的释磷能力、合成PHB的能力以及好氧段的超量摄磷能力。据资料报道，厌氧段的溶解氧应控制在0.2mg/l以下，好氧段的溶解氧应控制在1.5mg/L～2.5mg/L。
实现低温污水除磷的瓶颈在于一定浓度NO3 --N或者NO2 --N存在条件下，硝化细菌，反硝化细菌与聚磷菌PAOs的竞争，以及反应器好氧阶段曝气过多不仅成本高，还会造成污泥的松散与老化问题。若能降低反应器内部产生的NO3 --N或者NO2 --N的浓度，控制好最优曝气量，则有望实现低温条件下污水的高效除磷。
发明内容
本发明的目的就是针对存在的低温污水难以进行磷的高效完全去除的问题，基于降低竞争，提供最优PAOs适宜条件，提出了一种SBR的运行方式，构建临界好氧状态来代替传统的好氧环境，驯化出具有特殊结构的污泥，实现低温污水的高效除磷。该方法首先是采用传统的厌氧-好氧环境交替驯化出大量的聚磷菌PAOs，在***好氧出水磷去除率大于90％并稳定运行时，视作该阶段效果良好，聚磷菌在SBR反应器内部大量存在；此后，调整厌氧环境时长，监测临界好氧环境的DO值，控制其在1.0mg/L-1.5mg/L内，搭建出临界好氧环境，与此同时，污泥由传统的形态结构转变为外部为临界好氧环境，内外有丝状菌搭建的孔洞，内部为缺氧环境，并且水体内由于硝化细菌，反硝化细菌产生的NO3 --N和NO2 --N能在该环境下被反硝化细菌所利用，NO3 --N和NO2 --N不会在SBR反应器内积累，进而解除了硝化细菌和反硝化细菌对于聚磷菌PAOs的竞争，由于前一阶段驯化出的低温条件PAOs是可以很好适应此环境的，因此，随着SBR反应器的运行，逐渐成为***内部含量最大的微生物物种实现了低温条件下污水的高效除磷，对于各物种在SBR反应器内丰度的结果可以通过后续所做的宏基因组测序结果体现。该运行方式解决了低温污水难以高效除磷的难题，并进一步降低了污水厂的能量消耗以及运行成本。
本发明之一种SBR驯化特殊污泥结构实现低温污水高效除磷的装置，其包括有城市污水进水池、SBR反应器、处理水出水池、进水泵、气泵、曝气装置、液体流量计、气体流量计、搅拌装置、搅拌装置控制器、溶解氧和温度检测器和工控机，城市污水进水池通过进水泵与SBR反应器连通，城市污水进水池与进水泵之间的管道上安装有液体流量计，处理水出水池与SBR反应器连通，搅拌装置、溶解氧和温度检测器位于SBR反应器中，搅拌装置由搅拌装置控制器控制，曝气装置设置在SBR反应器内的底部，曝气装置与气泵连通，曝气装置与气泵之间的管道上安装有气体流量计，液体流量计、进水泵、搅拌装置控制器、溶解氧和温度检测器、气泵和气体流量计均与工控机连接，工控机控制液体流量计、进水泵、搅拌装置控制器、溶解氧和温度检测器、气泵和气体流量计工作。
通过溶解氧和温度检测器实时监测结果，控制临界好氧阶段DO值，用以消耗NO3 --N或NO2 --N，解除其他微生物对于聚磷菌PAOs的竞争，实现反应器的高效除磷。
实验期间所用污水为生活污水，其水质情况如下：TP浓度为8mg/L-12mg/L；NO3 --N浓度为1.0mg/L-1.2mg/L；NO2 --N浓度<0.5mg/L；COD浓度为150mg/L-300mg/L。SBR反应器为不锈钢制成，SBR反应器总体积为20L，有效体积为16L。
每周期进水pH调整为7.0-7.5，此后对于污水pH不做任何调整；整个运行期间，根据SBR反应器内部污泥量进行不定期的污泥排放。
SBR驯化特殊污泥结构实现低温污水高效除磷的装置具体运行时操作如下：
1)启动阶段：接种城市污水处理厂好氧池运行良好的污泥投加至SBR反应器内，使得污泥浓度MLSS在后期稳定在1200mg/L-2000mg/L；
2)运行阶段：
