利用序批式微藻反應(yīng)器去除污水中氮磷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污水生物處理領(lǐng)域，特別是涉及一種利用序批式微藻反應(yīng)器(Sequencing Batch Algae Reactor,簡(jiǎn)稱(chēng)SBAR)去除污水中氮磷的處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的提速，以及人口數(shù)量的增加，我國(guó)水污染情況十分嚴(yán)峻。全國(guó)大部分的湖泊、水庫(kù)、流域水體水質(zhì)接近富營(yíng)養(yǎng)化，或者已經(jīng)處于富營(yíng)養(yǎng)化程度。氮、磷是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要營(yíng)養(yǎng)元素?！笆濉逼陂g，國(guó)家在鞏固化學(xué)需氧量減排的基礎(chǔ)上，將加強(qiáng)對(duì)氨氮以及總氮、總磷和重金屬等污染物的排放控制及總量削減。我國(guó)多數(shù)污水處理廠將不可避免地面臨強(qiáng)化脫氮除磷的升級(jí)改造。同時(shí)，新建的污水處理廠也將不得不采用高效節(jié)能型的生物降碳、脫氮、除磷技術(shù)。研發(fā)可以有效去除氮、磷，并最大限度回收利用這些營(yíng)養(yǎng)物的污水處理技術(shù)，對(duì)原有污水廠的提標(biāo)改造和新建污水處理設(shè)施的工藝設(shè)計(jì)都具有十分重要的意義。
[0003]傳統(tǒng)的以活性污泥為主的生物脫氮除磷技術(shù)通過(guò)厭氧、缺氧、好氧多級(jí)工藝的串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)氮和磷由水相向氣相和固相的轉(zhuǎn)移，表面看似氮和磷從水中脫除了，其實(shí)潛藏著二次污染。比如，氨氮的硝化反硝化脫除過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生數(shù)量可觀的NOx，排放進(jìn)入大氣中是導(dǎo)致溫室氣體效應(yīng)的重要因素；磷通過(guò)微生物的過(guò)量吸收或化學(xué)沉淀進(jìn)入污泥相，隨著污泥的后續(xù)處置會(huì)重新釋放進(jìn)入環(huán)境。更為重要的是，傳統(tǒng)生物脫氮除磷方法面臨能耗高、藥劑成本高、效果不穩(wěn)定等諸多缺點(diǎn)，也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的資源化回收利用。
[0004]微藻污水處理技術(shù)最早源于20世紀(jì)50年代美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校Oswald等提出的穩(wěn)定塘設(shè)計(jì)，隨后發(fā)展為高效藻類(lèi)塘技術(shù)(HRAP)。該技術(shù)通過(guò)優(yōu)化深度設(shè)計(jì)和攪拌混合，使得塘中藻類(lèi)的生長(zhǎng)得以強(qiáng)化，在藻類(lèi)和細(xì)菌的協(xié)同作用下，有機(jī)物、氮、磷和其他污染物的去除效率得到大幅提高。Nurdogan對(duì)比了藻類(lèi)塘與傳統(tǒng)活性污泥的二級(jí)處理效果，證實(shí)了藻類(lèi)在氨氮和磷的去除上的優(yōu)越性(Nurdogan and Oswald, Wat.Sc1.Tech.，1995，31 (12):33-43)。高效藻類(lèi)塘技術(shù)由于基建成本低、能耗低等優(yōu)勢(shì)，在美國(guó)及其它國(guó)家有幾百例的應(yīng)用。隨著工業(yè)和城市的發(fā)展，藻類(lèi)塘的應(yīng)用近幾十年來(lái)又呈現(xiàn)走下坡的趨勢(shì)，主要原因是塘內(nèi)生物濃度低((0.3g/L)，處理效果受溫度、陽(yáng)光混合條件等因素的影響很大，同時(shí)水力停留時(shí)間長(zhǎng)(4-20天)，占地面積大。近年來(lái)，又演變出固定法微藻污水處理技術(shù)，主要代表技術(shù)是用水力藻類(lèi)床(ATS)、填料附著藻膜、藻的包埋固定化等方法來(lái)提高優(yōu)勢(shì)藻的穩(wěn)定性和對(duì)氨毒性的抵制作用，達(dá)到了較理想的去除氮磷效果，但仍存在膜內(nèi)藻對(duì)光的利用受限制、停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等缺點(diǎn)。相比活性污泥工藝，目前所有的藻類(lèi)處理方法的最大弱勢(shì)就是濃度低、停留時(shí)間長(zhǎng)(4?20天)，因而處理構(gòu)筑物需很大的占地面積，若能開(kāi)發(fā)新型微藻反應(yīng)器新工藝將會(huì)更大程度地發(fā)揮微藻去除氮磷的優(yōu)勢(shì)。
