專利名稱：基于磷酸鹽生物還原的同步除磷與脫氮系統的構建方法
技術領域：
本發明屬于污水生物處理方法，特別涉及一種基于磷酸鹽生物還原的同步除磷與脫氮系統的構建方法。
背景技術：
近年來，有學者在發酵培養基中接種禽畜新鮮糞便檢測到磷化氫，并發現混合酸 iM-W^M (Escherichia coli, Salmonella gallinarum, Salmonella arizonae) ^M^'M.W-菌(Clostridium sporogenes, Clostridiumacetobutyricum, Clostridium cochliarium) 能夠產生磷化氫，隨后磷酸鹽生物還原現象被認定。目前，已普遍認為磷酸鹽生物還原反應是微生物代謝的結果。迄今為止，有關磷酸鹽生物還原反應研究多集中在通過培養基研究磷酸鹽還原為磷化氫菌株的最佳種泥，以及種泥中微生物的組成等。接種城市污水處理廠污泥，是否能形成磷酸鹽還原菌(phosphate reduction bacteria, PRB)的富集，實現生活污水處理磷酸鹽生物還原系統的構建，尚未見報道。另一方面，傳統的生物除磷脫氮系統包括好氧硝化、缺氧反硝化、厭氧釋磷和好氧吸磷等多個過程，不同的反應過程需要不同的微生物種群，各微生物種群對基質類型、環境條件的要求必然各不相同，由此產生了泥齡矛盾、生物除磷與污泥減量等矛盾，以及厭氧釋磷好氧吸磷、缺氧反硝化好氧反硝化等工藝單元較多和能耗(回流)大等問題，成為污水高效除磷脫氮的瓶頸，因此，尋求城鎮污水同步除磷脫氮的新途徑成為當務之急。
發明內容
本發明的目的是提供一種基于磷酸鹽生物還原的同步除磷與脫氮系統的構建方法，本發明擬解決傳統脫氮除磷工藝的泥齡矛盾，聚磷菌除磷系統富磷污泥排放與污泥減量的矛盾，以及現有除磷脫氮系統投資運行費用高等突出問題。為達到上述目的，采用序批式生物膜反應器，內設生物膜組合填料，保持充足的 D0,以未經化糞池處理的生活污水為進水對反應器中微生物種群進行補充，并在該系統不外排污泥的情況下，構建磷酸鹽還原系統，通過磷酸鹽還原菌將磷酸鹽以氣態磷化物的形式去除，同時該系統具有良好的同步脫氮效能。本發明所述的基于磷酸鹽生物還原的同步除磷與脫氮系統的構建方法，其步驟如下
1)磷酸鹽還原系統的構建反應器采用序批式生物膜反應器，內設生物膜載體填料，控制反應器液相中溶解氧DO濃度為^ig/廣5mg/l，使生物膜內形成好氧、缺氧、厭氧共存的微環境；
(2)磷酸鹽還原系統穩定性控制接種城市污水處理廠脫水污泥10g/L，以高濃度生活污水為反應器進水，通過進水中攜帶的磷酸鹽生物還原菌種源，對反應器中磷酸鹽還原微生物系統的進行種群補充，以保持微生物系統的穩定性；
(3)反應器運行工況為進水0.5h、曝氣llh、排水0. 5h ；反應器運行參數為水溫為20V 30°C，有機負荷為lkgCOD/m3 · d ^2kgC0D/m3 · d，反應器污泥齡長不外排污泥，碳磷比 C/P大于60。以本方法構建出的基于磷酸鹽生物還原的同步除磷與脫氮系統，具有較高的處理效能，其總磷(TP)去除率穩定在82. 7% 91. 6% ；總氮(TN)去除率穩定在86. 6% 92. 2%。本發明具有下列優點
(1)本發明在一個序批式生物膜反應器內形成厭氧、缺氧、好氧微環境，實現了磷酸鹽生物還原菌、硝化菌、反硝化菌共存，實現在同一個序批式生物膜反應器內磷酸鹽生物還原除磷、硝化與反硝化脫氮過程同步進行；
(2)本發明通過磷酸鹽還原菌將磷酸鹽以氣態磷化物的形式去除，解決了傳統除磷脫氮系統的泥齡矛盾，有利于硝化菌成為優勢菌種，提高脫氮效能。(3)本發明工藝流程簡短，解決了傳統除磷脫氮工藝厭氧釋磷，缺氧反硝化及好氧硝化工藝單元多，污泥和混合液回流能耗高等問題，減少了投資及運行成本。(4)本發明克服了傳統同步脫氮除磷工藝中生物除磷與污泥減量的矛盾，本發明無需排出富磷污泥，減少了污泥處理處置費用。
具體實施例方式下面結合實例作進一步詳細說明
