專利名稱：一種資源化利用污泥有機物提高污水增強生物除磷效果的方法
技術領域：
本發明屬于環保技術領域，具體涉及一種資源化利用污泥有機物提高污水增強生物除磷效果的方法。
背景技術：
短鏈脂肪酸是增強生物除磷(EBPR)微生物所需要的重要碳源。由于生活污水通常COD較低，可利用碳源較少，不利于EBPR工藝的運行，通常需要外加碳源(如乙酸等)，這對于實際運轉污水廠并不經濟實用。近年來，一些文獻對污水廠污泥發酵產酸并用于提高生物除磷脫氮效果進行了報道。Thomas等人在Noosa污水廠進行現場研究，發現通過加入初沉污泥的發酵液，可以適當提高污水的生物除磷效果，但處理后的出水磷含量未達到排放標準。為此，他們向初沉污泥中加入廢糖蜜，以產生更多的有機酸，從而使處理后的出水磷含量達到排放標準(文獻Water Science and Technology，2003，47，(12)，141-148)。然而，污水廠不一定都能獲得廢糖蜜，因此有必要提高污泥發酵產酸的水平。
本發明人以往的研究表明，在堿性條件下，剩余污泥發酵產酸的效果比酸性和中性條件下高得多(文獻Environmental Science & Technology，2006，40，(6)，2025-2029)。特別是，我們在研究過程中發現，污泥在堿性條件下發酵可以明顯提高產生的有機酸中丙酸的含量(文獻Environmental Science & Technology，2006，40，(6)，2025-2029)。鑒于丙酸作為生物除磷碳源時比乙酸有更好的除磷效果(文獻Water Research，2004，38，(1)，27-36)，補充化學合成的丙酸既消耗人類有限的有機資源，又增加了污水處理廠的成本，本發明提出了向待處理的污水中加入污泥在堿性條件下發酵產生的有機酸以顯著提高污水生物除磷效果。
發明內容
本發明的目的在于提出一種資源化利用污泥有機物提高污水增強生物除磷效果的方法。
本發明提出的一種資源化利用污泥有機物并提高污水增強生物除磷效果的方法，其具體步驟如下(1)將剩余污泥在堿性條件下厭氧發酵6天-10天，離心分離，得到上清液，其中，上清液中含有機酸；(2)采用鳥糞石沉淀方法，向步驟(1)中得到的上清液中加入Mg離子溶液，攪拌，使上清液中含有的磷酸鹽和氨氮與Mg離子形成磷酸氨鎂沉淀，然后離心分離，得到處理液，處理液中含有機酸，其中，加入的Mg2+與P的摩爾比為1.6∶1-2.0∶1，攪拌時間為3-8分鐘；(3)將步驟(2)得到的處理液加入到待處理的城市污水中，在厭氧條件下攪拌1-3小時，使聚磷菌充分吸收污水中的有機酸合成聚β-羥基烷酸，并充分釋磷，其中聚磷菌利用有機酸乙酸主要合成聚β-羥基丁酸，利用丙酸主要合成聚β-羥基戊酸；其中，每升城市污水中加入步驟(2)所得處理液的量為10-20mL；(4)將步驟(3)中經過厭氧反應后的污水進行好氧曝氣，在充氧條件下，反應時間為2-5小時，由于厭氧反應結束時外碳源基本消耗，微生物利用內碳源聚β-羥基烷酸作為碳源，并通過氧化分解聚β-羥基烷酸獲得吸收污水中磷所需的能量，完成將污水中的磷轉移到微生物胞內，最終達到去除污水中磷的目的；(5)步驟(4)中經過反應的水體進入沉淀池進行固液分離，固液分離時間為60-120分鐘，出水達標排放。
本發明中，所述鎂離子為MgCl2、MgSO4或Mg(OH)2等中任一種。
本發明中，步驟(1)中通過加NaOH溶液控制其為堿性條件。
本發明中，參照待處理污水水質的實際狀況，向每升污水中投加10-20mL的污泥發酵液，使得進入生物處理構筑物中的污水盡量滿足BOD/TP≥20的要求。
本發明的有益效果是(1)剩余污泥發酵液的加入可提高微生物厭氧合成PHV的能力，提高PHAs的利用率，減少糖原代謝量，有利于維持好氧階段較高的磷去除效果，從而可以降低出水中磷濃度，防止水體富營養化的發生。
(2)本方法在合理的運行參數下，城市污水中總磷去除率可達到94％以上，出水達到污水處理廠一級排放標準。
(3)本發明不但可以提高污水生物除磷效果，而且能夠資源化利用剩余污泥，減少污泥體積從而減少污泥處理費用，回收的鳥糞石還是一種很好的緩釋肥料，具有一定的經濟效益，因此本發明是城市污水處理廠的一種循環經濟模式。
具體實施例方式
下面結合實施例作進一步詳細說明，應當理解下面所舉的實施例只是為了解釋說明本發明，并不包括本發明的所有內容。
