[發(fā)明專利]基于聚羥基烷酸酯代謝調(diào)控的污水增強(qiáng)生物除磷脫氮方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310278004.1
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號: CN103332829A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳銀廣;鄭雄;任洪強(qiáng);蘇應(yīng)龍;唐詩璟
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué);南京大學(xué)
• 主分類號: C02F9/14
• 分類號: C02F9/14
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水、廢水或污水的生物處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種原位碳源調(diào)控聚羥基烷酸酯（PHA）代謝的城市污水增強(qiáng)除磷脫氮方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，工業(yè)和生活污水的排放量逐年增加，水體污染問題日益嚴(yán)重。大量氮和磷等營養(yǎng)物質(zhì)流入河流、湖泊等自然水體環(huán)境，導(dǎo)致富營養(yǎng)化現(xiàn)象十分普遍。污水中的氮和磷排放是引起水體富營養(yǎng)化的主要原因。活性污泥法因具有操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，已成為去除污水氮和磷的一種主要方法。但是，一方面，該方法會(huì)導(dǎo)致溫室氣體排放和大量初沉和二沉污泥難以處理等問題；另一方面，城市污水普遍存在碳源濃度偏低的問題，污水較低的碳氮比例難以滿足日益提高的除磷脫氮要求。因此，目前的污水廠正面臨氮磷達(dá)標(biāo)排放、污泥處理及溫室氣體減排等多重壓力。

研究表明，在活性污泥處理系統(tǒng)中，微生物在厭氧或缺氧環(huán)境下可將污水有機(jī)物轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)PHA，主要包括聚羥基戊酸酯（PHV）和聚羥基丁酸酯（PHB）。其中，反硝化微生物在缺氧環(huán)境下可利用污水有機(jī)物或PHA作為硝酸鹽（或亞硝酸鹽）的電子供體發(fā)生反硝化反應(yīng)；除磷微生物在好氧或缺氧環(huán)境下可通過氧化胞內(nèi)PHA產(chǎn)生的能量吸收磷。可見，PHA是直接影響污水生物除磷脫氮的重要物質(zhì)。如果能夠在污水處理廠內(nèi)部通過調(diào)控PHA的代謝以達(dá)到提高除磷脫氮效果及減少溫室氣體的產(chǎn)生，這將為污水廠升級改造和達(dá)標(biāo)排放提供新的技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)污水廠的可持續(xù)發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種基于聚羥基烷酸酯代謝調(diào)控的污水增強(qiáng)生物除磷脫氮方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明通過在污水處理設(shè)施中增設(shè)生物轉(zhuǎn)化單元，原位利用污水廠產(chǎn)生的剩余污泥或/和污水顆粒有機(jī)物，使其高效定向轉(zhuǎn)化為PHA前體物，并通過過程控制，將該P(yáng)HA前體物高效轉(zhuǎn)化為除磷脫氮所需的PHA尤其是PHV，使得污水處理系統(tǒng)中的微生物能夠利用PHA實(shí)現(xiàn)污水除磷脫氮效率的顯著提高，使得城市污水最終能夠達(dá)標(biāo)排放。

本發(fā)明提出了原位碳源調(diào)控PHA代謝的增強(qiáng)除磷脫氮新技術(shù)（In-situ?Carbon-source?Enhanced?Technology,ICET），通過調(diào)控PHA的代謝，大幅度提高污水生物除磷脫氮的效率，最終使得污水廠的出水能夠達(dá)標(biāo)排放。

一種基于聚羥基烷酸酯代謝調(diào)控的污水增強(qiáng)生物除磷脫氮方法，包括以下步驟：

（1）將污水經(jīng)初沉后得到的顆粒性有機(jī)物與二沉池排出的剩余污泥一起導(dǎo)入污泥濃縮池濃縮；

（2）將步驟（1）得到的濃縮的有機(jī)廢物在聚羥基烷酸酯前體物（PHA前體物）生產(chǎn)反應(yīng)器中，厭氧發(fā)酵合成PHA前體物；

（3）厭氧發(fā)酵反應(yīng)所得混合物在污泥調(diào)理池去除氮磷后，液體被泵入PHA前體物儲(chǔ)存池；

（4）隨后，將PHA前體物泵入PHA生產(chǎn)反應(yīng)器生成PHA；

（5）步驟（4）生成的PHA泵入常規(guī)污水生物除磷脫氮反應(yīng)器進(jìn)行污水生物除磷脫氮過程。

所述的步驟（1）中，經(jīng)初沉后得到的顆粒性有機(jī)物與二沉池排出的剩余污泥以揮發(fā)性懸浮固體物（VSS）以1:10～10:1的比例導(dǎo)入污泥濃縮池，濃縮時(shí)間為12～48小時(shí)。

所述的步驟（2）中，厭氧發(fā)酵的pH值為8.0～10.0，時(shí)間為8～10天，將濃縮的有機(jī)廢物定向轉(zhuǎn)化為PHA前體物，其中PHA前體物主要是乙酸和丙酸，其比例分別為30%～60%和20%～50%。

所述的步驟（4）中，聚羥基烷酸酯前體物在pH為6.8～7.2條件下反應(yīng)3.5小時(shí)，生成聚羥基烷酸酯（PHA）。

所述的步驟（2）中，合成PHA前體物的原料為污水有機(jī)物、初沉池的顆粒性有機(jī)物或二沉池的剩余污泥中的一種或一種以上。

步驟5中使用的污水生物除磷脫氮反應(yīng)器為序批式反應(yīng)器（SBR）、厭氧/好氧（A/O）反應(yīng)器、厭氧/缺氧/好氧（A²/O）反應(yīng)器、缺氧/厭氧/好氧（倒置A²/O）反應(yīng)器或氧化溝的任意一種。

由于堿性pH可以加速污泥和污水顆粒性有機(jī)物（主要是蛋白質(zhì)和多糖）的溶解和水解，同時(shí)還能夠抑制產(chǎn)甲菌的活性。因此，在堿性pH條件下（如pH=10）產(chǎn)生的PHA前體物濃度為pH=7的3倍以上；通過控制碳氮比，可使丙酸含量達(dá)到47%。PHA前體物經(jīng)PHA生產(chǎn)反應(yīng)器轉(zhuǎn)化為PHA后，活性污泥微生物可利用PHA作為其生長、反硝化和除磷的能源和碳源，而PHA中的PHV組分是一種慢速氧化的內(nèi)碳源，可以減慢碳源被氧氣直接氧化的速率，有利于強(qiáng)化系統(tǒng)的反硝化和除磷功能。