CN104355515A - 一种基于污泥厌氧发酵强化生物脱氮及污泥减量的方法 - Google Patents

一种基于污泥厌氧发酵强化生物脱氮及污泥减量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于污泥厌氧发酵强化生物脱氮及污泥减量的方法，属于污水生化处理及污泥减量技术领域。所述方法涉及装置包括原水水箱、进水泵、加药箱、加药泵、脱氮反应器、空压机、排泥泵、污泥回流泵、污泥发酵反应器。方法是在脱氮反应器内通过硝化菌、反硝化菌的共同作用，实现生活污水中氮的去除；而后将其剩余污泥排入旁侧密闭反应器内进行厌氧发酵，并回流等体积的污泥厌氧发酵液到脱氮反应器内。***实现了剩余污泥的减量化，同时收集厌氧发酵产生的CH4，增加产能。本方法在实现城市生活污水深度脱氮的同时，达到剩余污泥减量化，并增加产能。

Description

一种基于污泥厌氧发酵强化生物脱氮及污泥减量的方法
技术领域
本发明涉及一种基于污泥厌氧发酵强化生物脱氮及污泥减量的方法，属于污泥减量技术领域。在脱氮反应器中通过异养菌、氨氧化菌、亚硝酸盐氧化菌的共同作用实现城市污水的有机物及总氮去除；同时，在旁侧密闭厌氧发酵反应器中通过水解酸化菌、产氢产甲烷菌对脱氮反应器剩余污泥直接进行厌氧发酵，实现污泥减量及产能。本技术适用于城市污水深度脱氮及污泥减量。
背景技术
随着我国国民经济的迅速发展和城市化程度的不断提高，城市污水排放量逐年提高，由氮等营养元素引起的水体富营养化问题尤其严重，我国江河湖泊普遍遭受污染，全国75％的湖泊出现了不同程度的富营养化，污水脱氮处理刻不容缓。活性污泥法生物脱氮是目前应用最广泛且经济有效的脱氮方法。
然而，城市污水处理厂采用活性污泥法处理污水的剩余污泥产量也急剧增加。据不完全统计，目前我国城市污水处理厂的剩余污泥因其产量大、处理费用高，仅有20％得到了妥善的处理处置，大部分的污泥只是被随意堆放或填埋。作为城市污水处理的副产物，剩余污泥中含有重金属、病原体、持久性有机污染物等有毒有害物质，随意堆放或填埋易对地下水、土壤造成二次污染，威胁环境安全和公众健康；同时，剩余污泥中也存在有机物、氮、磷、钾等可利用组分。因此，污水处理过程中产生的剩余污泥的处理处置也成为人们关注的焦点。
目前，在众多的污泥处理方法中，厌氧发酵因其高效的能量回收成为目前国际上应用最广泛的污泥减量化、稳定化、资源化的处理方法。它可以使污泥中挥发性悬浮固体(VS)含量减少30％～50％，使污泥达到稳定，有利于后续的脱水处理。经厌氧发酵后的污泥中含有丰富的有机肥效成分，适用于土地利用。并且，在厌氧发酵过程中产生的沼气可以用来发电以补充厌氧发酵或污水厂内其他工艺用电需要。
因此，将城市污水生物脱氮反应器与污泥厌氧发酵罐连接，生物脱氮反应器剩余污泥直接排入厌氧发酵罐进行厌氧发酵，并回流部分污泥发酵产物至生物脱氮工艺作为内碳源，可以实现污泥减量并产生CH4等能源物质。
发明内容
本发明的目的在于解决城市生活污水生物脱氮反应器剩余污泥处理、减量的问题，提出了一种基于污泥厌氧发酵强化生物脱氮及污泥减量的方法。该方法主要在脱氮反应器完成生活污水的总氮去除，好氧阶段通过硝化作用将NH4 +-N氧化为NO3 --N、NO2 --N，缺氧阶段通过反硝化作用以有机物为电子供体将NO3 --N、NO2 --N还原为N2，从而达到将氮从污水中去除的目的；同时，将脱氮反应器沉淀后的剩余污泥直接排入旁侧密闭反应器进行厌氧发酵，并回流等体积的污泥发酵产物至生物脱氮反应器。最终实现脱氮反应器的深度脱氮及剩余污泥的减量化，且产生能源气体CH4。
