申请日2011.01.04
公开(公告)日2011.06.15
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明提供的协同去除污水中碳氮磷的方法，具体是：将亚硝酸盐型反硝化除磷悬浮污泥与厌氧氨氧化生物膜共同置于厌氧-缺氧SBR复合反应器;先在厌氧条件下，利用亚硝酸盐型反硝化除磷菌去除污水中的有机碳，同时分解释放磷酸盐为后续的缺氧过量摄磷做准备;再在缺氧条件下，一方面通过厌氧氨氧化菌去除污水中的氨氮和亚硝氮，另一方面通过亚硝酸盐型反硝化除磷菌去除亚硝氮和硝氮同时过量摄取污水中的磷酸盐形成富磷污泥;经沉淀期泥水分离后，通过排放富磷的剩余污泥达到除磷目的。本发明通过亚硝酸盐型反硝化除磷菌与厌氧氨氧化菌在同一反应器内的协同作用，实现低有机碳高氮磷污水的同步去除碳氮磷，具有碳源需求量和曝气能耗低等优点。
权利要求书
1. 一种协同去除污水中碳氮磷的方法，其特征是一种利用亚硝酸盐型反硝化除磷菌和厌氧氨氧化菌的协同作用去除污水中的有机碳、氮和磷的方法，该方法是：
(1)将亚硝酸盐型反硝化除磷悬浮污泥与厌氧氨氧化生物膜共同置于厌氧-缺氧SBR复合反应器，形成协同去除碳氮磷系统;
(2)在厌氧初期，向反应器中通入含有机碳、氨氮和磷酸盐的污水;利用亚硝酸盐型反硝化除磷菌去除污水中的有机碳，并从菌体内分解释放磷酸盐为后续的缺氧过量摄磷做准备，此时厌氧氨氧化菌因缺少电子受体而不参加反应;厌氧末期向反应器内通入含亚硝氮的污水为上述两类菌提供电子受体并形成缺氧环境;
(3)在缺氧条件下，一方面通过厌氧氨氧化菌去除污水中的氨氮和亚硝氮，另一方面通过亚硝酸盐型反硝化除磷菌去除亚硝氮和硝氮同时过量摄取污水中的磷酸盐形成富磷污泥;
(4)经沉淀期泥水分离后，反应器在运行周期末期，通过排放富磷的剩余污泥达到除磷目的;
(5)通过上述厌氧/缺氧/沉淀/排水排泥的周期运行方式实现低有机碳高氮磷污水的同步去除碳氮磷。
2. 根据权利要求1所述的去除污水中碳氮磷的方法，其特征在于：所述反应器的适宜运行温度为20-30℃。
3. 根据权利要求1所述的去除污水中碳氮磷的方法，其特征在于：所述厌氧-缺氧SBR复合反应器采用厌氧/缺氧/沉淀/排水排泥的周期运行方式。
4. 根据权利要求1所述的去除污水中碳氮磷的方法，其特征在于：在所述厌氧-缺氧SBR复合反应器内，厌氧氨氧化菌以生物膜形式存在，亚硝酸盐型反硝化除磷菌以悬浮污泥形式存在。
说明书
协同去除污水中碳氮磷的方法
技术领域
本发明涉及污水生物脱氮除磷技术领域，特别是涉及一种以亚硝酸盐型反硝化除磷与厌氧氨氧化协同去除污水中有机碳、氮和磷的方法。
背景技术
生物脱氮除磷技术是解决污水氮磷污染的最经济有效方法，但传统生物脱氮除磷技术在处理含低有机碳高氮磷的污水时，因碳源不足而导致脱氮除磷效果下降。
近年来开发的厌氧氨氧化与亚硝酸盐型反硝化除磷技术对碳源的需求量大幅降低，例如参见文献1(Jetten M S M, Strous M, Van de Pas-Schoonen K T, et al. The anaerobic oxidation of ammonium. FEMS Microbiology Reviews, 1998, 22(5): 421-437.)和文献2(Kuba T, Van Loosdrecht M C M, Heijnen J J. Phosphorus and nitrogen removal with minimal COD requirement by integration of denitrifying dephosphatation and nitrification in a two-sludge system. Water Research, 1996, 30(7): 1702-1710.)。这些技术可有效解决传统生物脱氮除磷技术碳源不足的矛盾，并降低曝气能耗，是治理含低有机碳高氮磷污水的高效节能型生物脱氮除磷技术。但厌氧氨氧化不能有效去除碳和磷，出水中含有少量硝氮;亚硝酸盐型反硝化除磷不能直接有效地去除氨，出水中氨氮较高，两者均难于独立实现有效的同步脱氮除磷。