[0005]序批式活性污泥反應(yīng)器(SBR)是由美國(guó)Irvine在20世紀(jì)70年代初開(kāi)發(fā)的，是典型的完全混合式反應(yīng)器系統(tǒng)，被廣泛地應(yīng)用在活性污泥法污水處理中。利用程序邏輯控制器(PLCs)、電頻傳感器以及自動(dòng)閥，實(shí)現(xiàn)活性污泥污水處理工藝的所有處理步驟。所有SBR系統(tǒng)都有進(jìn)水、反應(yīng)(曝氣)、沉淀、排水和閑置5個(gè)階段。在所有循環(huán)中，混合液始終保留在反應(yīng)器中，因此不需要獨(dú)立的沉淀池。反應(yīng)器內(nèi)部的生物固體可通過(guò)控制排泥量的多少維持在高濃度。反應(yīng)以批次式進(jìn)行，如需連續(xù)運(yùn)行，則設(shè)置2個(gè)或以上SBR池，這樣當(dāng)一個(gè)池完成整個(gè)處理過(guò)程后，其它池可以繼續(xù)運(yùn)行。SBR工藝簡(jiǎn)單，不需要二沉池和回流泵，設(shè)備緊湊、運(yùn)行靈活。將序批式反應(yīng)器運(yùn)行上的優(yōu)點(diǎn)與微藻脫除氮磷的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，將可能發(fā)揮出很好的疊加效應(yīng)。
[0006]公開(kāi)號(hào)為CN102336498A的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)披露了一種序批式反應(yīng)器f禹合光生物反應(yīng)器處理氮磷污水的方法，該發(fā)明中提到高濃度氮磷污水需經(jīng)過(guò)預(yù)處理后首先進(jìn)入序批式反應(yīng)器，再經(jīng)過(guò)膜生物反應(yīng)器，然后到光生物反應(yīng)器，最后絮凝沉淀后清液排放。該序批式反應(yīng)器中的反應(yīng)媒介仍舊是活性污泥，污水經(jīng)過(guò)兩種生物反應(yīng)器后水里殘留的氮和磷再通過(guò)一個(gè)常見(jiàn)的光生物反應(yīng)器養(yǎng)藻來(lái)去除氮磷，光反應(yīng)器本身并不是序批式操作，停留時(shí)間為6天。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種利用序批式微藻反應(yīng)器去除污水中氮磷的方法，它工藝效果穩(wěn)定，無(wú)二次污染，并可實(shí)現(xiàn)氮磷營(yíng)養(yǎng)元素的回收利用。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的利用序批式微藻反應(yīng)器去除污水中氮磷的方法，步驟包括:
[0009]I)富氮磷污水預(yù)處理，去除大雜質(zhì)顆粒，將難降解毒性有機(jī)物厭氧轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物；
[0010]2)序批式微藻反應(yīng)器接種微藻；
[0011]3)向序批式微藻反應(yīng)器引進(jìn)經(jīng)步驟I)預(yù)處理后的污水，根據(jù)污水中的總氮含量控制不同的容積交換率；
[0012]4)開(kāi)啟外加光源，曝氣反應(yīng)；
[0013]5)關(guān)閉外加光源，將藻液靜置沉淀，排出上清液；
[0014]6)閑置，根據(jù)需要重復(fù)步驟3)?6)；
[0015]7)定期排出步驟5)沉淀下來(lái)的藻泥。
[0016]步驟2)，所述微藻為從常見(jiàn)的環(huán)境微藻中篩選得到的具有優(yōu)良生長(zhǎng)性能的微藻，包括柵藻、小球藻、螺旋藻、鹽藻、衣藻、綠球藻、微擬球藻、念珠藻等。
[0017]序批式微藻反應(yīng)器接種微藻的方法為:在光反應(yīng)器或發(fā)酵罐中用標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基培養(yǎng)微藻，當(dāng)微藻濃度達(dá)到2g/L以上時(shí)，將藻液濃縮至含固率5?30%，將濃縮的微藻濃液接種入序批式微藻反應(yīng)器，接種量以微藻細(xì)胞濃度在0.5g/L以上為準(zhǔn)。
[0018]序批式微藻反應(yīng)器包括有反應(yīng)器主體、中央控制器、電磁閥、氣泵、水泵、pH探頭和光源，通過(guò)調(diào)整可編程中央控制器控制電磁閥、水泵、氣泵等的開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同工況條件的序批式操作。反應(yīng)器主體為光徑在3?30cm范圍的平板式、管道式、柱狀式或吊袋式反應(yīng)器，材質(zhì)為透光性> 95%的玻璃或塑料。
[0019]步驟3)，當(dāng)污水中的總氮濃度在30?150mg/L時(shí)，系統(tǒng)的容積交換率保持在0.5?0.9 ;當(dāng)污水中的總氮濃度在150?300mg/L時(shí)，系統(tǒng)的容積交換率保持在0.25?0.5 ;當(dāng)污水中的總氮的濃度在300?600mg/L時(shí)，系統(tǒng)的容積交換率保持在0.1?0.25。
[0020]步驟4)，曝氣是通入含有CO2的空氣，CO2通氣速率以保持反應(yīng)體系pH彡9為準(zhǔn)。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燈、熒光燈或LED燈等，光源的光強(qiáng)為 50 ?2000 μ mol/m2/s0
[0021]步驟7)，排出藻泥的量以使序批式微藻反應(yīng)器中的微藻細(xì)胞濃度范圍始終維持在0.5?20g/L為準(zhǔn)。排出的藻泥可被加工成蛋白飼料或肥料。
[0022]一個(gè)序批式周期的停留時(shí)間為7?24