[发明专利]改良型循环式活性污泥法原位剩余污泥减量控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种循环式活性污泥法剩余污泥减量的控制方法，属于序批式污泥法及其变型工艺污水生物处理技术领域，适用于城市污水生物脱氮除磷处理。

背景技术

活性污泥法是当今应用最广泛的污水生物处理方法，但会产生大量的副产品——剩余污泥。目前我国城市污水处理厂每年排放的污泥量约为130万吨(干重)，且年增长率＞10％，用于污泥处理处置的投资约占污水厂总投资的20～50％。大量未有效处理的污泥已成为污水处理厂的沉重负担和环境的极大威胁，污泥问题已成为污水处理领域中的突出问题。另一方面，随着地表水体“富营养化”现象的日益突出，促使人们对常规活性污泥工艺进行改造，以提高氮、磷的去除率。因此，研究开发高效、低能耗并可有效降低剩余污泥产量的生物脱氮除磷工艺和装置已成为当前水处理界重要的研究课题。

传统生物脱氮过程主要包括两个阶段：首先通过硝化阶段将氨氮转化为硝酸盐氮，然后再通过反硝化阶段将硝酸盐氮转化为氮气从水中逸出。在硝化阶段，首先由氨氧化菌(Ammonia oxidation bacteria，AOB)将氨氮氧化为亚硝酸盐(NO₂^-)，然后由亚硝酸盐氧化菌(Nitrite oxidation bacteria，NOB)将亚硝酸盐氧化为硝酸盐(NO₃^-)；在反硝化阶段，由反硝化菌将硝酸盐还原为亚硝酸盐，接着再还原为氮气，氮气从水中逸出从而实现脱氮效果。即，传统生物脱氮途径为：NH₄⁺→NO₂^-→NO₃^-→NO₂^-→N₂，主要涉及AOB、NOB和反硝化菌三类微生物。可以看出，如果将氨氮氧化控制在亚硝化阶段，然后进行反硝化，就会省去由亚硝酸盐氧化成硝酸盐，再还原成亚硝酸盐两个环节，同时，就可省去NOB和部分反硝化菌，从而缩短反应时间，节约供氧能耗，并降低活性污泥微生物(即活性污泥)的产量，相应减少反应器体积。这种NH₄⁺→NO₂^-→N₂的生物脱氮途径，被称为亚硝酸型硝化反硝化或者短程硝化反硝化生物脱氮。传统生物除磷是通过聚磷菌(Phosphate accumulating organisms，PAOs)在厌氧条件下释放磷、在好氧条件下过量吸收磷来实现的。而近年来发现的反硝化聚磷菌(Denitrifying phosphate accumulating organisms，DPAOs)，可以在厌氧条件释放磷、缺氧条件下同时进行反硝化和过量吸磷过程，实现“一碳两用”，具有污泥产量低、节约曝气量的优势。因此，短程脱氮和反硝化除磷的实现对于实际工程应用具有重要意义。另一方面，国外有研究人员发现，交替进行的厌氧、缺氧、好氧条件可以引发能量泄露，从而实现污泥减量，但尚停留在实验室阶段。

目前，反硝化除磷和亚硝酸型生物脱氮已成为污水脱氮除磷领域的研究热点，但是，在实际工程中实现亚硝酸型反硝化除磷(即同步脱氮除磷)的成功应用并不多，而将短程脱氮、反硝化除磷与原位剩余污泥减量(剩余污泥产生过程中减少剩余污泥产量)结合起来的应用就更加少见。其主要原因是影响因素多、难以控制，例如形成稳定的NO₂^-积累较难实现，NOB会逐渐恢复从而将已经实现的短程生物脱氮又恢复为全程硝化反硝化脱氮。

循环式活性污泥法(CAST)是序批式活性污泥法(SBR)法的一种变型工艺，宣称可以在系统内实现同步硝化反硝化和生物除磷，然而在实践中该工艺的脱氮除磷效果并不理想，难以实现出水稳定达标。

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