新型低产泥城市污水处理工艺研究

城市污水处理厂的污泥处理与处置是制约我国污水处理事业发展的主要问题之一。解决此问题，最佳方式是污水处理过程中的污泥减量化。现有的污泥减量化方法在成本、效果上存在不足，而新型的污水处理SANI工艺虽可实现显著的的污泥减量却要求污水中存在高浓度的硫酸盐，因此不具备普适性。为此，本课题提出新的污水处理工艺- - 单质硫内循环污水处理工艺。该工艺将以硫为氧化-还原反应的介质，利用零价硫和负二价硫之间可逆的氧化还原过程降解、去除有机碳和硝氮；利用单质硫的颗粒态特性，将其截留在系统内循环利用，摆脱对外部硫源的依赖；利用单质硫还原、硫化物氧化过程极低的污泥产率，实现污泥减量化。本课题将从微生物特性研究、批量实验、小试实验、反应动力学研究、数学模型模拟与优化、反应器设计与配置等多个方面进行科学探索，力图实现高效、稳定、低成本、普适性的低产泥污水处理工艺- - 单质硫内循环工艺。

本项目旨在研究开发污泥产率较低的城市污水处理新工艺。其中，主要研究对象是以含硫物质为介质，利用硫还原菌、硫氧化菌的低细胞产率特性，通过硫还原-氧化过程降解污水中的有机物并脱氮。经过4年的研究，研究目标已经实现，开发的污水处理工艺包括“烟气脱硫-城市污水联合处理工艺”（FGD-SANI）以及“单质硫内循环污水处理工艺”（ISC）。FGD-SANI工艺结合了湿法烟气脱硫和城市污水硫循环处理，利用烟气吸收液中的SO32-作为电子受体氧化去除污水中的有机物，产生的HS-还可以进一步作为电子供体进行自养反硝化实现污水脱氮。该工艺的温度适应范围广，在冬季水温降至10oC时，仍能维持90%以上的有机物去除率。而在去除有机物的硫还原反应器中，污泥表观产率仅为0.03 kgVSS/kgCOD。ISC工艺的特点，则是利用了单质硫易于与水体分离的特点，通过单质硫还原过程氧化有机物，然后再通过选择性硫氧化回收单质硫，从而实现硫在系统中的内部循环，免于对外部硫源的依赖。该工艺研究中发现，单质硫还原存在聚合硫化物这一中间介质，使反应速率显著提高，可加速有机物矿化过程。小试实验中，单质硫还原厌氧反应器可以在1.65h的水力停留时间内去除进水有机物的80%，而污泥的表观产率仅为0.05kgVSS/kgCOD。硫氧化反应器可将85%的硫化物转化为了单质硫进行回收，还去除了残余有机物使系统的有机物去除率达到94%。为了与现有污泥减量工艺进行对比，也研究了好氧-沉淀-厌氧工艺（OSA）的污泥减量能力。结果表明，经过改造的OSA工艺最低污泥产率为0.24 kgSS/kgCOD，与FGD-SANI和ISC相比仍差距明显。因此，本课题研发的两种硫循环污水处理工艺，能在有效脱除碳、氮的同时实现较低的污泥产率，已经达到了预期研究目标。.课题实施期间，已在Water Research(1区，IF 5.3)、Scientific Report(2区 IF 5.8)等国内外学术期刊上发表论文7篇，并仍有2篇论文在审；申请了3项国家发明专利，并已有1项获授权；共培养研究生5人，课题参与人陈光浩教授入选中组部“千人计划”，课题负责人江峰博士入选广东省高校优秀青年教师培养计划；参加国内外学术会议3次，出国访问学习 1人次。