专利名称：：一种复合铁酶促活性污泥污水脱氮除磷的方法
技术领域：
：本发明涉及污水处理
技术领域：
中的一种污水脱氮除磷的工艺方法，特别是一种利用人工调控手段，使金属离子与活性污泥微生物絮体实现有机结合，通过金属离子强化电子传递链与酶促作用的复合铁酶促活性污泥污水脱氮除磷的方法。
背景技术：
：20世纪70年代以来，全球范围的水体富营养化已成为世人瞩目的水环境污染问题。水体富营养化现象发生的机理虽然复杂，但水体所含氮、磷等植物性营养物质过高是导致发生富营养化的直接诱因，控制氮、磷等营养性物质进入水体是解决水体富营养化问题的根本途径，污水脱氮除磷处理技术主要包括污水生物脱氮除磷与物理化学脱氮除磷两类方法，其中生物脱氮除磷由于具有较好的经济性与实用性成为主流技术而被广泛应用。20世纪70年代末，Deakyne等提出了常规A2/0工艺成为污水同步生物脱氮除磷的代表工艺，研究与应用结果表明，常规A々0工艺系统存在着诸如不同世代周期自养型微生物与异养型微生物的泥龄矛盾、除磷菌厌氧释磷与反硝化菌对碳源的竞争矛盾以及硝酸盐回流对厌氧释磷影响等问题。长期以来脱氮除磷技术研究主要集中于通过工艺形式及过程的变化解决生物脱氮除磷系统存在的问题。1980年Rabinowitz等为解决回流污泥携带硝酸盐对厌氧释磷影响问题，在原有污泥回流与好氧混合液循环基础上，将污泥回流与好氧混合液回流通过缺氧反硝化去除硝酸盐，同时增加缺氧混合液回流降低硝酸盐对厌氧释磷影响而提出了UCT工艺；1992年Randall等在UCT工艺基础上，从提高生化反应效率与池型优化角度提出了VIP工艺；1995年德国汉堡水务设计咨询公司同样为解决回流污泥携带硝酸盐对厌氧释磷影响问题，在原有常规A2/0工艺厌氧段前增加短时的缺氧反4应区，同时通过分点进水解决碳源问题而提出了改良A"O工艺。这些工艺已成为目前的主流工艺，但其不仅没有从根本上解决污水生物脱氮除磷处理系统存在的矛盾与问题，而且工艺流程变得更趋于复杂化，并普遍存在运行稳定性差、系统总体脱氮除磷效率不高以及低温硝化等技术难题。为此，人们在污水生物脱氮除磷的基础上提出了辅助化学除磷工艺技术等，该技术根据辅助药剂投加位置的不同，化学辅助除磷技术主要分为前置除磷、协同除磷和后置除磷。前置除磷即在生物反应池前投加化学辅助除磷药剂，可去除相当数量的有机物，减少生物处理的负荷；协同除磷即将化学辅助除磷药剂投加在初沉池出水管道或生物反应池内，形成的沉淀物与剩余污泥一起排除，该方式简单易行，方便操作；后置除磷即将化学辅助除磷药剂在生物反应池后投加，该方式形成的沉淀物通过另设的固液分离装置进行分离，其优点在于出水水质好，但需增建固液分离设施。化学辅助除磷药剂通常采用铝盐、铁盐混凝剂，铝盐主要有硫酸铝和铝酸钠等，其中硫酸铝较常用。铁盐有三氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁和硫酸亚铁等，其中三氯化铁最常用。采用铝盐或铁盐除磷时，主要生成难溶性的磷酸铝或磷酸铁，其投加量与污水中总磷量成正比。理论上，三价铝和铁离子与等摩尔磷酸反应生成磷酸铝和磷酸铁。由于污水中成份极其复杂，含有大量阴离子，铝、铁离子会与之反应，从而增加混凝剂投加量，运行成本明显提高。另外，化学除磷时会产生较多的化学污泥。采用铝盐或铁盐作絮凝剂时，前置加药除磷，污泥量增加40%75%;后置加药除磷，污泥量增加20%35%;同步加药除磷，污泥量增加15%50%。同时由于铁离子与铝离子对硝化菌的毒害作用，混凝剂的投加对污水处理生物系统硝化功能产生一定的影响。因此，目前的污水生物脱氮除磷技术不仅存在脱氮除磷效率低、运行稳定性差等问题，而且所采用的强化污水除磷的辅助化学除磷技术具有运行成本高、污泥产量大以及对微生物的毒害作用等缺点，同时低温对微生物活性影响(特别对生物硝化影响)问题尚无较好的解决办法，成为制约污水生物脱氮除磷技术发展的瓶颈问题。
