公开(公告)日2013.04.03
IPC分类号C02F3/34; C02F3/30
摘要
本发明公开了一种序批式初沉污泥发酵耦合反硝化的改良装置及方法，属于城市污水处理及初沉污泥生化处理技术领域。该装置设有进水水箱、序批式污泥发酵耦合反硝化反应器，污泥贮存池和出水箱;通过对反应装置和控制方法的改良，可减少发酵过程中的氨氮释放，并强化其在污泥发酵耦合反硝化装置中的去除，最终达到提高总氮去除率的目标。本发明针对初沉污泥的特点进行工艺开发和优化，适用于低C/N比城市污水，可以节省碳源，提高脱氮效率。并且创新性地采用微氧限时曝气法，有效控制氨氮释放，提高污泥内碳源强化脱氮的效果，改善出水水质。
权利要求书
1.一种序批式初沉污泥发酵耦合反硝化的改良装置，其特征为用于低C/ N比城市污水的强化脱氮，包括依次连接的进水水箱(1)、污泥发酵 耦合反硝化反应器(5)、污泥贮存箱(6)及出水箱(9);
其中进水水箱(1)通过进水阀(2)和蠕动泵(4)与污泥发酵耦合反 硝化反应器(5)相连，进气阀(3)和蠕动泵(4)相连;污泥发酵耦 合反硝化反应器(5)内安装搅拌器(10)，并设置与外部温控箱(1 3)相连的加热棒(11)和温度传感器(12);污泥发酵耦合反硝化反 应器(5)上部安装集气装置(14)，两侧安装ORP在线测定仪(15) 和pH在线测定仪(16);污泥贮存箱(6)通过加泥泵(7)与污泥发 酵耦合反硝化反应器(5)相连，且污泥发酵耦合反硝化反应器(5) 通过出水阀(8)与出水箱(9)相连。
2.利用权利要求1所述的序批式初沉污泥发酵耦合反硝化的改良装置的控 制方法主要包括以下步骤：
进水水箱(1)中是经过好氧预处理的城市污水硝化液，污泥发酵耦合 反硝化反应器(5)在交替厌氧-缺氧环境下运行，以初沉污泥为发酵 底物，富集培养发酵细菌和反硝化细菌，每周期依次经历加泥、厌氧 搅拌、进水、进气、缺氧搅拌、沉淀、排水、闲置8个时序;
Ⅰ加泥 启动加泥泵(7)，污泥 贮存箱(6)中初沉污泥打入污泥发 酵耦合反硝化反应器(5);设定加泥体积为反应器有效容积的1/20， Ⅱ厌氧搅拌 设定厌氧搅拌时间为9-20小时;此期间搅拌器(10)持 续工作;
Ⅲ进水 设定进水量为反应器有效容积的1/2;;进水阀(2)和蠕动 泵(4)开启，进水水箱(1)中的硝化液通过蠕动泵(4)进入到污泥 发酵耦合反硝化反应器(5);Ⅳ进气 进气时段进气阀(3)开启， 蠕动泵(4)继续工作;外界空气通过蠕动泵(4)被打入污泥发酵耦 合反硝化反应器(5)，达到通过硝化作用去除氨氮的目的;测定反应 器内的DO浓度，当①DO≥0.2mg/L或②进气时间t>20分钟条件出现时 ，关闭进气阀(3)和蠕动泵(4)，进入下一时序;
Ⅴ缺氧搅拌 此阶段主要发生城市污水的反硝化和初沉污泥的发酵作 用;根据在线监测pH和ORP，控制缺氧搅拌时间在pH或ORP的拐点时刻 停止，即当①dpH/dt≤0且t≥30分钟或②d ORP/dt≤-50且t≥30分钟 出现时，关闭搅拌器(10)，缺氧搅拌时段结束;
Ⅵ沉淀设定沉淀时间为1-2小时，沉淀阶段完成泥水分离;Ⅶ排水 设 定排水比为1/2，由时控开关进行控制;出水阀(8)开启，上清液经 出水管路排入出水箱(9);
Ⅷ闲置 排水结束到下一个周期开始定义为闲置期，设定闲置时间为 1-2小时，并在闲置阶段完成排泥;，排泥体积为反应器有效容积的1 /20。
说明书
序批式初沉污泥发酵耦合反硝化的改良装置及方法
技术领域
