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新型多孔微生物載體好氧——厭氧耦合污泥減量化技術(shù)

1 成果簡介本項目在研發(fā)過程中得到了教育部留學(xué)人員歸國基金、教育部博士點基金、自然科學(xué)基金、國家科技支撐計劃的部分支持，經(jīng)過主持單位和協(xié)作單位的聯(lián)合攻關(guān)，經(jīng)過 8 年的時間研究完成的。通過實驗室小試，開發(fā)出可將污泥停留時間和水力停留時間分離的新型多孔微生物載體，研究了好氧-厭氧耦合污泥減量化的機理。采用設(shè)計的新型載體構(gòu)建了中試裝置，進行現(xiàn)場中試和實際應(yīng)用，取得了一系列突破性的進展和成果，并成功的將該項目應(yīng)用在生活污水、河道污水和工業(yè)廢水的治理中，在項目研究過程中共申請國家發(fā)明專利 6 項（其中5 項已授權(quán)），實用新型 1 項，發(fā)表論文 30 余篇，翻譯教材 2 部。該項目在實施過程中，主要取得如下幾個方面的技術(shù)突破：（ 1）研究了好氧-厭氧耦合體系在處理廢水的同時對污泥減量化的作用機理，開發(fā)出好氧-厭氧多次反復(fù)耦合原位污泥減量技術(shù)。（ 2）對多孔載體的結(jié)構(gòu)及對剩余污泥的截流效果進行了全面研究。設(shè)計了一種空隙率高、對污泥截流效果好的多孔載體。（ 3）開發(fā)出以天然高分子為助凝劑的鐵鹽混凝除磷技術(shù)。（ 4）實現(xiàn)了該技術(shù)的實際推廣應(yīng)用，分別應(yīng)用于處理城市生活污水、農(nóng)村的生活污水、工業(yè)廢水和河道污染治理中。在高碑店污水處理廠進行的運行兩年的 103/d 的中試實驗結(jié)果表明，運行效果穩(wěn)定，在水力停留時間為 12h 時，出水 COD 保持在 60mg/L 以下，出水 SS 在 30mg/L以下，兩年不需要排泥。在廣東肇慶處理 5m3/d 的高濃度發(fā)酵制藥廢水（ COD 2000~3000 mg/L），運行近一年的實驗結(jié)果表明，在水力停留時間為 27h 時，出水 COD 保持在 100 mg/L 以下，出水 SS 在 50mg/L 以下。在以上中試試驗研究的基礎(chǔ)上，我們將該技術(shù)推廣應(yīng)用于青島即墨市兩個社會主義新農(nóng)村的生活污水處理（日處理量 150~180 噸），上海浦東區(qū)金家村農(nóng)村生活污水處理（適于不同地理特點的 170 套反應(yīng)器，服務(wù)人口 2120 人），佛山市石角涌河道截污工程（日處理量 1000~3000噸）和河北威遠生物化工有限公司的農(nóng)藥廢水處理項目（日處理量 780 噸）。應(yīng)用結(jié)果表明該技術(shù)可以有效地去除廢水中的有機物及氮，同時實現(xiàn)原污泥減量化，而且對于用常規(guī)方法不能去除的有機物（如苯、苯酚等）也可以有效地去除。新型多孔微生物載體技術(shù)在污水處理過程中不需要對剩余污泥進行處理，運行管理簡單，運行成本低，具有廣闊的應(yīng)用前景。2 技術(shù)指標生活污水經(jīng)過處理后達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準 GB18918-2002》一級B 排放標準；處理生活污水的過程中剩余污泥減量 60~75%；處理河道污水的過程中剩余污泥減量 70~85%；多孔微生物載體的使用壽命在 10 年以上；工業(yè)污水由于種類較多，排放標準不一，需要根據(jù)具體的情況進行確定。3 應(yīng)用說明本技術(shù)主要是應(yīng)用于新建或者現(xiàn)有污水處理廠污泥減量、廢水處理方面。該技術(shù)利用多孔載體和定點曝氣技術(shù)，在反應(yīng)器中實現(xiàn)了沿載體軸向、反應(yīng)器水流和高度方向的多層次好氧-厭氧反復(fù)耦合環(huán)境，從而在同一個反應(yīng)器中實現(xiàn)好氧-厭氧微生物反應(yīng)的耦合。實驗室采用人工廢水的小試研究結(jié)果表明，該類耦合體系的 COD 去除率大于 90%，而與傳統(tǒng)廢水處理工藝相比，剩余污泥的產(chǎn)率可以減少 90%以上。對該類耦合體系實現(xiàn)污泥減量的機理研究表明，好氧區(qū)增殖的污泥進入下游的厭氧區(qū)后發(fā)生死亡溶解釋放出胞內(nèi)蛋白質(zhì)等組分，進一步被降解成小分子物質(zhì)，這些物質(zhì)流入下游好氧區(qū)被污泥再次利用，強化了污泥的隱性增殖；而微型動物的穩(wěn)定存在強化了捕食效應(yīng)。整個過程伴隨著 CO2、 N2 的釋放，使得進水中有機物以氣體形式脫離體系，從而實現(xiàn)了廢水的凈化處理和剩余污泥的原位減量。為了進一步將污泥停留時間和水力停留時間分離以實現(xiàn)污泥減量效果，本研究設(shè)計開發(fā)了新型的多孔微生物載體。采用設(shè)計的新型載體構(gòu)建了中試裝置，進行現(xiàn)場中試和實際應(yīng)用，取得了一系列突破性的進展和成果，驗證了新型載體的實際應(yīng)用效果，并進而成功地將該技術(shù)應(yīng)用在生活污水、河道污水和工業(yè)廢水的治理中，在處理生活污水的過程中可以使污泥減量 60~75%，處理河道污水的過程中可以使污泥減量 70~85%。4 效益分析城市污水處理廠污泥安全處置工作有其艱巨性和復(fù)雜性，特別對于污水處理規(guī)模較小，污泥厭氧發(fā)酵無法實施的地方，污泥減量化污水處理技術(shù)的應(yīng)用將成為必要的選擇。通過該技術(shù)的實施，可以大量的減少剩余污泥的產(chǎn)量，減少填埋用地，節(jié)約土地資源，避免了對環(huán)境的二次污染。同時，由于污水處理廠對污泥處理量的減少，運行費用隨之降低，而且運行管理簡單，對促進我國水處理事業(yè)的發(fā)展有積極的影響。該技術(shù)既可以用于生活污水的處理也可以用于工業(yè)廢水的處理，適用范圍比較廣，而且在處理污水的同時可以大量的減少剩余污泥的產(chǎn)量。不僅可以減少污水處理設(shè)備的投資，而且可以節(jié)省運行費用，適于中小規(guī)模的生活污水處理及有機工業(yè)污水處理。5 合作方式技術(shù)轉(zhuǎn)讓或合作開發(fā)。

清華大學(xué) 2021-04-13

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