申请日2016.08.31
公开(公告)日2016.11.16
IPC分类号C02F3/30
摘要
利用发酵污泥实现城市污水部分短程硝化和厌氧氨氧化的方法和装置，属于城市污水处理以及污泥生化处理领域。在反应器第一SBR中进行有机物和磷的去除以及部分短程硝化反硝化作用，期间通过DO和pH实时控制，并通过排泥实现磷的去除。反应器第一SBR出水进入反应器第二SBR进行厌氧氨氧化反应，从而达到深度脱氮除磷的目的。本发明通过将剩余污泥和生活污水混合处理，能够解决生活污水因氨氮浓度低而不能稳定实现短程硝化的问题，还可以节省碳源，提高脱氮除磷效率，同时实现污泥减量化处理。
摘要附图
权利要求书
1.利用发酵污泥实现城市污水部分短程硝化和厌氧氨氧化的装置，其特征在于：第一泵蠕动泵(1)连接剩余污泥发酵罐(2)，剩余污泥发酵罐(2)内安装第一搅拌器(3)、温度控制装置(4)和第一pH控制器(5);剩余污泥发酵罐(2)与发酵混合物储存罐(9)连接，发酵混合物储存罐(9)通过第二蠕动泵(11)与序批式反应器第一SBR(13)连接;生活污水水箱(8)通过第三蠕动泵即进水泵(10)与序批式反应器第一SBR(13)连接;序批式反应器第一SBR(13)中安装第二搅拌器(15)、第一溶解氧控制器(12)和第二pH控制器(14);序批式反应器第一SBR(13)中的曝气头与空压机(16)连接，序批式反应器第一SBR(13)与中间水箱(17)连接;中间水箱(17)通过第四蠕动泵(18)与序批式反应器第二SBR(20)连接;序批式反应器第二SBR(20)中安装第三搅拌器(22)、第二溶解氧控制器(19)和第三pH控制器(21);另外，设置与计算机(7)相连的过程控制器(6)，用以控制第一蠕动泵(1)、第二蠕动泵(11)、第三蠕动泵(10)、第四蠕动泵(18)、第一搅拌器(3)、第二搅拌器(15)、第三搅拌器(22)、温度控制器(4)、第一pH控制器(5)、第二pH控制器(14)、第三pH控制器(21)、第一溶解氧控制器(12)、第二溶解氧控制器(19)和空压机(16)。
2.利用权利要求1所述装置的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)剩余污泥发酵罐的启动：剩余污泥发酵罐(2)为半连续反应器，污泥停留时间SRT在6～20天，控制pH在9～10;根据SRT每天排放剩余污泥发酵混合物至发酵混合物储存罐(9)并加入等体积新鲜剩余污泥至剩余污泥发酵罐(2);
(2)序批式反应器第一SBR的启动：以短程硝化污泥作为接种污泥注入序批式反应器第一SBR(13)，同时以投加乙酸钠的城市生活污水为原水注入生活污水水箱(8)，使进水C/N比维持在5～6，通过第三蠕动泵即进水泵(10)打入序批式反应器第一SBR(13)，每天运行2～3个周期，排水比维持在50～80%，每个周期包括进水，厌氧搅拌，曝气，缺氧搅拌，沉淀，排水，闲置，在上述条件下运行反应器，当好氧末亚硝酸盐累积率大于95%，出水TP在1mg/L以下时，完成序批式反应器第一SBR(13)的启动调试;
(3)序批式反应器第二SBR的启动：以厌氧氨氧化颗粒污泥或者絮状污泥作为接种污泥注入序批式反应器第二SBR(20)，同时，以NH4+-N和NO2--N的质量浓度比例为1：1～1.3的配水为进水注入中间水箱(17)，通过蠕动泵打入序批式反应器第二SBR(20)，进水同时厌氧搅拌，当出水NH4+-N浓度<1mg/L，或NO2--N浓度<1mg/L时，完成序批式反应器第二SBR的启动调试;
(4)序批式反应器第一SBR和第二SBR分别完成启动后，将两者串联运行：序批式反应器第一SBR(13)每周期依次经历进水和污泥发酵混合物、厌氧搅拌、曝气、缺氧搅拌、沉淀排水5个过程;序批式反应器第二SBR(20)每周期依次经历进水、缺氧搅拌、沉淀排水3个过程;
序批式反应器第一SBR：