本发明涉初沉污泥及城市污水及处理技术，以城市污水厂产生的初沉 污泥为底物，将其发酵产生的可挥发性有机酸等作为反硝化菌还原氧 化态氮的电子供体，在序批式反应装置内实现初沉污泥的初步稳定城 市污水的反硝化脱氮，并对装置的运行进行优化改进，使其发酵过程 产生的碳源在满足城市污水反硝化需要的前提下，尽可能降低氨氮、 COD等发酵副产物对出水水质的影响。该发明适用于初沉污泥处理领域 及城市污水处理领域，也适用于其它低C/N比废水处理。
背景技术
我国在2002年颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-20 02中要求所有排污单位出水水质为氨氮小于5mg/L，总氮小于15mg/L一 级A标准。水体富营养化日益严重，氮的去除已经成为当今污水处理和 再生回用的主要问题。脱氮依赖于异养反硝化菌利用有机物作为电子 供体还原氧化态氮。而我国的城市生活污水目前普遍存在进水C/N低， 碳源不充足的问题，往往影响脱氮效果。为到达日益严格的排放标准 ，许多污水厂采取投加外碳源强化脱氮的方式，或进行工艺的升级改 造。
在生物处理的缺氧区投加外碳源能够取得良好脱氮效果，但会伴随出 现运行管理繁杂、处理费用增加、剩余污泥产量增加及CO2等温室气体 增排等问题。另一方面，污水处理过程中产生大量污泥，包括初沉污 泥和剩余污泥。如何经济有效地处理和处置污泥也是众多污水处理厂 面临的难题。针对以上问题，内碳源开发工艺受到重视，即利用污水 处理厂原位产生的污泥进行发酵，使其产生可利用的碳源供反硝化菌 利用。这种方法既有利于污泥的初步稳定，也为生物脱氮补充了碳源 。
另外，初沉泥因富含易降解悬浮性有机质往往成为污水处理厂恶臭气 味的来源。目前多数水厂采用定时清理初沉池、泥饼外运或与剩余污 泥混合进行污泥消化来处理。初沉泥与剩余污泥性质上存在差 异，在污泥处理领域可以分开处理，各自采取最适反应条件以加深污 泥处理程度。目前针对初沉污泥的处理技术尚研究不多。
传统的利用污泥为底物开发碳源的方法存在一些局限，如伴随着可利 用碳源的释放，氨氮等污染物也从污泥中大量释放出来，造成了二次 污染;且往往发酵淘洗液被直接打入生物脱氮的缺氧区用于为反硝化 菌提供碳源，而缺氧区并没有氨氮去除途径，从而最终影响出水水质 。另一方面，发酵产物的溶出，如挥发性脂肪酸类等，大大增加了发 酵混合液的粘滞力，带来污泥脱水性能差、泥水分离困难等问题。
本发明致力于解决上述各问题。相比于传统脱氮工艺，本发明不仅有 稳定初沉污泥、节省外加碳源、降低运行费用等优点，同时本方法将 初沉污泥的发酵与城市污水反硝化耦合在同一体系中，并引入微氧限 时硝化等策略实现污泥发酵释放氨氮的有效去除，达到了提高总氮去 除率、加强泥水分离效果、改善出水水质等目标。
发明内容
本发明利用序批式反应器，将初沉污泥发酵作用与城市污水的反硝化 作用耦合在同一体系中，初沉污泥的发酵产物，如挥发性脂肪酸和一 些简单有机物等，能够就地被反硝化细菌消耗。此方法解除了污泥发 酵的产物抑制，促进污泥发酵作用的持续、高效进行，使得污泥内碳 源能被最大程度地利用，同时实现初沉污泥的初步稳定。此外，微氧 限时曝气策略的应用有效解决了污泥内碳源利用过程中的氨氮的过度 释放难题，稳定了出水水质。
本发明通过以下技术方案来实现：
1、一种序批式初沉污泥发酵耦合反硝化的改良装置，其特征为用于低 C/N比城市污水的强化脱氮，包括依次连接的进水水箱1、污泥发酵耦 合反硝化反应器5、污泥贮存箱6及出水箱9。