发明内容本发明的目的在于克服现有污水生物脱氮除磷技术中存在的处理效率低、运行稳定性差和低温对生物硝化活性影响以及辅助化学除磷金属离子对微生物毒害作用大等缺点，寻求设计一种直接在污水生物脱氮除磷好氧区后段投加铁盐化学药剂，使其在铁盐化学絮体与活性污泥微生物絮体结合基础上，强化铁离子参与微生物新陈代谢过程的电子传递链与酶促反应激活作用，提高脱氮除磷微生物生化反应活性和系统脱氮除磷能力且适用于城镇污水及工业废水生物脱氮除磷处理的复合铁酶促活性污泥技术方法。为了实现上述目的，本发明分为复合铁酶促活性污泥培养和复合铁酶促活性污泥稳定运行二个阶段，或称为二个步骤；在复合铁酶促活性污泥培养阶段的初期，控制生化反应系统有机负荷不小于0.10kgBOD5/kgMLVSS.d，在原有污水生物脱氮除磷系统好氧区后段(保证好氧混合接触时间不小于2小时)直接投加10~20mgFe3+/L的铁盐化学药剂三氯化铁或硫酸亚铁，在曝气状态下亚铁离子与氧发生氧化反应转化为三价铁离子，同时根据污水水质条件以及好氧反应区活性污泥混合液碱度条件，投加碱性物质碳酸钠或碳酸氢钠，并使其发生化学反应2Fe3++3C032—+3H20—2Fe(OH)3+3C02f、化学反应Fe3++3HC03_—Fe(OH)3+3C02t和化学反应Fe3++30H——Fe(OH)3，同时保证碱性物质投加量使生化反应好氧区出流活性污泥混合液碱度(以碳酸钙计)含量不小于75mg/L;铁盐化学药剂与碱性物质连续投加条件控制在使活性污泥含铁量达到1020mgFe3+/gMLSS;上述培养阶段初期步骤或者为将人工合成的氢氧化铁化学絮体分2~3批次直接投加到污水生物脱氮除磷系统好氧区，使活性污泥含铁量达到1020mgFe3+/gMLSS，氢氧化铁絮体通过三氯化铁与碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钠等碱性物质分别发生化学反应2Fe3++3C032—+3H20—2Fe(OH)3+3C02t、化学反应Fe3++3HC03_—Fe(OH)3+3C02t和化学反应Fe30H——Fe(OH)3，并对反应生成的氢氧化铁化学絮体进行清洗，去除形成的残留阴阳离子；通过上述两种方式的步骤，具有较强吸附聚凝性能的氢氧化铁及其水解聚合反应生成的具有较长线型结构的多核羟基络合物(如Fe2(OH)24+、Fe3(OH)45+、Fe5(OH)96+、Fe5(OH)87+、Fe5(OH)78+、Fe6(OH)126+、Fe7(OH)129+、Fe7(OH)111°+、Fe9(OH)207+、Fe12(OH)342+等)通过电性中和、吸附架桥及絮体的巻扫作用与活性污泥絮体进行结合，生成具有絮体结构密实、比重大的新型的生物絮体与化学絮体的结合体；上述过程保持污水处理系统负荷条件不变，逐渐延长系统活性污泥泥龄，使系统活性污泥泥龄达到30~60天，此阶段培养时间在10-20天。