2.1)富集聚磷菌阶段：整个SBR反应器设置厌氧，好氧两个环境，两个环境运行时长比为3:5，其中厌氧环境采用搅拌装置实现泥水的充分接触与混合，并保证DO<0.5mg/L，好氧环境采用底部曝气装置来提供SBR反应器内微生物所需的氧气，此时DO在2.0mg/L-2.5mg/L之间；运行43天后，好氧出水磷的去除率稳定大于90％，视为SBR反应器内部聚磷菌PAOs的富集成功，此时聚磷菌PAOs在整个环境中处于优势地位，可以进行下一步的运行。
2.2)正式运行阶段：整个SBR反应器设置厌氧，临界好氧两个环境，随着运行的进行，逐渐将两个环境运行时长比从1:1，2:1，变为4:1，以获得最优化的运行方式以及最低的能耗与运行成本。其中厌氧环境仍采用搅拌装置实现泥水的充分接触与混合，并保证DO<0.5mg/L，根据SBR反应器内部的溶解氧检测器监控的结果，控制底部曝气流量，保证临界好氧环境的DO在1.0mg/L-1.5mg/L之间；并通过不断变换两种环境下的运行时长来获得最优运行方式，与此同时，通过扫描电镜结果证实了此时污泥有特殊的形态结构，并佐证了临界好氧状态下的NO3 --N和NO2 --N未有大量积累的猜想，该阶段共运行74天，后期临界好氧出水磷的去除率可以近似看做100％，并且SBR反应器出水没有NO3 --N以及NO2 --N的大量积累。
实验结果表明：本发明之装置在该种运行模式下运行稳定后，出水P浓度低于检出限，NO3 --N浓度在2.0mg/L-2.5mg/L，NO2 --N浓度在1.0mg/L-1.5mg/L，COD浓度在90mg/L-110mg/L。
本发明与现有的传统生物法除磷工艺相比具有以下有益效果：
1、可以实现在低温环境下的高效除磷，并且反应器内部污泥浓度MLSS比传统曝气池需要的浓度低。
2、构建出临界好氧状态，该环境对于曝气量的需求远远低于传统工艺中好氧环境的需求，其DO控制在1.0mg/L-1.5mg/L，这对于污水厂运行成本的降低有很大帮助。
3、驯化特殊形态结构的污泥，使其内外处于不同的环境，达到水体NO3 --N、NO2 --N和PO4 3--P同步去除，减少了后续对于污水的处理工艺，进一步降低处理成本。
附图说明
图1是SBR驯化特殊污泥结构实现低温污水高效除磷的装置示意图。
具体实施方式
本发明之一种SBR驯化特殊污泥结构实现低温污水高效除磷的方法，该方法首先是采用传统的厌氧-好氧环境交替驯化出大量的聚磷菌PAOs，在***好氧出水磷去除率大于90％并稳定运行时，视作该阶段效果良好，聚磷菌在反应器内部大量存在；此后，调整厌氧环境时长，并通过反应器内部的溶解氧浓度感应器监测临界好氧环境的DO值，控制其在1.0mg/L-1.5mg/L内，搭建出临界好氧环境，与此同时，污泥由传统的形态结构转变为外部为临界好氧环境，内外有丝状菌搭建的孔洞，内部为缺氧环境，并且水体内由于硝化细菌，反硝化细菌产生的NO3 --N和NO2 --N能在该环境下被反硝化细菌所利用，NO3 --N和NO2 --N不会在反应器内积累，进而解除了硝化细菌和反硝化细菌对于聚磷菌PAOs的竞争，由于前一阶段驯化出的低温条件PAOs是可以很好适应此环境的，因此，随着反应器的运行，逐渐成为***内部含量最大的微生物物种实现了低温条件下污水的高效除磷，对于各物种在反应器内丰度的结果可以通过后续所做的宏基因组测序结果体现。该运行方式解决了低温污水难以高效除磷的难题，并进一步降低了污水厂的能量消耗以及运行成本。
