申请日2013.03.09
公开(公告)日2013.06.12
IPC分类号C02F9/14
摘要
一种基于颗粒污泥的城市生活污水再生方法属于水环境恢复技术领域。鉴于传统同步脱氮除磷工艺，存在脱氮除磷争夺碳源，碳源严重不足，脱氮菌与除磷菌泥龄、溶解氧需求差异大，生活污水碱度不足，脱氮除磷效果难以同时兼顾以及割裂自然界磷循环等问题，从工艺流程的整体统筹，优化各处理单元的任务，通过亚硝化颗粒污泥除有机物并将氨氮部分氧化为亚硝酸盐氮、通过厌氧氨氧化颗粒污泥自养脱氮，通过化学除磷并将其回收利用的方式实现污水的高效低碳处理及再生，出水COD小于45mg/L，BOD小于10mg/L，TP小于0.4mg/L，TN小于15mg/L，实现国家一级A标准。
权利要求书
1.一种基于颗粒污泥的城市生活污水再生方法，其特征在于：在14-25℃， 通过曝气上流式污泥床反应器的亚硝化颗粒污泥单元去除有机物并将氨氮部分 氧化为亚硝酸盐氮，再经过采用升流式厌氧污泥床反应器的氨氧化颗粒污泥单 元实现脱氮，最终进入化学除磷系统，以实现可持续性的污水处理及再生，具 体如下：
1)生活污水进入采用曝气上流式污泥床的亚硝化颗粒污泥单元，控制进水 总氮负荷为1.0-1.4kgN/m3/d，污泥浓度为5.5-6.5mg/L，污泥龄为15-20d，水力 停留时间为1.8-2.3h，断面流速0.5-1.5m/h;实现COD去除率大于80%，氨氮氧 化率为58-65%，出水亚硝酸盐氮与氨氮质量浓度比值为1.23-1.39，亚硝化率即 反应生成的亚硝酸盐氮与生成的亚硝酸盐氮与硝酸盐氮之和的比值大于90%， 出水硝酸盐氮小于4mg/L，总氮损失小于7mg/L，出水悬浮物浓度小于25mg/L;
2)亚硝化颗粒污泥工艺出水进入升流式厌氧污泥床厌氧氨氧化反应器，控 制进水总氮负荷为2.0-2.5kgN/m3/d，水力停留时间为1.1-1.4h，断面流速 0.9-2m/h;实现总氮去除率大于85%，出水总氮小于10mg/L，氨氮小于1.0mg/L， 亚硝酸盐氮小于2mg/L，硝酸盐氮小于7mg/L，COD小于24mg/L，出水悬浮物 浓度小于7mg/L;
3)厌氧氨氧化颗粒污泥工艺出水进入化学除磷系统，断面流速为 0.2-0.3m/h，水力停留时间为2h，投加氯化铝进行化学除磷回用，投加量为 1.3-1.5mgAlCl3/mgTP，实现出水总氮小于10mg/L，氨氮小于1.0mg/L，COD小 于20mg/L，TP小于0.2mg/L，出水悬浮物浓度小于5mg/L。
说明书
一种基于颗粒污泥的城市生活污水再生方法
技术领域
本发明属于水环境恢复技术领域，具体涉及一种基于颗粒污泥的城市生活 污水再生方法。
背景技术
改革开放以来，我国进入经济高速增长期，但人们为谋求最大经济利益， 无度取用、粗犷利用水资源，然后高污染排放，是水短缺、水污染、水危机的 直接原因。水环境危机已严重的制约了经济的进一步发展，传统的发展模式没 有出路。保护环境已被定为基本国策，发展经济的同时，注重环境的承载力， 将经济发展与环境保护相结合，走一条环境友好型的可持续发展之路。恢复由 于经济发展带来的水环境污染、元素的自然循环断裂，是当前的重中之重。
污水处理达标排放是缓解水环境危机的重要手段。国家颁布了《城镇污水 处理厂污染物排放标准》，规定新改扩建污水厂应达到一级A标准排放，其中， 对于污染物，尤其是营养元素，做出了严格的限定，TN小于15mg/L，TP小于 0.5mg/L。北京市颁布的《城镇污水处理厂水污染物排放标准》，将营养元素限制 进一步提高，要求TN小于10mg/L，TP小于0.2mg/L。
