专利名称：高新污泥水解酸化耦合反硝化装置及其处理技术
技术领域：
本发明涉及消化污泥脱水液及初沉污泥生化处理技术领域，以城市污水厂初沉污 泥为底物，水解酸化产生的可挥发性有机酸作为反硝化菌去除硝态氮的电子供体，在一体 化装置内同时实现消化污泥脱水液的深度脱氮和初沉污泥的初步稳定。该工艺适合设有污 泥厌氧消化工艺的污水厂，对高氨氮，低碳氮比的消化污泥脱水液进行旁侧处理，提高整个 污水处理厂的脱氮运行效果。
背景技术：
我国污水处理程度随着城市化进程显著提高，与此同时污水处理中产生的污泥数 量也不断增加。城市污泥含水率高，并且含有大量的有机物和有害物，处置前必须减量和稳 定。厌氧消化是普通污泥处理工艺中的关键环节，它具有回收能源，杀灭病原菌，体积减量 30%等优点，被视为是有前途的污泥处理工艺之一。但是污泥厌氧消化过程中，微生物通过 脱氨基作用的将部分氨氮释放到上清液中，导致污泥消化上清液以及后续的污泥脱水液的 氨氮浓度高达500 1000mg/L，碳氮比相对较低。消化污泥脱水液的水量虽然只占整个污 水处理厂的2%，但是氨氮负荷占整个污水处理厂的25%左右。传统的方法是将消化污泥 脱水液直接回流到污水处理厂前端，但是这明显增大了反应区进水的氨氮负荷，导致出水 水质难以到达日益严格的污水处理厂排放标准。消化污泥脱水液氨氮浓度高，水量小，单独 处理与回流到住反应区相比，节省占地面积，减少基建投资，更加经济高效。因此合理高效 的消化污泥脱水液旁侧处理技术对提高污水处理厂出水水质有重要意义。在消化污泥脱水液生物法脱氮过程中，碳源不足成为限制反硝化效果的主要因 素。传统的硝化反硝化反应处理消化污泥脱水液，总氮去除率不高。为解决这一问题，提 高总氮去除率，提供额外的碳源强化反硝化效果是有效的方法。在外加碳源中，主要包括两 种1)单一碳源。主要的碳源种类有甲醇，乙酸，乙醇等。实际污水处理厂中甲醇作为 传统得反硝化外加碳源应用较为广泛。单一外加碳源的优点是经过驯化一般都可以达到较 高的反硝化速率，可精确控制药剂投加量，运行管理方便，出水水质稳定。但是为达到合适 的反硝化速率和良好的反硝化效果，需按照理论耗量的2 3倍投加碳源，运行费用昂贵， 可占市政污水处理设施运行维护费用的70%。(2)复合碳源。近年来复合碳源非常流行，挥发性脂肪酸是一种有效的复合碳源， 是指碳原子为2 6的脂肪酸，在城市污水/污泥中以乙酸、丙酸、丁酸为主。挥发性脂肪酸 可以通过将乙酸，丙酸等易降解碳源按比例人工混合而成，也可以在污水厂通过厌氧消化 和污泥热解来得到，减少化学药品的使用以及相关的储存问题。因此利用污泥水解酸化产 生VFA作为电子供体，不影响微生物的反硝化效果，缓解了消化液处理中的碳源不足问题， 同时实现污泥的减量化，作为一种可持续发展的脱氮技术正日益受到国内外研究人员的重 视。将污水处理厂初沉污泥厌氧发酵并控制反应过程在水解酸化阶段，利用产生的可挥发性脂肪酸等碳源补充反硝化过程中的电子供体，提高反硝化速率和总氮去除率。与此 同时，初沉污泥初步稳定，有利于后续的处理和处置。该方法相比传统脱氮工艺可以节省外 加碳源，降低运行费用，并同时进行污泥的初步处理，是符合可持续发展规律的工艺，应用 市场广阔。
发明内容
