一种通过污泥内回流强化城市污水A/O工艺生物除磷的方法

一种通过污泥内回流强化城市污水a/o工艺生物除磷的方法
技术领域
1.本发明属于城市污水处理与再生领域，具体是通过在a/o工艺流程的厌氧段末增设污泥内回流，促进聚磷菌对原水有机碳源的利用，从而实现强化生物除磷，为生物除磷系统的快速启动及性能恢复提供了新思路。


背景技术：

2.磷元素是重要的生物营养素，也是地表淡水生物生长的限制因素。因此，大量排放富含磷酸盐的城市污水会导致淡水水体的富营养化。藻类及浮游生物过度生长的同时消耗了水体中大量的溶解氧，导致鱼类等需氧生物因缺氧而大量死亡。有机物大量堆积并在厌氧条件下发酵生成有害气体，这些有害气体和浮游生物分泌的大量生物毒素共同对人畜饮用水安全造成了威胁。所以，通过对城市污水进行除磷处理而根治水体富营养化势在必行。
3.在众多除磷工艺中，生物除磷因具有运行成本低、二次污染小的特点而在城市污水除磷中应用最为广泛。生物除磷系统的构建依托于活性污泥中聚磷菌厌氧释磷好氧吸磷的磷酸盐循环，即聚磷菌在厌氧环境中吸收原水挥发性脂肪酸的同时将胞内的聚磷酸盐分解成正磷酸盐并释放到胞外，在好氧环境中过量吸收胞外的正磷酸盐，实现将磷从原水转移至污泥中。再通过排除系统中剩余污泥而实现磷的最终去除。然而，城市污水中生物除磷性能恶化时常发生。根本原因是，系统中存在一类只消耗脂肪酸而不除磷的聚糖代谢，它们通过消耗原水中大量的有机碳源而限制聚磷代谢。故解决聚磷代谢和聚糖代谢的有机碳源竞争问题是实现稳定除磷性能的根本途径。
4.众多研究已指出聚磷菌和聚糖菌具有不同的最优生长环境，包括碳源类型、ph、温度和污泥龄等。现有专利通过改变上述因素提高了除磷性能，例如公布号为cn111410313a的发明专利，利用有机碳源充足的旁流厌氧池对主流污泥进行聚磷菌活性强化；公布号为cn109231479a的发明专利，通过控制温度指标实现强化生物除磷。但是，将上述发明专利应用于主流废水生物除磷工艺中存在运行成本高、设备占地面积大、运行管理不方便的问题。因此，需要提出一种运行成本低的原位强化生物除磷方法，以满足对现有污水厂进行升级改造的要求。


