CN103739156B - 利用剩余污泥进行废水生物脱氮的方法和实施该方法的生物脱氮*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用剩余污泥进行废水生物脱氮的方法和实施该方法的生物脱氮***，方法包括：（1）对待处理废水进行序批式内循环A/O生物脱氮，取脱氮完成后排出的剩余污泥；（2）对所述剩余污泥进行超声处理，获得污泥混合液；（3）对所述污泥混合液进行厌氧发酵，获得发酵液，并将所述发酵液回流至所述待处理废水中；（4）重复步骤（1）-（3）。好氧池中添加有填料，提高功能微生物对污染物的降解效率；在填料上挂载水蚯蚓，利用水蚯蚓捕食活性污泥，实现剩余污泥的有效减量；进一步对排出的剩余污泥进行处理后获得发酵液作为碳源，无需添加额外碳源，解决了反硝化碳源不足的问题，实现了剩余污泥的二次减量。

Description

利用剩余污泥进行废水生物脱氮的方法和实施该方法的生物脱氮***

技术领域

本发明属于剩余污泥处理技术领域，具体涉及一种利用剩余污泥进行废水生物脱氮的方法和实施该方法的生物脱氮***。

背景技术

城市污水用沉淀法处理一般只能去除约25～30℅的BOD₅，污水中的胶体和溶解性有机物不能利用沉淀方法去除，化学方法由于药剂费用很高而且化学混凝去除溶解性有机物的效果不好而不宜采用。采用生物处理法（活性污泥法）是去除废水中有机物的最经济最有效的选择。

废水中的氮一般以有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮等四种形态存在。常见的序批式内循环A/O生物脱氮工艺中，常需设置缺氧池、好氧池和二沉池，利用好氧池中硝化细菌的作用，将氨氮通过转化为亚硝态氮、硝态氮，利用缺氧池中反硝化细菌的作用，将亚硝态氮和硝态氮转化为氮气而从废水中逸出。

好氧池设在缺氧池之后，可使反硝化残留的有机物得到进一步去除，提高出水水质。缺氧池在好氧池之前，一方面由于反硝化消耗了一部分碳源有机物，可减轻好氧池的有机负荷，另一方面，也可以起到生物选择器的作用，有利于控制污泥膨胀；同时，反硝化过程产生的碱度也可以补偿部分硝化过程对碱度的消耗。在缺氧池-好氧池内经过多次内循环处理后，出水至二沉池中，待剩余污泥沉降后排出。

最初几轮处理沉降出的剩余污泥可回流至缺氧池或好氧池中，补充其中的活性污泥量。然而经过多轮处理后会产生大量无法再次利用的剩余污泥，随着污水处理率和排放标准日益提高，剩余污泥产量与日剧增。剩余污泥处理和处置成本很高，约占城市污水处理厂总费用的40%～65%。就浙江省而言，全省每年剩余污泥产量也位居全国前列，如此大量的剩余污泥该如何处置也成为了政府部门和研究者关注的热点。

常规的剩余污泥处理法（如脱水、焚烧和填埋等）往往耗资巨大或占用土地多，并非理想的剩余污泥处置途径。近几年，有研究发现环节动物门寡毛纲颤蚓科分节蠕虫（俗称水蚯蚓），能大量摄食污泥，每天的食泥量可达本身体积的8-9倍。基于该特征，有研究人员将水蚯蚓引入污水处理***中，以处理过剩污泥，有效地减少污泥排放量。“水蚯蚓-微生物共生”***污泥减量技术作为一种低成本、高效、无二次污染的污泥减量新技术，以其不可比拟的优势逐渐被研究者关注。

可惜的是，研究发现将水蚯蚓引入污水处理***后，虽然实现了污泥的减量排放，但是***脱氮效果却有所下降。荷兰Ratsak等进行了不同工艺的水蚯蚓污泥减量技术研究，发现水蚯蚓在好氧池中生长有污泥减量的效果，但由于水蚯蚓的新陈代谢作用使得硝酸盐被大量释放出来，使得处理出水氮指标基本不能达标。

然而要使TN达标排放，又面临着原水碳源不足的问题。并且，经水蚯蚓捕食后，剩余污泥已经减容减质，很难再次用于污水处理中。无论是处理剩余污泥还是投加外碳源都会增加污水处理厂的运行费用。如何实现剩余污泥的资源化利用是当前污水处理面临的重大难题。

