一种减少污水生物除磷脱氮过程中二氧化碳排放量的方法

摘要

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种减少污水生物除磷脱氮过程中二氧化碳排放量的方法。以污水处理厂污泥发酵产生的发酵液作为污水生物处理系统的补充碳源，将所述发酵液加入污水中，补充发酵液之后的污水进入生物处理工艺进行处理，去除污水中的有机物、氮和磷，出水达标排放。本发明在保持污水生物除磷脱氮效果的前提下，达到显著降低污水生物处理过程产生CO

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种通过以污水厂污泥发酵产生的液体(简称发酵液)代替乙酸或葡萄糖作为污水生物除磷脱氮工艺的补充碳源，从而减少污水生物除磷脱氮过程中二氧化碳(CO₂)排放量的方法。

背景技术

污水中含大量的有机物、氮和磷，直接排放将污染环境，因此需要处理达标后才能排放。生物处理是最常用的污水处理方法，该方法一般包括好氧过程，该过程中有机物被氧化为CO₂并排放到大气中。

在我国南方地区，由于污水中有机物浓度较低，为了控制水体富营养化，削减污水中的氮、磷，通常需要在补充一定量的碳源，如乙酸、葡萄糖，以达到脱氮除磷的目的(WaterResearch，2007，41(3)，683-689)。补充乙酸等碳源后，尽管污水处理系统出水中的氮和磷满足了国家的排放标准，但是却同时也增加了CO₂的排放量。近年来，本课题组的研究表明，发酵液作为补充碳源也可以提高污水的脱氮除磷效果，使出水水质达到国家排放标准。

CO₂等温室气体是引起气候变暖的关键因素之一。众所周知，由于经济发展蓬勃，能源消耗量因此剧增，中国现在已超过美国，成为世界上CO₂排放最多的国家。我国因此在国际上面临巨大的压力。

据估算，我国每年因污水生物处理而排放的CO₂为10,412,000吨(给水排水，2007，33(5)，11-12；http://www.lrn.cn/stratage/expertpoint/200711/t20071126_171371.htm)。尽管污水处理是CO₂的一个重要来源，然而当前还没有针对污水处理厂减少CO₂排放量的具体措施和工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少污水生物除磷脱氮过程中二氧化碳排放量的方法。

本发明提出的减少污水生物除磷脱氮过程中二氧化碳排放量的方法，具体步骤如下：以污水处理厂污泥发酵产生的发酵液作为污水生物处理系统的补充碳源，将所述发酵液加入污水中，补充发酵液之后的污水进入生物处理工艺进行处理，去除污水中的有机物、氮和磷，出水达标排放；污水中加入的发酵液COD浓度为50-500mg/L。

本发明中所述发酵液的来源见文献(Environmental Science & Technology，2006，40(6)，2025-2029)，该发酵液COD浓度为8000mg/L左右。

本发明针对补充碳源(通常为乙酸、葡萄糖)之后，污水生物处理工艺中CO₂排放量大幅上升的问题，本发明研究表明，把补充碳源替换为发酵液，可以显著减少CO₂的排放量。

本发明中，所述生物处理工艺，具体可为：SBR工艺，A/O工艺，A²/O工艺，倒置A²/O工艺，氧化沟工艺或Unitank工艺中任一种。

本发明较好的实施条件是：

本发明中，补充发酵液之后，污水中发酵液的浓度为：50-200mg/L(以COD计)。

污水生物除磷脱氮一般都包含好氧过程，该过程中有机物被氧化从而产生大量的二氧化碳(CO₂)。本方法是利用污水处理厂污泥发酵产生的液体(简称发酵液)代替乙酸或葡萄糖作为生物脱氮除磷处理工艺的补充碳源，在保持污水生物除磷脱氮效果的前提下，达到显著降低污水生物处理过程产生CO₂的目的。本方法不仅资源化利用废物，节约人类有限的有机资源，同时减少了污水生物处理过程中CO₂的排放量。在合理的工艺参数运行下，与利用乙酸或葡萄糖作为脱氮除磷工艺补充碳源相比，使用发酵液作为脱氮除磷工艺补充碳源可使CO₂排放量减少20％左右。

本发明的有益效果是：

(1)针对污水生物处理过程中补充碳源造成CO₂排放量增加的问题，提出了一种减少温室气体CO₂排放量的方法。

(2)本发明中使用的外加碳源来自污水厂产生的污泥，不仅资源化利用了废物，节约了对乙酸等化学药剂的消耗，同时减少了温室气体的排放。

(3)使用本发明中的方法，不需要大量增加基建和设备投资，即可达到减少CO₂排放量；这对污水厂节能减排、降低运行成本和削减温室气体排放量具有一定的指导意义。

具体实施方式

下面结合实例作进一步详细说明：应当理解下面所举的实施例只是为了解释说明本发明，并不包括本发明的所有内容。

实施例1：

实际城市污水进水水质为：COD为180mg/L，TN为29.6mg/L，NH₄⁺-N为28.3mg/L，TP为6.23mg/L。该污水中不补充外加碳源而直接进入SBR反应器进行处理。SBR一个周期8h，运行方式依次为：厌氧1.5h、好氧1h、缺氧1h、好氧30min、缺氧1h、好氧20min、沉淀1h、排水5min、闲置2h；污泥龄为15d，充水比为0.75。运行一周期后的出水水质：COD为21mg/L，TN为19.5mg/L，NH₄⁺-N为0mg/L，TP为2.12mg/L。出水水质不符合国家一级A排放标准。

使用同一工艺，但是污水进入处理设置之前，向上述城市污水中补充乙酸并使使污水COD为230mg/L。SBR的出水水质为：COD为21mg/L，TN为16.2mg/L，NH₄⁺-N为0mg/L，TP为1.43mg/L。出水水质仍然没有达到国家一级A排放标准。处理每立方米污水释放的CO₂为141.5g。

