利用序批式微藻反应器去除污水中氮磷的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及污水生物处理领域，特别是涉及一种利用序批式微藻反应器(Sequencing Batch Algae Reactor,简称SBAR)去除污水中氮磷的处理工艺。
【背景技术】
[0002]近年来，随着工农业生产发展、城镇化进程的提速，以及人口数量的增加，我国水污染情况十分严峻。全国大部分的湖泊、水库、流域水体水质接近富营养化，或者已经处于富营养化程度。氮、磷是引起水体富营养化的主要营养元素。“十二五”期间，国家在巩固化学需氧量减排的基础上，将加强对氨氮以及总氮、总磷和重金属等污染物的排放控制及总量削减。我国多数污水处理厂将不可避免地面临强化脱氮除磷的升级改造。同时，新建的污水处理厂也将不得不采用高效节能型的生物降碳、脱氮、除磷技术。研发可以有效去除氮、磷，并最大限度回收利用这些营养物的污水处理技术，对原有污水厂的提标改造和新建污水处理设施的工艺设计都具有十分重要的意义。
[0003]传统的以活性污泥为主的生物脱氮除磷技术通过厌氧、缺氧、好氧多级工艺的串联，实现氮和磷由水相向气相和固相的转移，表面看似氮和磷从水中脱除了，其实潜藏着二次污染。比如，氨氮的硝化反硝化脱除过程中会产生数量可观的NOx，排放进入大气中是导致温室气体效应的重要因素；磷通过微生物的过量吸收或化学沉淀进入污泥相，随着污泥的后续处置会重新释放进入环境。更为重要的是，传统生物脱氮除磷方法面临能耗高、药剂成本高、效果不稳定等诸多缺点，也没有实现营养物质的资源化回收利用。
[0004]微藻污水处理技术最早源于20世纪50年代美国加州大学伯克利分校Oswald等提出的稳定塘设计，随后发展为高效藻类塘技术(HRAP)。该技术通过优化深度设计和搅拌混合，使得塘中藻类的生长得以强化，在藻类和细菌的协同作用下，有机物、氮、磷和其他污染物的去除效率得到大幅提高。Nurdogan对比了藻类塘与传统活性污泥的二级处理效果，证实了藻类在氨氮和磷的去除上的优越性(Nurdogan and Oswald, Wat.Sc1.Tech.，1995，31 (12):33-43)。高效藻类塘技术由于基建成本低、能耗低等优势，在美国及其它国家有几百例的应用。随着工业和城市的发展，藻类塘的应用近几十年来又呈现走下坡的趋势，主要原因是塘内生物浓度低((0.3g/L)，处理效果受温度、阳光混合条件等因素的影响很大，同时水力停留时间长(4-20天)，占地面积大。近年来，又演变出固定法微藻污水处理技术，主要代表技术是用水力藻类床(ATS)、填料附着藻膜、藻的包埋固定化等方法来提高优势藻的稳定性和对氨毒性的抵制作用，达到了较理想的去除氮磷效果，但仍存在膜内藻对光的利用受限制、停留时间过长等缺点。相比活性污泥工艺，目前所有的藻类处理方法的最大弱势就是浓度低、停留时间长(4?20天)，因而处理构筑物需很大的占地面积，若能开发新型微藻反应器新工艺将会更大程度地发挥微藻去除氮磷的优势。
[0005]序批式活性污泥反应器(SBR)是由美国Irvine在20世纪70年代初开发的，是典型的完全混合式反应器系统，被广泛地应用在活性污泥法污水处理中。利用程序逻辑控制器(PLCs)、电频传感器以及自动阀，实现活性污泥污水处理工艺的所有处理步骤。所有SBR系统都有进水、反应(曝气)、沉淀、排水和闲置5个阶段。在所有循环中，混合液始终保留在反应器中，因此不需要独立的沉淀池。反应器内部的生物固体可通过控制排泥量的多少维持在高浓度。反应以批次式进行，如需连续运行，则设置2个或以上SBR池，这样当一个池完成整个处理过程后，其它池可以继续运行。SBR工艺简单，不需要二沉池和回流泵，设备紧凑、运行灵活。将序批式反应器运行上的优点与微藻脱除氮磷的优势结合起来，将可能发挥出很好的叠加效应。
[0006]公开号为CN102336498A的中国发明专利申请披露了一种序批式反应器f禹合光生物反应器处理氮磷污水的方法，该发明中提到高浓度氮磷污水需经过预处理后首先进入序批式反应器，再经过膜生物反应器，然后到光生物反应器，最后絮凝沉淀后清液排放。该序批式反应器中的反应媒介仍旧是活性污泥，污水经过两种生物反应器后水里残留的氮和磷再通过一个常见的光生物反应器养藻来去除氮磷，光反应器本身并不是序批式操作，停留时间为6天。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是提供一种利用序批式微藻反应器去除污水中氮磷的方法，它工艺效果稳定，无二次污染，并可实现氮磷营养元素的回收利用。
[0008]为解决上述技术问题，本发明的利用序批式微藻反应器去除污水中氮磷的方法，步骤包括:
[0009]I)富氮磷污水预处理，去除大杂质颗粒，将难降解毒性有机物厌氧转化为小分子有机物；
[0010]2)序批式微藻反应器接种微藻；
[0011]3)向序批式微藻反应器引进经步骤I)预处理后的污水，根据污水中的总氮含量控制不同的容积交换率；
[0012]4)开启外加光源，曝气反应；
[0013]5)关闭外加光源，将藻液静置沉淀，排出上清液；
[0014]6)闲置，根据需要重复步骤3)?6)；
[0015]7)定期排出步骤5)沉淀下来的藻泥。
[0016]步骤2)，所述微藻为从常见的环境微藻中筛选得到的具有优良生长性能的微藻，包括栅藻、小球藻、螺旋藻、盐藻、衣藻、绿球藻、微拟球藻、念珠藻等。
[0017]序批式微藻反应器接种微藻的方法为:在光反应器或发酵罐中用标准培养基培养微藻，当微藻浓度达到2g/L以上时，将藻液浓缩至含固率5?30%，将浓缩的微藻浓液接种入序批式微藻反应器，接种量以微藻细胞浓度在0.5g/L以上为准。
[0018]序批式微藻反应器包括有反应器主体、中央控制器、电磁阀、气泵、水泵、pH探头和光源，通过调整可编程中央控制器控制电磁阀、水泵、气泵等的开关来实现不同工况条件的序批式操作。反应器主体为光径在3?30cm范围的平板式、管道式、柱状式或吊袋式反应器，材质为透光性> 95%的玻璃或塑料。
[0019]步骤3)，当污水中的总氮浓度在30?150mg/L时，系统的容积交换率保持在0.5?0.9 ;当污水中的总氮浓度在150?300mg/L时，系统的容积交换率保持在0.25?0.5 ;当污水中的总氮的浓度在300?600mg/L时，系统的容积交换率保持在0.1?0.25。
[0020]步骤4)，曝气是通入含有CO2的空气，CO2通气速率以保持反应体系pH彡9为准。所述光源可以是自然光源或人工光源，人工光源可以是日光灯、荧光灯或LED灯等，光源的光强为 50 ?2000 μ mol/m2/s0
[0021]步骤7)，排出藻泥的量以使序批式微藻反应器中的微藻细胞浓度范围始终维持在0.5?20g/L为准。排出的藻泥可被加工成蛋白饲料或肥料。
[0022]一个序批式周期的停留时间为7?24