国内外污水脱氮除磷技术的发展趋势是：以生物技术为主流，充分利用多种技术的协同组合，弥补各自的不足，实现多种污染物的同步高效去除。但目前尚未见利用亚硝酸盐型反硝化除磷和厌氧氨氧化协同处理含低有机碳高氮磷污水的报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为了克服厌氧氨氧化不能有效去除碳磷和亚硝酸盐型反硝化除磷不能直接有效地去除氨，两者均难于独立实现有效的同步脱氮除磷的不足，提供一种亚硝酸盐型反硝化除磷与厌氧氨氧化协同去除碳氮磷的方法。该方法利用亚硝酸盐型反硝化除磷菌与厌氧氨氧化菌的生存环境共性，将悬浮污泥形式的亚硝酸盐型反硝化除磷菌与生物膜形式的厌氧氨氧化菌置于同一反应器内，通过两类菌的协同作用，弥补各自在去除污染物方面的不足，对含低有机碳高氮磷污水实现有效的同步去除碳氮磷。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的是一种利用亚硝酸盐型反硝化除磷菌和厌氧氨氧化菌的协同作用去除污水中的有机碳、氮和磷的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将亚硝酸盐型反硝化除磷悬浮污泥与厌氧氨氧化生物膜共同置于厌氧-缺氧SBR复合反应器，形成协同去除碳氮磷系统;
(2)在厌氧初期，向反应器中通入含有机碳、氨氮和磷酸盐的污水;利用亚硝酸盐型反硝化除磷菌去除污水中的有机碳，并从菌体内分解释放磷酸盐为后续的缺氧过量摄磷做准备，此时厌氧氨氧化菌因缺少电子受体而不参加反应;厌氧末期向反应器内通入含亚硝氮的污水为上述两类菌提供电子受体并形成缺氧环境;
(3)在缺氧条件下，一方面通过厌氧氨氧化菌去除污水中的氨氮和亚硝氮，另一方面通过亚硝酸盐型反硝化除磷菌去除亚硝氮和硝氮同时过量摄取污水中的磷酸盐形成富磷污泥;
(4)经沉淀期泥水分离后，反应器在运行周期末期，通过排放富磷的剩余污泥达到除磷目的;排出的上清液即为已有效去除有机碳、氮和磷的处理水。
(5)通过上述厌氧/缺氧/沉淀/排水排泥的周期运行方式实现低有机碳高氮磷污水的同步去除碳氮磷。
所述反应器的适宜运行温度为20-30℃。
所述厌氧-缺氧SBR复合反应器采用厌氧/缺氧/沉淀/排水排泥的周期运行方式。
所述厌氧-缺氧SBR复合反应器内，利用填料载体附着厌氧氨氧化菌形成生物膜，以保证厌氧氨氧化菌的有效持留，克服厌氧氨氧化菌生长缓慢的缺点;而让亚硝酸盐型反硝化除磷菌以悬浮污泥形式存在，以便于富磷污泥的排放，实现除磷目的。
所述亚硝酸盐型反硝化除磷菌和厌氧氨氧化菌的培育，均为目前的成熟技术。例如参见文献3(王爱杰, 吴丽红, 任南琪, 等. 亚硝酸盐为电子受体反硝化除磷工艺的可行性. 中国环境科学, 2005, 25(5): 515-518.)和文献4(康淑琴, 张少辉. 厌氧氨氧化反应器的启动及其稳定性研究. 武汉理工大学学报, 2008, 30(2): 101-104.)。
本发明可以采用以下方法培育亚硝酸盐型反硝化除磷菌：
采用SBR反应器，先以厌氧/沉淀排水/缺氧/沉淀排水排泥的周期运行方式培养亚硝酸盐型反硝化除磷菌;厌氧初期进入含有机碳和磷酸盐的污水，亚硝酸盐型反硝化除磷菌厌氧释磷并去除污水中的有机碳;厌氧末期经沉淀排水以排除上清液中残留的有机碳，再向反应器内通入含亚硝氮的污水形成缺氧环境，在缺氧条件下，亚硝酸盐型反硝化除磷菌去除亚硝氮同时过量摄取污水中的磷酸盐形成富磷污泥;经沉淀期泥水分离后，在运行周期末期排放富磷的剩余污泥和处理水;如此周期运行约1个月，培养成以悬浮污泥形式存在的亚硝酸盐型反硝化除磷菌。最后采用厌氧/缺氧/沉淀/排水排泥的周期运行方式进一步富集驯化以悬浮污泥形式存在的亚硝酸盐型反硝化除磷菌;经半个月左右可最终富集驯化成熟的亚硝酸盐型反硝化除磷悬浮污泥。
