一种基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法与流程

1.本发明属于污水处理与资源化技术领域，具体涉及一种基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法。


背景技术：

2.在全球应对气候变化以及能源资源短缺的背景下，城镇污水处理行业也面临转型，绿色低碳可持续是行业未来发展方向，污水处理也从以去除污染物为目标向着资源能源回收利用方向发展。把碳、氮、磷等资源从污水中转移分离，减轻后续处理能耗和药耗，同时进行资源能源回收利用，这种具有减碳和碳补偿作用的污水处理模式是较佳模式。
3.目前国内外碳转移分离技术较多，常见的有化学强化一级处理(cept)、高负荷活性污泥(hras)工艺、厌氧膜生物反应器(anmbr)和混凝-微筛工艺等，大多以碳转移分离为主。化学强化一级处理(cept)和混凝-微筛工艺等虽具有磷同步转移分离的作用，但磷的转移分离是投加化学药剂以化学方法为主，这种化学法磷转移分离，特别是在进水磷含量较高或追求高磷捕获率时，需要投加大量化学药剂，不符合污水的绿色低碳发展方向。
4.因此，需要一种转移分离技术，将碳、磷资源首先从污水中同步转移分离出来，并且在碳磷转移分离过程中不使用化学药剂。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明目的在于提供一种基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法，该方法可以降低磷转移分离的化学药剂使用量，实现以碳磷生物同步转移分离为主的污水处理。
6.为了达到上述目的，本发明可以采用以下技术方案：
7.本发明提供一种基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法，其包括：将预处理后的污水厌氧混合，微氧曝气，排泥，沉淀，排水和活性提升；其中，厌氧混合30分钟～60分钟；微氧曝气30分钟～60分钟，微氧曝气时的溶解氧为0.3mg/l～1.8mg/l；泥龄控制在1天～4天；沉淀30分钟～60分钟；排水比50％～70％；活性提升30分钟～60分钟，活性提升时的溶解氧为2.0mg/l～2.5mg/l。
8.本发明有益效果至少包括：
9.(1)本发明提供的基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法的碳转移分离率可达到60.5％，磷转移分离率可达到77.6％；并且不需要使用化学药剂，高效环保。
10.(2)本发明提供的基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法相对高负荷活性污泥(hras)工艺、厌氧膜生物反应器(anmbr)等碳转移分离方法，不仅能转移分离碳而且能同步转移分离磷，集碳磷转移分离于一体同步完成；相对化学强化一级强化(cept)、混凝-微筛工艺等以碳转移分离为主化学转移磷为辅的碳磷转移分离方法，本发明磷的转移分离是采用的生物方法，不是投加化学药剂的化学方法，不需要使用化学药剂。
11.(3)本发明提供的基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法相对以污水处理达
标为目的ao工艺、sbr工艺以及申请号202110800567.7的碳捕获反应器，一个周期运行时间短，一天内周期数多，为6～12周期，排水比高，为50％～70％，从占地等方面来说，更高效、低碳。
具体实施方式
12.所举实施例是为了更好地对本发明进行说明，但并不是本发明的内容仅局限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
