一种连续流强化生物除磷系统与方法与流程

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种连续流强化生物除磷系统与方法。

背景技术：

除磷是污水处理的重要课题之一，除了包括生物除磷和化学除磷两大类方法以外，还有新兴的微藻除磷。除磷面临两个课题，一方面，需将tp从水体中去除，防止富营养化；另一方面，磷属不可再生资源，自然界磷矿储量已到警戒线，面临枯竭，需要将污水去除的磷回收再利用，实现磷的健康循环。

生物除磷主要利用聚磷菌paos在厌氧条件下释放磷，好氧状态下过度吸磷，通过剩余污泥排放，实现磷从水体中去除。生物除磷过程中，一方面需要消耗碳源，一般要求c/p大于20；一方面，好氧条件下需曝气，额外消耗大量能耗；同时，一般生物除磷效率在60-70%，出水tp一般在0.5-1.0以上，难以进一步提高效果；污泥含磷率在3-4%，含磷率偏低难以作为肥效利用。但相比化学除磷，生物除磷较为经济，仍是主流除磷手段。

化学除磷主要利用混凝剂与磷酸盐反应，生成沉淀，从水体中去除。优点是占地省、能耗低，并且出水可实现tp<0.1mg/l，能够对磷较为彻底去除；缺点是药耗较高，且产生的污泥难以进行再利用，对磷酸盐效果好，对有机磷效果较差。

污水厂往往采用生物除磷和化学除磷相结合的方式，以期望充分利用生物除磷功能，降低处理费用，结合化学除磷，保障处理效果，但未能在效果及经济代价上取得令人满意的平衡。

近年来，出现关于微藻除磷的相关研究，微藻以生物同化为主，将磷吸收，实现磷从水体的去除，吸收的磷用于自身生长，但藻不易泥水分离，难以工程化应用。

鉴于目前除磷面临的问题，急需处理效果好、运行费用低、磷源可再回收利用的新型除磷工艺，以解决污水处理面临的除磷困境。在研究中发现，可将微藻除磷用于强化生物除磷，实现效果加成。一方面，解决微藻不易泥水分离的问题；另一方面，微藻光合作用产气，可作为生物除磷好氧时的氧源，降低或不用曝气，利用光能实现电子供给；同时，除磷所需的碳源可由微藻光合作用提供，节约有机碳源，最终可实现tp的深度去除。

本发明针对污水中磷素去除，采用微藻强化生物除磷，旨在解决以往除磷工艺在效果与运行费用不能兼顾的问题。

技术实现要素：

鉴于背景技术中存在的问题，为解决现有技术中污水除磷工艺在效果与运行费用不能兼顾的问题，本发明提出了一种强化生物除磷方法，具有处理效果好、能耗低、剩余污泥肥效强等优点。

为了达到上述目的，本发明提供一种强化生物除磷系统，以及采用该处理系统进行的一种强化生物除磷方法。

一种连续流强化生物除磷系统，其特征在于，包括一个由避光搅拌区、光照好氧i区、光照好氧ii区、避光沉淀区组成的生物反应系统，避光搅拌区与光照好氧i区用隔墙分隔，在隔墙的上部设置过水堰，在避光搅拌区设置搅拌器，光照好氧i区、光照好氧ii区设置混合系统，光照好氧i区、光照好氧ii区设置光照系统，避光沉淀区底部通过污泥回流管道与避光搅拌区连通，污泥回流管道上设置污泥回流泵，避光沉淀区底部还连接有剩余污泥排出管道，在剩余污泥排出管道上设置有剩余污泥输送泵。

优选的，（光照好氧i区池容+光照好氧ii区池容）/避光搅拌区池容为2-4，光照好氧i区池容/光照好氧ii区池容为1-1.5。

优选的，避光搅拌区和避光沉淀区避光运行；避光搅拌区避光，主要防止微藻进行光合作用产生氧气，影响厌氧环境；避光沉淀区避光，主要防止微藻进行光合作用产生氧气，影响沉淀效果；避光可采用加盖或覆膜等方式。