本发明可以采用以下方法培育厌氧氨氧化菌：
采用悬挂(或悬浮)有填料载体的厌氧生物膜反应器，以含氨氮和亚硝氮的污水，在缺氧条件下培养以生物膜形式存在的厌氧氨氧化菌。3个月左右可培育成熟的厌氧氨氧化生物膜。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
其一. 厌氧氨氧化不需有机碳，亚硝酸盐型反硝化除磷将有机碳同时用于脱氮和除磷过程，相比传统生物除磷对有机碳需求量低。
其二. 厌氧氨氧化同步去除亚硝氮和氨氮，亚硝酸盐型反硝化除磷同步去除有机碳、亚硝氮、硝氮和磷酸盐;两者都在厌氧和缺氧条件下去除污染物，因而节省了曝气能耗。
其三. 厌氧氨氧化能去除亚硝酸盐型反硝化除磷所不能去除的氨氮，而亚硝酸盐型反硝化除磷能去除厌氧氨氧化所不能去除的有机碳、硝氮和磷酸盐，两者在去除污染物方面具有互补性。
其四. 通过在同一反应器内同时生长厌氧氨氧化生物膜和亚硝酸盐型反硝化除磷悬浮污泥，同步有效去除低有机碳高氮磷污水中的有机碳、氨氮、亚硝氮、硝氮和磷酸盐。在反应器的运行周期为8h(含厌氧期3h，缺氧期4h，沉淀期0.5h，排水排泥期0.5h)的条件下，有机碳(COD)、氨氮、亚硝氮和磷酸盐的去除率可分别达53%、46%、63%和74%，实现了同步去除污水中的碳氮磷。
具体实施方式
本发明涉及一种亚硝酸盐型反硝化除磷与厌氧氨氧化协同去除碳氮磷的污水处理技术。它利用亚硝酸盐型反硝化除磷菌能同步去除有机碳、亚硝氮、硝氮和磷酸盐，厌氧氨氧化菌可同步去除氨氮和亚硝氮，以及两类细菌都能在无氧的环境下生存并在污染物去除方面具有互补性的特点，将悬浮污泥形式的亚硝酸盐型反硝化除磷菌与生物膜形式的厌氧氨氧化菌置于同一反应器内。先在厌氧条件下，利用亚硝酸盐型反硝化除磷菌去除污水中的有机碳，同时分解释放磷酸盐为后续的缺氧过量摄磷做准备;再在缺氧条件下，一方面通过厌氧氨氧化菌去除污水中的氨氮和亚硝氮，另一方面通过亚硝酸盐型反硝化除磷菌去除亚硝氮和硝氮同时过量摄取污水中的磷酸盐形成富磷污泥;经沉淀期泥水分离后，通过排放富磷的剩余污泥达到除磷目的。亚硝酸盐型反硝化除磷和厌氧氨氧化都具有碳源需求量和曝气能耗低等优点，通过亚硝酸盐型反硝化除磷菌与厌氧氨氧化菌在同一反应器内的协同作用，实现低有机碳高氮磷污水的同步去除碳氮磷。
本发明处理含低有机碳高氮磷污水的操作方法如下：
1)含有机碳、氨氮和磷酸盐的污水在厌氧初期泵入厌氧-缺氧SBR复合反应器。
2)在厌氧期，利用亚硝酸盐型反硝化除磷菌去除有机碳，并从菌体内分解释放出磷酸盐为后续的缺氧吸磷做准备，此时厌氧氨氧化菌因缺少电子受体而不参加反应。
3)厌氧末期，向反应器泵入含亚硝氮的污水为两类菌提供电子受体(亚硝氮)并形成缺氧条件。
4)在缺氧期，厌氧氨氧化菌去除氨氮和亚硝氮并生成少量硝氮，亚硝酸盐型反硝化除磷菌在去除亚硝氮和硝氮的同时过量摄取污水中的磷酸盐形成富磷污泥，两类菌共同完成了脱氮作用并形成富磷污泥。
5)经沉淀期泥水分离后，通过排放富磷的剩余污泥实现除磷目的，最终排放的处理水已去除了有机碳、氮和磷。通过上述厌氧/缺氧/沉淀/排水排泥的反应器周期运行方式实现低有机碳高氮磷污水的同步去除碳氮磷
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明的内容。
实施例1
进行本试验所采用的装置为圆柱状的厌氧-缺氧SBR复合反应器，有效容积10L，径高比为3，内挂软性填料以附着厌氧氨氧化生物膜，亚硝酸盐型反硝化除磷菌以悬浮污泥形式存在，在厌氧和缺氧期通过电动搅拌设备进行泥水混合。反应器在26℃下运行，充水比为0.62。反应器的运行周期为8h，其中厌氧期3h，缺氧期4h，沉淀期0.5h，排水排泥期0.5h。具体运行如下：