13.本文中使用的术语仅用于描述特定实施例，并且无意于限制本公开。除非在上下文中具有明显不同的含义，否则单数形式的表达包括复数形式的表达。如本文所使用的，应当理解，诸如“包括”、“具有”、“包含”之类的术语旨在指示特征、数字、操作、组件、零件、元件、材料或组合的存在。在说明书中公开了本发明的术语，并且不旨在排除可能存在或可以添加一个或多个其他特征、数字、操作、组件、部件、元件、材料或其组合的可能性。如在此使用的，根据情况，“/”可以被解释为“和”或“或”。
14.本发明实施例提供一种基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法，其包括：将预处理后的污水厌氧混合，微氧曝气，排泥，沉淀，排水和活性提升；其中，厌氧混合30分钟～60分钟；微氧曝气30分钟～60分钟，微氧曝气时的溶解氧为0.3mg/l～1.8mg/l；泥龄控制在1天～4天；沉淀30分钟～60分钟；排水比50％～70％；活性提升30分钟～60分钟，活性提升时的溶解氧为2.0mg/l～2.5mg/l。
15.需要说明的是，本发明不是污水的污染物去除达标排放技术，而是将污水中的有机物、磷从水相分离转移到污泥中，是为从污水中转移分离碳磷资源实现污水资源化能源化的“预”处理技术。聚磷菌、聚糖菌在厌氧条件下，吸收污水中的有机碳源并合成内碳源phas储存于体内，聚磷菌同时进行磷的释放。进入微氧曝气过程，微生物继续通过生物吸附作用将污水中颗粒态、胶体态有机物附着在微生物表面，同时聚磷菌在好氧条件下以氧气为电子受体进行磷的吸收。通过排放富磷且表面吸附有大量有机物的污泥的方式，实现污水中碳磷资源转移分离，为后续碳磷的资源化能源化提取利用处理提供碳磷资源的携带载体。
16.需要说明的是，上述预处理包括格栅、沉砂池、初沉池预处理。另外，从污水中分离的碳磷转移到了污泥中，再从污泥中提取碳磷进行回收利用。比如，碳、磷转移分离率都较高时，污泥可采用厌氧消化处理，回收甲烷气体，用于热电联产，磷进入消化液，采用鸟粪石回收磷资源；也可提取蛋白质，或制造更高附加值的产品等。
17.另外，本发明可根据实际污水水质情况和污泥沉降性能以及碳磷转移分离率要求等，灵活调整运行周期数和每个周期中厌氧、微氧曝气、沉淀、活性提升不同过程的时间，以及排水比、溶解氧、泥龄，可灵活实现以碳转移分离为主，或以磷转移分离为主，或碳磷同步转移分离二者协同兼顾达到最优，无需使用化学药剂捕磷。
18.应当理解的是，进水，厌氧混合，微氧曝气，排泥，沉淀，排水和活性提升是在同一个单元内，按照时间顺序进行的，先进水厌氧混合，再微氧曝气，再排泥，再沉淀，再排水和再活性提升。
19.在一些具体实施例中，上述将预处理后的污水厌氧混合，微氧曝气，排泥，沉淀，排
水和活性提升为一周期，每日运行6～12周期。需要说明的是，完成一个运行周期，污水中的碳磷资源被分离转移到污泥中，污泥被用于碳磷资源能源化提取利用的处理。一个周期完成后，不闲置，接着开始下一周期，进水，厌氧混合，微氧曝气，排泥，沉淀，排水和活性提升，周而复始。
20.在一些具体实施例中，上述污水的cod为180mg/l～600mg/l，正磷酸盐浓度为2mg/l～8mg/l。
21.在一些具体实施例中，上述污水的cod为180mg/l～400mg/l，正磷酸盐浓度为2mg/l～4mg/l，厌氧混合30分钟～60分钟，微氧曝气30分钟～60分钟，微氧曝气时的溶解氧为0.4mg/l～0.8mg/l，排泥的泥龄为4天，沉淀30～60分钟，排水比60％，活性提升30～60分钟，活性提升时的溶解氧为2.0mg/l～2.5mg/l。
22.在一些具体实施例中，污水的cod为180mg/l～400mg/l，正磷酸盐浓度为2mg/l～4mg/l，进水厌氧混合60分钟，微氧曝气90分钟，微氧曝气时的溶解氧平均为0.5mg/l，排泥的泥龄为4天，沉淀排水45分钟，排水比60％，活性提升45分钟，活性提升时的溶解氧为2.0mg/l。