优选的，混合系统采用底部曝气，或搅拌推流器，或底部曝气和推流搅拌器组合使用，防止污泥沉降，同时向水体充氧，本领域技术人员可以根据本发明的教导来选择合适混合方式。

优选的，搅拌推流器选用搅拌器或推流器。

优选的，光照系统同时采用自然光源和人工光源,自然光源可采用太阳光，人工光源可采用钨灯，本领域技术人员可以根据本发明的教导来选择合适的光源。

优选的，系统为连续流，污水顺序经过避光搅拌区、光照好氧i区、光照好氧ii区、避光沉淀区后出水。光照好氧i区和光照好氧ii区可以直接连通，也可以用隔墙分隔。

一种连续流强化生物除磷方法，采用上述污水处理设备，其特征在于包括以下步骤：

1）接种污泥，接种具有生物除磷功能污水厂生化池活性污泥，污泥接种后，厌氧区污泥浓度在4-5g/l；

2）光合驯化阶段，进水tp在30-50mg/l，进水挥发性脂肪酸/tp>10；控制系统总hrt为9h，避光搅拌区hrt为1-3h；控制避光搅拌区溶解氧<0.1mg/l；控制光照好氧i区溶解氧<1mg/l，控制光照好氧ii区溶解氧在2-6mg/l；控制光照好氧i区和光照好氧ii区光照度为1000-3000lux/m2；控制系统污泥龄为15-20d；当光照好氧i区tp去除速率>2mg-p/mgmlss.h时，进入下一步骤；

3）光合强化阶段，进水tp在30-50mg/l，进水挥发性脂肪酸/tp>6，进水碱度/tp>2；控制系统总hrt为9h，避光搅拌区hrt为1-3h；控制避光搅拌区溶解氧<0.1mg/l；控制光照好氧i区溶解氧<1mg/l，控制光照好氧ii区溶解氧>2mg/l；控制光照好氧i区和光照好氧ii区光照度为2000-4000lux/m2；控制系统污泥龄为10-15d；当光照好氧i区和光照好氧ii区的平均tp去除速率>6mg-p/mgmlss.h时，进入下一步骤；

4）污水处理阶段，进水cod/tp在>6，进水碱度/tp>2；控制避光搅拌区溶解氧<0.1mg/l；控制光照好氧ii区溶解氧>2mg/l；控制光照好氧i区和光照好氧ii区光照度为2000-4000lux/m2；控制系统污泥龄为10-15d；避光搅拌区hrt为1-3h，初始时控制系统总hrt为9h，当系统出水tp<0.1mg/l，增大进水流量，缩短hrt，每次缩短不超过20%，直到系统tp去除负荷达到0.015kgp/kgmlss.d，按此时系统的hrt运行。

优选的，污水处理阶段，系统内污泥vss/tss>0.80，系统tp去除负荷达到0.015-0.050kgp/kgmlss.d。

优选的，避光搅拌区系统内tp浓度最大值/系统进水tp浓度>2。

步骤1）所述具有生物除磷功能污水厂生化池活性污泥，指具有paos菌群的活性污泥，一般具有厌氧功能段的生化池均含有paos，如a²/o、a/o除磷工艺等，本领域技术人员可以根据本发明的教导来选择合适的泥源。

步骤2）、3）所述进水挥发性脂肪酸/tp要求，可采用生活污水或工业废水，也可通过向水中投加乙酸盐、丙酸盐配置，保证挥发性脂肪酸/tp含量即可，本领域技术人员可以根据本发明的教导来选择合适的有机碳源补充挥发性脂肪酸。对于生活污水，一般挥发性脂肪酸占cod的10-20%，本领域技术人员可以根据本发明的教导来选择合适的有机碳源补充挥发性脂肪酸。

步骤2）、3）、4）所述控制污泥龄，主要是通过排泥实现，排泥量根据污泥龄要求计算。

步骤2）、3）、4）所述控制避光搅拌区溶解氧<0.1mg/l，表明避光搅拌区为厌氧区，控制溶解氧为厌氧释磷创造良好条件。

步骤2）所述当光照好氧i区tp去除速率>2mg-p/mgmlss.h时，生物除磷溶解氧不足则不会有tp去除现象，当光照阶段开始有tp去除现象时，代表微藻已开始在系统内生长，与已有paos菌群耦合。

步骤3）所述当光照搅拌阶段tp去除速率>6mg-p/mgmlss.h时，代表微藻和paos已占据优势。

步骤3）、4）所述进水碱度/tp要求，其中碱度以mgcaco3/l计，碱度不足时可投加碳酸钠或碳酸氢钠调节，本领域技术人员可以根据本发明的教导来选择合适的无机碳源。

步骤2）、3）、4）所述光照度，按lux/m²计,面积按反应器液面表面积确定。

步骤2）、3）、4）所述光照好氧i区和光照好氧ii区溶解氧，不同阶段控制策略不同；在光合驯化阶段，控制光照好氧i区溶解氧<1mg/l，旨在为微藻生长提供有利环境，控制光照好氧ii区溶解氧在2-6mg/l，旨在保证聚磷菌生长；在光合强化阶段，微藻已在系统内占到一定比例，控制光照好氧ii区溶解氧>2mg/l即可满足要求；污水处理阶段，微藻和聚磷菌体系已经稳定，光照充足时，系统内部即可满足溶解氧和碳源需求，不需要控制光照好氧i区溶解氧，控制光照好氧ii区溶解氧>2mg/l目的在于，保障出水tp处理效果。

