CN103382051A - 一种强化低温生物硝化效果的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强化低温生物硝化效果的装置与方法。所述装置包括：SBR脱氮反应器，污泥强化池，污泥消化液水箱，城市污水箱，外加碳源箱，温度传感器，pH传感器，DO传感器，可编程过程控制器；所述方法是以污泥消化液原水通过高氨氮（<200mg/L）和高温（30℃）强化SBR脱氮反应器排放的剩余污泥的硝化效果；将强化后的剩余污泥回流至SBR脱氮反应器，从而实现强化SBR脱氮反应器低温生物硝化效果。本发明将处理污泥消化液与强化低温生物硝化效果相结合，使得设计出的SBR脱氮反应器具有低温条件硝化效果良好、硝化反应时间短，曝气能耗小、运行管理灵活，出水水质稳定等优点。

Description

一种强化低温生物硝化效果的装置与方法

技术领域

本发明涉及一种强化低温生物硝化效果的装置与方法，属于污水生物处理技术领域，适用于寒冷地区城市污水的深度处理。

背景技术

随着国民生活水平的提高，城市污水的排放总量与污染物浓度逐渐增高；由于水体“富营养化”等环境问题日益突出，日益增长的环境保护要求与当前环境污染现状矛盾日益加深，国家对于城市污水制定的处理排放标准也逐渐提高；这两方面都要求污水处理厂增加处理能力，提高处理效果；

污水生物脱氮技术是水污染控制领域的重要研究方向，《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中对城镇污水处理厂的氨氮（总氮）要求为：出水不得高于5（15）mg/L；因此研发高效、低能耗、环境友好的生物脱氮工艺与装置是当今水处理领域的研究重点。

生物脱氮过程包括硝

其中硝化过程是限速步骤，硝化细菌起主要作用。硝化细菌为化能自养细菌，生长缓慢，污泥

龄长，温度对其活性影响十分显著。污水处理厂冬季常面临出水氨氮浓度不达标（即硝化效果差）的问题，

特别是对于寒冷地区，低温条件下（<15℃）如何保持硝化细菌活性即保证硝化效果是目前污水处理厂急需解决问题。

污泥消化液为典型高氨氮污水，一般由污泥消化池直接回流至污水处理厂前端，这必然会增大污水处理厂氮负荷，增加冬季污水处理厂氨氮达标排放难度，因此对污泥消化液进行预处理十分必要。

但是，到目前为止，国内外对强化硝化效果提出的措施大多基于投加填料、投加工程菌等，但这些措施也会带来填料流失、挂膜困难、工程菌退化等新问题。因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是：如何能够提出一种有效的方法，以强化低温生物硝化效果。

发明内容：

本发明的目的在于解决低温生物硝化差的难题，提供一种强化低温生物硝化效果的方法与装置。

本发明所提供的方法通过采用污泥消化液强化剩余污泥硝化性能，并将其回流至SBR脱氮***的方式增强SBR脱氮***的硝化效果，优化反应***内微生物的种群结构，从而强化低温生物硝化效果。