如图1所示，本发明之一种SBR驯化特殊污泥结构实现低温污水高效除磷的装置，其包括有城市污水进水池1、SBR反应器2、处理水出水池3、进水泵4、气泵5、曝气装置6、液体流量计7、气体流量计8、搅拌装置9、搅拌装置控制器10、溶解氧和温度检测器11和工控机12，城市污水进水池1通过进水泵4与SBR反应器2连通，城市污水进水池1与进水泵4之间的管道上安装有液体流量计7，处理水出水池3与SBR反应器2连通，搅拌装置9、溶解氧和温度检测器11位于SBR反应器2中，搅拌装置9由搅拌装置控制器10控制，曝气装置6设置在SBR反应器2内的底部，曝气装置6与气泵5连通，曝气装置6与气泵5之间的管道上安装有气体流量计8，液体流量计7、进水泵4、搅拌装置控制器10、溶解氧和温度检测器11、气泵5和气体流量计8均与工控机12连接，工控机12控制液体流量计7、进水泵4、搅拌装置控制器10、溶解氧和温度检测器11、气泵5和气体流量计8工作。
通过溶解氧和温度检测器11实时监测结果，控制临界好氧阶段DO值，用以消耗NO3 --N或NO2 --N，解除其他微生物对于聚磷菌PAOs的竞争，实现反应器的高效除磷。
实验期间所用污水为生活污水，其水质情况如下：TP浓度为8mg/L-12mg/L；NO3 --N浓度为1.0mg/L-1.2mg/L；NO2 --N浓度<0.5mg/L；COD浓度为150mg/L-300mg/L。实验***如图1所示，SBR反应器2为不锈钢制成，SBR反应器2总体积为20L，有效体积为16L。
每周期进水pH调整为7.0-7.5，此后对于污水pH不做任何调整；整个运行期间，根据SBR反应器2内部污泥量进行不定期的污泥排放。
SBR驯化特殊污泥结构实现低温污水高效除磷的装置具体运行时操作如下：
1)启动阶段：接种城市污水处理厂好氧池运行良好的污泥投加至SBR反应器2内，使得污泥浓度MLSS在后期稳定在1200mg/L-2000mg/L；
2)运行阶段：
2.1)富集聚磷菌阶段：整个SBR反应器2设置厌氧，好氧两个环境，两个环境运行时长比为3:5，其中厌氧环境采用搅拌装置9实现泥水的充分接触与混合，并保证DO<0.5mg/L，好氧环境采用底部曝气装置6来提供SBR反应器2内微生物所需的氧气，此时DO在2.0mg/L-2.5mg/L之间；运行43天后，好氧出水磷的去除率稳定大于90％，视为SBR反应器2内部聚磷菌PAOs的富集成功，此时聚磷菌PAOs在整个环境中处于优势地位，可以进行下一步的运行。
2.2)正式运行阶段：整个SBR反应器2设置厌氧，临界好氧两个环境，随着运行的进行，逐渐将两个环境运行时长比从1:1，2:1，变为4:1，以获得最优化的运行方式以及最低的能耗与运行成本。其中厌氧环境仍采用搅拌装置9实现泥水的充分接触与混合，并保证DO<0.5mg/L，根据SBR反应器2内部的溶解氧检测器监控的结果，控制底部曝气流量，保证临界好氧环境的DO在1.0mg/L-1.5mg/L之间；并通过不断变换两种环境下的运行时长来获得最优运行方式，与此同时，通过扫描电镜结果证实了此时污泥有特殊的形态结构，并佐证了临界好氧状态下的NO3 --N和NO2 --N未有大量积累的猜想，该阶段共运行74天，后期临界好氧出水磷的去除率可以近似看做100％，并且SBR反应器2出水没有NO3 --N以及NO2 --N的大量积累。
实验结果表明：本发明之装置在该种运行模式下运行稳定后，出水P浓度低于检出限，NO3 --N浓度在2.0mg/L-2.5mg/L，NO2 --N浓度在1.0mg/L-1.5mg/L，COD浓度在90mg/L-110mg/L。

Claims (3)