发明内容

本发明提供了一种利用剩余污泥进行废水生物脱氮的方法，对序批式内循环A/O生物脱氮过程中排出的剩余污泥资源化利用。

一种利用剩余污泥进行废水生物脱氮的方法，包括：

（1）对待处理废水进行序批式内循环A/O生物脱氮，取排出的剩余污泥；

（2）对所述剩余污泥进行超声处理，获得污泥混合液；

（3）对所述污泥混合液进行厌氧发酵，发酵完成后将发酵液回流至所述待处理废水中；

（4）重复步骤（1）-（3）。

所述序批式内循环A/O生物脱氮是将待处理废水通入缺氧池-好氧池中，经多次内循环处理后排放至二沉池中，待剩余污泥沉降，排出。超声处理使剩余污泥中部分菌体破碎，大量有机物如蛋白质、多糖、脂类等溶出，获得污泥混合液；再将该污泥混合液置于发酵罐中进行厌氧发酵，发酵完成后发酵液中含有大量的短链脂肪酸等分子量较小的物质，这些物质作为缺氧池中反硝化细菌的碳源，解决反硝化过程碳源不足的问题，脱氮过程中无需投加额外碳源，节约了成本；还为如何处理剩余污泥提供了一条有效、环保的新途径，实现了对剩余污泥的资源化利用。

步骤（1）中，所述待处理废水先进水至缺氧池中，经活性污泥中反硝化细菌消耗一部分碳源后流至好氧池中，活性污泥中的亚硝化细菌和硝化细菌通过好氧硝化作用，将待处理废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐氮或硝酸盐氮，获得硝化液；再将该消化液回流至缺氧池中，反硝化细菌将亚硝酸盐氮和硝酸盐氮还原为氮气而逸出。经过多次缺氧池-好氧池内循环处理后，再出水至二沉池中，待剩余污泥沉降后排出。

在缺氧池和好氧池中，各功能菌不断增殖，为控制活性污泥的含量，减轻后续步骤对剩余污泥的处理负担，本发明中，所述好氧池内悬挂有填料，所述填料上挂载水蚯蚓。水蚯蚓能大量捕食活性污泥，实现剩余污泥的有效减量。

所述填料可选用直径为7～9厘米的镂空塑料球，球内装有占比率为30%～60%的40～100目滤布。若无特殊说明，本发明中滤布的占比率是指滤布占有塑料球内体积的比例，计算公式为：

占比率（%）=（滤布体积/塑料球内体积）×100%。

若镂空塑料球内滤布的占比率过大或孔径过小，则水蚯蚓难以活动，若镂空塑料球内滤布的占比率过小或孔径过大，则水蚯蚓易被水冲走。

作为优选，以1L待处理污水计，所述水蚯蚓的挂载量为2～10kg，更优选为5kg。水蚯蚓的新陈代谢活动以及水蚯蚓的死亡残体会增加好氧池中硝酸盐的含量，因此水蚯蚓的挂载量不宜过高，以免影响脱氮效果。

作为进一步优选，所述水蚯蚓为霍甫水丝蚓、正颤蚓和夹杂带丝蚓中的至少一种。这三种水蚯蚓较为普遍，且大小适中，便于挂载。

作为优选，步骤（2）中，所述剩余污泥的含固率为2～4%。浓缩步骤在常规的污泥浓缩池进行即可。若含固率小于2%，剩余污泥中含水率过高，使得发酵液中短链脂肪酸的含量偏低，无法满足反硝化细菌的需求；若含固率大于4%，则需要采用压滤机等设备对剩余污泥进行浓缩，增加了成本。

优选地，步骤（2）中，所述超声处理的超声频率为20～30KHz，超声时间为15～20min。更优选地，超声频率为25KHz，超声时间为15min。在该超声处理条件下，既保证剩余污泥中的菌体不会全部破碎，又可使菌体破碎释放足够有机物，用于厌氧发酵。

优选地，步骤（3）中，所述厌氧发酵的条件为：温度20～30℃，pH6～7，时间5～10天。当室温为20～30℃时，则厌氧发酵温度控制在室温即可，若室温低于20℃，则厌氧发酵温度控制在20℃，若室温高于30℃，则厌氧发酵温度控制在30℃，以便于控制为准，pH的控制方法与温度相同。

厌氧发酵时间的计算方法为：t=（7/3）*（T/pH）-（5/3），其中t为发酵天数，T为发酵温度，pH为发酵pH。具体时间可根据污泥性质，由现场小试而修改。

最优选地，所述厌氧发酵的条件为：温度25℃，pH6.5，时间6天。在该发酵条件下，污泥混合液中的有机物能被有效降解成短链脂肪酸等小分子碳源。

一定程度上，发酵液的回流量越大，即废水中碳源越充足，越有利于提高脱氮效率。但是回流量过大会导致COD提高过多，不利于脱碳，反而会使出水中COD含量不达标。

作为优选，步骤（3）中，回流的发酵液与废水的体积比优选为1～5:500，更优选为1:200。两者在该体积比下混合后，废水中短链脂肪酸等碳源含量适宜，能够满足缺氧池中反硝化细菌的需求，脱氮效率最高。

