專利名稱：協(xié)同去除污水中碳氮磷的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及污水生物脫氮除磷技術領域，特別是涉及一種以亞硝酸鹽型反硝化除 磷與厭氧氨氧化協(xié)同去除污水中有機碳、氮和磷的方法。
背景技術：
生物脫氮除磷技術是解決污水氮磷污染的最經(jīng)濟有效方法，但傳統(tǒng)生物脫氮除磷 技術在處理含低有機碳高氮磷的污水時，因碳源不足而導致脫氮除磷效果下降。近年來開發(fā)的厭氧氨氧化與亞硝酸鹽型反硝化除磷技術對碳源的需求量大幅 降低，例如參見文獻 1 (Jetten MSM, Strous M, Van de Pas-Schoonen K Τ, et al. The anaerobic oxidation of ammonium. FEMS Microbiology Reviews, 1998, 22(5): 421-437.)禾口文獻 2 (Kuba Τ, Van Loosdrecht M C Μ, Heijnen J J. Phosphorus and nitrogen removal with minimal COD requirement by integration of denitrifying dephosphatation and nitrification in a two-sludge system. Water Research, 1996, 30(7): 1702-1710.)。這些技術可有效解決傳統(tǒng)生物脫氮除磷技術碳源不足的矛盾，并降 低曝氣能耗，是治理含低有機碳高氮磷污水的高效節(jié)能型生物脫氮除磷技術。但厭氧氨氧 化不能有效去除碳和磷，出水中含有少量硝氮；亞硝酸鹽型反硝化除磷不能直接有效地去 除氨，出水中氨氮較高，兩者均難于獨立實現(xiàn)有效的同步脫氮除磷。國內外污水脫氮除磷技術的發(fā)展趨勢是以生物技術為主流，充分利用多種技術 的協(xié)同組合，彌補各自的不足，實現(xiàn)多種污染物的同步高效去除。但目前尚未見利用亞硝酸 鹽型反硝化除磷和厭氧氨氧化協(xié)同處理含低有機碳高氮磷污水的報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是為了克服厭氧氨氧化不能有效去除碳磷和亞硝 酸鹽型反硝化除磷不能直接有效地去除氨，兩者均難于獨立實現(xiàn)有效的同步脫氮除磷的不 足，提供一種亞硝酸鹽型反硝化除磷與厭氧氨氧化協(xié)同去除碳氮磷的方法。該方法利用亞 硝酸鹽型反硝化除磷菌與厭氧氨氧化菌的生存環(huán)境共性，將懸浮污泥形式的亞硝酸鹽型反 硝化除磷菌與生物膜形式的厭氧氨氧化菌置于同一反應器內，通過兩類菌的協(xié)同作用，彌 補各自在去除污染物方面的不足，對含低有機碳高氮磷污水實現(xiàn)有效的同步去除碳氮磷。本發(fā)明解決其技術問題采用以下的技術方案
本發(fā)明提供的是一種利用亞硝酸鹽型反硝化除磷菌和厭氧氨氧化菌的協(xié)同作用去除 污水中的有機碳、氮和磷的方法，該方法包括以下步驟
(1)將亞硝酸鹽型反硝化除磷懸浮污泥與厭氧氨氧化生物膜共同置于厭氧-缺氧SBR 復合反應器，形成協(xié)同去除碳氮磷系統(tǒng)；