稳定运行阶段在复合铁酶促活性污泥培养基础上，在污水生物脱氮除磷系统好氧区后段(保持好氧混合接触时间不小于2小时)直接投加l~2mgFe3+/L的铁盐化学药剂三氯化铁或硫酸亚铁等，铁离子与前述培养阶段形成的生物絮体与化学絮体的结合体结合，大部分直接被微生物吸收而进入微生物细胞体内，由于铁是污水处理微生物生物氧化酶系中细胞色素的重要组成部分，在生物氧化过程中起着电子传递作用，同时铁又是各种辅酶的重要组成元素，又起到酶促反应激活剂作用，因此，稳定运行阶段铁离子介入具有脱氮除磷功能的活性污泥微生物新陈代谢过程，促进细菌繁殖和酶的分泌，强化铁离子参与电子传递作用与酶促反应激活剂作用，微生物的生化反应代谢活性提高3050%，由此形成了具有较高生物代谢活性的复合铁酶促活性污泥。本发明的污水生物脱氮除磷复合铁酶促活性污泥，在人工调控下铁离子介入具有脱氮除磷功能的活性污泥微生物生化代谢过程，强化铁离子参与电子传递作用与酶促反应激活剂作用，提高微生物的生化反应代谢活性，改进与强化活性污泥的絮体结构，形成具有较高反应活性与絮体稳定性的新型复合铁酶促活性污泥；铁盐作为混凝剂，三价铁(包括二价铁离子转化形成的三价铁)在水解过程中随装置系统pH值(碱度)的变化生成电荷不同的络合阳离子或络合阴离子；其中多核羟基络合物中羟基的架桥作用，生成聚合度为2900的无机高分子物质，强化活性污泥的吸附，与多种金属的氢氧化物发生共沉，7去除对酶产生抑制影响的重金属，起到对屏蔽生物反应酶抑制剂的作用，强化活性污泥的生化反应活性。本发明方法涉及的装置系统包括预处理系统、一级处理系统、初沉污泥排放系统、二级生化处理系统、剩余污泥排放系统和出水系统，其中二级生化处理系统包括缺氧池、厌氧池、好氧池、二沉池、混合液内循环系统、污泥回流系统和加药系统，出水系统中包括接触消毒池。本发明与现有技术相比，提高了污水生物脱氮除磷技术的适用性，解决污水生物脱氮除磷系统存在的固有矛盾与瓶颈问题，特别在稳定运行阶段，由于采用在生物脱氮除磷系统好氧区后段直接投加l2mgFe3+/L的三氯化铁，取代了为解决系统硝化问题而投加各种生物载体以及为提高除磷效率而按照2.73.6mgFe"mgP或L31.8mgAl3+/mgP投加铁盐或铝盐的辅助化学除磷方法，使加药方式简单可靠，管理方便，投资与运行成本低，特别适用于城镇污水及工业废水的深度脱氮除磷处理以及现有城镇污水工程的升级与改造。图l为实现本发明的装置系统结构原理示意图。具体实施例方式下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步描述。实施例-本实施例涉及的复合铁酶促活性污泥污水生物脱氮除磷装置系统包括由缺氧池l、厌氧池2、好氧池3、二沉池4、混合液内循环系统5、污泥回流系统6、加药系统7构成的二级生化处理反应系统，以及进水管道13、预处理系统8、一级处理系统或初沉池9、初沉污泥排放系统10、剩余污泥排放系统11、出水系统(含接触消毒池)12和出水管道14;二级生化处理反应系统的缺氧池1、厌氧池2采用机械或水力搅拌方式保持活性污泥混合液的混合状态，好氧池3采用机械或鼓风曝气方式保证为活性污泥微生物提供足够的氧。根据工艺运行方式变化，二级生化处理反应系统的缺氧池l、厌氧池2位置关系可以发生相应变化，同时通过混合液内循环系统5将携带硝酸盐的活性污泥混合液回流到缺氧池1，通过污泥回流系统6将二沉池4的回流污泥回流到缺氧池1或厌氧池2;缺氧池1内发生生物反硝化反应将硝酸盐还原为氮气或气态氮氧化物实现生物脱氮；厌氧池2内发生微生物厌氧释磷反应，聚磷菌利用厌氧释磷反应产生的能量吸收易降解碳源同时在细胞内转化为碳源储能性物质，为聚磷菌好氧吸磷积聚能量；好氧池3内发生有机物氧化反应、氮的硝化反应以及好氧吸磷反应。