其中进水水箱1通过进水阀2和蠕动泵4与污泥发酵耦合反硝化反应器5 相连，进气阀3和蠕动泵4相连。污泥发酵耦合反硝化反应器5内安装搅 拌器10，并设置与外部温控箱13相连的加热棒11和温度传感器12。污 泥发酵耦合反硝化反应器5上部安装集气装置14，两侧安装ORP在线测 定仪15和pH在线测定仪16。污泥贮存箱6通过加泥泵7与污泥发酵耦合 反硝化反应器5相连，且污泥发酵耦合反 硝化反应器5通过出水阀8与出水箱9相连。
2、所述的序批式初沉污泥发酵耦合反硝化的改良装置的控制方法主要 包括以下步骤：
进水水箱1中是经过好氧预处理的城市污水硝化液，污泥发酵耦合反硝 化反应器5在交替厌氧-缺氧环境下运行，以初沉污泥为发酵底物，富 集培养发酵细菌和反硝化细菌，每周期依次经历加泥、厌氧搅拌、进 水、进气、缺氧搅拌、沉淀、排水、闲置8个时序。
Ⅰ加泥 启动加泥泵7，污泥贮存箱6中初沉污泥打入污泥发酵耦合反 硝化反应器5。设定加泥体积为反应器有效容积的1/20;Ⅱ厌氧搅拌 设定厌氧搅拌时间为9-20小时，此期间搅拌器10持续工作。
Ⅲ进水 设定进水量为反应器有效容积的1/2。进水阀2和蠕动泵4开启 ，进水水箱1中的硝化液通过蠕动泵4进入到污泥发酵耦合反硝化反应 器5。
Ⅳ进气 进气时段进气阀3开启，蠕动泵4继续工作。外界空气通过蠕 动泵4被打入污泥发酵耦合反硝化反应器5，达到通过硝化作用去除氨 氮的目的。测定反应器内的DO浓度，当①DO≥0.2mg/L或②进气时间t >20分钟条件出现时，关闭进气阀3和蠕动泵4，进入下一时序。
Ⅴ缺氧搅拌 此阶段主要发生城市污水的反硝化和初沉污泥的发酵作 用。根据在线监测pH和ORP，控制缺氧搅拌时间在pH或ORP的拐点时刻 停止，即当①dpH/dt≤0且t≥30分钟或②d ORP/dt≤-50且t≥30分钟 出现时，关闭搅拌器10，缺氧搅拌时段结束。
Ⅵ沉淀 设定沉淀时间为1-2小时，沉淀阶段完成泥水分离。
Ⅶ排水 设定排水比为1/2，由时控开关进行控制。出水阀8开启，上 清液经出水管路排入出水箱9。
Ⅷ闲置 排水结束到下一个周期开始定义为闲置期，设定闲置时间为 1-2小时，并在闲置阶段完成排泥，排泥体积为反应器有效容积的1/2 0。
该发明向污泥发酵耦合反硝化系统中通入少量氧气，一方面可以刺激 发酵作用向更深程度进行，一方面提供氨氮转化途径。未采用传统的 鼓风机曝气，而是采用蠕动泵进气，可以有效控制进入反应器的 气量，不致对发酵活动和反硝化活动产生不利影响。与传统污泥发酵 装置相比，本发明的优势在于：
1针对初沉污泥特质优化反应条件，是一种高效、节约的初沉污泥处理 方法。经过处理，初沉污泥内部碳源基本得到释放且氨氮等二次污染 物释放少，污泥得到初步稳定。
2经济高效。该发明将污泥发酵体系和城市污水反硝化体系耦合在同一 反应器中，使得发酵作用和反硝化作用相互促进，互相增大反应动力 ;
3系统脱氮效率高。本方法创新性地利用蠕动泵限时供氧，并在进水时 投入少量硝化细菌，创造性地提供了氨氮在发酵体系中的去除途径， 解决了污泥发酵诸多工艺中普遍存在的氨氮释放量大等难题。且由于 反应器内反硝化菌长期在无氧条件下驯化，短时的微氧状态不会影响 反硝化菌利用硝态氮或亚硝态氮作为电子受体进行反硝化活动。本系 统较之传统工艺脱氮效率更高。
4进水与进气共用一个蠕动泵，节省投资和运行费用。另外系统不需额 外发酵液淘洗管路、沉淀池等装置，占地面积小，经济高效。
