申請日2015.07.29

　　公開(公告)日2017.04.05

　　IPC分類號C02F9/14

　　摘要

　　基于產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸/氫自養(yǎng)反硝化菌耦合機制的雙泥污水去碳脫氮除磷工藝處理城市污水的方法，它涉及一種碳源短缺的污水中氮、磷等污染物質(zhì)的去除方法。本發(fā)明解決了采用厭氧消化作為預(yù)處理工藝時的氣體不易收集、消化效率較差的問題，同時為后續(xù)脫氮除磷工藝提供了優(yōu)質(zhì)碳源乙酸。主要步驟為：經(jīng)沉砂池處理后的污水進入產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸/反硝化耦合反應(yīng)池，同時工藝出水回流至該池;反應(yīng)后進入一級沉淀池進行固液分離，濃縮污泥回流至耦合反應(yīng)池;一級沉淀池上清水進入后續(xù)厭氧/缺氧/好氧活性污泥反應(yīng)池，同步完成氮和磷的去除;反應(yīng)后的混合液進入二級沉淀池進行固液分離，上清水為處理水，濃縮污泥回流至厭氧/缺氧/好氧活性污泥反應(yīng)池。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種基于產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸/氫自養(yǎng)反硝化耦合機制的雙污泥去碳脫氮除磷工藝處理城市污水的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：①來自市政排水管網(wǎng)的廢水經(jīng)沉砂池處理后進入產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸/氫自養(yǎng)反硝化耦合反應(yīng)池，同時二級沉淀池出水和一級沉淀池濃縮污泥分別回流至該池，回流比均為0.5~1.5;該池的水力停留時間為4~6h，采用水力學方法控制污泥齡為15~20d;②產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸/氫自養(yǎng)反硝化耦合反應(yīng)池出水進入一級沉淀池進行固液分離，一級沉淀池的沉淀時間為2~3h;③一級沉淀池上清水進入后續(xù)厭氧/缺氧/好氧活性污泥反應(yīng)池，同時二級沉淀池的濃縮污泥回流至該池的厭氧段，回流比為0.5~1，該池的總水力停留時間為8~10h，該池好氧段硝化液回流至該池的缺氧段，硝化液內(nèi)循環(huán)比為1~3，采用水力學方法控制污泥齡為10~12d;④厭氧/缺氧/好氧活性污泥反應(yīng)池出水進入二級沉淀池進行固液分離，沉淀時間為3~4h，上清水排放，完成污水處理過程。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸/氫自養(yǎng)反硝化耦合機制的雙污泥去碳脫氮除磷工藝處理城市污水的方法，其特征在于：步驟①中的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸/氫自養(yǎng)反硝化耦合反應(yīng)池水力停留時間為5h。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸/氫自養(yǎng)反硝化耦合機制的雙污泥去碳脫氮除磷工藝處理城市污水的方法，其特征在于：步驟①中的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸/氫自養(yǎng)反硝化耦合反應(yīng)池污泥齡為18d。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸/氫自養(yǎng)反硝化耦合機制的雙污泥去碳脫氮除磷工藝處理城市污水的方法，其特征在于：步驟①污泥回流比為1。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸/氫自養(yǎng)反硝化耦合機制的雙污泥去碳脫氮除磷工藝處理城市污水的方法，其特征在于：步驟①中二級沉淀池上清液回流比為1。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸/氫自養(yǎng)反硝化耦合機制的雙污泥去碳脫氮除磷工藝處理城市污水的方法，其特征在于：步驟②中一級沉淀池的沉淀時間為2.5h。

　　說明書

　　基于產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸/氫自養(yǎng)反硝化耦合的雙泥污水處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種廢水處理方法，具體涉及碳源短缺的污水中氮、磷等污染物質(zhì)的去除方法。

　　背景技術(shù)