我国污水处理厂目前采用的工艺，大多基于传统脱氮除磷理论，存在固有 缺欠。首先，生活污水属于低碳氮比污水，对于脱氮除磷，碳源严重不足，往 往需要人工投加有机碳源甲醇，增加运行费用，并且有机碳源最终转化为二氧 化碳造成了二次污染。其次，除磷菌与脱氮菌在泥龄方面存在较大差异，传统 工艺由于是同一反应器内实现脱氮除磷，不能同时兼顾脱氮及除磷效果。再次， 生活污水碱度相对于氨氮含量不足，要想取得良好的硝化效果，需人工投加碱 度，动力费用大。传统工艺脱氮以硝化液回流至前置缺氧段提高脱氮效率，动 力费用高，理论上最大总氮去除难以实现一级A标准的总氮小于15mg/L，且硝 酸盐对厌氧释磷产生抑制，影响除磷效果，除磷难以达到一级A标准中的TP 小于0.5mg/L。最后，虽然处理流程中碳、氮元素以气体形式释放，回归自然， 实现循环，但生物除磷，磷素以剩余污泥的形式从水体分离，但剩余污泥难以 处理及进行磷回收，大多采用处理后填埋，且磷是不可再生资源，这造成了磷 元素循环的断裂，不是可持续的处理方式。
既然N、P不能在一个反应器内同时深度去除，那么就应该分步实现，并考 虑C、N、P的自然循环，实现可持续的污水处理。
20世纪末发现的厌氧氨氧化工艺，为生活污水处理提供了新的思路。不同 于传统脱氮理论，厌氧氨氧化是指在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌以NH4+-N为电 子供体，NO2--N为电子受体，将其同时转化成N2，以实现废水中氮素的去除， 与传统的硝化-反硝化脱氮工艺相比，具有耗氧量少、无需外加碳源、污泥产量 低和无二次污染等众多优点，因此被视为最具可持续发展意义的生物脱氮工艺。 但该工艺要求进水亚硝酸盐氮与氨氮比值接近1.3，需要前置工艺，以满足其进 水需求。亚硝化，即将氨氮氧化为亚硝酸盐氮，而阻止其进一步氧化为硝酸盐 氮，通过控制运行参数，可满足厌氧氨氧化进水要求，实现亚硝化-厌氧氨氧化 联合工艺脱氮。
亚硝化-厌氧氨氧化工艺的研究过程中发现，主要菌种为自养菌生长极为缓 慢，污泥整体沉降性能虽然较好但悬浮小絮体较多不易沉降，持续运行存在污 泥流失的问题，且体系抗冲击负荷能力差、长期运行容易失稳。颗粒污泥是指 废水生物处理系统中的微生物在适当的环境条件下，相互聚集形成一种密度较 大、体积较大、体质条件较好的微生物聚集体。颗粒污泥兼备污泥持留性能好、 污泥浓度高处理负荷大、抗冲击负荷能力强等优点，是解决上述问题的理想途 径。实际的研究表明，氨氧化菌体系难以形成颗粒污泥，而亚硝化同时去除有 机物的异养、自养共生体系易形成颗粒污泥，性状优良。杨洋采用曝气上流式 污泥床(aerated upflow sludge bed,AUSB)，成功实现了亚硝化颗粒污泥的启动 与常温条件下工艺的高效稳定运行。王俊敏采用UASB颗粒污泥反应器，在30 ℃条件下，成功实现了低氨氮废水的高效处理。结合生活污水特征，可采用颗 粒污泥亚硝化工艺除有机物、实现亚硝化，后续颗粒污泥厌氧氨氧化工艺，实 现生活污水的深度除有机物、脱氮。
化学除磷，一方面可有效实现水体的磷回收，将其重新纳入自然循环，另 一方面，化学除磷中的混凝沉淀过滤可进一步降低水体的污染物浓度，降低污 水的浊度及色度，实现污水处理后直接作为中水回用，无需后续其它工艺流程。
