申请日2009.01.14
公开(公告)日2009.06.24
IPC分类号C02F3/12; C02F3/30; C02F1/52
摘要
本发明涉及污水处理技术领域中利用人工调控手段，使金属离子与活性污泥微生物絮体实现有机结合，通过金属离子强化电子传递链与酶促作用的复合铁酶促活性污泥污水脱氮除磷的方法;分为复合铁酶促活性污泥培养和稳定运行二个阶段，本方法涉及的装置系统包括预处理系统、一级处理系统、初沉污泥排放系统、二级生化处理系统、剩余污泥排放系统和出水系统，其中二级生化处理系统包括缺氧池、厌氧池、好氧池、二沉池、混合液内循环系统、污泥回流系统和加药系统，出水系统中包括接触消毒池;本方法的加药方式简单可靠，管理方便，投资与运行成本低，适用于城镇污水及工业废水的深度脱氮除磷处理及城镇污水工程的升级改造。
权利要求书
1、一种复合铁酶促活性污泥污水脱氮除磷的方法，分为复合铁 酶促活性污泥培养和复合铁酶促活性污泥稳定运行二个阶段，其特征 在于在复合铁酶促活性污泥培养阶段的初期，控制生化反应系统有机 负荷不小于0.10kgBOD5/kgMLVSS·d，在原有污水生物脱氮除磷系统 好氧区后段直接投加10～20mgFe3+/L的铁盐化学药剂三氯化铁或硫酸 亚铁，在曝气状态下亚铁离子与氧发生氧化反应转化为三价铁离子， 同时根据污水水质条件以及好氧反应区活性污泥混合液碱度条件，投 加碱性物质碳酸钠或碳酸氢钠，并使其发生化学反应2Fe3++3CO3 2- +3H2O→2Fe(OH)3+3CO2↑、化学反应Fe3++3HCO3 -→Fe(OH)3+3CO2 ↑和化学反应Fe3++3OH-→Fe(OH)3，同时保证碱性物质投加量使生 化反应好氧区出流活性污泥混合液碱度含量不小于75mg/L;铁盐化 学药剂与碱性物质连续投加条件控制在使活性污泥含铁量达到10～ 20mgFe3+/gMLSS;上述培养阶段初期步骤或者为：将人工合成的氢 氧化铁化学絮体分2～3批次直接投加到污水生物脱氮除磷系统好氧 区，使活性污泥含铁量达到10～20mgFe3+/gMLSS，氢氧化铁絮体通 过三氯化铁与碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钠等碱性物质分别发生化学 反应2Fe3++3CO3 2-+3H2O→2Fe(OH)3+3CO2↑、化学反应Fe3++3HCO3 -→Fe(OH)3+3CO2↑和化学反应Fe3++3OH-→Fe(OH)3，并对反应生 成的氢氧化铁化学絮体进行清洗，去除形成的残留阴阳离子;通过上 述步骤，具有较强吸附聚凝性能的氢氧化铁及其水解聚合反应生成的 具有较长线型结构的多核羟基络合物通过电性中和、吸附架桥及絮体 的卷扫作用与活性污泥絮体进行结合，生成具有絮体结构的生物絮体 与化学絮体的结合体;保持污水处理系统负荷条件不变，逐渐延长系 统活性污泥泥龄，使系统活性污泥泥龄达到30～60天，此阶段培养时 间在10～20天;稳定运行阶段在复合铁酶促活性污泥培养基础上，在 好氧区后段直接投加1～2mgFe3+/L的铁盐化学药剂三氯化铁或硫酸亚 铁，铁离子与培养阶段形成的生物絮体与化学絮体的结合体结合，直 接被微生物吸收而进入微生物细胞体内，稳定运行阶段铁离子介入具 有脱氮除磷功能的活性污泥微生物新陈代谢过程，促进细菌繁殖和酶 的分泌，强化铁离子参与电子传递作用与酶促反应激活剂作用，微生 物的生化反应代谢活性提高30～50%，形成具有生物代谢活性的复合 铁酶促活性污泥。