本发明成功解决了消化污泥脱水液反硝化过程中碳源不足的问题，在单一反应器 内，NO；存在抑制产甲烷反应，使发酵过程被控制在产酸段。硝酸盐还原菌利用发酵产物如 乙酸等进行反硝化反应，同时达到污泥减量和消化污泥脱水液脱氮的作用。通过该装置的 合理结构和水力流态，污泥在反应期内部循环流动，为产酸发酵菌和硝酸盐还原菌提供最 佳的生长环境，使污泥降解速率和反硝化速率都加快。本发明通过以下技术方案来实现一种污泥水解酸化耦合反硝化装置设有进水水箱1、污泥发酵耦合反硝化反应 器Simultaneous fermentation and denitrif ication reactor (SIFENDEN) 2、出水池 3、初 沉污泥贮存池4 ；进水水箱1储存的是经过好氧硝化预处理的消化污泥脱水液，主要污染物 质为硝酸盐，亚硝酸盐，进水水箱箱通过水泵1. 3与SIFENDEN反应器(2)的进水阀2. 9相 连，进水水箱1底部设有放空阀1. 1，上部设有溢流管1. 2，SIFEDEN反应器2由中心反应区 2. 13，周边静沉区2. 14，恒温水浴区2. 12，搅拌装置2. 3，密封顶盖2. 6等组成。密封顶盖 2. 6通过法兰与筒体连接，中间加橡胶垫保证密封效果。搅拌装置2. 3穿过密封顶盖2. 6的 部分设水封2. 4保持封闭，反应区2. 13设有ORP在线监测仪2. 5，ORP在线控制器2. 8，碱 液瓶2. 2，湿式气体流量计2. 1，周边静沉区设竖向导流板2. 17 ；SIFEDEN反应器2设若干取 样管2. 10，下部设有进泥阀2. 11，排泥阀2. 16。周边静沉区2. 14上部的出水渠2. 7通过出 水管3. 1连接到出水池3 ；污泥贮存池4设有排泥阀4. 1，通过泥泵4. 2与SIFENDEN反应器 2相连。利用上述污泥水解酸化耦合反硝化装置进行同时脱氮和污泥处理方法，主要包括 以下步骤1)接种污泥开启恒温水浴区的电加热系统，设定反应器温度维持在35°C，取北 京某城市污水处理厂新鲜污泥储存于初沉污泥贮存池，并一次性向SIFENDEN反应器的反 应区加入150L新鲜初沉污泥，根据初沉污泥的性质，调整并维持SIFEDEN反应器内部的污 泥浓度范围在10 15kgMLSS/m3 ；2)启动阶段开启SIFENDEN反应器的搅拌装置，通过水泵从水箱中连续进水，进 水总氮浓度250 300mg/L，其中硝态氮浓度220 280mg/L。控制水力停留时间为10h，使 出水中的硝态氮浓度维持在10mg/L以上。每天定时从反应区排出混合污泥50L，加入新鲜 初沉污泥50L。这种运行方式可以使得反硝化菌迅速生长，同时利用产甲烷菌生长世代时间 长的特点，通过排泥逐渐反应器中的产甲烷菌淘洗出系统。在上述条件下运行，当在产生的 气体检测不到甲烷，反应器的反硝化速率不再进一步提高时，确定启动结束进入平稳运行 期；3)连续运行SIFEDEN反应器的进水为连续流，提供反硝化碳源的初沉污泥为间 歇投加。两次投加污泥的中间阶段作为一个运行周期。在运行周期初段，投加的污泥的量以不明显增加出水中的SS为宜，在运行周期末端，保证出水的硝态氮浓度小于10mg/L。当 出水的硝态氮浓度超过设定值时，排出反应区一定体积污泥，并投加同样体积的新鲜初沉 污泥，反应进入新的周期。本发明具有以下有益效果本发明将反应区，沉淀区，污泥回流区建在了同一个反应装置中，通过法兰盘和水 封保证整个系统的严格厌氧状态。使用的搅拌装置具有提升混合作用，反应区内混合液处 于紊流状态，使得底物与微生物的接触更加充分，产生的有害代谢产物更容易被降解。该设 备具有良好实用性的和操作性能。与传统的污泥碳源开发工艺相比，本发明还具有如下优占.