23.在一些具体实施例中，上述污水的cod为450mg/l～600mg/l，正磷酸盐浓度为6mg/l～8mg/l，厌氧混合30分钟～60分钟，微氧曝气30分钟～60分钟，微氧曝气时的溶解氧为1.5mg/l～1.8mg/l，排泥的泥龄为1.5天，沉淀30分钟～60分钟，排水比60％，活性提升30分钟～60分钟，活性提升时的溶解氧为2.0mg/l～2.5mg/l。
24.在一些具体实施例中，污水的cod为450mg/l～600mg/l，正磷酸盐浓度为6mg/l～8mg/l，进水厌氧混合45分钟，微氧曝气60分钟，微氧曝气时的溶解氧平均为1.8mg/l，排泥的泥龄为1.5天，沉淀45分钟，排水比60％，活性提升30分钟，活性提升时的溶解氧为2.5mg/l。
25.需要说明的是，如上所述，本发明可根据污水中有机物与磷含量及有机物性质等水质情况、污泥沉降性能以及要求的碳磷转移分离率等，灵活调整碳磷同步转移分离单元运行周期数和每个周期中厌氧、微氧曝气、沉淀和活性提升等不同过程的时间，以及溶解氧高低、排水比大小和泥龄长短等，以达到碳磷二者同步转移分离的效果最优。
26.比如，当进水cod500mg/l左右和磷酸盐6mg/l左右时，碳磷同步转移分离单元运行周期数为8，排水比为60％，泥龄为1天，每个周期中进水+厌氧、微氧曝气+排泥、沉淀+排水、活性提升不同过程的时间分别控制为45min、60min、45min和30min，微氧曝气的溶解氧控制在1.8mg/l左右，活性提升溶解氧控制在2.5mg/l左右。
27.当进水有机物和磷浓度降低，碳磷同步转移分离单元降低运行周期数或降低排水比，延长厌氧、微氧曝气反应时间，降低微氧曝气过程的溶解氧控制值，提高污泥龄。比如，cod200mg/l～400mg/l、磷酸盐3mg/l左右时，碳磷同步转移分离单元运行周期数为6，排水比为60％，泥龄为4天，每个周期中进水+厌氧、微氧曝气+排泥、沉淀+排水、活性提升不同过程的时间分别控制为60min、90min、45min和45min，微氧曝气的溶解氧控制在0.5mg/l左右，活性提升溶解氧控制在2.0mg/l左右。
28.需要说明的是，本发明可实现污水碳磷生物法同步转移分离，也可根据实际污水碳磷含量等水质情况和要求的碳磷转移分离率等，灵活调整运行周期数以及每个周期中不同过程的时间、排水比大小、溶解氧高低、泥龄长短等，灵活实现以碳转移分离为主，或以磷
转移分离为主。当以碳转移分离为主时，相对碳磷同步转移分离，提高转移分离单元运行周期数或提高其排水比，缩短厌氧反应时间，使厌氧反应过程起到一个选择器作用，以提高污泥沉降性能，适当提高沉淀时间和活性再生时间，降低微氧曝气过程的溶解氧控制值，缩短污泥龄；当以磷转移分离为主时，相对碳磷同步转移分离，适当降低沉淀时间和活性再生时间，提高微氧曝气过程的溶解氧控制值。
29.还需要说明的是，本发明的方法相对其他相关技术的现有专利具有显著的进步，比如相对申请号202110800567.7的碳捕获反应器和申请号202111464041.2的碳源捕获反应器，本发明的碳磷同步转移分离单元在沉淀排水过程后设置了活性提升过程，提高微生物活性，使微生物进入厌氧反应和微氧反应过程时能从进水中快速吸收易降解有机物合成内碳源的同时快速释放磷，同时也吸附颗粒性和胶体性有机物。微生物经历沉淀浓缩的缺氧环境，微生物的活性某种程度上受到一定的“抑制”。在沉淀排水过程后，增加一个活性提升过程，使受到抑制的微生物恢复活性，便于后续与污水接触时更好地吸收、吸附有机物；同时，先排泥再沉淀排水再活性提升，先排掉富磷且表面吸附有大量有机物的污泥，防止活性提升曝气时吸附的有机物被碳化，降低碳转移分离率，同时也防止沉淀过程中已吸附的磷再次释放，降低磷转移分离率。另外，排泥、沉淀、排水后再活性提升曝气，需曝气的混合液量少，能耗低相对要低。
