本發(fā)明屬于一種污水處理技術(shù)，具體涉及一種低污泥產(chǎn)率的序批式活性污泥法。
背景技術(shù)：
目前，活性污泥法是最主要的污水處理方法?；钚晕勰喾ㄌ幚韽U水的實質(zhì)是將水中的污染物以污泥的形式從水中分離，而這些污泥富含大量的有機物、病原微生物、細(xì)菌、寄生蟲等，甚至還含有合成有機物和有毒有害物質(zhì)。若不注意處理，必將對周圍環(huán)境以及人類健康造成不利影響。截至2016年9月底，全國設(shè)市城市、縣(不含其它建制鎮(zhèn))累計建成污水處理廠3976座，污水處理能力達(dá)1.7×108m3/d，年產(chǎn)生含水量80％的污泥4000多萬噸，剩余污泥處理和處置費用占整個污水廠投資和運行總費用的25％～65％。目前對于剩余污泥的處置方法還是主要停留在焚燒和填埋階段，這對我國建設(shè)創(chuàng)新型國家不是長久之計，且無法滿足國家在經(jīng)濟發(fā)展中對于生態(tài)文明建設(shè)和環(huán)境保護的新要求。剩余污泥體積大、處理費用高以及難處理等問題已成為當(dāng)今廢水處理的瓶頸，為了滿足水質(zhì)、水量和水生態(tài)的一體化管理，探索有效的污泥減量技術(shù)迫在眉睫。
污泥處理過程與污泥產(chǎn)生增值的過程密不可分，對于剩余污泥的產(chǎn)生過程進行合理調(diào)節(jié)，在保證污水處理效率的前提下，實現(xiàn)污泥低產(chǎn)率的污泥源頭減量技術(shù)已經(jīng)是解決剩余污泥問題的理想途徑。目前，國內(nèi)外學(xué)者針對剩余污泥這一突出問題，進行了大量研究。由于剩余污泥的產(chǎn)生量與微生物內(nèi)源呼吸、能量代謝及生物捕食等作用相關(guān)，所以目前常用的污泥減量技術(shù)主要通過以下四個途徑實現(xiàn)污泥減量：(1)代謝解偶聯(lián)技術(shù)；(2)強化內(nèi)源呼吸作用；(3)溶胞技術(shù)(solubilization)；(4)強化微型動物對細(xì)菌捕食的技術(shù)。解偶聯(lián)技術(shù)通過將分解代謝和合成代謝解偶聯(lián)，即微生物的分解代謝和合成代謝通過atp(腺苷三磷酸)和adp(腺苷二磷酸)兩者的轉(zhuǎn)化偶聯(lián)在一起，降低atp合成量或增加atp消耗量(例如熱能釋放)，而減少微生物細(xì)胞合成，即可減少污泥量。解耦聯(lián)劑是一種可以改變膜通透性的脂溶性分子物質(zhì)，呈弱酸性，本身可以與h+結(jié)合，降低微生物細(xì)胞膜對h+阻力，使其跨過細(xì)胞膜，降低膜兩側(cè)的質(zhì)子梯度，低質(zhì)子梯度抑制atp合成酶對atp的合成，從而減少氧化磷酸化作用所產(chǎn)生的atp量，使其氧化過程以熱能形式為主要耗能，使得合成代謝和分解代謝發(fā)生解耦聯(lián)。但是目前化學(xué)解偶聯(lián)機理和對污泥產(chǎn)率和工藝中擊等影響研究觀點不同，以及給環(huán)境帶來問題、出水水質(zhì)的惡化和污泥性能改變等問題并未全部解決，工程實際應(yīng)用尚存在的爭議，而且投加解耦聯(lián)會增加污水處理的費用。強化內(nèi)源呼吸作用是指增加細(xì)胞非生長維持能，可減少用于細(xì)胞合成的能量，從而減低污泥產(chǎn)率。提高污泥停留時間和內(nèi)源呼吸率可以降低污泥表觀污泥產(chǎn)率，從而可以減少剩余污泥排放量。提高污泥停留時間的相關(guān)工藝都會增加能耗，提高運行成本，所以此污泥減量化技術(shù)具有局限性。