技术实现要素：

5.针对上述生物除磷系统除磷性能崩溃的问题，本发明提出了一种通过污泥内回流强化城市污水a/o工艺生物除磷的方法。其特征在于，包括以下步骤：
6.(1)通过监测a/o生物除磷系统运行状况，判定本发明方法的适用性：
7.1)根据下式计算表征生物除磷系统内碳源储存性能的特征参数θ：
[0008][0009]
其中，δcod
厌氧
表示厌氧阶段cod消耗量，mg/l；δtcod表示厌氧阶段和好氧阶段
cod总消耗量，mg/l；cod
进水
表示原水cod浓度，mg/l；cod
厌氧末
表示厌氧阶段末cod浓度，mg/l；cod
出水
表示出水cod浓度，mg/l。
[0010]
2)根据下式计算表征生物除磷系统聚磷代谢活性的特征参数ω：
[0011][0012]
其中，δtp
厌氧
表示厌氧阶段释磷量，mg/l；tp
进水
表示原水tp浓度，mg/l；tp
厌氧末
表示厌氧阶段末tp浓度，mg/l。
[0013]
当且仅当θ>75％且ω<10％时，认为生物除磷系统除磷性能的崩溃由聚糖代谢活性过高导致，从而符合本发明强化除磷方法的应用条件，可进行下一步操作。
[0014]
(2)调整原有a/o工艺的运行参数，并在原有工艺基础上增加厌氧段污泥内回流，具体实现步骤如下：
[0015]
1)调整厌氧段和好氧段do浓度范围分别为0～0.1mg/l和2～4mg/l、系统srt为10～12d、厌氧段和好氧段hrt分别为2h和5h。同时，保证厌氧段mlss范围为2500～3500mg/l。
[0016]
2)在厌氧段结束后增加沉淀阶段，设置沉降时间使污泥集中在反应器底部。
[0017]
3)开启反应器底部阀门，使反应器底部污泥以重力流排放至外置污泥储存池，待污泥床高度降低20％后关闭阀门，并将排放至污泥储存池的污泥回流至厌氧段初，即控制厌氧段污泥内回流比以保证好氧段mlss为厌氧段mlss的80％。
[0018]
4)在好氧段结束排放8～10％剩余污泥，其余90～92％回流至厌氧段初，即控制污泥外回流比
[0019]
5)在厌氧阶段结束重复步骤2)。
[0020]
重复上述步骤，直至系统总磷去除率大于95％并保持稳定两周以上，认为生物除磷性能得到强化。除磷性能强化后即可停止厌氧段污泥内回流。
[0021]
本发明提供了一种有效的生物除磷强化方法，其原理在于，厌氧阶段结束排放了反应器内的部分污泥导致好氧阶段反应器内污泥浓度降低、污泥磷负荷升高。聚磷代谢的好氧吸磷因污泥磷负荷的升高而被促进。好氧阶段结束后聚磷菌胞内的聚磷酸盐含量升高，加强了聚磷代谢在下一周期厌氧阶段释磷时对有机碳源的竞争力。与聚磷代谢相比，聚糖代谢不具备磷酸盐循环的代谢途径，所以污泥内回流导致的好氧阶段污泥磷负荷提高对聚糖代谢活性无促进作用。反而，聚磷代谢能力被增强后会通过争夺有机碳源而抑制聚糖代谢。
[0022]
抑制聚糖代谢与聚磷代谢的有机碳源竞争是提高城市污水除磷性能的根本途径。由于城市污水具有水质、水量、温度波动大，ph值相对稳定的特点，因此仅依靠聚磷菌和聚糖菌的最优生长环境筛选聚磷菌而强化聚磷代谢的可行性较差。本发明创新地根据两种代
谢的途径差异提出了高磷负荷诱导聚糖代谢向聚磷代谢转变方法。该方法在城市污水强化除磷工程化应用中将具有广泛的应用价值。
附图说明
[0023]
图1是本发明具体实例中生物除磷强化前、强化阶段及强化后的有机物去除效果图。
[0024]
图2是本发明具体实例中生物除磷强化前、强化阶段及强化后的除磷效果图。
具体实施方式
[0025]
以下结合具体实施方式对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
[0026]
实施例
[0027]
本实验采用由有机玻璃制成的sbr反应器。反应器内径为29cm，总高度为110cm，有效高度为90cm，总容积为72.6l，有效容积为64l，容积交换率为75％。反应器底部装有与空压机相连的微孔曝气盘，通过气体转子流量计控制曝气量为3.0l/min(好氧段do＝2～4mg/l)。反应器的自动运行由时控开关控制，每天运行3个周期，每个运行周期为8h。在强化除磷前后，每个周期包括进水20min、厌氧120min、好氧300min、沉淀3min、排水6min和闲置31min。在强化除磷阶段，每个周期包括进水进泥20min、厌氧120min、沉淀一3min、排泥0.4min、好氧300min、沉淀二3min、排水6min和闲置27.6min。整个实验期间，反应器进水为实际城市污水，主要水质指标为：cod＝300
±
20mg/l，总磷(tp)＝5.0
±
2.0mg/l，ph＝7.3
±
0.1，碱度＝370
±
50gcaco3，温度＝25℃。实验期间，每隔2天测定反应器进水、出水及厌氧末的cod、tp浓度。数据处理的主要计算公式如下：
[0028][0029]
厌氧释磷量＝tp
厌氧末
‑
tp
进水
[0030]
好氧吸磷量＝tp
厌氧末
‑
tp
出水
[0031][0032][0033]
整个实验过程中，a/o生物除磷系统的有机物去除性能如图1所示。在整个实验过程中，系统的有机物去除性能受污泥内回流策略的影响较小。其中，厌氧cod去除占总cod去除的比例(δcod
厌氧
/δtcod)及cod去除率均保持稳定，平均值分别为79.4％和87.7％。污泥内回流策略虽然使系统污泥浓度降低、好氧阶段的污泥负荷增加，但由于好氧阶段cod剩余浓度较低而使系统的cod去除率无明显波动。同时，系统高而稳定的厌氧有机物去除所体现的强健内碳源储存证明了强化前较差的除磷性能并非由内碳源储存受限导致。
[0034]
a/o生物除磷系统的tp去除性能如图2所示。整个实验过程中，进水tp浓度较为稳
定，平均值为5.11mg/l，但tp去除率及厌氧释磷、好氧吸磷量变化较大。除磷性能强化前(第1天～第43天)，系统厌氧末tp浓度、出水tp浓度、δtp
厌氧
/δcod
厌氧
和tp去除率平均值分别为20.38mg/l、2.08mg/l、7.1％和61.8％。除磷性能强化阶段，系统的厌氧末tp浓度和tp去除率分别从第45天的20.79mg/l和68.5％升高至第55天的38.38mg/l和97.5％。同时，系统tp出水浓度在10天(第45天～第55天)降至0.14mg/l。第57天至第69天系统内上述指标均无明显波动，说明系统达到强化后的稳定状态。值得注意的是，强化阶段δtp
厌氧
/δcod
厌氧
从第45天的8.4％明显升高至第55天的15.6％，说明强化阶段越来越多的内碳源储存能量来源于胞内聚磷酸盐的水解，污泥的聚磷能力及聚磷代谢对有机物的争夺能力逐渐增强。结合聚磷菌的代谢途径，即厌氧阶段聚磷菌通过降解胞内的聚磷酸盐和糖原将原水中的脂肪酸主动运输至胞内并合成内碳源(聚羟基烷酸)，好氧段聚磷菌利用o2氧化胞内碳源的同时合成糖原并过量吸收液相中的正磷酸盐至胞内合成聚磷酸盐。污泥内回流的施加使好氧阶段污泥浓度突降、污泥磷负荷突增，促进了污泥在好氧阶段对正磷酸盐的吸收，削弱了胞内的糖原合成作用。此外，那些仅具有聚糖代谢途径的聚糖菌也因厌氧有机物利用受限而被抑制。因而，污泥的聚磷代谢逐渐被强化。除磷性能强化后(第70天～第105天)，停止污泥内回流，导致系统的除磷性能略微下降，系统厌氧末tp浓度、出水tp浓度、δtp
厌氧
/δcod
厌氧
和tp去除率平均值分别为37.10mg/l、0.28mg/l、15.1％和94.5％。系统tp去除率相比除磷强化前提高了53％，说明污泥内回流对系统除磷性能的强化效果具有一定的持续性。