一种以含硫化合物为电子载体的硫循环协同作用反硝化强化生物除磷(SD‑EBPR)及污水处理的生物脱氮除磷制造技术

本发明专利技术公开了一种利用硫元素促进电子的流动的污水处理工艺。第一循环利用包含硫和/或含硫化合物的含硫组分将电子从有机碳转移给氧、硝酸盐和亚硝酸盐，并将含磷化合物转化为固态物质截留在污泥中。而含硫化合物则进一步用于含氮化合物的反硝化反应。另一循环利用氧将所存在的氨转化为硝酸盐和/或亚硝酸盐。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种以含硫化合物为电子载体的硫循环协同作用反硝化强化生物除磷(SD-EBPR)及污水处理的生物脱氮除磷
本专利技术涉及含有有机物、磷和氮的污水处理。特别的是，本专利技术涉及利用硫化合物作为电子载体的生物脱氮除磷的废水处理。
技术介绍
自活性污泥法的专利技术以及通过生物法进行营养物质去除的技术的引入以来，生物法去除磷(P)、氮(N)和碳(C)的工艺一直保持不变，即，都是基于电子流从碳通过异氧氧化代谢作用流向氧的原理(如图1所示)。生物法去除P、N和C的具体过程是：反应器1：在无氧或硝酸根的情况下，聚磷菌(PAOs)释放P，吸收有机碳并将其储存为聚羟基烷酸脂(PHAs)。反应器2：硝酸盐存在状况下，储存的有机碳通过异养反硝化过程氧化成CO2。而硝酸盐被还原成N2。电子在此过程中，由有机碳流向硝酸盐，同时，磷酸根被储于聚磷菌体内。反应器3：通过自养硝化过程，电子流从氨转移给氧，所形成的硝酸盐再循环回反应器2。如果脱氮过程并非必需，则该生物工艺可以简化为图2中所示。简化的生物反应过程如下：反应器1：在无氧的条件下，PAO释放P，吸收有机碳并将其储存为PHAs。反应器2：氧气存在时，通过异养碳氧化过程，将储存的有机碳氧化成CO2。电子流从有机碳流向氧，同时将P存储于PAOs细胞内。因为异养碳氧化和异养反硝化过程的活性污泥产量系数都很高，根据污泥龄的不同，大约40-50％的有机碳将被转换为CO2，而其余则转化成为剩余污泥。剩余污泥的处理，包括污泥消化、脱水和焚烧过程，不仅处理成本高昂，同时也非环境友好方法，对周边地区的环境与生态都有很大的影响。生物除磷(P)工艺为20世纪70年代专利技术，此项工艺依赖于使电子流从有机碳流向氧气的过程，同时将磷的释放与吸收循环整合于该电子流转移过程中。该工艺具有较高的污泥产量，而剩余污泥处置是必需的。硫酸盐还原、自养硝化反硝化一体化工艺-SANI工艺香港使用海水用于冲洗厕所，这利用了香港污水中独有的硫酸根离子，香港科技大学专利技术了一项新型的硫酸盐还原、自养硝化和反硝化一体化工艺(SANI工艺)如图3所示(Lau等人，2006；Lu等人，2009；Wang等人，2009)。在SANI工艺中，在第一反应器中，来自海水的硫酸盐被硫酸盐还原细菌利用，从而将硫酸盐还原为溶解性硫化物，同时将有机碳转化为CO2。另在第三个反应器中，氨中的氮被氧通过自养硝化细菌氧化成硝酸盐。硝酸盐生成后被回流到第二反应器中，在自养反硝化菌的作用下与硫离子反应，将硝酸盐转化为氮气而硫化物转化成硫酸盐离子。此项SANI工艺的示例如于2011年12月2日提交的PCT/CN2011/002019所述(申请号US2013/0256223，公布号WO2012/071793A1)。每公升海水中含有约2.7g的硫酸盐。当使用海水冲厕系统时，海水中的硫酸盐可以用来氧化有机碳形式的污染物，并生成硫化物；然后形成的硫化物在自养反硝化的作用下可以将硝酸盐还原至氮气，以上的生物过程有助于污泥减量化。SANI工艺还可以利用硫酸盐还原细菌氧化和净化混合了海水的污泥。然而需要指明的是，硫酸盐本身不能直接减少污泥量，而是作为一种氧化还原剂以去除有机碳和硝酸盐，进而实现了污泥的减量化。在SANI工艺中，三个主要的生物化学过程都产生少量的污泥，其反应式如下所示：(1)异养硫酸盐还原反应:(2)硫氧化自养反硝化反应:(3)自养硝化反应:微氧硫循环协同作用生物强化除磷(LOS-EBPR)工艺基于SANI工艺可实现污泥减量化的重大环境与经济效益，对SANI工艺的研发已经扩展到了可实现磷污染物去除的方向。具有生物除磷功能的SANI工艺也通过在硫循环过程中进行实现磷吸收和释放的生物过程而得以发展。尽管在氧气与硝酸作用下实现磷吸收和磷释放现象已经历过充分的研究和理解，而推测出来的有硫循环介入的磷吸收和释放现象尚未被广泛研究与测试。这个现象描述了硫酸盐还原细菌(SRB)与聚磷细菌(PAOs)。
技术实现思路