^ \\\ ·1)经济。该装置的小型一体化减少了占地面积，污泥内部回流代替外回流，节省了 二沉池的资和回流的动力消耗。2)发酵速率提高。与传统的污泥发酵淘洗工艺相比，固体平均停留时间增加，产酸 菌生存环境适宜。发酵产物被硝酸盐还原菌大量消耗，减弱了底物抑制作用，发酵速率可以 进一步提高。3)反硝化速率提高。反应器内部碳源充分，通过搅拌作用实现底物和微生物的充 分混，严格封闭的环境硝酸盐作为主要电子受体也使得反硝化速率加快，水力停留时间缩短。
图1为本发明装置的结构示意图。图2为本发明装置的平面示意图。图中1——进水水箱；2——污泥发酵耦合反硝化反应器；3——出水池；4——初 沉污泥贮存池；1. 1—放空阀；1. 2——溢流管；1. 3——水泵；2. 1——湿式气体流量计； 2. 2——碱液瓶；2. 3——搅拌装置；2. 4——水封；2. 5——ORP在线监测仪；2. 6——密封顶 盖；2. 7——出水渠；2. 8——OPR在线控制器；2. 9——进水阀；2. 10——取样管；2. 11—— 进泥阀；2. 12恒温水浴区；2. 13——中心反应区；2. 14——周边静沉区；2. 15——水浴放空 阀；2. 16——排泥阀；2. 17——竖向导流板；3. 1——出水管；4. 1——排泥阀；4. 2——泥泵
具体实施例方式结合附图和实施例对本申请专利进一步的说明如图1所示，本发明的污泥发 酵耦合反硝化装置，由污泥脱水液的硝化液贮存水箱(1)、污泥发酵耦合反硝化反应器 SIFEDEN(2)、污泥池(3)、出水池(4)组成。硝化液原水箱(1)为400L，SIFEDENiSg (2. 13)的有效容积为150L，反应器尺寸为ΦΗ = 50cmX90cm,周边静沉区(2. 14)容积 100L，恒温水浴区(2. 12)为300L。出水池容积60L。实施例使用的污泥脱水液取自北京市高碑店污水处理厂污泥脱水间，经过曝气后 大部分氨氮转化为NOi，其中硝酸盐浓度10 20mg/L，亚硝酸浓度150 180mg/L。含有 高浓度的NO;贮存在原水水箱1。初沉污泥池的污泥取自污水厂贮泥池后的压力管道，该污 泥为典型的初沉污泥，浓度15kgMLSS/m3，TCOD为20g/L，挥发性污泥浓度MLVSS与污泥浓度 MLSS的比值在0. 67 0. 8之间。
利用上述装置的操作方法步骤如下1)接种污泥开启恒温水浴区的电加热系统，设定反应器温度维持在35°C，取北 京某城市污水处理厂新鲜污泥储存于初沉污泥贮存池，并一次性向SIFENDEN反应器的反 应区加入150L新鲜初沉污泥，根据初沉污泥的性质，调整并维持SIFEDEN反应器内部的污 泥浓度范围在10 KkgMLSS/m3。2)启动阶段开启SIFENDEN反应器的搅拌装置，通过水泵从水箱中连续进水，进 水总氮浓度250 300mg/L，其中硝态氮浓度220 ^Omg/L。控制水力停留时间为10h，使 出水中的硝态氮浓度维持在10mg/L以上。每天定时从反应区排出混合污泥50L，加入新鲜 初沉污泥50L。这种运行方式可以使得反硝化菌迅速生长，同时利用产甲烷菌生长世代时间 长的特点，通过排泥逐渐反应器中的产甲烷菌淘洗出系统。在上述条件下运行，当在产生的 气体检测不到甲烷，反应器的反硝化速率不再进一步提高时，确定启动结束进入平稳运行 期。