30.除此之外，本发明可根据碳磷同步转移分离单元的污泥沉降性能以及要求的碳磷转移分离率，可只灵活调整排水比大小，以使碳磷转移分离效果较好。
31.还需要说明的是，上述的基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法是基于现有设施即可以进行完成的，比如微氧曝气可以直接通过将氧气接入反应池进行曝气调节曝气量即可，排泥使用一般的排泥泵即可完成，沉淀可以选择静置沉淀，排水可以使用排水泵，活性提升可以接入管道进行曝气活化。当然，本发明的方法也不排除可以使用新建设施、基于现有设施进行改造的设施完成。
32.在一些具体实施例中，上述的基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法可以包括以下步骤：(1)经格栅、沉砂池预处理的城镇污水通过碳磷同步转移分离单元进水控制装置经进水口进入碳磷同步转移分离单元中，进水的同时启动混合或搅拌装置；(2)进水完成后关闭进水控制装置，厌氧混合或搅拌反应30min～60min；(3)厌氧反应结束后，接着启动鼓风机和碳磷同步转移分离单元内的曝气装置，微氧曝气30min～60min，曝气的同时混合或搅拌，溶解氧控制保持在0.3mg/l～1.8mg/l；(4)微氧曝气结束后，排泥，将污泥混合液排至资源能源回收利用单元或污泥处理单元，进行后续的污泥处理与资源能源回收利用；(5)排泥结束后，关闭混合或搅拌装置和鼓风机及曝气装置，沉淀30min～60min；(6)沉淀完成后启动排水装置排水，排水比50％～70％，排水经出水口排至污水生物处理单元，进行后续的继续净化处理达标排放；(7)排水结束后启动鼓风机和曝气装置，进行活性提升30min～60min，溶解氧控制维持在2.0mg/l～2.5mg/l；(8)活性提升结束后，关闭鼓风机和曝气装置，不闲置，接着启动进水控制装置和混合或搅拌装置，进水，开始下一周期，继续厌氧混合、微氧曝气、排泥、沉淀、排水、活性提升，周而复始。碳磷同步转移分离单元泥龄控制在1～4d。整个系统的进水控制装置、混合或搅拌装置、曝气装置、鼓风机、排水装置、溶解氧在线监测探头均由scada系统控制，溶解氧大小通过scada系统与变频鼓风机联动实现调节控制。
33.还需要说明的是，另外，基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法可以是在一个反应器内按时间顺序依次进行进水，厌氧混合，微氧曝气，排泥，沉淀，排水和活性提升，完成一个周期。这个反应器可以是间歇反应器(所谓间歇是与连续对应的)，是指不是连续进水和连续曝气等等，这个反应器实际上就是一个装置/池子/单元(都是本领域常用的)，一定量的污水进到这个反应器后，就不再进水了，反应器内按照预先设定好的时间依次进行厌氧混合，微氧曝气，排泥，沉淀，排水和活性提升，这些过程完成后，也就完成了一个周期，接着进行下一个周期，进水，厌氧混合，微氧曝气，排泥，沉淀，排水和活性提升。这个反应器/装置/池子/单元，内外布设有完成反应必须的设备，如进水泵、排泥泵或曝气装置等。
34.为了更好地理解本发明，下面结合具体示例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的示例。
35.以下实施例中，碳、磷转移分离率的计算方法如下：
[0036][0037][0038]
实施例1
[0039]