實施例1(1)將濃縮后的剩余污泥10L置于15L反應器中，以NaOH溶液調節pH值為10，在室溫(20℃左右)厭氧攪拌8天，將污泥離心，收集上清液，其中，上清液中含有機酸；(2)采用鳥糞石沉淀方法，向步驟(1)中得到的上清液中加入MgCl2，MgCl2加入量為Mg/P為1.8mol/1mol，攪拌5分鐘，使上清液中含有的磷酸鹽和氨氮與Mg離子形成磷酸氨鎂沉淀，然后離心分離，得到處理液，處理液中含有機酸；(3)將步驟(2)得到的處理液加入到待處理的城市污水中，待處理的城市污水中COD為200mg/L，總磷(TP)8.68mg/L。按每升待處理的城市污水中加入處理液10mL，使城市污水COD達到300mg/L。在充水比0.714∶1、水力停留時間11.2小時及污泥泥齡12天的條件下，將該污水加入到序批式反應器(SBR)中，在厭氧條件下攪拌2小時，使聚磷菌吸收污水中的有機酸合成聚β-羥基烷酸，并釋磷；(4)將步驟(3)中經過厭氧反應后的污水進行好氧曝氣，在充氧條件下，反應時間為3小時；(5)步驟(4)中經過反應的水體進入沉淀池進行固液分離，固液分離時間為60分鐘，出水水質的測定，結果為CODCr達到42mg/L，TP達到0.32mg/L，出水水質符合污水處理廠一級排放標準。
實施例2將實施例1步驟(3)中的待處理城市污水不加入步驟(2)中所得的處理液直接進行生物除磷，其操作同實施例1的步驟(3)、(4)、(5)。運行后的出水結果CODCr為23mg/L，TP為1.87mg/L，出水水質不符合污水處理廠一級排放標準。
對比實施例1與2可見，向實際污水中加入堿性條件下污泥發酵產生的有機酸(即實施例1)，可以明顯提高污水除磷效果。
實施例3(1)將濃縮后的剩余污泥10L置于15L反應器中，以NaOH溶液調節pH值為10，在室溫(20℃左右)厭氧攪拌10天，將污泥離心，收集上清液，其中，上清液中含有機酸；(2)采用鳥糞石沉淀方法，向步驟(1)中得到的上清液中加入MgSO4，MgSO4加入量為Mg/P為1.6mol/1mol，攪拌3分鐘，使上清液中含有的磷酸鹽和氨氮與Mg離子形成磷酸氨鎂沉淀，然后離心分離，得到處理液；(3)將步驟(2)得到的處理液加入到待處理的城市污水中，待處理的城市污水中CODCr為150mg/L，TP為5.58mg/L，向每升城市污水中加入步驟(2)中所得處理液15mL，使污水COD為300mg/L。在充水比0.714∶1、水力停留時間11.2小時及污泥泥齡12天的條件下，將該污水加入到序批式反應器(SBR)中，在厭氧條件下攪拌1小時；
(4)將步驟(3)中經過厭氧反應后的污水進行好氧曝氣，在充氧條件下，反應時間為2小時；(5)步驟(4)中經過反應的水體進入沉淀池進行固液分離，固液分離時間為90分鐘，出水水質的測定，結果為CODCr為39mg/L，TP為0.21mg/L，出水水質符合污水處理廠一級排放標準。
實施例4將實施例3步驟(3)中的待處理城市污水不加入步驟(2)中所得的處理液直接進行生物除磷，其操作同實施例3的步驟(3)、(4)、(5)。運行后的出水結果CODCr為21mg/L，TP為1.32mg/L，出水水質不符合污水處理廠一級排放標準。
實施例5(1)將濃縮后的剩余污泥10L置于15L反應器中，用NaOH溶液調節pH為10，在室溫(20℃左右)厭氧攪拌6天，將污泥離心，收集上清液，其中，上清液中含有機酸；(2)采用鳥糞石沉淀方法，向步驟(1)中得到的上清液中加入Mg(OH)2溶液，攪拌，使上清液中含有的磷酸鹽和氨氮與Mg離子形成磷酸氨鎂沉淀，然后離心分離，得到處理液，處理液中含有機酸，其中，加入的Mg2+與P的摩爾比為2.0∶1，攪拌時間為8分鐘；(3)將步驟(2)得到的處理液加入到待處理的城市污水中，待處理城市污水中CODCr為100mg/L，TP為4.33mg/L，向每升城市污水中步驟(2)所得處理液20mL，使污水中COD為300mg/L，在充水比0.714∶1、水力停留時間11.2小時及污泥泥齡12天的條件下，將該污水加入到序批式反應器(SBR)中，在厭氧條件下攪拌3小時；(4)將步驟(3)中經過厭氧反應后的污水進行好氧曝氣，在充氧條件下，反應時間為5小時；(5)步驟(4)中經過反應的水體進入沉淀池進行固液分離，固液分離時間為120分鐘，出水水質經檢測，CODCr為43mg/L，TP為0.35mg/L，出水水質符合污水處理廠一級排放標準。