本发明还提供了一种用于实施所述方法的废水生物脱氮***，包括依次连接的缺氧池、好氧池及二沉池，缺氧池设有进水口，好氧池与缺氧池之间设有内回流装置，二沉池设有出水口以及污泥排出口，在污泥排出口与进水口之间设有剩余污泥处理装置，所述剩余污泥处理装置包括依次连接的污泥浓缩池、超声处理器和厌氧发酵罐。

缺氧池、好氧池及二沉池是常规A/O生物脱氮工艺中的设备，本发明以此为基础，在在污泥排出口与进水口之间设有剩余污泥处理装置，其中，污泥浓缩池用于对从二沉池排出的剩余污泥进行浓缩，使其含固率为2～4%，在超声处理器中对浓缩后的剩余污泥进行超声处理，获得污泥混合液，在厌氧发酵罐中对污泥混合液进行厌氧发酵，获得的发酵液回流至缺氧池中或缺氧池前端，与待处理废水混合，进行A/O生物脱氮。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）在常规的序批式内循环A/O生物脱氮工艺的基础上，本发明的好氧池中添加有填料，有利于延长活性污泥中功能微生物与待处理废水的接触时间，提高功能微生物对污染物的降解效率；

（2）本发明在填料上挂载水蚯蚓，利用水蚯蚓捕食活性污泥，实现剩余污泥的有效减量；

（3）在剩余污泥减量的基础上，进一步对排出的剩余污泥进行一系列处理后获得发酵液作为碳源，无需添加额外碳源，不仅解决了反硝化碳源不足的问题，提高了生物脱氮效率，还实现了剩余污泥的二次减量，降低了剩余污泥的处理费用，节约成本，保护环境，多余的发酵液可用于农业浇灌等。

附图说明

图1为本发明废水生物脱氮方法的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的废水生物脱氮***，包括依次连接的缺氧池、好氧池及二沉池，缺氧池设有进水口，缺氧池内设有搅拌装置；好氧池底部设有穿孔曝气管，好氧池内悬挂镂空塑料球，球内装有滤布；好氧池与缺氧池之间设有内回流装置，二沉池设有出水口以及污泥排出口，好氧池与二沉池之间设有水质检测仪；在污泥排出口与进水口之间依次连接有污泥浓缩池、超声处理器和厌氧发酵罐。

本实施方式一种利用剩余污泥进行废水生物脱氮的方法，是利用图1的废水生物脱氮***实施的，包括以下步骤：

（1）取杭州市运河段生活污水（以下简称运河污水），进水至缺氧池中，每批进水30L，控制缺氧池内DO在0.4mg/L，缺氧池内反应时间2h，；

好氧池内悬挂直径8cm的镂空塑料球，球内装有占比率为50%的70目滤布，滤布中挂载水蚯蚓，水蚯蚓的挂载量为5kg/L运河污水；控制好氧池内DO在4～6mg/L，反应6h后将硝化液回流至缺氧池中，硝化液回流比（回流流量/进水流量）为100%，待硝化液中总氮含量低于30mg/L，时排出至二沉池中，待剩余污泥沉降后出水；

本实施例中每次处理的废水量较少，且分批进行，所以无需进行污泥回流，若是大型连续式则要根据不同废水不同设计。

（2）将步骤（1）沉降的剩余污泥转移至污泥浓缩池中，浓缩至含固率为4%；再转移至超声反应器中，在25KHz下超声15min，获得污泥混合液；

（3）将污泥混合液流入10L厌氧发酵罐中，在25℃、pH6.5下厌氧发酵6天，然后将发酵液回流至缺氧池前端，回流的发酵液与运河污水以体积比1:200混合后，再进水至缺氧池中；

（4）重复步骤（1）-（3）；检测出水中COD、氨氮以及总氮的含量。

实施例2

本实施方式一种利用剩余污泥进行废水生物脱氮的方法，也是利用图1的废水生物脱氮***实施的，包括以下步骤：

（1）取杭州市运河段生活污水（以下简称运河污水），进水至缺氧池中，每批进水30L，控制缺氧池内DO在15mg/L，缺氧池内反应时间2h，；

好氧池内悬挂直径7cm的镂空塑料球，球内装有占比率为70%的40目滤布，滤布中挂载水蚯蚓，水蚯蚓的挂载量为2kg/L运河污水；控制好氧池内DO在4～6mg/L，反应6h后将硝化液回流至缺氧池中，硝化液回流比（回流流量/进水流量）为100%，待硝化液中总氮含量低于30mg/L时排出至二沉池中，待剩余污泥沉降后出水；