一种基于污泥厌氧发酵强化生物脱氮及污泥减量的装置，其特征在于：设有城市生活污水原水水箱(1)、进水泵(2)、加药箱(3)、加药泵(4))、脱氮反应器(5)、空压机(6)、排泥泵(7)、污泥回流泵(8)、污泥厌氧发酵反应器(9)。所述原水水箱(1)为一开口箱体，设有溢流管(1.1)和放空管(1.2)，并通过进水泵(2)与脱氮反应器的进水口相连；所述加药箱(3)通过加药泵(4)与脱氮反应器加药口相连；所述脱氮反应器(5)为SBR反应器，反应器中部设有搅拌器(5.6)和搅拌浆(5.7)，反应器器壁上设有五种阀门，分别是排泥阀(5.1)、污泥回流阀(5.2)、出水管(5.3)、取样口(5.4)、溢流阀(5.5)。此外，反应器中插有pH电极(5.10)和溶解氧探头(5.11)、ORP电极(5.12)，电极分别连接ORP测定仪(5.8)和WTW3420水质分析多参数测定仪(5.9)，反应器底部设有放空管(5.13)；脱氮反应器曝气***包括空压机(6)、气体流量计(6.1)、气体扩散管(6.2)、砂芯曝气头(6.3)；所述污泥发酵反应器(9)为一密闭反应器，设有密封盖，密封盖上设有气体收集管(9.5)，通过U型管(9.7)连接气体收集盒(9.8)，并连接便携式气体分析仪(9.9)监测反应器气体产量。反应器采用加热磁力搅拌器(9.3)进行加热及搅拌，通过温度传感器(9.6)监测控制温度。此外，反应器器壁插有pH电极和ORP电极，pH计(9.4)和ORP测定仪连接相应的电极。反应器器壁设有进泥阀(9.1)、排泥阀(9.2)和两个取样口兼加药口。
脱氮反应器(5)的排泥阀(5.1)通过排泥泵(7)与污泥发酵反应器(9)的进泥阀(9.1)相连；污泥发酵反应器(9)的排泥阀(9.2)通过污泥回流泵(8)与脱氮反应器(5)的污泥回流阀(5.2)相连。
在本发明的装置中，城市生活污水深度脱氮及污泥减量的流程如下：首先通过进水泵将生活污水输送至脱氮反应器，在厌氧阶段充分利用进水中的有机物合成内碳源，而后在好氧阶段通过硝化作用将NH4 +-N氧化为NO3 --N、NO2 --N，最后在缺氧阶段通过反硝化作用以有机物为电子供体将NO3 --N、NO2 --N还原为N2，实现污水中的氮去除；同时，将脱氮反应器沉淀后的剩余污泥通过排泥泵输送到旁侧的污泥厌氧发酵密闭反应器进行厌氧发酵，并通过污泥回流泵回流等体积的污泥发酵产物至脱氮反应器。并且，收集污泥厌氧发酵产生的CH4提高产能。
本发明提供了一种基于污泥厌氧发酵强化生物脱氮及污泥减量的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)***启动：取污水处理厂曝气池具有脱氮活性的污泥(出水总氮<15mg/L)，加入到脱氮反应器中，投加后活性污泥浓度MLSS为2000～3000mg/L；同时取污水处理厂厌氧发酵罐污泥，加入到污泥发酵反应器中，投加后反应器内活性污泥浓度MLSS在8000～10000mg/L。
2)运行时调节操作如下：
(1)脱氮反应器以间歇方式运行，运行时序依次为：进水，同时通过污泥回流泵将部分污泥发酵液输入反应器中，此阶段进水体积为反应器有效容积的30％～50％，污泥发酵液回流量同反应器排泥量相等；厌氧搅拌0.5h；曝气2～6h，维持溶解氧为2～3mg/L；外加碳源，投加量为1gNO3--N投4ml乙醇；缺氧搅拌0.5～1.5h；沉淀0.5h～1h；排水，排水量为反应器有效容积的30％～50％；排泥，反应器每升有效容积排泥量为6～7.5ml/d；闲置；该***的污泥龄维持在20～25d。
(2)污泥发酵反应器也为间歇式运行方式，运行时序依次为：进泥、搅拌、排泥；***污泥龄维持在8～15d。进泥为脱氮反应器的排泥，直接由排泥泵打入，排泥量同进泥量相等，直接由污泥回流泵输送至脱氮反应器。污泥发酵反应器为中温发酵，温度维持在35±0.5℃。并在线监测反应pH，维持pH在6.8～7.2之间。
技术原理：
一种基于污泥厌氧发酵强化生物脱氮及污泥减量的方法的技术原理是通过脱氮反应器和污泥厌氧发酵罐的直接连接，并且回流部分污泥发酵液至脱氮反应器，实现了脱氮反应器剩余污泥的减量化。收集污泥中温厌氧发酵过程产生能源气体CH4利用，增加产能。
本发明一种基于污泥厌氧发酵强化生物脱氮及污泥减量的装置和方法与传统的污水脱氮工艺相比有如下优点：
1、污水生物脱氮反应器剩余污泥直接排入污泥厌氧发酵反应器内进行厌氧发酵，实现深度脱氮的同时，实现了剩余污泥的减量化与稳定化。
2、污泥厌氧发酵过程中产生能源气体CH4，增加产能。
