申请日2016.06.17
公开(公告)日2016.11.23
IPC分类号C02F3/30; C02F11/04; C02F101/16; C02F101/30
摘要
一种利用污泥发酵液提供电子供体进行低C/N污水深度脱氮的装置及方法，属于污水生化处理领域。装置包括：原水水箱、分段排水式SBR反应器、污水处理试验自动控制系统、中间水箱、厌氧氨氧化SBBR反应器及出水水箱。所述方法是低C/N污水先进入分段排水式SBR反应器，以pH作为模糊控制参数进行短程硝化，沉淀后，分段排水式SBR反应器第一次排水至中间水箱，然后添加污泥发酵液进行反硝化，污泥发酵液随第二次出水进入中间水箱;两次出水在中间水箱混合均匀后进入厌氧氨氧化SBBR反应器从而实现污水中氮的深度去除，厌氧氨氧化SBBR反应器出水中的磷酸盐用化学沉淀回收。该方法解决了低C/N污水碳源不足的问题，并实现了污泥发酵液电子供体、磷酸盐的资源化利用。
权利要求书
1.一种利用污泥发酵液提供电子供体进行低C/N污水深度脱氮的装置，其特征在于设有水流、污泥两个系统;
水流系统设有城市低C/N污水原水水箱(1)、分段排水式SBR反应器(2)、污水处理试验自动控制系统(3)、中间水箱(4)、厌氧氨氧化SBBR反应器(5)以及出水水箱(6);其中，原水水箱通过一号进水泵(2.1)与分段排水式SBR反应器(2)进水口相连接;分段排水式SBR反应器(2)通过一段出水阀(2.13)、二段出水阀(2.14)与中间水箱(4)连接;中间水箱通过二号进水泵(5.1)与厌氧氨氧化SBBR反应器(5)进水口相连接;厌氧氨氧化SBBR反应器(5)通过出水阀(5.8)与出水水箱(6)相连接;
所述原水水箱(1)、中间水箱(4)、出水水箱(6)均为开口箱体，设有一号溢流管(1.1)、二号溢流管(4.1)、三号溢流管(6.1)、和一号放空管(1.2)、二号放空管(4.2)、三号放空管(6.2);
所述分段排水式SBR反应器(2)设置有一号搅拌器(2.2)、一号搅拌桨(2.3);空压机(2.4)、空气阀(2.5)、空气流量计(2.6)和曝气装置(2.7)共同组成短程硝化SBR反应器(2)的曝气系统;反应器中插有一号pH电极(2.8)和溶解氧探头(2.9)，并与一号水质在线监测多参数测定仪(2.10)连接;分段排水式SBR反应器(2)器壁上设有一号溢流常开阀(2.11)、加药阀(2.12)、一段出水阀(2.13)、二段出水阀(2.14)、一号取样阀(2.15)，反应器底部设有排泥阀兼一号排空阀(2.16);当污水液面超过一号溢流常开阀(2.11)时，自动回流到污水原水水箱(1);
所述厌氧氨氧化SBBR反应器(5)设置有二号搅拌器(5.2)和二号搅拌桨(5.3);加热装置(5.4)为反应器提供热量;厌氧氨氧化SBBR反应器(5)中插有二号pH电极(5.6)，并与二号水质在线监测多参数测定仪(5.5)连接;厌氧氨氧化SBBR反应器(5)器壁上设有二号溢流常开阀(5.7)、出水阀(5.8)和二号取样阀(5.9)，底部设有二号排空阀(5.10);反应器内侧装有生物活性填料(5.11);当污水液面超过二号溢流常开阀(5.7)时，自动流入出水水箱(6);