本发明提供了一种强化低温生物硝化效果的装置（见图1），包括：

SBR脱氮反应器4连接城市污水管3、排水管6、曝气管11、外加碳源管15、剩余污泥排放管19、回流管29；城市污水管3上设置进水泵2；排水管6上设置出水阀7；曝气管11上设置曝气阀门10；外加碳源管15上设置加药泵14；剩余污泥排放管19上设置排泥阀20；回流管29上设置污泥回流泵28；城市污水箱1通过城市污水管3连接到SBR脱氮反应器4；外加碳源箱13通过外加碳源管15连接到SBR脱氮反应器4；空气压缩机9通过曝气管11连接到SBR脱氮反应器4；出水管8通过排水管6连接到SBR脱氮反应器4；在SBR脱氮反应器4内设置搅拌器5、温度传感器16、pH传感器17、DO传感器18、曝气砂头12；污泥强化池21为敞口容器；污泥强化池21分别通过剩余污泥排放管19、回流管29连接到SBR脱氮反应器4；污泥强化池21连接剩余污泥排放管19、回流管29、污泥消化液进水管24、进气管31；污泥消化液进水管24上设置污泥消化液进水泵25；进气管31上设置进气阀门30；污泥消化液水箱23通过污泥消化液进水管24连接到污泥强化池21；污泥强化池21内设置曝气头22、感温探头26、加热棒27；温度传感器16、pH传感器17、DO传感器18、感温探头26、加热棒27与可编程过程控制器32连接；可编程过程控制器32内设置搅拌继电器33、加药继电器34、曝气继电器35、进水继电器36、温度传感接口37、pH传感接口38、DO传感接口39、排水继电器40、污泥回流继电器41、排泥继电器42、感温接口43、加热棒继电器44、污泥消化液进水继电器45、进气继电器46、空气压缩机继电器47；可编程过程控制器32连接搅拌器5、加药泵14、曝气阀门10、进水泵2、出水阀7、污泥回流泵28、排泥阀20、污泥消化液进水泵25、进气阀门30、空气压缩机9；

本发明还提供一种强化低温生物硝化效果的方法，包括：

I进水比设为30%～40%，启动进水泵将城市污水加入SBR脱氮反应器；当达到设定进水比后关闭进水泵；

II启动搅拌器、空气压缩机和曝气阀门，可编程过程控制器实时接收pH传感器数值，对接收的pH数据进行滤波和求导处理，当pH值的一阶导数由负变正，且曝气时间超过1小时，关闭曝气阀门、关闭空气压缩机；

III启动加药泵，将外加碳源加入SBR脱氮反应器，可编程过程控制器对接收的pH数据进行滤波和求导处理，当pH值的一阶导数由正变负且保持时间超过5分钟时，关闭加药泵；

IV启动出水阀，通过调整出水阀工作时间控制SBR脱氮反应器污泥龄为25～35天，即排泥量占SBR脱氮反应器总泥量的1/25～1/35，关闭出水阀；

V启动空气压缩机、曝气阀门，当DO在2～4mg/L范围内关闭曝气阀门、搅拌器；

VI沉淀时间设为30～60分钟，达到设定时间开启出水阀；

VII排水比设为30%～40%，达到设定排水比关闭出水阀；

VIII启动排泥阀，SBR脱氮反应器内体积为1%～5%的污泥流入污泥强化池后关闭排泥阀，返回工序I；

A启动工序I时，启动污泥消化液进水泵、加热棒、进气阀门；可编程过程控制器实时接收感温探头数值，通过控制加热棒的开闭控制污泥强化池水温在25℃～30℃；进水比设定为10～30%，检测进水混合后污泥强化池内游离氨FA浓度在10～20mg/L范围内即关闭污泥消化液进水泵，进气阀门一直工作至工序III启动前；

B启动工序III时，关闭进气阀门、加热棒，启动污泥回流泵，污泥回流量占污泥强化池有效容积比设定为70～90%，当达到设定污泥回流量占污泥强化池有效容积比后关闭污泥回流泵，等到工序I启动时返回工序A。

进一步地，所述的步骤VIII中，污泥强化池有效容积为SBR脱氮反应器的有效容积的1/80～1/100。

综上，本发明提供的强化低温生物硝化效果的方法与装置，针对寒冷地区水温较低硝化效果较差的现状，提出一种强化低温生物硝化效果的方法。

本发明的技术原理在于：利用污泥消化液温度高和氨氮浓度高有利于氨氧化细菌生长的特点，采用剩余污泥处理污泥消化液，增加污泥中氨氧化菌数量，增强硝化效果；将强化后的污泥回流至SBR脱氮***有利于提高其硝化能力，这有利于低温条件下生物硝化效果的维持与稳定，减少硝化时间，提高容积负荷，增强SBR脱氮***对温度降低的抗冲击能力。

本发明具有以下优点：

1)本发明克服了低温生物硝化效果差、不稳定的不利影响，利用污泥消化液强化剩余污泥并回流可增强SBR脱氮***的硝化效果，提高污泥中氨氧化细菌数量，为如何增强低温生物硝化效果提供技术支持；