本实施例通过加药系统7将铁盐化学药剂直接投加到好氧池3反应区的后段，通过铁盐化学絮体与活性污泥微生物絮体的结合，强化铁离子参与电子传递作用与酶促反应激活剂作用，不仅有效提高微生物的生化反应代谢活性，而且改进与强化了活性污泥的絮体结构，形成了具有较高反应活性与絮体稳定性的新型复合铁酶促活性污泥，最终活性污泥混合液在二沉池4内进行泥水分离，分离后活性污泥上清液进行进一步处理或排放。本实施例在复合铁酶促活性污泥培养阶段，复合铁酶促活性污泥培养采用如下两种方法方法一为在复合铁酶促活性污泥培养初期，通过加药系统7将1020mgFe"/L的铁盐化学药剂三氯化铁、硫酸亚铁直接投加到好氧池3反应区的后段(保持好氧混合接触时间不小于2小时)，同时根据污水水质条件以及好氧反应区活性污泥混合液碱度条件，投加碱性物质碳酸钠或碳酸氢钠，除满足化学反应263++3C032—+3H20—2Fe(0H)3+3C02t、化学反应卩63++3HC03——Fe(OH)3+3C02t和化学反应63++30『—Fe(OH)3对碱度的需求外，同时保证生化反应好氧区出流活性污泥混合液碱度不小于75mg/L(以CaC03计)，最终达到活性污泥含铁量为1020mgFe"/gMLSS的条件；方法二为将一定量的氢氧化铁化学絮体分23批次直接投加到污水生物脱氮除磷系统好氧区3，使活性污泥含铁量达到1020mgFe37gMLSS，在实施过程中，保持污水处理系统原有进水负荷条件，逐渐延长系统活性污泥泥龄，使系统活性污泥泥龄达到3060天，此阶段培养时间在1020天。在此基础上进入复合铁酶促活性污泥稳定运行阶段，随着微生物9絮体与化学絮体结合体的形成与稳定，逐渐减少铁盐化学药剂三氯化铁、硫酸亚铁的投加量，最终保持铁盐化学药剂为121^浐/匕其仅作为随剩余污泥排放流失铁的补充。本实施例的系统装置主要工艺设计参数表如下<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>注宜采用分点进水方式，缺氧区、厌氧区进水比例为1:4l:3;保留唯一污泥回流情况下，污泥回流比采用表中推荐值；如同时设置混合液回流，污泥回流比可按照常规工艺取值。经过检验和测试，本实施例达到如下污水处理效果1、复合铁酶促活性污泥生物脱氮除磷系统,在较低的铁盐投加量下(12mgF^VL)的条件下，系统除磷效率达到90%以上，系统出水TP《lmg/L;系统抗低温能力得到明显增强，在反应温度低于IO。C条件下，系统硝化效率可以保持70%以上，系统脱氮效率达到85%以上；2、系统处理负荷显著提高，容积负荷率较传统生物脱氮除磷工艺增加1倍。3、具有系统启动快，加药方式简单，投药量低、运行经济可靠；4、系统抗冲击负荷能力与运行稳定性提高；5、剩余污泥量少(降低2030%),降低污泥处理负荷与费用。