步骤4）不对进水tp浓度限定，仅限定有机碳源、无机碳源与tp的比例，适用于各类含磷污水处理；同时，对有机碳源的组成不做要求，未限定挥发性脂肪酸所占比例。

优选的，本发明所述的负荷和速率都用于表征p的去除情况，速率单位为mgp/mgmlss.h，负荷单位为kgp/kgmlss.d，两者可进行单位换算；一般速率用于表征过程，分析系统运行状态，负荷用于设计取值。

优选的，本发明所述的避光搅拌区系统内tp浓度最大值/系统进水tp浓度>2，表征系统仍是生物除磷过程，是对生物除磷缺点的弥补和效果的加强，厌氧释磷的良好，是生物除磷的重要前提。

优选的，污水处理阶段，tp去除负荷达到0.015-0.050kgp/kgmlss.d，tp去除负荷受进水tp浓度影响，进水tp浓度>40mg/l时可达到上限，进水tp浓度<10mg/l时可达到下限。

本发明的有益技术效果：

1）除磷包括生物除磷及微藻除磷两个过程；

2）生物除磷好氧阶段，通过微藻光合作用产生氧气，满足磷的吸收，启动成功后，可节约100%曝气能耗；

3）微藻同时具有吸收磷用于自身合成功能，剩余污泥肥效高，污泥沉降性能好，sv30>90%；

4）系统除磷率>98%，出水tp能够<0.1mg/l；

5）所需碳源低，微藻光合作用可为除磷过程提供有机物，节约碳源，传统生物除磷工艺，一般要求cod/tp>20，本发明cod/tp仅需6。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步清楚、完整的说明：

图1为本发明一种连续流强化生物除磷系统流程简图；

图2为本发明一种连续流强化生物除磷系统一种实施方式的俯视图；

图3为本发明一种连续流强化生物除磷系统一种实施方式的结构原理示意图；

图2、图3中：1-进水管，2-避光搅拌区，3-过水堰，4-光照好氧i区，5-潜孔，6-光照好氧ii区，7-连接管，8-避光沉淀区，9-出水管，10-污泥回流管，11-剩余污泥排放管，12-搅拌器，13-搅拌器，14-灯管，15-曝气管，16-盖板，17-隔墙，18-隔墙，19-盖板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案以及优点更清楚、明确，以下将结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明所述的强化生物除磷作用，即在传统厌氧-好氧除磷理论基础上，通过引入微藻，实现磷的深度处理；一方面，除磷所需溶解氧可由微藻的光合作用提供，除磷所需的碳源可由微藻光合作用提供；另一方面，除磷活性污泥的存在，强化了微藻的絮凝，使得微藻能够实现良好的泥水分离；同时，微藻和生物除磷的耦合系统，能够实现深度除磷，不论是微藻还是聚磷菌，均出现了厌氧释磷，好氧（光照）过度吸磷的现象，总磷去除更为彻底，出水总磷能够稳定小于0.1mg/l。本发明通过高tp启动，旨在快速富集、强化聚磷菌；并通过光照、光照曝气两个阶段控制策略的调整，逐步富集、驯化菌群，使微藻和聚磷菌实现平衡，最终实现微藻为含有聚磷菌在内的系统提供全部do和部分有机碳源。本发明针对污水中磷素去除，采用微藻强化生物除磷，旨在解决以往除磷工艺在效果与运行费用不能兼顾的问题。本发明适用于各类含磷废水的处理，尤其适用于碳源不足污水除磷，以及受污染自然水体的除磷净化。

图1所示流程简图，避光搅拌区、光照好氧i区、光照好氧ii区、沉淀区可合建，也可分别建设用管道或渠连接。

图2、图3示出本发明一种连续流强化生物除磷系统的具体结构，其工作过程如下：

污水首先由进水管1进入避光搅拌区2，进行释磷，随后通过过水堰3进入光照好氧i区4，通过潜孔5进入光照好氧ii区6，在光照好氧i区4和光照好氧ii区6进行过度吸磷，去除水体中的tp和有机物，通过连接管7进入避光沉淀区8，进行泥水分离，通过出水管9出水。避光沉淀池污泥通过污泥回流管10回流至避光搅拌区，避光搅拌区通过剩余污泥排放管11排放剩余污泥。避光搅拌区2内设置搅拌器12，光照好氧i区4内设置搅拌器13，光照好氧i区4和光照好氧ii区6设置灯管14，光照好氧ii区6内设置曝气管15，避光搅拌区2设置盖板16，避光搅拌区2与光照好氧i区4通过隔墙17分隔，光照好氧i区4与光照好氧ii区6通过隔墙18分隔，避光沉淀区8设置盖板19。