本發明所述的基于磷酸鹽生物還原的同步除磷與脫氮系統的構建方法，其特征在于
(1)磷酸鹽還原系統的構建反應器采用序批式生物膜反應器，內設生物膜載體填料， 控制反應器液相中溶解氧DO濃度為^ig/廣5mg/l，使反應器內形成好氧、缺氧、厭氧共存的微環境；
(2)磷酸鹽還原系統穩定性控制接種城市污水處理廠脫水污泥10g/L，以高濃度生活污水為反應器的進水，通過進水中攜帶的磷酸鹽生物還原菌種源，對反應器中磷酸鹽還原微生物系統進行種群補充，以保持微生物系統的穩定性；
(3)反應器的運行工況為進水0.5h、曝氣llh、排水0. 5h ；反應器的運行參數為水溫為20 V 30°C，有機負荷為lkgCOD/m3 · d ^2kgC0D/m3 · d，反應器污泥齡長不外排污泥， 碳磷比C/P大于60。所述的基于磷酸鹽生物還原的同步除磷與脫氮系統的構建方法，其反應器內需設置生物膜載體填料，并控制液相中D0，以構建出良好的微環境，使生物膜內形成好氧、缺氧、 厭氧共存的微環境，使硝化、反硝化、磷酸鹽生物還原過程得以同步進行；
所述的基于磷酸鹽生物還原的同步除磷與脫氮系統的構建方法，其高濃度生活污水中微生物種類及數量多，其中含有與磷酸鹽生物還原相關的微生物大腸桿菌、雞沙門菌、亞利桑那沙門菌等，以此為進水對反應器中磷酸鹽生物還原系統進行種群補充，構建出穩定的生活污水磷酸鹽生物還原系統，使磷酸鹽轉化為氣態磷化物的過程得以順利進行。所述的基于磷酸鹽生物還原的同步除磷與脫氮系統的構建方法，磷酸鹽生物還原系統污泥齡長不外排污泥，通過磷酸鹽還原菌將磷酸鹽以氣態磷化物的形式去除，其較長的污泥齡為硝化菌的生長提供了有利條件，使整個系統具有較強的同步脫氮的能力。所述的基于磷酸鹽生物還原的同步除磷與脫氮系統的構建方法，其反應器運行參數的控制水溫為20 V 30°C，有機負荷為1. OkgCOD/m3 · d，液相DO為4mg/l 5 mg/1。
實施例1，種源對磷酸鹽還原系統構建的影響分別采用經過化糞池處理的生活污水的反應器(1#)與未經化糞池處理的生活污水的反應器(2#)作為進水進行平行試驗， 其他運行參數與發明內容中相同。1#反應器在前13d運行中，TP去除率逐漸上升，13d后去除率達到90. 88%;在 13d 17d運行中對TP去除率穩定在85% 94%，但在17d后反應器對TP的去除率呈現下降趨勢，最終在第四山當進水TP為8. 80mg/L時，反應器出水的TP濃度達到9. 80mg/L,整個系統出水TP濃度高于進水TP濃度；
2#反應器在前7d運行過程中，TP去除率逐漸上升，7d后去除率達到90. 5% ；在后續的 7d 30d連續運行中TP去除效率基本穩定在82. 1% 91.8%，保持了較高的除磷能力。生物膜污泥中結合態磷化氫含量高達3. 1 mgPH3/KgffS0實施例2，磷酸鹽還原系統中同步脫氮除磷效能成功構建磷酸鹽生物還原系統后，2#反應器繼續運行25d，其TP和TN監測結果顯示系統具有較好的氮磷同步去除效果。 具體運行參數與發明內容中相同。除磷效能:2#反應器繼續運行25d，TP去除率穩定在82. 7% 91. 6%。反應器在運行一個周期內，TP濃度呈現逐步下降的趨勢，進水TP濃度為7. 8 mg/L，反應結束后TP濃度降為0. 9 mg/L。從開始反應至1 h，反應器對TP的去除速率為1. 6 gP/ (m3 · h)，TP去除率達到69. 2%；1 h 2 h去除速率為0. 8 gP/ (m3 -h)，此后以0. 03 gP/ (m3 -h)的速率緩慢下降。PO43-的濃度從反應開始至0. 5h期間，由于基質中部分有機磷轉化為無機磷有所上升； 0.5 h 2.5 h期間磷酸鹽(Po/—)的濃度逐步下降，至2. 基質中有機磷基本轉化完全； 2.證 Ia1期間P043_去除規律與TP —致。生物膜污泥中結合態磷化氫含量為5. 7 HIgPH3/ KgDS，