溶胞技術(shù)是指采用物理溶胞、化學(xué)溶胞、生物溶胞的方法，促使細(xì)胞溶解并釋放胞內(nèi)物質(zhì)到水中，形成可以被微生物細(xì)胞重新利用的底物基質(zhì)。
在本發(fā)明作出之前，目前物理溶胞工藝主要利用技術(shù)有：高溫、機械破胞(例如利用超聲波、高速射流泵、高速攪拌器等產(chǎn)生的壓力破壞細(xì)胞)、冰凍和溶化?；瘜W(xué)溶胞工藝主要利用技術(shù)有：酸、堿處理、高級氧化(主要臭氧氧化、氯氧化)，其中臭氧溶胞研究最多，臭氧是一種強氧化劑，具有較強的溶胞特性，可以殺滅污泥中的微生物，有利于氧化細(xì)胞而釋放有機物。生物溶胞技術(shù)主要指投加能分泌胞外酶的微生物或酶制劑和抗菌素使污泥當(dāng)中細(xì)菌細(xì)胞壁被破壞，胞內(nèi)底物溶出。酶不僅可以促進細(xì)胞溶解，而且還可以使難降解生物大分子有機物降解為小分子物質(zhì)，這有利于基質(zhì)被細(xì)菌二次利用。投加的細(xì)菌可以來自消化池，可以從溶菌酶方便考慮，甚至可以選擇有分泌溶解物質(zhì)的真菌。物理溶胞和化學(xué)溶胞技術(shù)具有局限性，例如能耗高和需要專有設(shè)備這些都不利于其發(fā)展，此外細(xì)胞破解以后產(chǎn)生細(xì)胞廢棄物(細(xì)胞壁碎片等)進入污水中因其難降解而使水質(zhì)cod、ss有所增加，同時單位系統(tǒng)排泥量減少，會導(dǎo)致單位出水中氮和磷有所增加。雖然生物溶胞法對環(huán)境影響小，效率高，但費用相當(dāng)昂貴。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的就在于克服上述缺陷，提供一種低污泥產(chǎn)率的序批式活性污泥法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
低污泥產(chǎn)率的序批式活性污泥法，其主要技術(shù)特征在于步驟如下：
(1)經(jīng)過預(yù)處理的污水進入sbr反應(yīng)池，同時由污泥酸化池回流的酸化污泥進入sbr反應(yīng)池，污水和酸化污泥在sbr反應(yīng)池中形成混合液；混合液按時間順序經(jīng)歷進水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置五個基本工序；泥水分離后的上清液在排水階段作為出水排出sbr反應(yīng)池，剩余污泥排放至污泥酸化池；
(2)剩余污泥進入污泥酸化池，在厭氧的條件下進行產(chǎn)酸發(fā)酵；在污泥酸化池排出的污泥中，一部分的酸化污泥回流至sbr反應(yīng)池，其余部分的酸化污泥排出池外進行污泥脫水及處置。
所述步驟(1)中sbr反應(yīng)池接受的酸化污泥來自步驟(2)；在sbr反應(yīng)池中，酸化污泥和污水進行混合形成混合液。
所述步驟(2)中污泥酸化池排出的污泥中，一部分酸化污泥回流至sbr反應(yīng)池；在污泥酸化池中，污泥進行產(chǎn)酸發(fā)酵。
本發(fā)明的優(yōu)點和效果在于：
1.采用酸化污泥回流至污泥酸化池的方法，使酸化污泥所含有的溶解性有機物(如脂肪酸和醇類等)在sbr反應(yīng)池中被微生物降解，可達(dá)到污泥減量30％以上的目的。