2)硝化反应时间短，容积负荷高，SBR脱氮***硝化性能的提升有利于减少硝化反应时间，提高***氨氮负荷；

3)引入污泥强化池处理污泥消化液，可减小污泥消化液回流对污水处理厂的不利影响；污泥强化池内污泥浓度高、反应效率高，可减小污泥消化液处理设施的占地面积；

4)自动化水平高，节能降耗效果显著，由于SBR脱氮***采用了pH作为硝化过程与反硝化过程的间接过程控制参数，可根据进水水质的波动及时停止曝气及停止外加碳源，有效减少能耗、节省运行费用。

附图说明

图1本发明的装置示意图。

SBR脱氮反应器4连接城市污水管3、排水管6、曝气管11、外加碳源管15、剩余污泥排放管19、回流管29；城市污水管3上设置进水泵2；排水管6上设置出水阀7；曝气管11上设置曝气阀门10；外加碳源管15上设置加药泵14；剩余污泥排放管19上设置排泥阀20；回流管29上设置污泥回流泵28；城市污水箱1通过城市污水管3连接到SBR脱氮反应器4；外加碳源箱13通过外加碳源管15连接到SBR脱氮反应器4；空气压缩机9通过曝气管11连接到SBR脱氮反应器4；出水管8通过排水管6连接到SBR脱氮反应器4；在SBR脱氮反应器4内设置搅拌器5、温度传感器16、pH传感器17、DO传感器18、曝气砂头12；污泥强化池21分别通过剩余污泥排放管19、回流管29连接到SBR脱氮反应器4；污泥强化池21连接剩余污泥排放管19、回流管29、污泥消化液进水管24、进气管31；污泥消化液进水管24上设置污泥消化液进水泵25；进气管31上设置进气阀门30；污泥消化液水箱23通过污泥消化液进水管24连接到污泥强化池21；污泥强化池21内设置曝气头22、感温探头26、加热棒27；温度传感器16、pH传感器17、DO传感器18、感温探头26、加热棒27与可编程过程控制器32连接；可编程过程控制器32内设置搅拌继电器33、加药继电器34、曝气继电器35、进水继电器36、温度传感接口37、pH传感接口38、DO传感接口39、排水继电器40、污泥回流继电器41、排泥继电器42、感温接口43、加热棒继电器44、污泥消化液进水继电器45、进气继电器46、空气压缩机继电器47；可编程过程控制器32连接搅拌器5、加药泵14、曝气阀门10、进水泵2、出水阀7、污泥回流泵28、排泥阀20、污泥消化液进水泵25、进气阀门30、空气压缩机9；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：如图所示，强化低温生物硝化效果装置示意图包括：SBR脱氮反应器4连接城市污水管3、排水管6、曝气管11、外加碳源管15、剩余污泥排放管19、回流管29；城市污水管3上设置进水泵2；排水管6上设置出水阀7；曝气管11上设置曝气阀门10；外加碳源管15上设置加药泵14；剩余污泥排放管19上设置排泥阀20；回流管29上设置污泥回流泵28；城市污水箱1通过城市污水管3连接到SBR脱氮反应器4；外加碳源箱13通过外加碳源管15连接到SBR脱氮反应器4；空气压缩机9通过曝气管11连接到SBR脱氮反应器4；出水管8通过排水管6连接到SBR脱氮反应器4；在SBR脱氮反应器4内设置搅拌器5、温度传感器16、pH传感器17、DO传感器18、曝气砂头12；污泥强化池21分别通过剩余污泥排放管19、回流管29连接到SBR脱氮反应器4；污泥强化池21连接剩余污泥排放管19、回流管29、污泥消化液进水管24、进气管31；污泥消化液进水管24上设置污泥消化液进水泵25；进气管31上设置进气阀门30；污泥消化液水箱23通过污泥消化液进水管24连接到污泥强化池21；污泥强化池21内设置曝气头22、感温探头26、加热棒27；温度传感器16、pH传感器17、DO传感器18、感温探头26、加热棒27与可编程过程控制器32连接；可编程过程控制器32内设置搅拌继电器33、加药继电器34、曝气继电器35、进水继电器36、温度传感接口37、pH传感接口38、DO传感接口39、排水继电器40、污泥回流继电器41、排泥继电器42、感温接口43、加热棒继电器44、污泥消化液进水继电器45、进气继电器46、空气压缩机继电器47；可编程过程控制器32连接搅拌器5、加药泵14、曝气阀门10、进水泵2、出水阀7、污泥回流泵28、排泥阀20、污泥消化液进水泵25、进气阀门30、空气压缩机9；