(2)在厭氧初期，向反應器中通入含有機碳、氨氮和磷酸鹽的污水；利用亞硝酸鹽型反 硝化除磷菌去除污水中的有機碳，并從菌體內分解釋放磷酸鹽為后續(xù)的缺氧過量攝磷做準 備，此時厭氧氨氧化菌因缺少電子受體而不參加反應；厭氧末期向反應器內通入含亞硝氮的污水為上述兩類菌提供電子受體并形成缺氧環(huán)境；
(3)在缺氧條件下，一方面通過厭氧氨氧化菌去除污水中的氨氮和亞硝氮，另一方面通 過亞硝酸鹽型反硝化除磷菌去除亞硝氮和硝氮同時過量攝取污水中的磷酸鹽形成富磷污 泥；
(4)經(jīng)沉淀期泥水分離后，反應器在運行周期末期，通過排放富磷的剩余污泥達到除磷 目的；排出的上清液即為已有效去除有機碳、氮和磷的處理水。(5)通過上述厭氧/缺氧/沉淀/排水排泥的周期運行方式實現(xiàn)低有機碳高氮磷 污水的同步去除碳氮磷。所述反應器的適宜運行溫度為20-30°C。所述厭氧-缺氧SBR復合反應器采用厭氧/缺氧/沉淀/排水排泥的周期運行方 式。所述厭氧-缺氧SBR復合反應器內，利用填料載體附著厭氧氨氧化菌形成生物膜， 以保證厭氧氨氧化菌的有效持留，克服厭氧氨氧化菌生長緩慢的缺點；而讓亞硝酸鹽型反 硝化除磷菌以懸浮污泥形式存在，以便于富磷污泥的排放，實現(xiàn)除磷目的。所述亞硝酸鹽型反硝化除磷菌和厭氧氨氧化菌的培育，均為目前的成熟技術。例 如參見文獻3 (王愛杰，吳麗紅，任南琪，等.亞硝酸鹽為電子受體反硝化除磷工藝的 可行性.中國環(huán)境科學，2005，25(5): 515-518.)和文獻4 (康淑琴，張少輝.厭氧氨 氧化反應器的啟動及其穩(wěn)定性研究.武漢理工大學學報，2008，30(2): 101-104.)。本發(fā)明可以采用以下方法培育亞硝酸鹽型反硝化除磷菌
采用SBR反應器，先以厭氧/沉淀排水/缺氧/沉淀排水排泥的周期運行方式培養(yǎng)亞 硝酸鹽型反硝化除磷菌；厭氧初期進入含有機碳和磷酸鹽的污水，亞硝酸鹽型反硝化除磷 菌厭氧釋磷并去除污水中的有機碳；厭氧末期經(jīng)沉淀排水以排除上清液中殘留的有機碳， 再向反應器內通入含亞硝氮的污水形成缺氧環(huán)境，在缺氧條件下，亞硝酸鹽型反硝化除磷 菌去除亞硝氮同時過量攝取污水中的磷酸鹽形成富磷污泥；經(jīng)沉淀期泥水分離后，在運行 周期末期排放富磷的剩余污泥和處理水；如此周期運行約1個月，培養(yǎng)成以懸浮污泥形式 存在的亞硝酸鹽型反硝化除磷菌。最后采用厭氧/缺氧/沉淀/排水排泥的周期運行方式 進一步富集馴化以懸浮污泥形式存在的亞硝酸鹽型反硝化除磷菌；經(jīng)半個月左右可最終富 集馴化成熟的亞硝酸鹽型反硝化除磷懸浮污泥。本發(fā)明可以采用以下方法培育厭氧氨氧化菌
采用懸掛(或懸浮)有填料載體的厭氧生物膜反應器，以含氨氮和亞硝氮的污水，在缺 氧條件下培養(yǎng)以生物膜形式存在的厭氧氨氧化菌。3個月左右可培育成熟的厭氧氨氧化生 物膜。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下主要的優(yōu)點