2.具有良好的除磷脫氮效果，工藝靈活，自動化程度高，出水水質(zhì)好。
3.與超聲波、臭氧、投加能量解偶聯(lián)劑等對剩余污泥的處理技術(shù)相比，本發(fā)明工藝無需投加任何化學(xué)藥利或生物制劑，能量消耗低，對環(huán)境影響小。
本發(fā)明綜合利用污泥減量技術(shù)和序批式活性污泥法，高效去除污水中的有機污染物及氮和磷，同時大幅降低污泥產(chǎn)量。
本發(fā)明的其它具體優(yōu)點和效果將在下面繼續(xù)說明。
附圖說明
圖1是本發(fā)明低污泥產(chǎn)率的序批式活性污泥法工藝示意圖。
經(jīng)預(yù)處理處理后的污水，和由污泥酸化池來的酸化污泥一起進入sbr反應(yīng)池；sbr反應(yīng)池的出水排出系統(tǒng)，sbr反應(yīng)池排出的剩余污泥進入污泥酸化池進行酸化發(fā)酵；污泥酸化池排出的酸化污泥中，一部分回流到sbr反應(yīng)池，另一部分進行污泥脫水及處置。
具體實施方式
本發(fā)明的技術(shù)思路是：
通過設(shè)置污泥酸化池，利用微生物的產(chǎn)酸發(fā)酵作用，對sbr排放的剩余污泥進行產(chǎn)酸發(fā)酵，促使細(xì)胞溶解并釋放胞內(nèi)物質(zhì)到水中，形成可以被微生物細(xì)胞重新利用的底物基質(zhì)，以達(dá)到生物溶胞的目的；同時，將酸化污泥回流到sbr反應(yīng)池中，一方面酸化污泥中所包含的溶解性有機物被sbr反應(yīng)池中的活性污泥降解利用，另一方面，酸化污泥的回流將大大強化污泥的內(nèi)源呼吸作用，減少了用于細(xì)胞合成的能量。因此，在生物溶胞和強化內(nèi)源呼吸作用的協(xié)同作用下，本發(fā)明的污泥產(chǎn)率大大降低。
以下結(jié)合圖1對本發(fā)明進行說明。
污水預(yù)處理可包括粗格柵、細(xì)格柵、沉砂池或除渣池等，用以去除體積較大的懸浮物、漂浮物和比重較大的無機顆粒和油脂，以減輕sbr反應(yīng)池的負(fù)擔(dān)。sbr反應(yīng)池接受由預(yù)處理而來的污水，酸化污泥在sbr進水階段選入sbr反應(yīng)池，污水和污泥在sbr反應(yīng)池中形成混合液，酸化污泥所含有的溶解性有機物(如脂肪酸和醇類)在sbr反應(yīng)池中隨著時間的推移而被逐步降解。sbr反應(yīng)池時間序列上提供了厭缺氧(d0＜0.2mg/l，nox＞0mg/l)和好氧(d0＞3mg/l)的環(huán)境條件，使厭/缺氧條件下實現(xiàn)反硝化和磷的釋放，好氧條件下實現(xiàn)硝化和磷的過度攝取，從而有效地脫氮除磷。酸化污泥所攜帶的溶解性有機物易于被聚磷菌利用，能夠提高sbr反應(yīng)池的除磷效果。采用鼓風(fēng)曝氣的方式，混合液懸浮固體(mlss)濃度為2000～5000mg/l，污水中90％以上的有機物在sbr反應(yīng)池中去除。污水和污泥在sbr反應(yīng)池的沉淀階段進行泥水分離，上清液和剩余污泥分別被排出。