所述污水处理试验自动控制系统(3)由三大块组成：第一：继电器系统，包括一号进水泵继电器(3.1)、空气阀继电器(3.2)、一号搅拌器继电器(3.3)、一段出水阀继电器(3.4)、二段出水阀继电器(3.5)、二号进水泵继电器(3.6)、二号搅拌器继电器(3.7)、出水阀继电器(3.8);第二：温度控制系统，包括温度信号接口(3.9)、温度超热报警显示灯(3.10)、温度显示屏(3.11);第三：编程控制系统，包括反应器运行状态显示屏(3.12)、编程系统(3.13);一号进水泵继电器(3.1)与一号进水泵(2.1)相连接，空气阀继电器(3.2)与空气阀(2.5)相连接，一号搅拌器继电器(3.3)与一号搅拌器(2.2)相连接，一段出水阀继电器(3.4)与一段出水阀(2.13)相连接，二段出水阀继电器(3.5)与二段出水阀(2.14)相连接，二号进水泵继电器(3.6)与二号进水泵(5.1)相连接，二号搅拌器继电器(3.7)与二号搅拌器(5.2)相连接，出水阀继电器(3.8)与出水阀(5.8)相连接，温度信号接口(3.9)通过传感器导线与加热装置(5.4)相连接;
污泥系统设有：剩余污泥储存沉降池(7)、污泥发酵反应器(8);所述剩余污泥储存沉降池(7)设有四号溢流管(7.1)、四号放空管(7.2);
所述污泥发酵反应器(8)设有一号污泥泵(8.1)，污泥发酵反应器(8)中插有三号pH电极(8.2)，并与三号水质在线监测多参数测定仪(8.3)连接;气体回收装置(8.4)用于收集气体;磁力搅拌转子(8.5)、磁力搅拌器(8.6)用于搅拌发酵污泥并维持反应器温度;转速调节按钮(8.7)、温度调节按钮(8.8)用于调节转速和温度;污泥发酵反应器(8)处于密封状态，顶部设有进泥口(8.9)和排泥口(8.10);
剩余污泥储存沉降池(7)通过一号污泥泵(8.1)与污泥发酵反应器(8)的进泥口(8.9)相连接;污泥发酵反应器(8)通过二号污泥泵(2.17)与分段排水式SBR反应器(2)相连;分段排水式SBR反应器(2)剩余污泥通过排泥阀兼一号排空阀(2.16)与剩余污泥储存沉降池(7)相连。
2.应用权利要求1所述装置进行深度脱氮的方法，其特征包括以下步骤：
1)系统启动：取短程硝化反硝化污泥投加到分段排水式SBR反应器(2)内，使反应器内污泥浓度达到2000～4000mg/L;在厌氧氨氧化SBBR反应器(5)内沿内壁填充一层填料，填充比为30%～60%，接种污水处理厂厌氧氨氧化污泥进行反应;污泥发酵反应器(8)内接种体积比为50%的发酵污泥和50%的剩余污泥，使污泥发酵反应器(8)内的污泥浓度为15000～20000mg/L;
2)运行时操作条件如下：
水流系统的操作条件如下：
将污水加入原水水箱(1)，启动一号进水泵(2.1)，将污水抽入分段排水式SBR反应器;
分段排水式SBR反应器的运行时序依次为：进水，曝气充氧及搅拌，沉淀，第一次排水至中间水箱、添加污泥发酵液、搅拌、沉淀、第二次排水至中间水箱、排泥、闲置;污水进入之后，首先进行曝气，同时并不断搅拌进行短程硝化反应，积累亚硝态氮;通过空气流量计(2.6)调节DO=3.5～5mg/L，曝气时间为4～6h，在曝气搅拌过程中，，以pH值作为模糊控制参数，pH曲线不再下降时停止曝气，短程硝化反应结束;沉淀0.5～1.5h，通过一段出水阀(2.13)排出体积比为40%～60%的污水;通过加药阀(2.12)向分段排水式SBR反应器投加NH4+-N=650±50mg/L，COD=700±50mg/L的污泥发酵液，分段排水式SBR反应器进水与污泥发酵液体积比为50:1～70:1;搅拌进行反硝化，当pH值不再上升时停止搅拌，0.5～2h可完成反硝化;沉淀2～3h;第二次排水至中间水箱，通过二段出水阀(2.14)排出体积比为20%～25%的污水;排泥，使反应器的污泥龄控制在15d～25d;闲置0.5～1h;当分段排水式SBR反应器一段出水中NO2--N与二段出水中NH4+-N质量浓度值为