城镇污水cod180 mg/l～400mg/l，正磷酸盐浓度2mg/l～4mg/l，污水经格栅、沉砂池预处理后，启动碳磷同步转移分离单元进水控制装置，经进水口进入碳磷同步转移分离单元，同时启动混合或搅拌装置；进水完成后关闭进水控制装置，进行厌氧反应，进水厌氧共60min；厌氧混合或搅拌结束后，启动鼓风机和碳磷同步转移分离单元内的曝气装置，调整曝气量，溶解氧控制保持在平均0.6mg/l左右，微氧曝气90min(含排泥时间)，然后排泥，排泥量按照泥龄4天排出，排出的污泥排至后续采用厌氧消化处理相关单元；排泥结束后，关闭混合或搅拌装置、鼓风机和曝气装置，泥水混合液进行沉淀，沉淀完成后启动排水装置，按排水比60％排水，沉淀排水共45min。排水排至后续的污水生物膜处理单元，进行继续净化处理达标排放；排水结束后，接着启动鼓风机和曝气装置，调整曝气量进行活性提升曝气，溶解氧控制维持在2.0mg/l～2.5mg/l，曝气45min；活性提升曝气结束后，关闭鼓风机和曝气装置，接着启动进水控制装置和混合或搅拌装置，进水，开始下一周期，继续厌氧混合或搅拌、微氧曝气、排泥、沉淀、排水、活性再生，周而复始，每天运行6个周期。
[0040]
碳转移分离率约为60.5％，磷转移分离率约为77.6％，具体计算如下：
[0041]
实施例中碳磷同步转移分离单元某日进水cod，tp日均浓度为312mg/l和6.3mg/l，运行6个周期总进水量为2232l，总排泥量为115.2l，出水cod，tp日均浓度为54mg/l和1.0mg/l，排出的污泥的cod、tp为3660mg/l和94.8mg/l；按照上述公式计算碳转移分离率和磷转移分离率如下：
[0042][0043]
[0044]
富含碳磷的污泥经浓缩、脱水后，进行高级厌氧消化处理；脱水后的污泥调节到含固率8％～10％，在0.14mpa、124℃下进行热水解60min，中温(35℃
±
0.5℃)厌氧消化22d，单位污泥的产气量20m3/m3以上，有机物的降解率在40％以上，去除单位有机物产气量0.85m3/kgvss以上，固体减量35％以上，消化液中的正磷酸盐达到100mg/l以上。
[0045]
实施例2
[0046]
城镇污水cod450 mg/l～600mg/l，正磷酸盐浓度6mg/l～8mg/l，污水经格栅、沉砂池预处理后，启动碳磷同步转移分离单元进水控制装置，经进水口进入碳磷同步转移分离单元，同时启动混合或搅拌装置；进水完成后关闭进水控制装置，进行厌氧反应，进水厌氧共45min；厌氧混合或搅拌结束后，启动鼓风机和碳磷同步转移分离单元内的曝气装置，调整曝气量，溶解氧控制保持在平均1.8mg/l左右，微氧曝气60min(含排泥时间)，然后排泥，排泥量按照泥龄1.5天排出，排出的污泥排至后续采用厌氧消化的污泥处理相关单元；排泥结束后，关闭鼓风机、曝气装置和混合或搅拌装置，泥水混合液进行沉淀，沉淀完成后启动排水装置，按排水比60％排水，沉淀排水共45min。排水排至污水生物膜处理单元，进行继续净化处理达标排放；排水结束后，启动鼓风机和曝气装置，调整曝气量进行活性提升曝气30min，do控制维持在2.5mg/l左右；曝气结束后，关闭鼓风机和曝气装置，接着启动进水控制装置和混合或搅拌装置，进水，开始下一周期，继续厌氧混合或搅拌、微氧曝气、排泥、沉淀、排水、活性提升，周而复始，每天运行8个周期。
[0047]
碳转移分离率约为47.1％，磷转移分离率约为73.1％，具体计算如下：
[0048]
实施例中碳磷同步转移分离单元某日进水cod和tp日均浓度分别为501mg/l和7.5mg/l，运行8个周期总进水量为3744l，总排泥量为307.2l，出水cod和tp日均浓度分别为70mg/l和1.5mg/l，排出的污泥的cod、tp为2880mg/l和66.8mg/l；按照上述公式计算碳转移分离率和磷转移分离率如下：
[0049][0050][0051]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围。

技术特征：