权利要求1、一种复合铁酶促活性污泥污水脱氮除磷的方法，分为复合铁酶促活性污泥培养和复合铁酶促活性污泥稳定运行二个阶段，其特征在于在复合铁酶促活性污泥培养阶段的初期，控制生化反应系统有机负荷不小于0.10kgBOD5/kgMLVSS·d，在原有污水生物脱氮除磷系统好氧区后段直接投加10～20mgFe3+/L的铁盐化学药剂三氯化铁或硫酸亚铁，在曝气状态下亚铁离子与氧发生氧化反应转化为三价铁离子，同时根据污水水质条件以及好氧反应区活性污泥混合液碱度条件，投加碱性物质碳酸钠或碳酸氢钠，并使其发生化学反应2Fe3++3CO32-+3H2O→2Fe(OH)3+3CO2↑、化学反应Fe3++3HCO3-→Fe(OH)3+3CO2↑和化学反应Fe3++3OH-→Fe(OH)3，同时保证碱性物质投加量使生化反应好氧区出流活性污泥混合液碱度含量不小于75mg/L；铁盐化学药剂与碱性物质连续投加条件控制在使活性污泥含铁量达到10～20mgFe3+/gMLSS；上述培养阶段初期步骤或者为将人工合成的氢氧化铁化学絮体分2～3批次直接投加到污水生物脱氮除磷系统好氧区，使活性污泥含铁量达到10～20mgFe3+/gMLSS，氢氧化铁絮体通过三氯化铁与碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钠等碱性物质分别发生化学反应2Fe3++3CO32-+3H2O→2Fe(OH)3+3CO2↑、化学反应Fe3++3HCO3-→Fe(OH)3+3CO2↑和化学反应Fe3++3OH-→Fe(OH)3，并对反应生成的氢氧化铁化学絮体进行清洗，去除形成的残留阴阳离子；通过上述步骤，具有较强吸附聚凝性能的氢氧化铁及其水解聚合反应生成的具有较长线型结构的多核羟基络合物通过电性中和、吸附架桥及絮体的卷扫作用与活性污泥絮体进行结合，生成具有絮体结构的生物絮体与化学絮体的结合体；保持污水处理系统负荷条件不变，逐渐延长系统活性污泥泥龄，使系统活性污泥泥龄达到30～60天，此阶段培养时间在10～20天；稳定运行阶段在复合铁酶促活性污泥培养基础上，在好氧区后段直接投加1～2mgFe3+/L的铁盐化学药剂三氯化铁或硫酸亚铁，铁离子与培养阶段形成的生物絮体与化学絮体的结合体结合，直接被微生物吸收而进入微生物细胞体内，稳定运行阶段铁离子介入具有脱氮除磷功能的活性污泥微生物新陈代谢过程，促进细菌繁殖和酶的分泌，强化铁离子参与电子传递作用与酶促反应激活剂作用，微生物的生化反应代谢活性提高30～50％，形成具有生物代谢活性的复合铁酶促活性污泥。2、根据权利要求1所述的复合铁酶促活性污泥污水脱氮除磷的方法，其特征在于涉及的装置系统包括预处理系统、一级处理系统、初沉污泥排放系统、二级生化处理系统、剩余污泥排放系统和出水系统，其中二级生化处理系统包括缺氧池、厌氧池、好氧池、二沉池、混合液内循环系统、污泥回流系统和加药系统，出水系统中包括接触消毒池。全文摘要本发明涉及污水处理
技术领域：
中利用人工调控手段，使金属离子与活性污泥微生物絮体实现有机结合，通过金属离子强化电子传递链与酶促作用的复合铁酶促活性污泥污水脱氮除磷的方法；分为复合铁酶促活性污泥培养和稳定运行二个阶段，本方法涉及的装置系统包括预处理系统、一级处理系统、初沉污泥排放系统、二级生化处理系统、剩余污泥排放系统和出水系统，其中二级生化处理系统包括缺氧池、厌氧池、好氧池、二沉池、混合液内循环系统、污泥回流系统和加药系统，出水系统中包括接触消毒池；本方法的加药方式简单可靠，管理方便，投资与运行成本低，适用于城镇污水及工业废水的深度脱氮除磷处理及城镇污水工程的升级改造。文档编号C02F3/12GK101462793SQ20091001377公开日2009年6月24日申请日期2009年1月14日优先权日2009年1月14日发明者刘长青,波张,毕学军,程丽华申请人:青岛理工大学