1：1～1.5:1时，完成分段排水式SBR反应器的启动;启动成功后，分段排水式SBR反应器按照进水，曝气充氧及搅拌，沉淀，第一次排水至中间水箱、添加污泥发酵液、搅拌、沉淀、第二次排水至中间水箱、排泥、闲置的时序循环运行，参数范围为：曝气时DO=3.5～5mg/L，曝气时间为4～6h;沉淀0.5～1.5h;第一次排水的体积比为40%～60%;投加NH4+-N=650±50mg/L，COD=700±50mg/L的污泥发酵液，分段排水式SBR反应器进水与污泥发酵液体积比为50:1～70:1;反硝化0.5～2h;沉淀2～3h;第二次排水的体积比为20%～25%;污泥龄为15d～25d;闲置0.5～1h;
两段排水在中间水箱(4)内混合均匀后，启动二号进水泵(5.1)，将污水抽入厌氧氨氧化SBBR反应器(5)内;
厌氧氨氧化SBBR反应器(5)内有恒温装置，通过污水处理试验自动控制系统(3)控制反应器内温度为30～35℃，反应器每周期加入NaHCO3缓冲溶液维持pH值为7.5～8.2;反应器运行序列为：进水、机械搅拌、沉淀、排水、闲置;中间水箱内的污水通过二号进水泵(5.1)进入反应器，厌氧搅拌6～8h，沉淀2～4h后进行排水，排水比体积为40%～60%;闲置1～2.5h;当厌氧氨氧化SBR反应器出水TN<15mg/L，COD<50mg/L时，完成厌氧氨氧化SBBR反应器(5)的启动;然后厌氧氨氧化SBBR反应器按照进水、机械搅拌、沉淀、排水循环运行并且参数范围为：温度为30～35℃，pH值为7.5～8.2，厌氧搅拌6～8h，沉淀2～4h，排水比体积为40%～60%，闲置1～2.5h;厌氧氨氧化SBBR反应器(5)出水排入出水水箱。
说明书
一种利用污泥发酵液提供电子供体进行低C/N污水深度脱氮的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种利用污泥发酵液提供电子供体进行低C/N污水深度脱氮的装置及方法，属于污水生化处理及污泥减量技术领域。
背景技术：
目前，我国城市污水处理厂普遍存在两个难题：第一、城市污水的C/N较低，在进行生物脱氮时，污水中原有的碳源不能满足脱氮要求，这迫使污水处理厂不得不购买外加的碳源，如甲醇等，这直接增加了污水处理厂的费用。如何以最低的代价提高脱氮率是低C/N污水生物脱氮面临的主要问题，而寻找合适的外加碳源成为目前关注的热点。第二、当前我国污水处理厂主要以活性污泥法脱氮除磷为主，微生物不断进行新陈代谢和世代繁衍，导致污水处理厂剩余污泥不断增多。剩余污泥具有“双面性”：如果不能合理利用剩余污泥，污水处理厂每处理万吨废水,污泥的产生量(干重)为0.3～3.0t，所以污泥量逐年增多，高额的污泥处置费用将会成为城市污水厂的负担。同时，污泥中未稳定的污泥中含有易降解有机物、恶臭物质、病原体等，易使污泥在运输和处置环节过程中污染物进一步扩散，造成二次污染;由于污水中的污染物转移到微生物体内，因此剩余污泥是“浓缩的资源”，含有有机质成分、氮元素、磷元素等。如果能充分开发污泥内碳源、本身的电子供体等，将会节约污水处理厂的运行费用，降低污水处理成本。
在实际污水处理厂中，一半以上的污水处理厂设置了污泥浓缩池和消化池，以求达到污泥减量的效果。本发明则从“资源化”入手，利用污泥水解酸化产生的溶解性有机物为低C/N污水提供碳源的同时，将剩余污泥中的氮素作为电子供体参与到厌氧氨氧化中，节省曝气量和碳源投加，为实际污水处理厂污泥的处理处置进一步发展提供了参考。
发明内容：