光照好氧i区4与光照好氧ii区6均为好氧运行，之间的隔墙18，可根据需要设置或不设置。光照好氧i区4和光照好氧ii区6不加盖，充分利用自然光，同时反应池内设置人工光源灯管14。光照好氧i区4混合系统采用搅拌器13，光照好氧ii区6混合系统采用曝气管15,两者的混合系统可根据池型需要，采用底部曝气，或推流搅拌器，或底部曝气与推流搅拌器的组合，推流搅拌器为推流器或搅拌器。仅限定（光照好氧i区池容+光照好氧ii区池容）/避光搅拌区池容为2-4，并未对池深、宽高比等进行限定，实施时，可将避光搅拌区采用深池加盖布置，将光照好氧i区和光照好氧ii区采用浅池或沟渠方式布置，通过加大池长满足池容要求，同时也增加液面面积，充分利用太阳光，还可与景观融合，将光照好氧i区和光照好氧ii区做成人工河道或人工湿地。

本发明的一种连续流强化生物除磷系统可实现tp深度去除，启动成功后，可节约100%曝气能耗，剩余污泥肥效高，污泥沉降性能好，所需碳源低。

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：

1）接种污泥，接种a2/o工艺曝气池活性污泥，污泥接种后，避光搅拌区污泥浓度为4.78g/l；

2）光合驯化阶段，采用自来水投加磷酸钠、乙酸钠配水，使进水tp在40mg/l，进水挥发性脂肪酸为420mg/l，进水挥发性脂肪酸/tp=10.05>10；控制系统总hrt为9h，避光搅拌区hrt为2h；控制避光搅拌区溶解氧<0.1mg/l；控制光照好氧i区溶解氧<1mg/l，控制光照好氧ii区溶解氧在4-5mg/l；控制光照好氧i区和光照好氧ii区光照度为2000lux/m2，白天采用太阳光，夜间或白天太阳光不足时开启灯管；控制系统污泥龄为20d；经过15d，光照好氧i区tp去除速率达到2.3mg-p/mgmlss.h，进入下一步骤；

3）光合强化阶段，采用自来水投加磷酸钠、乙酸钠配水，使得进水tp在40mg/l，进水挥发性脂肪酸为260mg/l，进水挥发性脂肪酸/tp=6.5>6，进水碱度为100mg/l，进水碱度/tp=2.5>2；控制系统总hrt为9h，避光搅拌区hrt为2h；控制避光搅拌区溶解氧<0.1mg/l；控制光照好氧i区溶解氧<1mg/l，控制光照好氧ii区溶解氧为3-3.5mg/l；控制光照好氧i区和光照好氧ii区光照度为3000lux/m2，白天采用太阳光，夜间或白天太阳光不足时开启灯管；控制系统污泥龄为15d；经过15d，光照好氧i区和光照好氧ii区的平均tp去除速率达到6.2mg-p/mgmlss.h，进入下一步骤；

4）污水处理阶段，采用工业废水，进水tp在40mg/l，进水cod为300mg/l，进水cod/tp=7.5>6，进水碱度为100mg/l，进水碱度/tp=2.5>2；控制避光搅拌区溶解氧<0.1mg/l；控制光照好氧ii区溶解氧为4-5mg/l；控制光照好氧i区和光照好氧ii区光照度为4000lux/m2，白天采用太阳光，夜间或白天太阳光不足时开启灯管；控制系统污泥龄为10d；避光搅拌区hrt为2h，初始时控制系统总hrt为9h，当系统出水tp<0.1mg/l，增大进水流量，缩短hrt，每次缩短1h，经过15d，系统tp去除负荷达到0.030kgp/kgmlss.d，出水tp<0.1mg/l，此时避光搅拌区系统内tp浓度最大值为95mg/l，是系统初始tp浓度的2.375倍，显示厌氧释磷效果良好，系统内污泥vss/tss=0.83。

实施例2：

步骤1）-3）与实施例1相同；

4）污水处理阶段，采用生活污水，进水tp在10mg/l，进水cod为200mg/l，进水cod/tp=20>6，进水碱度为100mg/l，进水碱度/tp=2.5>2；控制避光搅拌区溶解氧<0.1mg/l；控制光照好氧ii区溶解氧为4-5mg/l；控制光照好氧i区和光照好氧ii区光照度为4000lux/m2，白天采用太阳光，夜间或白天太阳光不足时开启灯管；控制系统污泥龄为10d；避光搅拌区hrt为2h，初始时控制系统总hrt为9h，当系统出水tp<0.1mg/l，增大进水流量，缩短hrt，每次缩短1h，经过20d，系统tp去除负荷达到0.020kgp/kgmlss.d，出水tp<0.1mg/l，此时避光搅拌区系统内tp浓度最大值为22mg/l，是系统初始tp浓度的2.2倍，显示厌氧释磷效果良好，系统内污泥vss/tss=0.81。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。