污水处理通过利用硫元素(包括至少一种硫或硫化合物)的第一个物质循环，进行从有机碳开始到氧、硝酸盐、亚硝酸盐的电子传递过程。硫元素还可使含磷化合物转化为固态物质从而截留在污泥中。然后硫被利用在氮化合物的反硝化过程中。利用氧将任何氨氧化成硝酸盐和/或亚硝酸盐。附图说明图1是传统生物法去除磷、氮、碳污染物过程的示意图。图2是传统生物法去除磷、碳污染物过程的示意图。图3是基于SANI技术通过生物法去除氮、碳污染物过程的示例的示意图。图4是用于生物法去除营养物质的硫循环协同反硝化强化生物除磷(SD-EBPR)工艺的示例的示意图。图5是SD-EBPR工艺的概念性设计的示意性方框图。图6是可实现SD-EBPR工艺连续运行的平行多单元序批式反应器(SBR)的示意性方框图。图7是示出硫化合物的氧化中的主要生物反应的简图。图8是示出具有硫循环的SD-EBPR工艺实验装置的简图。图9是示出利用合成废水进行SD-EBPR工艺研究的实验室系统简图。具体实施方式概述通过对碳氧化循环引入硫循环，开发一项基于硫循环协同作用的反硝化强化生物除磷(SDEBPR)工艺，该工艺可以实现生物脱氮除磷(BNR)同时使污泥产生量最小化。图4是用于去除C、N和P的SD-EBPR技术的示例。多种形式的硫元素化合物，包括硫酸盐(SO42-)、亚硫酸盐(SO32-)、硫代硫酸盐(S2O32-)、硫化物(S2-)和硫单质(S0)(以上描述的为硫元素在水体中的主要存在形式)，都可以起到电子载体的作用，将电子从有机碳传递给氧，而其主要的生物过程包括：磷释放和吸收，厌氧碳吸收(PHAs的存储)，异养硫还原(聚合硫化物/硫单质的存储)，异养/自养反硝化，自养硝化；以上的描述过程是由一种新型的聚磷细菌(PAOs)完成的，这种聚磷菌是不同于常规的生物法中的传统聚磷细菌，这是一种基于硫循环的新型细菌。在运行操作方面，好氧序批式反应器(SBR)的投加和反应可以简化为一个过程。而为了使其运行过程更加有效，可以将多个相似或相同的生物除磷反应器与硝化反应器平行设置，从而保证连续运行。通过SD-EBPR工艺可以实现生物法去除污水中的营养物，同时达到污泥量最小化的目的。硫元素可以是来自任何方便的来源。在非限制性的例子中，含盐海水即可提供硫元素。而这含盐水作为污水中的一部分，可以是海水冲洗系统所得，或直接对污水处理单元添加海水。而且盐度并不是必不可少的成分，关键是提供硫酸盐和/或亚硫酸盐。硫元素也从工业废物中得来，如烟气脱硫装置的工业废水。SD-EBPR工艺如图5所示。在SD-EBPR的实验装置中，生物除磷反应器使用SBR工艺处理法(反应器1)与基于活性污泥附着生长的硝化反应器(反应器2)的联合(如图5所示)。所涉及的生物过程如下所示︰反应器1—初级进水︰污水添加到反应器1--硫循环SBR中；在必要时，可以在这段时间内添加替代型硫源。反应器1—厌氧反应︰在微生物的作用下，进行聚磷酸盐的分解和有机碳吸收。同时磷酸盐释放到溶液中，聚羟基脂肪酸酯合成。通过异养硫还原过程，含硫化合物被还原为聚合硫化物/硫单质(poly-S2-/S0)，而且有机碳被氧化为二氧化碳。电子由有机碳流向储存物中(例如，PHAs和poly-S2-/S0)。仅有极少量的硫化物和硫代硫酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种污水处理方法，其包括：第一个循环，包括利用含硫组分将电子从有机碳转移给氧、硝酸盐或亚硝酸盐，同时将含磷化合物转化成固体物质截留在污泥中，并进行氮化合物的反硝化反应，其中所述含硫组分包含硫和含硫化合物中的至少一种；另一个循环，其利用氧将所存在的任何氨氧化为硝酸盐和/或亚硝酸盐。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.13 US 61/962,6341.一种污水处理方法，其包括：第一个循环，包括利用含硫组分将电子从有机碳转移给氧、硝酸盐或亚硝酸盐，同时将含磷化合物转化成固体物质截留在污泥中，并进行氮化合物的反硝化反应，其中所述含硫组分包含硫和含硫化合物中的至少一种；另一个循环，其利用氧将所存在的任何氨氧化为硝酸盐和/或亚硝酸盐。2.根据权利要求1中所述的方法，还包括提供足够的硫组分以提供以重量计至少2gCOD/1gSO4-S或1.5gCOD/gSO3-S、或者其组合的化学需氧量(COD)。3.根据权利要求1中所述的方法，还包括提供硫源的方法：利用海水作为污水的一部分；或向污水中投加额外的海水；或利用工业废水如烟气脱硫废液。4.根据权利要求1中所述的方法，本方法还包括：利用向碳氧化循环中加入硫循环，提供一种硫循环协同反硝化强化生物脱氮除磷工艺，此工艺用来利用硝酸盐/亚硝酸盐来去除氮(N)、磷(P)和碳(C)；同时，所述含硫化合物提供电子载体的功能，通过磷的释放和吸收作用、厌氧碳吸收作用、异养硫还原反应、聚合硫化物的存储、以及自养反硝化和自养硝化的过程，将电子从有机碳传递给氧。5.根据权利要求4中所述的方法，还包括：在所述硫循环中，所利用的作为电子载体的、存在于废水中的硫有选自硫酸盐(SO4)、亚硫酸盐(SO3)、硫代硫酸盐(S2O3)、硫化物(S2-)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光浩，吴镝，徐浩光，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：中国香港,81