本发明的目的在于解决城市污水生物脱氮过程电子供体不足、活性污泥法剩余污泥处理处置的问题，提出了一种利用污泥发酵液提供电子供体进行低C/N污水深度脱氮的装置及方法。本发明中，分段排水式SBR反应器首先进行短程硝化，将污水中的NH4+-N氧化为NO2--N，并随一段排水进入中间水箱;添加污泥发酵液，一方面补充了反硝化所需碳源，NO2--N被完全还原为N2，解决了低低C/N污水碳源不足的问题，另一方面，污泥发酵液中的氨氮也进入中间水箱，这位厌氧氨氧化SBBR反应器的正常运行提供了必要的电子供体，使污水得以深度脱氮。本发明中，分段排水式SBR反应器(2)产生的剩余污泥全部用于发酵，但是分段排水式SBR反应器中需要添加污泥发酵液，其需要的污泥远远多于本实验产生的剩余污泥，因此本实验整体不但不产生剩余污泥，而且可以利用污水处理厂的剩余污泥发酵液，为污水处理、污泥处置提供了新方法。
一种利用污泥发酵液提供电子供体进行低C/N污水深度脱氮的装置，其特征在于设有水流、污泥两个系统。
水流系统设有城市低C/N污水原水水箱(1)、分段排水式SBR反应器(2)、污水处理试验自动控制系统(3)、中间水箱(4)、厌氧氨氧化SBBR反应器(5)以及出水水箱(6);其中，原水水箱通过一号进水泵(2.1)与分段排水式SBR反应器(2)进水口相连接;分段排水式SBR反应器(2)通过一段出水阀(2.13)、二段出水阀(2.14)与中间水箱(4)连接;中间水箱通过二号进水泵(5.1)与厌氧氨氧化SBBR反应器(5)进水口相连接;厌氧氨氧化SBBR反应器(5)通过出水阀(5.8)与出水水箱(6)相连接。
所述原水水箱(1)、中间水箱(4)、出水水箱(6)均为开口箱体，设有一号溢流管(1.1)、二号溢流管(4.1)、三号溢流管(6.1)、和一号放空管(1.2)、二号放空管(4.2)、三号放空管(6.2)。
所述分段排水式SBR反应器(2)设置有一号搅拌器(2.2)、一号搅拌桨(2.3);空压机(2.4)、空气阀(2.5)、空气流量计(2.6)和曝气装置(2.7)共同组成短程硝化SBR反应器(2)的曝气系统;反应器中插有一号pH电极(2.8)和溶解氧探头(2.9)，并与一号水质在线监测多参数测定仪(2.10)连接。分段排水式SBR反应器(2)器壁上设有一号溢流常开阀(2.11)、加药阀(2.12)、一段出水阀(2.13)、二段出水阀(2.14)、一号取样阀(2.15)，反应器底部设有排泥阀兼一号排空阀(2.16);当污水液面超过一号溢流常开阀(2.11)时，自动回流到污水原水水箱(1)。
所述厌氧氨氧化SBBR反应器(5)设置有二号搅拌器(5.2)和二号搅拌桨(5.3);加热装置(5.4)为反应器提供热量;厌氧氨氧化SBBR反应器(5)中插有二号pH电极(5.6)，并与二号水质在线监测多参数测定仪(5.5)连接;厌氧氨氧化SBBR反应器(5)器壁上设有二号溢流常开阀(5.7)、出水阀(5.8)和二号取样阀(5.9)，底部设有二号排空阀(5.10);反应器内侧装有生物活性填料(5.11)。当污水液面超过二号溢流常开阀(5.7)时，自动流入出水水箱(6)。