脫氮效能反應器繼續運行25d，TN去除率穩定在86. 6% 92. 11反應器在運行一個周期內，從反應開始至2 h，反應器對TN的去除速率為21. 6 gN/(m3*h)，TN去除率達到 68. 1% ；2h 12h期間TN濃度以1. 1 gN/(m3-h)的速率下降，最終TN出水濃度為9. 5 mg/ L。NH/-N濃度呈現逐步下降的趨勢，從反應開始至1 h，NH4+-N濃度以25. 7 gN/(m3 -h)的速率下降至19. 7 mg/L, 1 h 2 h期間NH4+_N去除速率下降至11. 1 gN/ (m3 · h)，2 h至反應結束反應器出水NH/-N濃度降低至0. 5 mg/L。N03_-N濃度呈現先上升后下降的變化趨勢， Ih 3 h運行期間由于硝化反應反應器中NO3--N濃度由4. 1 mg/L逐漸上升至12.4 mg/L, 此后至反應結束反應器內進行反硝化反應NO3--N濃度逐漸下降至至9. 0 mg/L。
權利要求
1.基于磷酸鹽生物還原的同步除磷與脫氮系統的構建方法，其特征在于(1)磷酸鹽還原系統的構建反應器采用序批式生物膜反應器，內設生物膜載體填料， 控制反應器液相中溶解氧DO濃度為^ig/廣5mg/l，使反應器內形成好氧、缺氧、厭氧共存的微環境；(2)磷酸鹽還原系統穩定性控制接種城市污水處理廠脫水污泥10g/L，以高濃度生活污水為反應器的進水，通過進水中攜帶的磷酸鹽生物還原菌種源，對反應器中磷酸鹽還原微生物系統進行種群補充，以保持微生物系統的穩定性；(3)反應器的運行工況為進水0.5h、曝氣llh、排水0. 5h ；反應器的運行參數為水溫為20 °C 30°C，有機負荷為lkgCOD/m3 · d ^2kgC0D/m3 · d，反應器污泥齡長不外排污泥， 碳磷比C/P大于60。
2.根據權利要求1所述的基于磷酸鹽生物還原的同步除磷與脫氮系統的構建方法，其特征在于反應器內需設置生物膜載體填料，并控制液相中D0，以構建出良好的微環境，使生物膜內形成好氧、缺氧、厭氧共存的微環境，使硝化、反硝化、磷酸鹽生物還原過程得以同步進行。
3.根據權利要求1所述的基于磷酸鹽生物還原的同步除磷與脫氮系統的構建方法，其特征在于高濃度生活污水中微生物種類及數量多，其中含有與磷酸鹽生物還原相關的微生物大腸桿菌、雞沙門菌、亞利桑那沙門菌，以此為進水對反應器中磷酸鹽生物還原系統進行種群補充，構建出穩定的生活污水磷酸鹽生物還原系統，使磷酸鹽轉化為氣態磷化物的過程得以順利進行。
4.根據權利要求1所述的基于磷酸鹽生物還原的同步除磷與脫氮系統的構建方法，其特征在于磷酸鹽生物還原系統污泥齡長不外排污泥，通過磷酸鹽還原菌將磷酸鹽以氣態磷化物的形式去除，其較長的污泥齡為硝化菌的生長提供了有利條件，使整個系統具有較強的同步脫氮的能力。
5.根據權利要求1所述的基于磷酸鹽生物還原的同步除磷與脫氮系統的構建方法，其特征在于反應器運行參數的控制水溫為20 0C 30°C，有機負荷為1. OkgCOD/m3 · d，液相 DO 為 4mg/廣5 mg/L·
全文摘要
本發明涉及基于磷酸鹽生物還原的同步除磷與脫氮系統的構建方法。該方法在反應器中設置填料作為生物膜載體，在液相保持好氧環境，以高濃度生活污水為反應器進水，通過進水中攜帶的磷酸鹽生物還原菌種源，對反應器生物膜中的磷酸鹽生物還原菌進行補充，并在中溫及污泥不外排的長泥齡情況下，成功構建出磷酸鹽生物還原系統，并具有較好的脫氮效果。本發明通過磷酸鹽還原菌將磷酸鹽以氣態磷化物的形式去除，解決了傳統除磷脫氮系統的泥齡矛盾、生物除磷與污泥減量的矛盾，具有處理效能高、工藝流程短，投資及運行成本低的特征，為污水生物除磷開辟了新途徑。
文檔編號C02F3/34GK102351311SQ20111025825
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月2日 優先權日2011年9月2日
發明者何強, 何雨舟, 周健, 李曉品, 栗靜靜, 陳爽, 韓懿 申請人:重慶大學