在沉淀階段，sbr排放的剩余污泥進入污泥酸化池，首先在厭氧的條件下進行水解，即復(fù)雜的非溶解性的有機物質(zhì)在產(chǎn)酸細(xì)菌胞外水解酶的作用下轉(zhuǎn)化為簡單的溶解性單體或二聚體；然后，水解階段產(chǎn)生的簡單的溶解性有機物被厭氧微生物轉(zhuǎn)化為脂肪酸、醇類等，即進行產(chǎn)酸發(fā)酵階段。污泥在厭氧的條件下進行產(chǎn)酸發(fā)酵，從而使非溶解性的污泥被轉(zhuǎn)化為溶解性的可生化降解的脂肪酸和醇類，此過程為污泥的生物溶胞過程。污泥酸化池的生物固體停留時間(污泥齡)一般為3天～9天。污泥酸化池排放的污泥中，其中30％-70％回流至sbr反應(yīng)池，其中70％-30％排出池外進行污泥脫水及處置外運。酸化污泥回流到sbr反應(yīng)池，可以成倍提高整個系統(tǒng)的污泥齡，從而大大強化污泥的內(nèi)源呼吸作用，減少了用于細(xì)胞合成的能量。因此，在生物溶胞作用和強化內(nèi)源呼吸作用的協(xié)同作用下，本發(fā)明的污泥產(chǎn)率大大降低。
實施例1：
進水為典型城市污水，進水水量為2萬噸/天。城市污水首先經(jīng)過格柵等預(yù)處理設(shè)施去除比重較大的懸浮物，由污泥酸化池回流的厭氧污泥在進水階段進入sbr反應(yīng)池，污水和污泥在sbr反應(yīng)池中形成混合液，同進水一起經(jīng)歷sbr反應(yīng)池的五個工序，依次為進水、厭缺氧、曝氣、沉淀、排水。sbr反應(yīng)池一個工作周期為8小時，每天運行3個周期，實現(xiàn)了24小時連續(xù)自動化運行。厭缺氧階段采用機械攪拌的方式使得污水和污泥充分混合接觸，控制溶解氧低于0.2mg/l，從而實現(xiàn)放磷、反硝化過程。曝氣階段采用鼓風(fēng)機曝氣的方式，通過控制曝氣強度使得溶解氧大于2mg/l，保證污水中有機物的生物降解、硝化反應(yīng)和吸磷的順利進行，同時提供了反硝化所需的硝態(tài)氮。在沉淀階段末期，剩余污泥排放至污泥酸化池進行處理。sbr反應(yīng)池出水去三級污水處理或作為處理水排出系統(tǒng)。污泥酸化池采用機械攪拌方式，氧化還原電位orp可下降到-200mv以下。在污泥酸化池中，復(fù)雜的非溶解性的有機物質(zhì)在產(chǎn)酸細(xì)菌胞外水解酶的作用下轉(zhuǎn)化為簡單的溶解性單體或二聚體，然后，水解階段產(chǎn)生的簡單的溶解性有機物被厭氧微生物轉(zhuǎn)化為脂肪酸、醇類等。50％酸化污泥回流至厭氧反應(yīng)器，50％酸化污泥經(jīng)脫水后按國家要求外運進行污泥處置。sbr的污泥齡控制在20天左右，污泥酸化池的污泥齡控制在5天左右，而整個工藝的污泥齡因為酸化污泥的回流可以達(dá)到50天以上，從而大大強化了內(nèi)源呼吸作用。在生物溶胞作用和強化內(nèi)源呼吸作用的協(xié)同作用下，本發(fā)明的污泥產(chǎn)率較傳統(tǒng)sbr工藝降低30％以上。
本發(fā)明實例處理的出水水質(zhì)可達(dá)到城鎮(zhèn)污水廠一級排放標(biāo)準(zhǔn)b，如若要達(dá)到一級排放標(biāo)準(zhǔn)a，則需進行三級處理(可增加混凝、過濾、消毒等常規(guī)處理過程)。在典型城市污水進水水質(zhì)的情況下，本發(fā)明污泥產(chǎn)率為0.084gmlss/gcod，低于傳統(tǒng)sbr工藝的污泥產(chǎn)率(0.124gmlss/gcod)。本發(fā)明與傳統(tǒng)sbr工藝比較見表1：
表1
盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)該被認(rèn)為是本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。