实施例2：

城市污水水质和处理工艺同实施例1。污水进入处理设置之前，向城市污水中补充发酵液并使使污水COD为230mg/L。SBR的出水水质为：COD为23mg/L，TN为14.6mg/L，NH₄⁺-N为0mg/L，TP为0.95mg/L。出水水质达到国家一级A排放标准。处理每立方米污水释放的CO₂为125.6g，比补充同COD量的乙酸减少排放CO₂约11％。

实施例3：

城市污水水质和处理工艺同实施例1。污水进入处理设置之前，向城市污水中补充乙酸并使使污水COD为280mg/L。SBR的出水水质为：COD为29mg/L，TN为13.8mg/L，NH₄⁺-N为0mg/L，TP为0.92mg/L。出水水质达到国家一级A排放标准。处理每立方米污水释放的CO₂为179.7g。

实施例4：

城市污水水质和处理工艺同实施例1。污水进入处理设置之前，向城市污水中补充发酵液并使污水COD为280mg/L。SBR的出水水质为：COD为31mg/L，TN为6.7mg/L，NH₄⁺-N为0mg/L，TP为0.38mg/L。出水水质达到国家一级A排放标准。处理每立方米污水释放的CO₂为148.2g，比补充同量的乙酸减少排放CO₂约18％。

实施例5：

城市污水水质和处理工艺同实施例1。污水进入处理设置之前，向城市污水中补充乙酸并使使污水COD为380mg/L。SBR的出水水质为：COD为29mg/L，TN为10.7mg/L，NH₄⁺-N为0mg/L，TP为0.89mg/L。出水水质达到国家一级A排放标准。处理每立方米污水释放的CO₂为264.4g。

实施例6：

城市污水水质和处理工艺同实施例1。污水进入处理设置之前，向城市污水中补充发酵液并使污水COD为380mg/L。SBR的出水水质为：COD为31mg/L，TN为6.7mg/L，NH₄⁺-N为0mg/L，TP为0.38mg/L。出水水质达到国家一级A排放标准。处理每立方米污水释放的CO₂为207.4g，比补充同量的乙酸减少排放CO₂约22％。

实施例7：

城市污水水质和处理工艺同实施例1。污水进入处理设置之前，向城市污水中补充乙酸并使使污水COD为680mg/L。SBR的出水水质为：COD为130mg/L，TN为12mg/L，NH₄⁺-N为10mg/L，TP为4.3mg/L。出水水质没有达到国家一级A排放标准。处理每立方米污水释放的CO₂为419.8g。

实施例8：

城市污水水质和处理工艺同实施例1。污水进入处理设置之前，向城市污水中补充发酵液并使污水COD为680mg/L。SBR的出水水质为：COD为142mg/L，TN为13mg/L，NH₄⁺-N为11.5mg/L，TP为4.5mg/L。出水水质没有达到国家一级A排放标准。处理每立方米污水释放的CO₂为312.3g，比补充同量的乙酸减少排放CO₂约26％。

实施例9：

城市污水水质同实施例1。采用A²/O工艺处理，厌氧区体积∶缺氧区体积∶好氧区体积为1∶1.5∶2.5，污水内回流比为150％，污泥回流比为100％，水力停留时间为12h，污泥龄为14d。A²/O的出水水质为：COD为26mg/L，TN为16.1mg/L，NH₄⁺-N为1.0mg/L，TP为3.2mg/L。出水水质不符合国家一级A排放标准。

使用同一工艺，但是污水进入处理设置之前，向城市污水中补充乙酸并使使污水COD为300mg/L。A²/O的出水水质为：COD为22mg/L，TN为11.1mg/L，NH₄⁺-N为1.6mg/L，TP为0.9mg/L。出水水质达到国家一级A排放标准。处理每立方米污水释放的CO₂为176.8g。

实施例10：

城市污水水质和处理工艺同实施例9。在污水进入处理设置之前，向城市污水中补充发酵液并使污水COD为300mg/L。A²/O工艺的出水水质为：COD为22mg/L，TN为7.9mg/L，NH₄⁺-N为1.2mg/L，TP为0.8mg/L。出水水质达到国家一级A排放标准。处理每立方米污水释放的CO₂为142.3g，比补充同量的乙酸减少排放CO₂约20％。

实施例11：

城市污水水质同实施例1。采用倒置A²/O工艺处理，缺氧区体积∶厌氧区体积∶好氧区体积为1∶1∶2.5，污泥回流比为120％，水力停留时间为13.6h，污泥龄为13d。倒置A²/O的出水水质为：COD为28mg/L，TN为14.3mg/L，NH₄⁺-N为1.0mg/L，TP为2.4mg/L。出水水质不符合国家一级A排放标准。

使用同一工艺，但是在污水进入处理设置之前，向城市污水中补充葡萄糖并使并使污水COD为330mg/L。倒置A²/O工艺的出水水质为：COD为22mg/L，TN为11.1mg/L，NH₄⁺-N为1.6mg/L，TP为0.9mg/L。出水水质达到国家一级A排放标准。处理每立方米污水释放的CO₂为220.0g。

实施例12：

城市污水水质和处理工艺同实施例11。在污水进入处理设置之前，向城市污水中补充发酵液并使污水COD为330mg/L。倒置A²/O工艺的出水水质为：COD为22mg/L，TN为8.9mg/L，NH₄⁺-N为1.2mg/L，TP为0.8mg/L。出水水质达到国家一级A排放标准。处理每立方米污水释放的CO₂为178.4g，比补充同量的葡萄糖减少排放CO₂约19％。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。