1)厌氧初期(厌氧期的开始0.5h)，0.6L的含有机碳(最终COD浓度为110mg/L)、氨氮(最终浓度为15mgN/L)和磷酸盐(最终浓度为8.5mgP/L)的污水通过进水泵注入反应器。
2)在3h的厌氧期，利用亚硝酸盐型反硝化除磷菌去除有机碳并释磷。
3)厌氧末期，向反应器泵入0.02L含亚硝氮(最终浓度为24mgN/L)的污水为两类菌提供电子受体并形成缺氧条件。
4)在4h的缺氧期，厌氧氨氧化菌去除氨氮和亚硝氮并生成少量硝氮，亚硝酸盐型反硝化除磷菌在去除亚硝氮和硝氮的同时摄取磷酸盐合成聚磷酸盐贮存于体内，两类菌共同完成了脱氮作用并形成富磷污泥。
5)经沉淀期0.5h的泥水分离后，通过排放富磷的剩余污泥实现除磷目的;排出0.62L处理水后进入下一周期的厌氧期，处理水中对有机碳(COD)、氨氮、亚硝氮和磷酸盐的去除分别达62%、52%、68%和64%。反应器的周期运行时间和充水比可根据实际情况变化进行调节。
实施例2
进行本试验所采用的装置为圆柱状的厌氧-缺氧SBR复合反应器，有效容积10L，径高比为3，内挂软性填料以附着厌氧氨氧化生物膜，亚硝酸盐型反硝化除磷菌以悬浮污泥形式存在，在厌氧和缺氧期通过电动搅拌设备进行泥水混合。反应器在26℃下运行，充水比为0.62。反应器的运行周期为8h，其中厌氧期3h，缺氧期4h,沉淀期0.5h，排水排泥期0.5h。具体运行如下：
1)厌氧初期(厌氧期的开始0.5h)，0.6L的含有机碳(最终COD浓度为110mg/L)、氨氮(最终浓度为18mgN/L)和磷酸盐(最终浓度为8.6mgP/L)的污水通过进水泵注入反应器。
2)在3h的厌氧期，利用亚硝酸盐型反硝化除磷菌去除有机碳并释磷。
3)厌氧末期，向反应器泵入0.02L含亚硝氮(最终浓度为24mgN/L)的污水为两类菌提供电子受体并形成缺氧条件。
4)在4h的缺氧期，厌氧氨氧化菌去除氨氮和亚硝氮并生成少量硝氮，亚硝酸盐型反硝化除磷菌在去除亚硝氮和硝氮的同时摄取磷酸盐合成聚磷酸盐贮存于体内，两类菌共同完成了脱氮作用并形成富磷污泥。
5)经沉淀期0.5h的泥水分离后，通过排放富磷的剩余污泥实现除磷目的;排出0.62L处理水后进入下一周期的厌氧期，处理水中对有机碳(COD)、氨氮、亚硝氮和磷酸盐的去除分别达58%、46%、65%和57%。反应器的周期运行时间和充水比可根据实际情况变化进行调节。
实施例3
进行本试验所采用的装置为圆柱状的厌氧-缺氧SBR复合反应器，有效容积10L，径高比为3，内挂软性填料以附着厌氧氨氧化生物膜，亚硝酸盐型反硝化除磷菌以悬浮污泥形式存在，在厌氧和缺氧期通过电动搅拌设备进行泥水混合。反应器在28℃下运行，充水比为0.62。反应器的运行周期为8h，其中厌氧期3h，缺氧期4h,沉淀期0.5h，排水排泥期0.5h。具体运行如下：
1)厌氧初期(厌氧期的开始0.5h)，0.6L的含有机碳(最终COD浓度为125mg/L)、氨氮(最终浓度为25mgN/L)和磷酸盐(最终浓度为9mgP/L)的污水通过进水泵注入反应器。
2)在3h的厌氧期，利用亚硝酸盐型反硝化除磷菌去除有机碳并释磷。
3)厌氧末期，向反应器泵入0.02L含亚硝氮(最终浓度为35mgN/L)的污水为两类菌提供电子受体并形成缺氧条件。
4)在4h的缺氧期，厌氧氨氧化菌去除氨氮和亚硝氮并生成少量硝氮，亚硝酸盐型反硝化除磷菌在去除亚硝氮和硝氮的同时摄取磷酸盐合成聚磷酸盐贮存于体内，两类菌共同完成了脱氮作用并形成富磷污泥。
5)经沉淀期0.5h的泥水分离后，通过排放富磷的剩余污泥实现除磷目的;排出0.62L处理水后进入下一周期的厌氧期，处理水中对有机碳(COD)、氨氮、亚硝氮和磷酸盐的去除分别达53%、46%、63%和74%。反应器的周期运行时间和充水比可根据实际情况变化进行调节。