2、根据权利要求1所述的复合铁酶促活性污泥污水脱氮除磷的 方法，其特征在于涉及的装置系统包括预处理系统、一级处理系统、 初沉污泥排放系统、二级生化处理系统、剩余污泥排放系统和出水系 统，其中二级生化处理系统包括缺氧池、厌氧池、好氧池、二沉池、 混合液内循环系统、污泥回流系统和加药系统，出水系统中包括接触 消毒池。
说明书
一种复合铁酶促活性污泥污水脱氮除磷的方法
技术领域：
本发明涉及污水处理技术领域中的一种污水脱氮除磷的工艺方 法，特别是一种利用人工调控手段，使金属离子与活性污泥微生物絮 体实现有机结合，通过金属离子强化电子传递链与酶促作用的复合铁 酶促活性污泥污水脱氮除磷的方法。
背景技术：
20世纪70年代以来，全球范围的水体富营养化已成为世人瞩目 的水环境污染问题。水体富营养化现象发生的机理虽然复杂，但水体 所含氮、磷等植物性营养物质过高是导致发生富营养化的直接诱因， 控制氮、磷等营养性物质进入水体是解决水体富营养化问题的根本途 径，污水脱氮除磷处理技术主要包括污水生物脱氮除磷与物理化学脱 氮除磷两类方法，其中生物脱氮除磷由于具有较好的经济性与实用性 成为主流技术而被广泛应用。
20世纪70年代末，Deakyne等提出了常规A2/O工艺成为污水同 步生物脱氮除磷的代表工艺，研究与应用结果表明，常规A2/O工艺 系统存在着诸如不同世代周期自养型微生物与异养型微生物的泥龄 矛盾、除磷菌厌氧释磷与反硝化菌对碳源的竞争矛盾以及硝酸盐回流 对厌氧释磷影响等问题。长期以来脱氮除磷技术研究主要集中于通过 工艺形式及过程的变化解决生物脱氮除磷系统存在的问题。1980年 Rabinowitz等为解决回流污泥携带硝酸盐对厌氧释磷影响问题，在原 有污泥回流与好氧混合液循环基础上，将污泥回流与好氧混合液回流 通过缺氧反硝化去除硝酸盐，同时增加缺氧混合液回流降低硝酸盐对 厌氧释磷影响而提出了UCT工艺;1992年Randall等在UCT工艺基 础上，从提高生化反应效率与池型优化角度提出了VIP工艺;1995 年德国汉堡水务设计咨询公司同样为解决回流污泥携带硝酸盐对厌 氧释磷影响问题，在原有常规A2/O工艺厌氧段前增加短时的缺氧反 应区，同时通过分点进水解决碳源问题而提出了改良A2/O工艺。这 些工艺已成为目前的主流工艺，但其不仅没有从根本上解决污水生物 脱氮除磷处理系统存在的矛盾与问题，而且工艺流程变得更趋于复杂 化，并普遍存在运行稳定性差、系统总体脱氮除磷效率不高以及低温 硝化等技术难题。为此，人们在污水生物脱氮除磷的基础上提出了辅 助化学除磷工艺技术等，该技术根据辅助药剂投加位置的不同，化学 辅助除磷技术主要分为：前置除磷、协同除磷和后置除磷。前置除磷 即在生物反应池前投加化学辅助除磷药剂，可去除相当数量的有机 物，减少生物处理的负荷;协同除磷即将化学辅助除磷药剂投加在初 沉池出水管道或生物反应池内，形成的沉淀物与剩余污泥一起排除， 该方式简单易行，方便操作;后置除磷即将化学辅助除磷药剂在生物 反应池后投加，该方式形成的沉淀物通过另设的固液分离装置进行分 离，其优点在于出水水质好，但需增建固液分离设施。化学辅助除磷 药剂通常采用铝盐、铁盐混凝剂，铝盐主要有硫酸铝和铝酸钠等，其 中硫酸铝较常用。