I进水和发酵混合物设定进水量为反应器有效体积的1/2～4/5，进发酵混合物量为进水体积的1/50～1/10，两者均通过时控开关控制，系统启动后，污水水箱(8)中的污水通过进水泵(10)进入序批式反应器第一SBR(13)，进水过程中，剩余污泥发酵罐(2)中的发酵混合物通过第二蠕动泵(11)进入第一SBR(13);发酵混合物中物质的指标如下：SCOD为3380±420mg/L，SCFAs为1221±40mg COD/L，NH4+-N为198±20mg/L，PO43--P为95±10mg/L;
II厌氧搅拌进水完毕后进入厌氧搅拌阶段，设定搅拌时间为3～3.5h;
III曝气开启空压机(16)，向序批式反应器第一SBR(13)提供氧气，将进水中的氨氮转化为氧化态氮;通过实时控制装置维持溶解氧DO在0.5～1.5mg/L，并监测pH，设定曝气时间在1～2h且氨谷点出现前;
IV缺氧搅拌设定搅拌时间1～1.5h;
VI沉淀排水设定沉淀时间1～2h，泥水分离之后排水，排入中间水箱(17)，排水比为50%～80%;
序批式反应器第二SBR:
I进水从中间水箱(17)进水，设定进水量为反应器有效体积的1/2～3/4，通过时控开关控制;
II缺氧搅拌设定搅拌时间2～3h;
IV沉淀排水设定沉淀时间1～2h,泥水分离之后排水，排水比为50%～75%。
说明书
利用发酵污泥实现城市污水部分短程硝化和厌氧氨氧化的方法和装置
技术领域
本发明涉及了利用发酵污泥实现城市污水部分短程硝化和厌氧氨氧化的方法和装置的优化控制，属于城市污水处理以及污泥生化处理领域。本工艺适用于低C/N、C/P城市生活污水的强化深度脱氮除磷。
背景技术
在生物脱氮过程中，反硝化菌作为异养菌需要有机物作为电子供体还原氧化态氮;在生物除磷过程中，聚磷菌在厌氧段吸收短链脂肪酸VFA合成PHA储存在细胞内，在好氧段分解PHA作为过量吸磷所需能量。所以有机碳源对于生物脱氮除磷来说非常重要。然而，我国大部分城市污水普遍存在碳源严重不足的问题，其自身碳源无法满足脱氮除磷的要求，使得出水难以达标。通过投加甲醇，乙酸钠等外碳源虽然可以达到良好的出水效果，但是成本太高，而且还会增加剩余污泥产量。污水里面将近1/3的有机物转化成污泥，剩余污泥的处理处置也是一大难题，所以为解决污水中碳源不足以及剩余污泥处理成本太高的问题，可以通过开发剩余污泥内碳源来强化污水处理厂生物脱氮除磷。剩余污泥厌氧发酵能产生大量短链脂肪酸可以作为生物脱氮除磷过程中的优质碳源，来提高污水脱氮除磷效果，同时实现污泥的减量化处理。开发剩余污泥内碳源可以将发酵液和污泥分离选择利用发酵液，也可以直接利用其污泥发酵混合物。考虑到运行成本等问题，只利用污泥发酵上清液成本太高，可以选择利用剩余污泥发酵混合物。
利用发酵污泥实现城市污水部分短程硝化和厌氧氨氧化的方法和装置，以剩余污泥和城市污水为研究对象，首先通过序批式反应器第一SBR的厌氧释磷、好氧吸磷和部分短程硝化、反硝化除磷作用进行有机物和氮磷的去除，序批式反应器第一SBR的出水再经过序批式反应器第二SBR的厌氧氨氧化处理实现深度脱氮，提高了系统的脱氮率。利用污水厂自身排放的污泥作为碳源，在提高脱氮除磷效率的同时节省了外加碳源的费用;利用污泥发酵混合物省略了污泥和发酵液分离的过程，节约成本，同时实现了污泥减量化处理。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种利用发酵污泥实现城市污水部分短程硝化和厌氧氨氧化的方法和装置，将剩余污泥混合物泵入处理低C/N、C/P生活污水的序批式反应器第一SBR中，聚磷菌利用污泥发酵混合物和生活污水中的丰富碳源进行大量释磷，并储存大量PHA，接下来曝气进行部分短程硝化以及聚磷菌吸磷的反应，去除部分氨氮将其转化为亚硝态氮以及硝态氮，再进入短时缺氧搅拌，进行反硝化吸磷，将硝态氮以及上一阶段残余的磷去除;再将第一SBR出水泵入接种厌氧氨氧化污泥的第二SBR进行厌氧氨氧化反应，去除氨氮和亚硝态氮，从而达到深度脱氮除磷的目的。
本发明通过以下技术方案来实现：