3、污泥厌氧发酵液无需单独进行处理，直接回流至脱氮反应器处理。
附图说明：
图1为本装置的结构示意图
1、原水水箱；2、进水泵；3、加药箱；4、加药泵；5、脱氮反应器；6、空压机；7、排泥泵；8、污泥回流泵；9、污泥厌氧消化反应器；1.1、溢流管；1.2、放空管；5.1、排泥阀；5.2、污泥回流阀；5.3、出水管；5.4、取样口；5.5、溢流阀；5.6、搅拌器；5.7、搅拌桨；5.8、ORP测定仪5.9、WTW3420水质分析多参数测定仪；5.10、pH电极；5.11、溶解氧探头；5.12、ORP电极；5.13、放空管；6.1、气体流量计；6.2、曝气扩散管；6.3、砂芯曝气头；9.1、进泥阀；9.2、排泥阀；9.3、加热磁力搅拌器9.4、pH计；9.5、气体收集管；9.6、温度传感器；9.7、U型管；9.8、气体收集盒；9.9、便携式气体分析仪。
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1所示，一种基于污泥厌氧发酵强化生物脱氮及污泥减量的装置，其特征在于：设有城市生活污水原水水箱(1)、进水泵(2)、加药箱(3)、加药泵(4))、脱氮反应器(5)、空压机(6)、排泥泵(7)、污泥回流泵(8)、污泥发酵反应器(9)。所述原水水箱(1)为一开口箱体，设有溢流管(1.1)和放空管(1.2)，并通过进水泵(2)与脱氮反应器的进水口相连；所述加药箱(3)通过加药泵(4)与脱氮反应器加药口相连；所述脱氮反应器(5)为SBR反应器，反应器中部设有搅拌器(5.6)和搅拌浆(5.7)，反应器器壁上设有五种阀门，分别是排泥阀(5.1)、污泥回流阀(5.2)、出水管(5.3)、取样口(5.4)、溢流阀(5.5)。此外，反应器中插有pH电极(5.10)和溶解氧探头(5.11)、ORP电极(5.12)，电极分别连接ORP测定仪(5.8)和WTW3420水质分析多参数测定仪(5.9)，反应器底部设有放空管(5.13)；脱氮反应器曝气***包括空压机(6)、气体流量计(6.1)、气体扩散管(6.2)、砂芯曝气头(6.3)；所述污泥发酵反应器(9)为一密闭反应器，设有密封盖，密封盖上设有气体收集管(9.5)，通过U型管(9.7)连接气体收集盒(9.8)，并连接便携式气体分析仪(9.9)监测反应器气体产量。反应器采用加热磁力搅拌器(9.3)进行加热及搅拌，通过温度传感器(9.6)监测控制温度。此外，反应器器壁插有pH电极和ORP电极，pH计(9.4)和ORP测定仪连接相应的电极。反应器器壁设有进泥阀(9.1)、排泥阀(9.2)和两个取样口兼加药口。
脱氮反应器(5)的排泥阀(5.1)通过排泥泵(7)与污泥发酵反应器(9)的进泥阀(9.1)相连；污泥发酵反应器(9)的排泥阀(9.2)通过污泥回流泵(8)与脱氮反应器(5)的污泥回流阀(5.2)相连。
具体试验用原水取自北京工业大学家属区生活污水化粪池，其水质指标如下：COD为80-180mg/L；NH4 +-N为45-69mg/L，NO2 --N<0.5mg/L，NO3 --N<0.1mg/L。试验***如图1所示，主要有原水水箱、加药箱、SBR脱氮反应器和污泥厌氧发酵反应器。SBR脱氮反应器有效容积为10L，污泥厌氧发酵反应器有效容积为1L。
具体操作方法如下：
1)***启动：取实验室中试SBR活性污泥，加入到SBR反应器中，投加后活性污泥浓度MLSS为2500mg/L；同时取实验室小试厌氧发酵污泥，加入到污泥厌氧发酵反应器中，投加后反应器内活性污泥浓度MLSS为10000mg/L。
2)连续运行:运行时调节操作如下：
(1)脱氮反应器以间歇方式运行，运行时序依次为：进水10min，进水体积5L，同时通过污泥回流泵将25ml污泥发酵液打入反应器；厌氧搅拌0.5h；曝气4h，维持DO为2～3mg/L；投加1ml乙醇为碳源；缺氧搅拌1.5h；沉淀45min；排水5min，排水体积5L；排泥25ml；闲置1h；每天运行3周期，***污泥龄为20d。