1.一种基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法，其特征在于，包括：将预处理后的污水厌氧混合，微氧曝气，排泥，沉淀，排水和活性提升；其中，厌氧混合30分钟～60分钟；微氧曝气30分钟～60分钟，微氧曝气时的溶解氧为0.3mg/l～1.8mg/l；泥龄控制在1天～4天；沉淀30分钟～60分钟；排水比50％～70％；活性提升30分钟～60分钟，活性提升时的溶解氧为2.0mg/l～2.5mg/l。2.根据权利要求1所述的基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法，其特征在于，将预处理后的污水厌氧混合，微氧曝气，排泥，沉淀，排水和活性提升为一周期，每日运行6～12周期。3.根据权利要求1或2所述的基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法，其特征在于，污水的cod为180mg/l～600mg/l，正磷酸盐浓度为2mg/l～8mg/l。4.根据权利要求3所述的基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法，其特征在于，污水的cod为180mg/l～400mg/l，正磷酸盐浓度为2mg/l～4mg/l，厌氧混合30分钟～60分钟，微氧曝气30分钟～60分钟，微氧曝气时的溶解氧为0.4mg/l～0.8mg/l，排泥的泥龄为4天，沉淀30分钟～60分钟，排水比60％，活性提升30分钟～60分钟，活性提升时的溶解氧为2.0mg/l～2.5mg/l。5.根据权利要求4所述的基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法，其特征在于，污水的cod为180mg/l～400mg/l，正磷酸盐浓度为2mg/l～4mg/l，进水厌氧混合60分钟，微氧曝气90分钟，微氧曝气时的溶解氧平均为0.5mg/l，排泥的泥龄为4天，沉淀排水45分钟，排水比60％，活性提升45分钟，活性提升时的溶解氧为2.0mg/l。6.根据权利要求3所述的基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法，其特征在于，污水的cod为450mg/l～600mg/l，正磷酸盐浓度为6mg/l～8mg/l，厌氧混合30分钟～60分钟，微氧曝气30分钟～60分钟，微氧曝气时的溶解氧为1.5mg/l～1.8mg/l，排泥的泥龄为1.5天，沉淀30分钟～60分钟，排水比60％，活性提升30分钟～60分钟，活性提升时的溶解氧为2.0mg/l～2.5mg/l。7.根据权利要求6所述的基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法，其特征在于，其特征在于，污水的cod为450mg/l～600mg/l，正磷酸盐浓度为6mg/l～8mg/l，进水厌氧混合45分钟，微氧曝气60分钟，微氧曝气时的溶解氧平均为1.8mg/l，排泥的泥龄为1.5天，沉淀45分钟，排水比60％，活性提升30分钟，活性提升时的溶解氧为2.5mg/l。

技术总结
本发明属于污水处理与资源化技术领域，具体涉及一种基于生物法同步转移分离污水中碳磷的方法。该方法包括：将预处理后的污水厌氧混合，微氧曝气，排泥，沉淀，排水和活性提升；其中，厌氧混合30分钟～60分钟；微氧曝气30分钟～60分钟，微氧曝气时的溶解氧为0.3mg/L～1.8mg/L；泥龄控制在1天～4天；沉淀30分钟～60分钟；排水比50％～70％；活性提升30分钟～60分钟，活性提升时的溶解氧为2.0mg/L～2.5mg/L。该方法的碳转移分离率可达到60.5％，磷转移分离率可达到77.6％；并且不需要使用化学药剂，高效环保。高效环保。


技术研发人员：郭兴芳 申世峰 熊会斌 张玲玲 李劢
受保护的技术使用者：中国市政工程华北设计研究总院有限公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/9/12