[发明专利]基于聚羟基烷酸酯代谢调控的污水增强生物除磷脱氮方法

说明书

技术领域

本发明属于水、废水或污水的生物处理技术领域，涉及一种原位碳源调控聚羟基烷酸酯（PHA）代谢的城市污水增强除磷脱氮方法。

背景技术

随着经济的发展和生活水平的提高，工业和生活污水的排放量逐年增加，水体污染问题日益严重。大量氮和磷等营养物质流入河流、湖泊等自然水体环境，导致富营养化现象十分普遍。污水中的氮和磷排放是引起水体富营养化的主要原因。活性污泥法因具有操作简便等优点，已成为去除污水氮和磷的一种主要方法。但是，一方面，该方法会导致温室气体排放和大量初沉和二沉污泥难以处理等问题；另一方面，城市污水普遍存在碳源浓度偏低的问题，污水较低的碳氮比例难以满足日益提高的除磷脱氮要求。因此，目前的污水厂正面临氮磷达标排放、污泥处理及温室气体减排等多重压力。

研究表明，在活性污泥处理系统中，微生物在厌氧或缺氧环境下可将污水有机物转化为胞内PHA，主要包括聚羟基戊酸酯（PHV）和聚羟基丁酸酯（PHB）。其中，反硝化微生物在缺氧环境下可利用污水有机物或PHA作为硝酸盐（或亚硝酸盐）的电子供体发生反硝化反应；除磷微生物在好氧或缺氧环境下可通过氧化胞内PHA产生的能量吸收磷。可见，PHA是直接影响污水生物除磷脱氮的重要物质。如果能够在污水处理厂内部通过调控PHA的代谢以达到提高除磷脱氮效果及减少温室气体的产生，这将为污水厂升级改造和达标排放提供新的技术支持，实现污水厂的可持续发展。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种基于聚羟基烷酸酯代谢调控的污水增强生物除磷脱氮方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明通过在污水处理设施中增设生物转化单元，原位利用污水厂产生的剩余污泥或/和污水颗粒有机物，使其高效定向转化为PHA前体物，并通过过程控制，将该PHA前体物高效转化为除磷脱氮所需的PHA尤其是PHV，使得污水处理系统中的微生物能够利用PHA实现污水除磷脱氮效率的显著提高，使得城市污水最终能够达标排放。

本发明提出了原位碳源调控PHA代谢的增强除磷脱氮新技术（In-situ Carbon-source Enhanced Technology,ICET），通过调控PHA的代谢，大幅度提高污水生物除磷脱氮的效率，最终使得污水厂的出水能够达标排放。

一种基于聚羟基烷酸酯代谢调控的污水增强生物除磷脱氮方法，包括以下步骤：

（1）将污水经初沉后得到的颗粒性有机物与二沉池排出的剩余污泥一起导入污泥浓缩池浓缩；

（2）将步骤（1）得到的浓缩的有机废物在聚羟基烷酸酯前体物（PHA前体物）生产反应器中，厌氧发酵合成PHA前体物；

（3）厌氧发酵反应所得混合物在污泥调理池去除氮磷后，液体被泵入PHA前体物储存池；

（4）随后，将PHA前体物泵入PHA生产反应器生成PHA；

（5）步骤（4）生成的PHA泵入常规污水生物除磷脱氮反应器进行污水生物除磷脱氮过程。

所述的步骤（1）中，经初沉后得到的颗粒性有机物与二沉池排出的剩余污泥以挥发性悬浮固体物（VSS）以1:10～10:1的比例导入污泥浓缩池，浓缩时间为12～48小时。

所述的步骤（2）中，厌氧发酵的pH值为8.0～10.0，时间为8～10天，将浓缩的有机废物定向转化为PHA前体物，其中PHA前体物主要是乙酸和丙酸，其比例分别为30%～60%和20%～50%。

所述的步骤（4）中，聚羟基烷酸酯前体物在pH为6.8～7.2条件下反应3.5小时，生成聚羟基烷酸酯（PHA）。

所述的步骤（2）中，合成PHA前体物的原料为污水有机物、初沉池的颗粒性有机物或二沉池的剩余污泥中的一种或一种以上。

步骤5中使用的污水生物除磷脱氮反应器为序批式反应器（SBR）、厌氧/好氧（A/O）反应器、厌氧/缺氧/好氧（A²/O）反应器、缺氧/厌氧/好氧（倒置A²/O）反应器或氧化沟的任意一种。

由于碱性pH可以加速污泥和污水颗粒性有机物（主要是蛋白质和多糖）的溶解和水解，同时还能够抑制产甲菌的活性。因此，在碱性pH条件下（如pH=10）产生的PHA前体物浓度为pH=7的3倍以上；通过控制碳氮比，可使丙酸含量达到47%。PHA前体物经PHA生产反应器转化为PHA后，活性污泥微生物可利用PHA作为其生长、反硝化和除磷的能源和碳源，而PHA中的PHV组分是一种慢速氧化的内碳源，可以减慢碳源被氧气直接氧化的速率，有利于强化系统的反硝化和除磷功能。