(2)污泥发酵反应器也为间歇式运行方式，运行时序依次为：进泥、搅拌、排泥；污泥龄为13d。进泥为脱氮反应器的排泥，直接由排泥泵打入，排泥量同进泥量相等，为25ml，直接由污泥回流泵输送至脱氮反应器。污泥厌氧发酵反应器采用加热磁力搅拌器搅拌，并在线监测反应pH，维持pH在6.8～7.2之间，加热温度维持在35±0.5℃。
连续试验结果表明：运行稳定后，脱氮反应器出水TN<15mg/L、COD<50mg/L。整个***污泥浓度MLSS稳定维持在2500～3000mg/L之间，剩余污泥减量达50％以上。污泥厌氧发酵反应器每天产生约200mgCOD/L的VFA，并且产生了能源气体CH4。实现了强化深度脱氮及污泥减量，提高能量的目的。

Claims (2)

1.一种基于污泥厌氧发酵强化生物脱氮及污泥减量的装置，其特征在于：设有城市生活污水原水水箱(1)、进水泵(2)、加药箱(3)、加药泵(4)、脱氮反应器(5)、空压机(6)、排泥泵(7)、污泥回流泵(8)、污泥发酵反应器(9)；所述原水水箱(1)为一开口箱体，设有溢流管(1.1)和放空管(1.2)，并通过进水泵(2)与脱氮反应器的进水口相连；所述加药箱(3)通过加药泵(4)与脱氮反应器加药口相连；所述脱氮反应器(5)为SBR反应器，反应器中部设有搅拌器(5.6)和搅拌浆(5.7)，反应器器壁上设有五种阀门，分别是排泥阀(5.1)、污泥回流阀(5.2)、出水管(5.3)、取样口(5.4)、溢流阀(5.5)；此外，反应器中插有pH电极(5.10)和溶解氧探头(5.11)、ORP电极(5.12)，电极分别连接ORP测定仪(5.8)和WTW3420水质分析多参数测定仪(5.9)，反应器底部设有放空管(5.13)；脱氮反应器曝气***包括空压机(6)、气体流量计(6.1)、气体扩散管(6.2)、砂芯曝气头(6.3)；所述污泥发酵反应器(9)为一密闭反应器，设有密封盖，密封盖上设有气体收集管(9.5)，通过U型管(9.7)连接气体收集盒(9.8)，并连接便携式气体分析仪(9.9)监测反应器气体产量；反应器采用加热磁力搅拌器(9.3)进行加热及搅拌，通过温度传感器(9.6)监测控制温度；此外，反应器器壁插有pH电极和ORP电极，pH计(9.4)和ORP测定仪连接相应的电极；反应器器壁设有进泥阀(9.1)、排泥阀(9.2)和两个取样口兼加药口；脱氮反应器(5)的排泥阀(5.1)通过排泥泵(7)与污泥发酵反应器(9)的进泥阀(9.1)相连；污泥发酵反应器(9)的排泥阀(9.2)通过污泥回流泵(8)与脱氮反应器(5)的污泥回流阀(5.2)相连。
2.应用权利要求1所述装置进行基于污泥厌氧发酵强化生物脱氮及污泥减量的方法，其特征包括以下步骤：
1)***启动：取污水处理厂曝气池出水总氮小于15mg/L的活性污泥，加入到脱氮反应器中，投加后活性污泥浓度MLSS为2000～3000mg/L；同时取污水处理厂厌氧发酵罐污泥，加入到污泥发酵反应器中，投加后反应器内活性污泥浓度MLSS在8000～10000mg/L；
2)运行时调节操作如下：
(1).脱氮反应器以间歇方式运行，运行时序依次为：进水，同时通过污泥回流泵将部分污泥发酵液输入反应器中，此阶段进水体积为反应器有效容积的30％～50％，污泥发酵液回流量同反应器排泥量相等；厌氧搅拌0.5h；曝气2～6h，维持溶解氧为2～3mg/L；外加碳源，投加量为1gNO3 --N投4ml乙醇；缺氧搅拌0.5～1.5h；沉淀0.5h～1h；排水，排水量为反应器有效容积的30％～50％；排泥，反应器每升有效容积排泥量为6～7.5ml/d；闲置；该***的污泥龄维持在20～25d；
(2).污泥发酵反应器也为间歇式运行方式，运行时序依次为：进泥、搅拌、排泥；***污泥龄维持在8～15d；进泥为脱氮反应器的排泥，直接由排泥泵打入，排泥量同进泥量相等，直接由污泥回流泵输送至脱氮反应器；污泥发酵反应器为中温发酵，温度维持在35±0.5℃；并在线监测反应pH，维持pH在6.8～7.2之间。
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