其一.厭氧氨氧化不需有機碳，亞硝酸鹽型反硝化除磷將有機碳同時用于脫氮和除磷 過程，相比傳統(tǒng)生物除磷對有機碳需求量低。其二 .厭氧氨氧化同步去除亞硝氮和氨氮，亞硝酸鹽型反硝化除磷同步去除有機 碳、亞硝氮、硝氮和磷酸鹽；兩者都在厭氧和缺氧條件下去除污染物，因而節(jié)省了曝氣能耗。其三.厭氧氨氧化能去除亞硝酸鹽型反硝化除磷所不能去除的氨氮，而亞硝酸鹽 型反硝化除磷能去除厭氧氨氧化所不能去除的有機碳、硝氮和磷酸鹽，兩者在去除污染物方面具有互補性。其四.通過在同一反應器內同時生長厭氧氨氧化生物膜和亞硝酸鹽型反硝化除 磷懸浮污泥，同步有效去除低有機碳高氮磷污水中的有機碳、氨氮、亞硝氮、硝氮和磷酸鹽。 在反應器的運行周期為8h (含厭氧期3h，缺氧期4h，沉淀期0. 5h，排水排泥期0. 5h)的條 件下，有機碳(COD)、氨氮、亞硝氮和磷酸鹽的去除率可分別達53%、46%、63%和74%，實現(xiàn)了 同步去除污水中的碳氮磷。
具體實施例方式本發(fā)明涉及一種亞硝酸鹽型反硝化除磷與厭氧氨氧化協(xié)同去除碳氮磷的污水處 理技術。它利用亞硝酸鹽型反硝化除磷菌能同步去除有機碳、亞硝氮、硝氮和磷酸鹽，厭氧 氨氧化菌可同步去除氨氮和亞硝氮，以及兩類細菌都能在無氧的環(huán)境下生存并在污染物去 除方面具有互補性的特點，將懸浮污泥形式的亞硝酸鹽型反硝化除磷菌與生物膜形式的厭 氧氨氧化菌置于同一反應器內。先在厭氧條件下，利用亞硝酸鹽型反硝化除磷菌去除污水 中的有機碳，同時分解釋放磷酸鹽為后續(xù)的缺氧過量攝磷做準備；再在缺氧條件下，一方面 通過厭氧氨氧化菌去除污水中的氨氮和亞硝氮，另一方面通過亞硝酸鹽型反硝化除磷菌去 除亞硝氮和硝氮同時過量攝取污水中的磷酸鹽形成富磷污泥；經(jīng)沉淀期泥水分離后，通過 排放富磷的剩余污泥達到除磷目的。亞硝酸鹽型反硝化除磷和厭氧氨氧化都具有碳源需求 量和曝氣能耗低等優(yōu)點，通過亞硝酸鹽型反硝化除磷菌與厭氧氨氧化菌在同一反應器內的 協(xié)同作用，實現(xiàn)低有機碳高氮磷污水的同步去除碳氮磷。本發(fā)明處理含低有機碳高氮磷污水的操作方法如下
1)含有機碳、氨氮和磷酸鹽的污水在厭氧初期泵入?yún)捬?缺氧SBR復合反應器。2)在厭氧期，利用亞硝酸鹽型反硝化除磷菌去除有機碳，并從菌體內分解釋放出 磷酸鹽為后續(xù)的缺氧吸磷做準備，此時厭氧氨氧化菌因缺少電子受體而不參加反應。 3 )厭氧末期，向反應器泵入含亞硝氮的污水為兩類菌提供電子受體(亞硝氮)并形 成缺氧條件。4)在缺氧期，厭氧氨氧化菌去除氨氮和亞硝氮并生成少量硝氮，亞硝酸鹽型反硝 化除磷菌在去除亞硝氮和硝氮的同時過量攝取污水中的磷酸鹽形成富磷污泥，兩類菌共同 完成了脫氮作用并形成富磷污泥。5)經(jīng)沉淀期泥水分離后，通過排放富磷的剩余污泥實現(xiàn)除磷目的，最終排放的處 理水已去除了有機碳、氮和磷。通過上述厭氧/缺氧/沉淀/排水排泥的反應器周期運行 方式實現(xiàn)低有機碳高氮磷污水的同步去除碳氮磷
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不限定本發(fā)明的內容。實施例1
進行本試驗所采用的裝置為圓柱狀的厭氧-缺氧SBR復合反應器，有效容積10L，徑高 比為3，內掛軟性填料以附著厭氧氨氧化生物膜，亞硝酸鹽型反硝化除磷菌以懸浮污泥形式 存在，在厭氧和缺氧期通過電動攪拌設備進行泥水混合。反應器在26°C下運行，充水比為 0. 62。反應器的運行周期為8h，其中厭氧期3h，缺氧期4h，沉淀期0. 5h，排水排泥期0. 5h。 具體運行如下
