[发明专利]一种基于颗粒污泥的城市生活污水再生方法

说明书

技术领域

本发明属于水环境恢复技术领域，具体涉及一种基于颗粒污泥的城市生活污水再生方法。

背景技术

改革开放以来，我国进入经济高速增长期，但人们为谋求最大经济利益，无度取用、粗犷利用水资源，然后高污染排放，是水短缺、水污染、水危机的直接原因。水环境危机已严重的制约了经济的进一步发展，传统的发展模式没有出路。保护环境已被定为基本国策，发展经济的同时，注重环境的承载力，将经济发展与环境保护相结合，走一条环境友好型的可持续发展之路。恢复由于经济发展带来的水环境污染、元素的自然循环断裂，是当前的重中之重。

污水处理达标排放是缓解水环境危机的重要手段。国家颁布了《城镇污水处理厂污染物排放标准》，规定新改扩建污水厂应达到一级A标准排放，其中，对于污染物，尤其是营养元素，做出了严格的限定，TN小于15mg/L，TP小于0.5mg/L。北京市颁布的《城镇污水处理厂水污染物排放标准》，将营养元素限制进一步提高，要求TN小于10mg/L，TP小于0.2mg/L。

我国污水处理厂目前采用的工艺，大多基于传统脱氮除磷理论，存在固有缺欠。首先，生活污水属于低碳氮比污水，对于脱氮除磷，碳源严重不足，往往需要人工投加有机碳源甲醇，增加运行费用，并且有机碳源最终转化为二氧化碳造成了二次污染。其次，除磷菌与脱氮菌在泥龄方面存在较大差异，传统工艺由于是同一反应器内实现脱氮除磷，不能同时兼顾脱氮及除磷效果。再次，生活污水碱度相对于氨氮含量不足，要想取得良好的硝化效果，需人工投加碱度，动力费用大。传统工艺脱氮以硝化液回流至前置缺氧段提高脱氮效率，动力费用高，理论上最大总氮去除难以实现一级A标准的总氮小于15mg/L，且硝酸盐对厌氧释磷产生抑制，影响除磷效果，除磷难以达到一级A标准中的TP小于0.5mg/L。最后，虽然处理流程中碳、氮元素以气体形式释放，回归自然，实现循环，但生物除磷，磷素以剩余污泥的形式从水体分离，但剩余污泥难以处理及进行磷回收，大多采用处理后填埋，且磷是不可再生资源，这造成了磷元素循环的断裂，不是可持续的处理方式。

既然N、P不能在一个反应器内同时深度去除，那么就应该分步实现，并考虑C、N、P的自然循环，实现可持续的污水处理。

20世纪末发现的厌氧氨氧化工艺，为生活污水处理提供了新的思路。不同于传统脱氮理论，厌氧氨氧化是指在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌以NH₄⁺-N为电子供体，NO₂^--N为电子受体，将其同时转化成N₂，以实现废水中氮素的去除，与传统的硝化-反硝化脱氮工艺相比，具有耗氧量少、无需外加碳源、污泥产量低和无二次污染等众多优点，因此被视为最具可持续发展意义的生物脱氮工艺。但该工艺要求进水亚硝酸盐氮与氨氮比值接近1.3，需要前置工艺，以满足其进水需求。亚硝化，即将氨氮氧化为亚硝酸盐氮，而阻止其进一步氧化为硝酸盐氮，通过控制运行参数，可满足厌氧氨氧化进水要求，实现亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺脱氮。

亚硝化-厌氧氨氧化工艺的研究过程中发现，主要菌种为自养菌生长极为缓慢，污泥整体沉降性能虽然较好但悬浮小絮体较多不易沉降，持续运行存在污泥流失的问题，且体系抗冲击负荷能力差、长期运行容易失稳。颗粒污泥是指废水生物处理系统中的微生物在适当的环境条件下，相互聚集形成一种密度较大、体积较大、体质条件较好的微生物聚集体。颗粒污泥兼备污泥持留性能好、污泥浓度高处理负荷大、抗冲击负荷能力强等优点，是解决上述问题的理想途径。实际的研究表明，氨氧化菌体系难以形成颗粒污泥，而亚硝化同时去除有机物的异养、自养共生体系易形成颗粒污泥，性状优良。杨洋采用曝气上流式污泥床（aerated upflow sludge bed,AUSB），成功实现了亚硝化颗粒污泥的启动与常温条件下工艺的高效稳定运行。王俊敏采用UASB颗粒污泥反应器，在30℃条件下，成功实现了低氨氮废水的高效处理。结合生活污水特征，可采用颗粒污泥亚硝化工艺除有机物、实现亚硝化，后续颗粒污泥厌氧氨氧化工艺，实现生活污水的深度除有机物、脱氮。

化学除磷，一方面可有效实现水体的磷回收，将其重新纳入自然循环，另一方面，化学除磷中的混凝沉淀过滤可进一步降低水体的污染物浓度，降低污水的浊度及色度，实现污水处理后直接作为中水回用，无需后续其它工艺流程。

以亚硝化颗粒污泥去除有机物并为厌氧氨氧化颗粒污泥提供合适比例进水以实现自养脱氮的高效去除，并通过化学处理回收的方法剥离水体中的磷实现可持续利用，是污水处理的理想选择。