以某大学排放的城市污水为研究对象（pH=7-7.8，COD=170-310mg/L，NH₄ ⁺-N=63-91mg/L）。试验装置采用有效体积为7.0m³的中试SBR作为SBR脱氮反应器，每周期处理水量为2.6m³，进水完成后反应器内COD浓度为150-230mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为18-37mg/L，外加碳源采用体积分数为95%的乙醇；采用有效容积为70L的SBR装置为污泥强化池，硝化污泥脱水液采用模拟配水，水质为NH₄ ⁺-N浓度为950-1200mg/L，碱度为1400-2000mg/L，pH为6.5-8.1。

本发明所述强化生物硝化效果的方法包括以下步骤：

I进水时间为18min，进水比为37%，通过可编程过程控制器控制进水泵，启动进水泵将城市污水从城市污水箱加入SBR脱氮反应器，启动进水泵的同时启动搅拌器、空气压缩机和曝气阀门；当进水比达到37%时关闭进水泵；

II启动搅拌器、空气压缩机和曝气阀门，可编程过程控制器实时接收pH传感器数值，对接收的pH数据进行滤波和求导处理，当pH值的一阶导数由负变正且曝气时间超过1小时，关闭曝气阀门、关闭空气压缩机；

III启动加药泵，将外加碳源加入SBR脱氮反应器，可编程过程控制器对接收的pH数据进行滤波和求导处理，当pH值的一阶导数由正变负且保持时间超过5分钟时，关闭加药泵；

IV启动出水阀，排出泥水混合液体积为233L，排泥时间为10min，污泥龄约为30天，达到10min时间后关闭出水阀；

V启动空气压缩机、曝气阀门，检测DO浓度值，当DO在2～4mg/L范围内时关闭曝气阀门、搅拌器；

VI沉淀时间为30min，达到30min进入下一步工序；

VII启动出水阀，排水比为37%，关闭出水阀；

VIII启动排泥阀，剩余污泥排放时间为7min，剩余污泥排放管流量为10L/min，SBR脱氮反应器5%的污泥流入污泥强化池，关闭排泥阀，返回工序I；

A启动工序I时，启动污泥消化液进水泵、加热棒、进气阀门；可编程过程控制器实时接收感温探头数值，通过控制加热棒的开闭控制污泥强化池水温在30℃±1℃；进水比设定为10%，污泥消化液进水时间为5min，污泥消化液进水泵流量为2L/min，检测进水混合后污泥强化池内游离氨FA浓度在20±5mg/L范围内即关闭污泥消化液进水泵，进气阀门一直工作至工序III启动前；

B启动工序III时，关闭进气阀门、加热棒，启动污泥回流泵，污泥回流泵回流时间为8min，污泥回流泵流量为7L/min，污泥回流量占污泥强化池有效容积比设定为80%，当达到设定污泥回流量占污泥强化池有效容积比后关闭污泥回流泵，等到工序I启动时返回工序A；

本发明所述SBR脱氮反应器内污泥浓度MLSS为2000–3000mg/L；污泥强化池污泥浓度为10000–15000mg/L；

本发明所述的污泥强化池进水混合后氨氮浓度为150～250mg/L；

***运行稳定后，在温度为13℃时，采用污泥强化池强化剩余污泥并回流的，SBR脱氮***的比氨氧化速率为29.29mgNH₄ ⁺-N/(g vss·d)；直接回流污泥的，SBR脱氮***的比氨氧化速率为24.72mgNH₄ ⁺-N/(g vss·d)；SBR脱氮***出水氨氮浓度为1-5mg/L，出水总氮浓度为1-9mg/L。可见本发明可强化低温生物硝化效果，维持出水氨氮和总氮达标排放。