(1)剩余污泥发酵罐的启动：剩余污泥发酵罐(2)为半连续反应器，污泥停留时间SRT在6～20天，控制pH在9～10;根据SRT每天排放剩余污泥发酵混合物至发酵混合物储存罐(9)并加入等体积新鲜剩余污泥至剩余污泥发酵罐(2);
(2)序批式反应器第一SBR的启动：以短程硝化污泥作为接种污泥注入序批式反应器第一SBR(13)，同时以投加乙酸钠的城市生活污水为原水注入生活污水水箱(8)，使进水C/N比维持在5～6，通过第三蠕动泵即进水泵(10)打入序批式反应器第一SBR(13)，每天运行2～3个周期，排水比维持在50～80%，每个周期包括进水，厌氧搅拌，曝气，缺氧搅拌，沉淀，排水，闲置，在上述条件下运行反应器，当好氧末亚硝酸盐累积率大于95%，出水TP在1mg/L以下时，完成序批式反应器第一SBR(13)的启动调试;
(3)序批式反应器第二SBR的启动：以厌氧氨氧化颗粒污泥或者絮状污泥作为接种污泥注入序批式反应器第二SBR(20)，同时，以NH4+-N和NO2—N的质量浓度比例为1:1～1.3的配水为进水注入中间水箱(17)，通过蠕动泵打入序批式反应器第二SBR(20)，进水同时厌氧搅拌，当出水NH4+-N浓度<1mg/L，或NO2--N浓度<1mg/L时，完成序批式反应器第二SBR的启动调试;
(4)序批式反应器第一SBR和第二SBR分别完成启动后，将两者串联运行：序批式反应器第一SBR(13)每周期依次经历进水和污泥发酵混合物、厌氧搅拌、曝气、缺氧搅拌、沉淀排水5个过程;序批式反应器第二SBR(20)每周期依次经历进水(即第一SBR的出水)、缺氧搅拌、沉淀排水3个过程。
序批式反应器第一SBR：
I进水、发酵混合物设定进水量为反应器有效体积的1/2～4/5，进发酵混合物量为进水体积的1/50～1/10，两者均通过时控开关控制，系统启动后，污水水箱(8)中的污水通过进水泵(10)进入序批式反应器第一SBR(13)，进水过程中，剩余污泥发酵罐(2)中的发酵混合物通过第二蠕动泵(11)进入第一SBR(13);发酵混合物中物质的指标如下：SCOD为3380±420mg/L，SCFAs为1221±40mg COD/L，NH4+-N为198±20mg/L，PO43--P为95±10mg/L;
II厌氧搅拌进水完毕后进入厌氧搅拌阶段，设定搅拌时间为3～3.5h，聚磷菌利用发酵混合物和生活污水中的丰富碳源进行大量释磷，并储存大量PHA;;
III曝气开启空压机(16)，向序批式反应器第一SBR(13)提供氧气，将进水中的氨氮转化为氧化态氮;通过实时控制装置维持溶解氧DO在0.5～1.5mg/L，并监测pH，设定曝气时间在1～2h且氨谷点出现前(氨谷点是指pH值先下降后上升的拐点)，NH4+-N在低氧条件下发生短程硝化作用，同时将曝气时间控制在氨谷点出现前可实现NH4+-N的部分短程硝化，聚磷菌吸入部分PO43--P;
IV缺氧搅拌设定搅拌时间0.5～1h，短时缺氧可以保证将曝气时产生的NO3—N通过反硝化去除，同时将残余的PO43--P通过反硝化除磷作用去除;;
VI沉淀排水设定沉淀时间1～2h，泥水分离之后排水，排入中间水箱(17)，排水比为50%～80%。
序批式反应器第二SBR:
I进水从中间水箱(17)进水，设定进水量为反应器有效体积的1/2～3/4，通过时控开关控制;
II缺氧搅拌设定搅拌时间2～3h，将第一SBR出水中的NH4+-N和NO2--N通过厌氧氨氧化作用去除;
IV沉淀排水设定沉淀时间1～2h,泥水分离之后排水，排水比为50%～75%。
综上所述，本发明提供一种利用剩余污泥发酵混合物强化城市生活污水深度脱氮除磷的控制方法和装置，以剩余污泥和城市污水为研究对象，首先通过序批式反应器第一SBR的厌氧释磷、好氧吸磷和部分短程硝化、反硝化除磷作用进行有机物和氮磷的去除，序批式反应器第一SBR的出水再经过序批式反应器第二SBR的厌氧氨氧化处理实现深度脱氮，提高了系统的脱氮率。利用污水厂自身排放的污泥作为碳源，在提高脱氮除磷效率的同时节省了外加碳源的费用;利用污泥发酵混合物省略了污泥和发酵液分离的过程，节约成本，同时实现了污泥减量化处理。