所述污水处理试验自动控制系统(3)由三大块组成：第一：继电器系统，包括一号进水泵继电器(3.1)、空气阀继电器(3.2)、一号搅拌器继电器(3.3)、一段出水阀继电器(3.4)、二段出水阀继电器(3.5)、二号进水泵继电器(3.6)、二号搅拌器继电器(3.7)、出水阀继电器(3.8);第二：温度控制系统，包括温度信号接口(3.9)、温度超热报警显示灯(3.10)、温度显示屏(3.11);第三：编程控制系统，包括反应器运行状态显示屏(3.12)、编程系统(3.13)。一号进水泵继电器(3.1)与一号进水泵(2.1)相连接，空气阀继电器(3.2)与空气阀(2.5)相连接，一号搅拌器继电器(3.3)与一号搅拌器(2.2)相连接，一段出水阀继电器(3.4)与一段出水阀(2.13)相连接，二段出水阀继电器(3.5)与二段出水阀(2.14)相连接，二号进水泵继电器(3.6)与二号进水泵(5.1)相连接，二号搅拌器继电器(3.7)与二号搅拌器(5.2)相连接，出水阀继电器(3.8)与出水阀(5.8)相连接，温度信号接口(3.9)通过传感器导线与加热装置(5.4)相连接。
污泥系统设有：剩余污泥储存沉降池(7)、污泥发酵反应器(8)。所述剩余污泥储存沉降池(7)设有四号溢流管(7.1)、四号放空管(7.2)。
所述污泥发酵反应器(8)设有一号污泥泵(8.1)，污泥发酵反应器(8)中插有三号pH电极(8.2)，并与三号水质在线监测多参数测定仪(8.3)连接。气体回收装置(8.4)用于收集气体。磁力搅拌转子(8.5)、磁力搅拌器(8.6)用于搅拌发酵污泥并维持反应器温度;转速调节按钮(8.7)、温度调节按钮(8.8)用于调节转速和温度。污泥发酵反应器(8)处于密封状态，顶部设有进泥口(8.9)和排泥口(8.10)。
剩余污泥储存沉降池(7)通过一号污泥泵(8.1)与污泥发酵反应器(8)的进泥口(8.9)相连接;污泥发酵反应器(8)通过二号污泥泵(2.17)与分段排水式SBR反应器(2)相连;分段排水式SBR反应器(2)剩余污泥通过排泥阀兼一号排空阀(2.16)与剩余污泥储存沉降池(7)相连。
应用权利要求1所述装置进行污水深度脱氮的方法，其特征包括以下步骤：
1)系统启动：取短程硝化反硝化污泥投加到分段排水式SBR反应器(2)内，使反应器内污泥浓度达到2000～4000mg/L;在厌氧氨氧化SBBR反应器(5)内沿内壁填充一层填料，填充(体积)比为30%～60%，接种污水处理厂厌氧氨氧化污泥进行反应。污泥发酵反应器(8)内接种体积比为50%的发酵污泥和50%的剩余污泥，使污泥发酵反应器(8)内的污泥浓度为15000～20000mg/L。
1)运行时操作条件如下：
水流系统的操作条件如下：
将低C/N≤5的污水加入原水水箱(1)，启动一号进水泵(2.1)，将污水抽入分段排水式SBR反应器。
分段排水式SBR反应器的运行时序依次为：进水，曝气充氧及搅拌，沉淀，第一次排水至中间水箱、添加污泥发酵液、搅拌、沉淀、第二次排水至中间水箱、排泥、闲置。污水进入之后，首先进行曝气，同时并不断搅拌进行短程硝化反应，积累亚硝态氮。通过空气流量计(2.6)调节DO=4mg/L，曝气时间为5h，在曝气搅拌过程中，以pH值作为模糊控制参数，pH曲线不再下降时停止曝气，短程硝化反应结束;沉淀1h，通过一段出水阀(2.13)排出体积比为50%的污水;通过加药阀(2.12)向分段排水式SBR反应器投加NH4+-N=650±50mg/L，COD=700±50mg/L的污泥发酵液，分段排水式SBR反应器进水与污泥发酵液体积比为60:1;搅拌进行反硝化，当pH值不再上升时停止搅拌，2h可完成反硝化;沉淀3h;第二次排水至中间水箱，通过二段出水阀(2.14)排出体积比为20%的污水;排泥，使反应器的污泥龄控制在20d;闲置0.5h。当分段排水式SBR反应器一段出水中NO2--N与二段出水中NH4+-N质量浓度值为1.32:1时，完成分段排水式SBR反应器的启动。启动成功后，分段排水式SBR反应器按照进水，曝气充氧及搅拌，沉淀，第一次排水至中间水箱、添加污泥发酵液、搅拌、沉淀、第二次排水至中间水箱、排泥、闲置的时序循环运行，参数范围为：曝气时DO=4mg/L，曝气时间为5h;沉淀1h;第一次排水的体积比为50%;投加NH4+-N=650±50mg/L，COD=700±50mg/L的污泥发酵液，分段排水式SBR反应器进水与污泥发酵液体积比为60:1;反硝化2h;沉淀3h;第二次排水的体积比为20%;污泥龄为20d;闲置0.5h。