1.一种SBR驯化特殊污泥结构实现低温污水高效除磷的方法，其特征在于：首先是采用传统的厌氧-好氧环境交替驯化出大量的聚磷菌PAOs，在***好氧出水磷去除率大于90％并稳定运行时，视作该阶段效果良好，聚磷菌PAOs在SBR反应器内部大量存在；此后，调整厌氧环境时长，监测临界好氧环境的DO值，控制其在1.0mg/L-1.5mg/L内，搭建出临界好氧环境，与此同时，污泥由传统的形态结构转变为外部为临界好氧环境、内外有丝状菌搭建的孔洞、内部为缺氧环境，并且水体内由于硝化细菌和反硝化细菌产生的NO3 --N和NO2 --N能在该环境下被反硝化细菌所利用，NO3 --N和NO2 --N不会在SBR反应器内积累，进而解除了硝化细菌和反硝化细菌对于聚磷菌PAOs的竞争，由于前一阶段驯化出的低温条件PAOs是能很好适应此环境的，因此，随着反SBR应器的运行，逐渐成为***内部含量最大的微生物物种，实现了低温条件下污水的高效除磷。
2.根据权利要求1所述的一种SBR驯化特殊污泥结构实现低温污水高效除磷的方法，其特征在于：具体步骤是：
1)启动阶段：接种城市污水处理厂好氧池运行良好的污泥投加至SBR反应器内，使得污泥浓度MLSS在后期稳定在(12)00mg/L-2000mg/L；
2)运行阶段：
2.1)富集聚磷菌阶段：整个SBR反应器设置厌氧，好氧两个环境，两个环境运行时长比为3:5，其中厌氧环境采用搅拌装置实现泥水的充分接触与混合，并保证DO<0.5mg/L，好氧环境采用底部曝气装置来提供SBR反应器内微生物所需的氧气，此时DO在2.0mg/L-2.5mg/L之间；运行43天后，好氧出水磷的去除率稳定大于90％，视为SBR反应器内部聚磷菌PAOs的富集成功，此时聚磷菌PAOs在整个环境中处于优势地位，可以进行下一步的运行；
2.2)正式运行阶段：整个SBR反应器设置厌氧，临界好氧两个环境，随着运行的进行，逐渐将两个环境运行时长比从1:1，2:1，变为4:1，以获得最优化的运行方式以及最低的能耗与运行成本。其中厌氧环境仍采用搅拌装置实现泥水的充分接触与混合，并保证DO<0.5mg/L，根据SBR反应器内部的溶解氧检测器监控的结果，控制底部曝气流量，保证临界好氧环境的DO在1.0mg/L-1.5mg/L之间；并通过不断变换两种环境下的运行时长来获得最优运行方式，与此同时，通过扫描电镜结果证实了此时污泥有特殊的形态结构，并佐证了临界好氧状态下的NO3 --N和NO2 --N未有大量积累的猜想，该阶段共运行74天，后期临界好氧出水磷的去除率可以近似看做(10)0％，并且SBR反应器出水没有NO3 --N以及NO2 --N的大量积累。
3.一种SBR驯化特殊污泥结构实现低温污水高效除磷的装置，气特征在于：包括有城市污水进水池(1)、SBR反应器(2)、处理水出水池(3)、进水泵(4)、气泵(5)、曝气装置(6)、液体流量计(7)、气体流量计(8)、搅拌装置(9)、搅拌装置控制器(10)、溶解氧和温度检测器(11)和工控机(12)，城市污水进水池(1)通过进水泵(4)与SBR反应器(2)连通，城市污水进水池(1)与进水泵(4)之间的管道上安装有液体流量计(7)，处理水出水池(3)与SBR反应器(2)连通，搅拌装置(9)、溶解氧和温度检测器(11)位于SBR反应器(2)中，搅拌装置(9)由搅拌装置控制器(10)控制，曝气装置(6)设置在SBR反应器(2)内的底部，曝气装置(6)与气泵(5)连通，曝气装置(6)与气泵(5)之间的管道上安装有气体流量计(8)，液体流量计(7)、进水泵(4)、搅拌装置控制器(10)、溶解氧和温度检测器(11)、气泵(5)和气体流量计(8)均与工控机(12)连接，工控机(12)控制液体流量计(7)、进水泵(4)、搅拌装置控制器(10)、溶解氧和温度检测器(11)、气泵(5)和气体流量计(8)工作。
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