（2）将步骤（1）的剩余污泥转移至污泥浓缩池中，浓缩至含固率为2%；再转移至超声反应器中，在20KHz下超声20min，获得污泥混合液；

（3）将污泥混合液流入10L发酵罐中，在20℃、pH7下厌氧发酵10天，然后将发酵液回流至缺氧池前端，回流的发酵液与运河污水以体积比1:500混合后，再进水至缺氧池中；

（4）重复步骤（1）-（3）；检测出水中COD、氨氮以及总氮的含量。

实施例3

本实施方式一种利用剩余污泥进行废水生物脱氮的方法，也是利用图1的废水生物脱氮***实施的，包括以下步骤：

（1）取杭州市运河段生活污水（以下简称运河污水），进水至缺氧池中，每批进水30L，控制缺氧池内DO在0.4mg/L，缺氧池内反应时间2h，；

好氧池内悬挂直径7cm的镂空塑料球，球内装有占比率为60%的40目滤布，滤布中挂载水蚯蚓，水蚯蚓的挂载量为2kg/L运河污水；控制好氧池内DO在4～6mg/L，反应6h后将硝化液回流至缺氧池中，硝化液回流比（回流流量/进水流量）为100%，待硝化液中总氮含量低于30mg/L时排出至二沉池中，待剩余污泥沉降后出水；

（2）将步骤（1）的剩余污泥转移至污泥浓缩池中，浓缩至含固率为2%；再转移至超声反应器中，在30KHz下超声15min，获得污泥混合液；

（3）将污泥混合液流入10L发酵罐中，在30℃、pH7下厌氧发酵5天，然后将发酵液回流至缺氧池前端，回流的发酵液与运河污水以体积比1:500混合后，再进水至缺氧池中；

（4）重复步骤（1）-（3）；检测出水中COD、氨氮以及总氮的含量。

实施例4

本实施方式一种利用剩余污泥进行废水生物脱氮的方法，也是利用图1的废水生物脱氮***实施的，包括以下步骤：

（1）取杭州市运河段生活污水（以下简称运河污水），进水至缺氧池中，每批进水30L，缺氧池内DO控制在0.4mg/L，缺氧池内反应时间2h，；

好氧池内悬挂直径8cm的镂空塑料球，球内装有占比率为50%的120目滤布，滤布中挂载水蚯蚓，水蚯蚓的挂载量为1kg/L运河污水；好氧池内DO控制在4～6mg/L，反应6h后将硝化液回流至缺氧池中，硝化液回流比（回流流量/进水流量）为100%，待硝化液中总氮含量低于30mg/L时排出至二沉池中，待剩余污泥沉降后出水；

（2）将步骤（1）的剩余污泥转移至污泥浓缩池中，浓缩至含固率为1%；再转移至超声反应器中，在10KHz下超声5min，获得污泥混合液；

（3）将污泥混合液流入10L发酵罐中，在15℃、pH5下厌氧发酵5天，然后将发酵液回流至缺氧池前端，回流的发酵液与运河污水以体积比3:200混合后，再进水至缺氧池中；

（4）重复步骤（1）-（3）；检测出水中COD、氨氮以及总氮的含量。

实施例5

本实施方式一种利用剩余污泥进行废水生物脱氮的方法，也是利用图1的废水生物脱氮***实施的，包括以下步骤：

（1）取杭州市翠苑生活污水（以下简称翠苑污水），进水至缺氧池中，每批进水30L，缺氧池内DO控制在0.4mg/L，缺氧池内反应时间2h，；

好氧池内悬挂直径8cm的镂空塑料球，球内装有占比率为50%的120目滤布，滤布中挂载水蚯蚓，水蚯蚓的挂载量为5kg/L翠苑污水；好氧池内DO控制在4～6mg/L，反应6h后将硝化液回流至缺氧池中，硝化液回流比（回流流量/进水流量）为100%，待硝化液中总氮含量低于30mg/L时排出至二沉池中，待剩余污泥沉降后出水；

（2）将步骤（1）沉降的剩余污泥转移至污泥浓缩池中，浓缩至含固率为4%；再转移至超声反应器中，在25KHz下超声15min，获得污泥混合液；

（3）将污泥混合液流入10L发酵罐中，在25℃、pH6.5下厌氧发酵6天，然后将发酵液回流至缺氧池前端，回流的发酵液与翠苑污水以体积比1:200混合后，再进水至缺氧池中；