两段排水在中间水箱(4)内混合均匀后，启动二号进水泵(5.1)，将污水抽入厌氧氨氧化SBBR反应器(5)内。
厌氧氨氧化SBBR反应器(5)内有恒温装置，通过污水处理试验自动控制系统(3)控制反应器内温度为33℃，反应器每周期加入NaHCO3缓冲溶液维持pH值为8.0;反应器运行序列为：进水、机械搅拌、沉淀、排水、闲置。中间水箱内的污水通过二号进水泵(5.1)进入反应器，厌氧搅拌8h，2h后进行排水，排水比体积为50%;闲置1.5h。当厌氧氨氧化SBR反应器出水TN<15mg/L，COD<50mg/L时，完成厌氧氨氧化SBBR反应器(5)的启动。然后厌氧氨氧化SBBR反应器按照进水、机械搅拌、沉淀、排水循环运行并且参数范围为：温度为33℃，pH值为8.0，厌氧搅拌8h，沉淀2h，排水比体积为50%，闲置1.5h。厌氧氨氧化SBBR反应器(5)出水排入出水水箱，并向其中投加化学药剂以回收磷酸盐。
当厌氧氨氧化SBBR反应器(5)出水TN<15mg/L、COD<50mg/L、NH4+-N<5mg/L、NO2--N<1mg/L后，将各反应器运行参数输入污水处理试验自动控制系统(3)，控制系统按照预定的方式控制SBR反应器运行。
污泥系统的操作条件如下：
将剩余污泥加入剩余污泥储存沉降池(7)进行自然沉降，启动一号污泥泵(8.1)，将污泥抽入污泥发酵反应器(8)。
污泥发酵反应器(8)通过转速调节按钮(8.7)设置转速为300r/min，通过温度调节按钮(8.8)设置温度为35℃。污泥发酵反应器(8)通过二号污泥泵(2.17)调节排泥量，以控制污泥龄为10d。当污泥发酵液的NH4+-N=650±50mg/L，COD=700±50mg/L时，污泥发酵反应器(8)启动成功。然后保持转速为300r/min，温度为35℃长期运行污泥发酵反应器(8)。
技术原理：
一种利用污泥发酵液提供电子供体进行低C/N污水深度脱氮的装置及方法技术原理是通过添加污泥发酵液，为低C/N污水反硝化反应提供碳源，同时污泥发酵液中的氨氮成为厌氧氨氧化反应的基质。本实验通过分段排水式SBR反应器(2)中的短程硝化反应、反硝化反应、厌氧氨氧化SBBR反应器(5)内的厌氧氨氧化反应共同完成污水的深度脱氮。
本发明一种利用污泥发酵液提供电子供体进行低C/N污水深度脱氮的装置及方法与传统污水脱氮工艺相比具有以下优点：
1、本装置反应器较少，污水系统只需要两个SBR反应器便可同时达到处理低C/N污水与利用污泥发酵液的双重目的，基建费用较少;
2、运行费用低，无需外加碳源便可实现污水深度脱氮。反硝化脱氮的碳源全部来源于污泥发酵液，开发利用内碳源;同时一部分氮元素通过厌氧氨氧化反应去除，厌氧氨氧化细菌为自养菌，无需有机碳源;
3、污泥发酵液在为分段排水式SBR反应器在提供碳源的同时，为整套脱氮装置提供电子供体，保证了厌氧氨氧化反应充足的基质;
4、本发明产生的剩余污泥全部用于发酵，但是分段排水式SBR反应器中需要添加污泥发酵液，其需要的污泥远远多于本实验产生的剩余污泥，因此本实验整体不但不产生剩余污泥，而且可以利用污水处理厂的剩余污泥发酵液，为污水处理、污泥处置提供了新方法;