實施例6將實施例5步驟(3)中的待處理城市污水不加入步驟(2)中所得的處理液直接進行生物除磷，其操作同實施例5的步驟(3)、(4)、(5)。運行后的出水結果CODCr為18mg/L，TP為1.25mg/L，出水水質不符合污水處理廠一級排放標準。
實施例7待處理城市污水CODCr為160mg/L，TP為8.18mg/L，向每升城市污水中加入處理液20mL，使城市污水的COD達到360mg/L，其余條件和操作步驟同實施例1。運行后的出水結果CODCr為47mg/L，TP為0.30mg/L，出水水質符合污水處理廠一級排放標準。
實施例8待處理城市污水的組成同實施例7，待處理城市污水中不加入處理液而直接進行生物除磷，其余操作同實施例1的步驟(3)、(4)、(5)。運行后的出水結果CODCr為32mg/L，TP為2.17mg/L，出水水質不符合污水處理廠一級排放標準。
實施例9待處理城市污水CODCr為170mg/L，TP為5.64mg/L。向每升待城市污水中加入處理液15mL，使污水COD為320mg/L，其余條件和操作步驟同實施例1。運行后的出水結果CODCr為41mg/L，TP為0.23mg/L，出水水質符合污水處理廠一級排放標準。
實施例10待處理城市污水的組成同實施例9，不加入污泥產生的有機酸而直接進行生物除磷，操作同實施例1的步驟(3)、(4)、(5)。運行后的出水結果CODCr為29mg/L，TP為1.22mg/L，出水水質不符合污水處理廠一級排放標準。
上述對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對于本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種資源化利用污泥有機物并提高污水增強生物除磷效果的方法，其特征在于具體步驟如下(1)將剩余污泥在堿性條件下厭氧發酵6天-10天，離心分離，得到上清液，其中，上清液中含有機酸；(2)采用鳥糞石沉淀方法，向步驟(1)中得到的上清液中加入Mg離子溶液，攪拌，使上清液中含有的磷酸鹽和氨氮與Mg離子形成磷酸氨鎂沉淀，然后離心分離，得到處理液，處理液中含有機酸，其中，加入的Mg2+與P的摩爾比為1.6∶1-2.0∶1，攪拌時間為3-8分鐘；(3)將步驟(2)得到的處理液加入到待處理的城市污水中，在厭氧條件下攪拌1-3小時，使聚磷菌吸收污水中的有機酸合成聚β-羥基烷酸，并釋磷，其中，每升城市污水中加入步驟(2)所得處理液的量為10-20mL；(4)將步驟(3)中經過厭氧反應后的污水進行好氧曝氣，在充氧條件下，反應時間為2-5小時，由于厭氧反應結束時外碳源基本消耗，微生物利用內碳源聚β-羥基烷酸作為碳源，并通過氧化分解聚β-羥基烷酸獲得吸收污水中磷所需的能量，完成將污水中的磷轉移到微生物胞內，最終達到去除污水中磷的目的；(5)步驟(4)中經過反應的水體進入沉淀池進行固液分離，固液分離時間為60-120分鐘，出水達標排放。
2.根據權利要求1所述的資源化利用污泥有機物并提高污水增強生物除磷效果的方法，其特征在于所述鎂離子溶液為MgCl2、MgSO4或Mg(OH)2中的任一種。
3.根據權利要求1所述的資源化利用污泥有機物并提高污水增強生物除磷效果的方法，其特征在于步驟(1)中采用NaOH溶液調節pH值為堿性。
全文摘要
本發明屬于新型環保技術領域，具體涉及一種資源化利用污泥有機物提高污水增強生物除磷效果的方法。將剩余污泥在堿性條件下厭氧發酵生產有機酸；采用鳥糞石沉淀方法，回收有機酸中的氮磷；將氮磷回收后的處理液加入到城市污水中，在厭氧－好氧條件下對污水生物處理，經過固液分離，出水達標排放。本發明通過向污水中加入剩余污泥發酵液，不但可提高微生物厭氧合成聚羥基戊酸(PHV)能力，提高聚羥基烷酸(PHAs)利用率，減少糖原代謝量，有利于維持好氧階段較高的除磷效果，降低出水中磷濃度，防止水體富營養化的發生，而且能夠資源化利用剩余污泥，減少污泥體積從而減少污泥處理費用及其對環境的污染。
文檔編號C02F1/52GK101070217SQ20071004199
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月14日 優先權日2007年6月14日
發明者陳銀廣, 佟娟, 顧國維 申請人:同濟大學