（4）重复步骤（1）-（3）；检测出水中COD、氨氮以及总氮的含量。

对比例1

本实施方式一种利用剩余污泥进行废水生物脱氮的方法，也是利用图1的废水生物脱氮***实施的，但好氧池中未挂载水蚯蚓，包括以下步骤：

（1）取杭州市翠苑生活污水（以下简称翠苑污水），进水至缺氧池中，每批进水30L，缺氧池内DO控制在0.4mg/L，缺氧池内反应时间2h；

好氧池内DO控制在4～6mg/L，反应6h后将硝化液回流至缺氧池中，硝化液回流比（回流流量/进水流量）为100%，待硝化液中总氮含量低于30mg/L时排出至二沉池中，待剩余污泥沉降后出水；

（2）将步骤（1）沉降的剩余污泥转移至污泥浓缩池中，浓缩至含固率为4%；再转移至超声反应器中，在25KHz下超声15min，获得污泥混合液；

（3）将污泥混合液流入10L发酵罐中，在25℃、pH6.5下厌氧发酵6天，然后将发酵液回流至缺氧池前端，回流的发酵液与翠苑污水以体积比1:200混合后，再进水至缺氧池中；

（4）重复步骤（1）-（3）；检测出水中COD、氨氮以及总氮的含量。

对比例2

本实施方式一种废水生物脱氮的方法，为常规的A/O生物脱氮方法，包括以下步骤：

（1）取杭州市运河段生活污水，进水至缺氧池中，每批进水30L，缺氧池内DO控制在0.4mg/L，缺氧池内反应时间2h；

好氧池内DO控制在4～6mg/L，反应6h后将硝化液回流至缺氧池中，硝化液回流比（回流流量/进水流量）为100%，待硝化液中总氮含量低于30mg/L时排出至二沉池中，待剩余污泥沉降后出水；检测出水中COD、氨氮以及总氮的含量。

检测各实施例中处理前、处理后的废水中COD、氨氮和总氮的含量，处理后的剩余污泥量，并比较脱氮效率。

表1各实施例中废水的脱氮效率比较

注：1～5对应实施例1～5，6～7对应对比例1～2；脱氮效率即为总氮去除率。

由表1可见，蚯蚓含量越高，剩余污泥量越少，但是由于蚯蚓的代谢过程，会导致水体COD略有升高，因此蚯蚓的挂载量需要控制在2kg/L左右；在一定范围内，超声时间越长，污泥混合液中有机物溶出的量越大，越有利于发酵的进行；发酵条件控制在25℃，pH偏酸时，发酵效果最好；而在一定范围内，发酵后发酵液回流量大，会提高C/N比，提高脱氮效率，但是回流量太大会导致COD提高过多，不利于脱碳。

Claims (4)

1.一种利用剩余污泥进行废水生物脱氮的方法，包括：

(1)对待处理废水进行序批式内循环A/O生物脱氮，取排出的剩余污泥；

(2)对所述剩余污泥进行超声处理，获得污泥混合液；

(3)对所述污泥混合液进行厌氧发酵，发酵完成后将发酵液回流至所述待处理废水中；

(4)重复步骤(1)-(3)；

所述序批式内循环A/O生物脱氮是将待处理废水通入缺氧池-好氧池中，经多次内循环处理后排放至二沉池中，待剩余污泥沉降，排出；

所述好氧池内悬挂有填料，所述填料上挂载水蚯蚓；

以1L待处理污水计，所述水蚯蚓的挂载量为2kg；

所述超声处理的超声频率为20～30KHz，超声时间为15～20min；

所述厌氧发酵的条件为：温度25℃，pH6.5，时间6天；

回流的发酵液与废水的体积比为1:200。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述剩余污泥的含固率为2～4％。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水蚯蚓为霍甫水丝蚓、正颤蚓和夹杂带丝蚓中的至少一种。

4.一种废水生物脱氮***，包括依次连接的缺氧池、好氧池及二沉池，缺氧池设有进水口，好氧池与缺氧池之间设有内回流装置，二沉池设有出水口以及污泥排出口，其特征在于，在污泥排出口与进水口之间设有剩余污泥处理装置，所述剩余污泥处理装置包括依次连接的污泥浓缩池、超声处理器和厌氧发酵罐；

所述好氧池内悬挂有填料，所述填料上挂载水蚯蚓；

以1L待处理污水计，所述水蚯蚓的挂载量为2kg。