以亚硝化颗粒污泥去除有机物并为厌氧氨氧化颗粒污泥提供合适比例进水 以实现自养脱氮的高效去除，并通过化学处理回收的方法剥离水体中的磷实现 可持续利用，是污水处理的理想选择。
本发明采用AUSB亚硝化颗粒污泥单元、UASB厌氧氨氧化颗粒污泥单元、 除磷单元组合，通过合理调控相关参数，实现生活污水的低碳高效再生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于颗粒污泥的城市生活污水再生方法。
在14-25℃，通过曝气上流式污泥床反应器的亚硝化颗粒污泥单元去除有机 物并将氨氮部分氧化为亚硝酸盐氮，再经过采用升流式厌氧污泥床反应器的氨 氧化颗粒污泥单元实现脱氮，最终进入化学除磷系统，以实现可持续性的污水 处理及再生，具体如下：
1)生活污水进入采用曝气上流式污泥床的亚硝化颗粒污泥单元，控制进水总氮 负荷为1.0-1.4kgN/m3/d，污泥浓度为5.5-6.5mg/L，污泥龄为15-20d，水力停 留时间为1.8-2.3h，断面流速0.5-1.5m/h;实现COD去除率大于80%，氨氮 氧化率为58-65%，出水亚硝酸盐氮与氨氮质量浓度比值为1.23-1.39，亚硝 化率即反应生成的亚硝酸盐氮与生成的亚硝酸盐氮与硝酸盐氮之和的比值 大于90%，出水硝酸盐氮小于4mg/L，总氮损失小于7mg/L，出水悬浮物浓 度小于25mg/L;
2)亚硝化颗粒污泥工艺出水进入升流式厌氧污泥床厌氧氨氧化反应器，控制进 水总氮负荷为2.0-2.5kgN/m3/d，水力停留时间为1.1-1.4h，断面流速0.9-2m/h; 实现总氮去除率大于85%，出水总氮小于10mg/L，氨氮小于1.0mg/L，亚硝 酸盐氮小于2mg/L，硝酸盐氮小于7mg/L，COD小于24mg/L，出水悬浮物 浓度小于7mg/L;
3)厌氧氨氧化颗粒污泥工艺出水进入化学除磷系统，断面流速为0.2-0.3m/h， 水力停留时间为2h，投加氯化铝进行化学除磷回用，投加量为 1.3-1.5mgAlCl3/mgTP，实现出水总氮小于10mg/L，氨氮小于1.0mg/L，COD 小于20mg/L，TP小于0.2mg/L，出水悬浮物浓度小于5mg/L。
与现有生活污水处理工艺相比，具有以下优点：
1)本发明结合自养脱氮与化学除磷，既保障了营养素的自然循环又不积累 于自然水系而损害水环境;
2)采用亚硝化-厌氧氨氧化自养脱氮，处理符合超过1kgN/m3/d，是传统工 艺氮负荷的4-7倍;
3)生活污水碱度对于处理氨氮相对不足，本发明控制亚硝化处理效果为部 分亚硝化，碱度消耗仅为传统工艺的一半，无需外加碱度;
4)仅进行氨氮转化的亚硝化工艺稳定性难于控制，本发明实现亚硝化的同 时去除有机物，增强了系统的稳定性;
5)本发明两个生物处理单元均采用颗粒污泥，处理负荷高，污泥持留性好， 抗冲击负荷能力强;
6)恢复由于人类活动而断裂的自然界磷循环，以化学除磷回收磷泥方式， 实现磷素循环链的恢复，通过化学除磷工艺出水总磷小于0.1mg/L，同时实现了 磷元素的再生回用;
7)实现了连续流条件下的生活污水高效、低碳可再生处理。
8)通过本发明流程处理的生活污水，出水COD小于30mg/L，氨氮小于 1.0mg/L，TN小于10mg/L，TP小于0.2mg/L可达到国家一级A标准及北京市 地方标准A标准。