　　20世紀70年代，世界性的能源危機爆發(fā)，厭氧生物處理技術(shù)由于具有低能耗、占地面積小等優(yōu)勢而得到廣泛應(yīng)用。1997年5月，在日本仙臺舉行的第八屆國際厭氧消化研討會上，厭氧生物處理技術(shù)在處理城市污水方面所取得的研究成果引人矚目。Lettinga教授斷言：若有合適的后處理方法，厭氧生物處理技術(shù)可成為分散型生活污水處理的有效手段。隨著厭氧生物處理技術(shù)的日益廣泛的應(yīng)用，研究者將含有硝酸鹽氮的后處理好氧反應(yīng)器出水直接回流至前端的厭氧反應(yīng)器，實現(xiàn)了厭氧產(chǎn)甲烷和反硝化的耦合，達到了同時去碳脫氮的目的。但因為城市污水水量大、污染物質(zhì)濃度低、水溫低，采用厭氧產(chǎn)甲烷與反硝化耦合過程去除碳和氮，產(chǎn)生的甲烷不易收集、且厭氧消化效率較差，這將導致厭氧處理技術(shù)在城市污水處理中的推廣度不足。

　　大量的試驗研究和工程實踐表明，乙酸是廢水生物處理系統(tǒng)中大部分微生物的優(yōu)質(zhì)碳源，若可提高厭氧反應(yīng)器乙酸產(chǎn)率，既可使厭氧段碳源消耗減少，提高低碳氮比污水的脫單處理效果，又可減少甲烷排放量，降低溫室效應(yīng)。

　　通常情況下厭氧消化過程分為3個階段，其中的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸過程是將產(chǎn)酸發(fā)酵階段兩個碳以上的有機酸(除乙酸)和醇轉(zhuǎn)化為乙酸、H2、CO2等，并產(chǎn)生新的細胞物質(zhì)的過程。參與產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸過程的細菌即為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌(H2-producing acetogens, HPA)。在標準條件下，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌降解短鏈脂肪酸的反應(yīng)不能自發(fā)進行(ΔGo>0)。因此，為提高乙酸產(chǎn)率，必須利用一種在熱力學上容易發(fā)生的反應(yīng)來“拉動”理論上不易發(fā)生的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸過程。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是為了降低廢水處理的能耗、提高低碳氮比污水的碳源利用率，而開發(fā)的一種基于產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸/氫自養(yǎng)反硝化耦合機制的雙泥污水去碳脫氮除磷工藝方法。

　　低碳氮比城市污水的碳氮磷同時去除的方法按以下步驟實現(xiàn)：①來自市政排水管網(wǎng)的廢水經(jīng)沉砂池處理后進入產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸/反硝化耦合反應(yīng)池，同時二級沉淀池出水和一級沉淀池濃縮污泥分別回流至該池，回流比均為1;該池的水力停留時間為4~6h，采用水力學方法控制污泥齡為15~20d;②耦合反應(yīng)池出水進入一級沉淀池進行固液分離，一級沉淀池的沉淀時間為2~3h;③一級沉淀池上清水進入后續(xù)厭氧/缺氧/好氧活性污泥反應(yīng)池，同時二級沉淀池的濃縮污泥回流至該池的厭氧段，回流比為0.5~1，該池的總水力停留時間為8~10h，硝化液內(nèi)循環(huán)比為1~3，采用水力學方法控制污泥齡為10~12d;④厭氧/缺氧/好氧活性污泥反應(yīng)池出水進入二級沉淀池進行固液分離，沉淀時間為3~4h，上清水排放，完成污水處理過程。

　　發(fā)明原理與優(yōu)點

　　在標準狀態(tài)下，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌降解短鏈脂肪酸的反應(yīng)大多不能自發(fā)進行，如降解乙醇的ΔG0為+9.6kJ/mol、降解丁酸的ΔG0為+48.1kJ/mol、降解丙酸的ΔG0為+76.1kJ/mol，因此需與耗氫菌互營共生(如耗氫產(chǎn)甲烷菌)才能完成代謝過程，即只有當系統(tǒng)中H2壓力足夠低時，如氫的壓力為10-6個大氣壓時產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸反應(yīng)過程的吉布斯自由能將發(fā)生改變。而氫自養(yǎng)反硝化菌反硝化過程ΔG0為-224kJ/mol。根據(jù)反應(yīng)過程的標準吉布斯自由能可知，氫自養(yǎng)反硝化菌的反硝化過程可“拉動”產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸過程，兩種菌群可互營生長。因此，向厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)池中回流硝化后的廢水，可形成產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸與氫自養(yǎng)反硝化協(xié)同的體系，在脫氮的同時實現(xiàn)了過程中的除碳，并提高了乙酸產(chǎn)率，充分利用了城市廢水中有限的碳源。