1)厭氧初期(厭氧期的開始0. 5h)，0. 6L的含有機碳(最終COD濃度為110mg/L)、氨氮(最終濃度為15mgN/L)和磷酸鹽(最終濃度為8. 5mgP/L)的污水通過進水泵注入反應器。2)在3h的厭氧期，利用亞硝酸鹽型反硝化除磷菌去除有機碳并釋磷。3)厭氧末期，向反應器泵入0. 02L含亞硝氮(最終濃度為24mgN/L)的污水為兩類 菌提供電子受體并形成缺氧條件。4)在4h的缺氧期，厭氧氨氧化菌去除氨氮和亞硝氮并生成少量硝氮，亞硝酸鹽型 反硝化除磷菌在去除亞硝氮和硝氮的同時攝取磷酸鹽合成聚磷酸鹽貯存于體內，兩類菌共 同完成了脫氮作用并形成富磷污泥。5)經(jīng)沉淀期0. 5h的泥水分離后，通過排放富磷的剩余污泥實現(xiàn)除磷目的；排出 0. 62L處理水后進入下一周期的厭氧期，處理水中對有機碳(COD)、氨氮、亞硝氮和磷酸鹽 的去除分別達62%、52%、68%和64%。反應器的周期運行時間和充水比可根據(jù)實際情況變化 進行調節(jié)。實施例2
進行本試驗所采用的裝置為圓柱狀的厭氧-缺氧SBR復合反應器，有效容積10L，徑高 比為3，內掛軟性填料以附著厭氧氨氧化生物膜，亞硝酸鹽型反硝化除磷菌以懸浮污泥形式 存在，在厭氧和缺氧期通過電動攪拌設備進行泥水混合。反應器在26°C下運行，充水比為 0.62。反應器的運行周期為8h，其中厭氧期3h，缺氧期4h，沉淀期0.5h，排水排泥期0.5h。 具體運行如下
1)厭氧初期(厭氧期的開始0. 5h)，0. 6L的含有機碳(最終COD濃度為110mg/L)、氨氮 (最終濃度為18mgN/L)和磷酸鹽(最終濃度為8. 6mgP/L)的污水通過進水泵注入反應器。2)在3h的厭氧期，利用亞硝酸鹽型反硝化除磷菌去除有機碳并釋磷。3)厭氧末期，向反應器泵入0. 02L含亞硝氮(最終濃度為24mgN/L)的污水為兩類 菌提供電子受體并形成缺氧條件。4)在4h的缺氧期，厭氧氨氧化菌去除氨氮和亞硝氮并生成少量硝氮，亞硝酸鹽型 反硝化除磷菌在去除亞硝氮和硝氮的同時攝取磷酸鹽合成聚磷酸鹽貯存于體內，兩類菌共 同完成了脫氮作用并形成富磷污泥。5)經(jīng)沉淀期0. 5h的泥水分離后，通過排放富磷的剩余污泥實現(xiàn)除磷目的；排出 0. 62L處理水后進入下一周期的厭氧期，處理水中對有機碳(COD)、氨氮、亞硝氮和磷酸鹽 的去除分別達58%、46%、65%和57%。反應器的周期運行時間和充水比可根據(jù)實際情況變化 進行調節(jié)。實施例3
進行本試驗所采用的裝置為圓柱狀的厭氧-缺氧SBR復合反應器，有效容積10L，徑高 比為3，內掛軟性填料以附著厭氧氨氧化生物膜，亞硝酸鹽型反硝化除磷菌以懸浮污泥形式 存在，在厭氧和缺氧期通過電動攪拌設備進行泥水混合。反應器在28°C下運行，充水比為 0.62。反應器的運行周期為8h，其中厭氧期3h，缺氧期4h，沉淀期0.5h，排水排泥期0.5h。 具體運行如下