Claims (2)

1.一种强化低温生物硝化效果的装置，其特征子在于：

SBR脱氮反应器连接城市污水管、排水管、曝气管、外加碳源管、剩余污泥排放管、回流管；城市污水管上设置进水泵；排水管上设置出水阀；曝气管上设置曝气阀门；外加碳源管上设置加药泵；剩余污泥排放管上设置排泥阀；回流管上设置污泥回流泵；城市污水箱通过城市污水管连接到SBR脱氮反应器；外加碳源箱通过外加碳源管连接到SBR脱氮反应器；空气压缩机通过曝气管连接到SBR脱氮反应器；出水管通过排水管连接到SBR脱氮反应器；在SBR脱氮反应器内设置搅拌器、温度传感器、pH传感器、DO传感器、曝气砂头；污泥强化池分别通过剩余污泥排放管、回流管连接到SBR脱氮反应器；污泥强化池连接剩余污泥排放管、回流管、污泥消化液进水管、进气管；污泥消化液进水管上设置污泥消化液进水泵；进气管上设置进气阀门；污泥消化液水箱通过污泥消化液进水管连接到污泥强化池；污泥强化池内设置曝气头、感温探头、加热棒；温度传感器、pH传感器、DO传感器、感温探头、加热棒与可编程过程控制器连接；可编程过程控制器内设置搅拌继电器、加药继电器、曝气继电器、进水继电器、温度传感接口、pH传感接口、DO传感接口、排水继电器、污泥回流继电器、排泥继电器、感温接口、加热棒继电器、污泥消化液进水继电器、进气继电器、空气压缩机继电器；可编程过程控制器连接搅拌器、加药泵、曝气阀门、进水泵、出水阀、污泥回流泵、排泥阀、污泥消化液进水泵、进气阀门、空气压缩机。

2.应用权利要求1所述装置的一种强化低温生物硝化效果的方法，其特征在于，包括以下步骤：

I进水比设为30%～40%，启动进水泵将城市污水加入SBR脱氮反应器；当达到设定进水比后关闭进水泵；

II启动搅拌器、空气压缩机和曝气阀门，可编程过程控制器实时接收pH传感器数值，对接收的pH数据进行滤波和求导处理，当pH值的一阶导数由负变正，且曝气时间超过1小时，关闭曝气阀门、关闭空气压缩机；

III启动加药泵，将外加碳源加入SBR脱氮反应器，可编程过程控制器对接收的pH数据进行滤波和求导处理，当pH值的一阶导数由正变负且保持时间超过5分钟时，关闭加药泵；

IV启动出水阀，通过调整出水阀工作时间控制SBR脱氮反应器污泥龄为25～35天，即排泥量占SBR脱氮反应器总泥量的1/25～1/35，关闭出水阀；

V启动空气压缩机、曝气阀门，当DO在2～4mg/L范围内关闭曝气阀门、搅拌器；

VI沉淀时间设为30～60分钟，达到设定时间开启出水阀；

VII排水比设为30%～40%，达到设定排水比关闭出水阀；

VIII启动排泥阀，SBR脱氮反应器内体积为1%～5%的污泥流入污泥强化池后关闭排泥阀，返回工序I；

A启动工序I时，启动污泥消化液进水泵、加热棒、进气阀门；可编程过程控制器实时接收感温探头数值，通过控制加热棒的开闭控制污泥强化池水温在25℃～30℃；进水比设定为10～30%，检测进水混合后污泥强化池内游离氨FA浓度在10～20mg/L范围内即关闭污泥消化液进水泵，进气阀门一直工作至工序III启动前；

B启动工序III时，关闭进气阀门、加热棒，启动污泥回流泵，污泥回流量占污泥强化池有效容积比设定为70～90%，当达到设定污泥回流量占污泥强化池有效容积比后关闭污泥回流泵，等到工序I启动时返回工序A。

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