铁盐有三氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁和硫酸亚铁等， 其中三氯化铁最常用。采用铝盐或铁盐除磷时，主要生成难溶性的磷 酸铝或磷酸铁，其投加量与污水中总磷量成正比。理论上，三价铝和 铁离子与等摩尔磷酸反应生成磷酸铝和磷酸铁。由于污水中成份极其 复杂，含有大量阴离子，铝、铁离子会与之反应，从而增加混凝剂投 加量，运行成本明显提高。另外，化学除磷时会产生较多的化学污泥。 采用铝盐或铁盐作絮凝剂时，前置加药除磷，污泥量增加40%～75%; 后置加药除磷，污泥量增加20%～35%;同步加药除磷，污泥量增加 15%～50%。同时由于铁离子与铝离子对硝化菌的毒害作用，混凝剂的 投加对污水处理生物系统硝化功能产生一定的影响。
因此，目前的污水生物脱氮除磷技术不仅存在脱氮除磷效率低、 运行稳定性差等问题，而且所采用的强化污水除磷的辅助化学除磷技 术具有运行成本高、污泥产量大以及对微生物的毒害作用等缺点，同 时低温对微生物活性影响(特别对生物硝化影响)问题尚无较好的解 决办法，成为制约污水生物脱氮除磷技术发展的瓶颈问题。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有污水生物脱氮除磷技术中存在的处 理效率低、运行稳定性差和低温对生物硝化活性影响以及辅助化学除 磷金属离子对微生物毒害作用大等缺点，寻求设计一种直接在污水生 物脱氮除磷好氧区后段投加铁盐化学药剂，使其在铁盐化学絮体与活 性污泥微生物絮体结合基础上，强化铁离子参与微生物新陈代谢过程 的电子传递链与酶促反应激活作用，提高脱氮除磷微生物生化反应活 性和系统脱氮除磷能力且适用于城镇污水及工业废水生物脱氮除磷 处理的复合铁酶促活性污泥技术方法。
为了实现上述目的，本发明分为复合铁酶促活性污泥培养和复合 铁酶促活性污泥稳定运行二个阶段，或称为二个步骤;在复合铁酶促 活性污泥培养阶段的初期，控制生化反应系统有机负荷不小于 0.10kgBOD5/kgMLVSS·d，在原有污水生物脱氮除磷系统好氧区后段 (保证好氧混合接触时间不小于2小时)直接投加10～20mgFe3+/L的 铁盐化学药剂三氯化铁或硫酸亚铁，在曝气状态下亚铁离子与氧发生 氧化反应转化为三价铁离子，同时根据污水水质条件以及好氧反应区 活性污泥混合液碱度条件，投加碱性物质碳酸钠或碳酸氢钠，并使其 发生化学反应2Fe2++3CO3 2-+3H2O→2Fe(OH)3+3CO2↑、化学反应 Fe3++3HCO3 -→Fe(OH)3+3CO2↑和化学反应Fe3++3OH-→Fe(OH)3， 同时保证碱性物质投加量使生化反应好氧区出流活性污泥混合液碱 度(以碳酸钙计)含量不小于75mg/L;铁盐化学药剂与碱性物质连 续投加条件控制在使活性污泥含铁量达到10～20mgFe3+/gMLSS;上 述培养阶段初期步骤或者为：将人工合成的氢氧化铁化学絮体分2～3 批次直接投加到污水生物脱氮除磷系统好氧区，使活性污泥含铁量达 到10～20mgFe3+/gMLSS，氢氧化铁絮体通过三氯化铁与碳酸钠、碳 酸氢钠或氢氧化钠等碱性物质分别发生化学反应2Fe3++3CO3 2- +3H2O→2Fe(OH)3+3CO2↑、化学反应Fe3++3HCO3 -→Fe(OH)3+3CO2 ↑和化学反应Fe3++3OH-→Fe(OH)3，并对反应生成的氢氧化铁化学 絮体进行清洗，去除形成的残留阴阳离子;通过上述两种方式的步骤， 具有较强吸附聚凝性能的氢氧化铁及其水解聚合反应生成的具有较 长线型结构的多核羟基络合物(如Fe2(OH)2 4+、Fe3(OH)4 5+、 Fe5(OH)9 6+、Fe5(OH)8 7+、Fe5(OH)7 8+、Fe6(OH)12 6+、Fe7(OH)12 9+、 Fe7(OH)11 10+、Fe9(OH)20 7+、Fe12(OH)34 2+等)通过电性中和、吸附 架桥及絮体的卷扫作用与活性污泥絮体进行结合，生成具有絮体结构 密实、比重大的新型的生物絮体与化学絮体的结合体;上述过程保持 污水处理系统负荷条件不变，逐渐延长系统活性污泥泥龄，使系统活 性污泥泥龄达到30～60天，此阶段培养时间在10～20天。
稳定运行阶段在复合铁酶促活性污泥培养基础上，在污水生物脱 氮除磷系统好氧区后段(保持好氧混合接触时间不小于2小时)直接 投加1～2mgFe3+/L的铁盐化学药剂三氯化铁或硫酸亚铁等，铁离子与 前述培养阶段形成的生物絮体与化学絮体的结合体结合，大部分直接 被微生物吸收而进入微生物细胞体内，由于铁是污水处理微生物生物 氧化酶系中细胞色素的重要组成部分，在生物氧化过程中起着电子传 递作用，同时铁又是各种辅酶的重要组成元素，又起到酶促反应激活 剂作用，因此，稳定运行阶段铁离子介入具有脱氮除磷功能的活性污 泥微生物新陈代谢过程，促进细菌繁殖和酶的分泌，强化铁离子参与 电子传递作用与酶促反应激活剂作用，微生物的生化反应代谢活性提 高30～50%，由此形成了具有较高生物代谢活性的复合铁酶促活性污 泥。
本发明的污水生物脱氮除磷复合铁酶促活性污泥，在人工调控下 铁离子介入具有脱氮除磷功能的活性污泥微生物生化代谢过程，强化 铁离子参与电子传递作用与酶促反应激活剂作用，提高微生物的生化 反应代谢活性，改进与强化活性污泥的絮体结构，形成具有较高反应 活性与絮体稳定性的新型复合铁酶促活性污泥;铁盐作为混凝剂，三 价铁(包括二价铁离子转化形成的三价铁)在水解过程中随装置系统 pH值(碱度)的变化生成电荷不同的络合阳离子或络合阴离子;其 中多核羟基络合物中羟基的架桥作用，生成聚合度为2～900的无机 高分子物质，强化活性污泥的吸附，与多种金属的氢氧化物发生共沉， 去除对酶产生抑制影响的重金属，起到对屏蔽生物反应酶抑制剂的作 用，强化活性污泥的生化反应活性。
本发明方法涉及的装置系统包括预处理系统、一级处理系统、初 沉污泥排放系统、二级生化处理系统、剩余污泥排放系统和出水系统， 其中二级生化处理系统包括缺氧池、厌氧池、好氧池、二沉池、混合 液内循环系统、污泥回流系统和加药系统，出水系统中包括接触消毒 池。
本发明与现有技术相比，提高了污水生物脱氮除磷技术的适用 性，解决污水生物脱氮除磷系统存在的固有矛盾与瓶颈问题，特别在 稳定运行阶段，由于采用在生物脱氮除磷系统好氧区后段直接投加 1～2mg Fe3+/L的三氯化铁，取代了为解决系统硝化问题而投加各种生 物载体以及为提高除磷效率而按照2.7～3.6mg Fe3+/mgP或1.3～1.8mg Al3+/mgP投加铁盐或铝盐的辅助化学除磷方法，使加药方式简单可 靠，管理方便，投资与运行成本低，特别适用于城镇污水及工业废水 的深度脱氮除磷处理以及现有城镇污水工程的升级与改造。