1)厭氧初期(厭氧期的開始0. 5h)，0. 6L的含有機碳(最終COD濃度為125mg/L)、氨氮 (最終濃度為25mgN/L)和磷酸鹽(最終濃度為9mgP/L)的污水通過進水泵注入反應器。2)在3h的厭氧期，利用亞硝酸鹽型反硝化除磷菌去除有機碳并釋磷。3)厭氧末期，向反應器泵入0. 02L含亞硝氮(最終濃度為35mgN/L)的污水為兩類菌提供電子受體并形成缺氧條件。4)在4h的缺氧期，厭氧氨氧化菌去除氨氮和亞硝氮并生成少量硝氮，亞硝酸鹽型 反硝化除磷菌在去除亞硝氮和硝氮的同時攝取磷酸鹽合成聚磷酸鹽貯存于體內，兩類菌共 同完成了脫氮作用并形成富磷污泥。5)經(jīng)沉淀期0. 5h的泥水分離后，通過排放富磷的剩余污泥實現(xiàn)除磷目的；排出 0. 62L處理水后進入下一周期的厭氧期，處理水中對有機碳(COD)、氨氮、亞硝氮和磷酸鹽 的去除分別達53%、46%、63%和74%。反應器的周期運行時間和充水比可根據(jù)實際情況變化 進行調節(jié)。
權利要求
1.一種協(xié)同去除污水中碳氮磷的方法，其特征是一種利用亞硝酸鹽型反硝化除磷菌 和厭氧氨氧化菌的協(xié)同作用去除污水中的有機碳、氮和磷的方法，該方法是(1)將亞硝酸鹽型反硝化除磷懸浮污泥與厭氧氨氧化生物膜共同置于厭氧-缺氧SBR 復合反應器，形成協(xié)同去除碳氮磷系統(tǒng)；(2)在厭氧初期，向反應器中通入含有機碳、氨氮和磷酸鹽的污水；利用亞硝酸鹽型反 硝化除磷菌去除污水中的有機碳，并從菌體內分解釋放磷酸鹽為后續(xù)的缺氧過量攝磷做準 備，此時厭氧氨氧化菌因缺少電子受體而不參加反應；厭氧末期向反應器內通入含亞硝氮 的污水為上述兩類菌提供電子受體并形成缺氧環(huán)境；(3)在缺氧條件下，一方面通過厭氧氨氧化菌去除污水中的氨氮和亞硝氮，另一方面通 過亞硝酸鹽型反硝化除磷菌去除亞硝氮和硝氮同時過量攝取污水中的磷酸鹽形成富磷污 泥；(4)經(jīng)沉淀期泥水分離后，反應器在運行周期末期，通過排放富磷的剩余污泥達到除磷 目的；(5)通過上述厭氧/缺氧/沉淀/排水排泥的周期運行方式實現(xiàn)低有機碳高氮磷污水 的同步去除碳氮磷。
2.根據(jù)權利要求1所述的去除污水中碳氮磷的方法，其特征在于所述反應器的適宜 運行溫度為20-30°C。
3.根據(jù)權利要求1所述的去除污水中碳氮磷的方法，其特征在于所述厭氧-缺氧 SBR復合反應器采用厭氧/缺氧/沉淀/排水排泥的周期運行方式。
4.根據(jù)權利要求1所述的去除污水中碳氮磷的方法，其特征在于在所述厭氧-缺氧 SBR復合反應器內，厭氧氨氧化菌以生物膜形式存在，亞硝酸鹽型反硝化除磷菌以懸浮污泥 形式存在。
全文摘要
本發(fā)明提供的協(xié)同去除污水中碳氮磷的方法，具體是將亞硝酸鹽型反硝化除磷懸浮污泥與厭氧氨氧化生物膜共同置于厭氧-缺氧SBR復合反應器；先在厭氧條件下，利用亞硝酸鹽型反硝化除磷菌去除污水中的有機碳，同時分解釋放磷酸鹽為后續(xù)的缺氧過量攝磷做準備；再在缺氧條件下，一方面通過厭氧氨氧化菌去除污水中的氨氮和亞硝氮，另一方面通過亞硝酸鹽型反硝化除磷菌去除亞硝氮和硝氮同時過量攝取污水中的磷酸鹽形成富磷污泥；經(jīng)沉淀期泥水分離后，通過排放富磷的剩余污泥達到除磷目的。本發(fā)明通過亞硝酸鹽型反硝化除磷菌與厭氧氨氧化菌在同一反應器內的協(xié)同作用，實現(xiàn)低有機碳高氮磷污水的同步去除碳氮磷，具有碳源需求量和曝氣能耗低等優(yōu)點。
文檔編號C02F3/30GK102092851SQ20111000009
公開日2011年6月15日 申請日期2011年1月4日 優(yōu)先權日2011年1月4日
發(fā)明者姜應和, 張少輝, 桑穩(wěn)姣, 謝凱 申請人:武漢理工大學