3)连续运行SIFEDEN反应器的进水为连续流，提供反硝化碳源的初沉污泥为间 歇投加。两次投加污泥的中间阶段作为一个运行周期。在运行周期初段，投加的污泥的量 以不明显增加出水中的SS为宜，在运行周期末端，保证出水的硝态氮浓度小于10mg/L。当 出水的硝态氮浓度超过设定值时，排出反应区一定体积污泥，并投加同样体积的新鲜初沉 污泥，反应进入新的周期。连续的试验结果表明在温度为35°C，SIFEDEN反应器中的污泥浓度MLSS保持 在10 MkgMLSS/m3，进水NO;浓度160 200mg/L，水力停留时间20h，平均固体停留时 间15d，稳定运行3个月的试验结果表明系统出水N0;<10mg/L，每个周期TCOD下降到 8000mg/L, MLVSS/MLSS的比值下降到0. 35，反硝化能力为0. lkgN/KgMLVSS,当量VFA的产 量为0. 5mgVFA/ (mgVSS. d)。系统成功实现了同步的污泥发酵和污泥脱水液的反硝化脱氮。
权利要求
1.一种污泥水解酸化耦合反硝化装置，其特征在于设有进水水箱(1)、污泥发酵耦 合反硝化反应器(2)、出水池(3)、初沉污泥贮存池(4)；进水水箱(1)储存的是经过好氧 硝化预处理的消化污泥脱水液，主要污染物质为硝酸盐，亚硝酸盐，进水水箱(1)通过水泵 (1.3)与SIFENDEN反应器(2)的进水阀(2.9)相连，进水水箱(1)底部设有放空阀(1. 1)， 上部设有溢流管(1.2)，SIFEDEN反应器(2)由中心反应区(2. 13)，周边静沉区(2. 14)，恒 温水浴区(2. 12)，搅拌装置(2. 3)，密封顶盖(2. 6)等组成；密封顶盖(2. 6)通过法兰与筒 体连接，中间加橡胶垫保证密封效果；搅拌装置(2.3)穿过密封顶盖(2.6)的部分设水封 (2. 4)保持封闭，反应区(2. 13)设有ORP在线监测仪(2. 5)，0RP在线控制器(2. 8)，碱液瓶 (2. 2)，湿式气体流量计(2. 1)，周边静沉区设竖向导流板(2. 17) ；SIFEDEN反应器(2)设若 干取样管(2. 10)，下部设有进泥阀(2. 11)，排泥阀(2. 16)；周边静沉区(2. 14)上部的出水 渠(2.7)通过出水管(3. 1)连接到出水池(3)；污泥贮存池(4)设有排泥阀(4. 1)，通过泥 泵(4. 2)与SIFENDEN反应器(2)相连。
2.利用权利要求1所述的污泥水解酸化耦合反硝化装置进行同时脱氮和污泥处理方 法，其特征在于包括以下步骤1)接种污泥开启恒温水浴区的电加热系统，设定反应器温度维持在35°C，取新鲜污 泥储存于初沉污泥贮存池，并一次性向SIFENDEN反应器(2)的中心反应区(2. 13)加入 150L新鲜初沉污泥，根据初沉污泥的性质，调整并维持SIFEDEN反应器(2)内部的污泥浓度 范围在 10 15kgMLSS/m3 ；2)启动阶段开启SIFENDEN反应器的搅拌装置(2.3)，通过水泵(1. 3)从进水水箱(1) 中连续进水，进水总氮浓度250 300mg/L，其中硝态氮浓度220 280mg/L，控制水力停留 时间为10h，使出水中的硝态氮浓度维持在10mg/L以上，每天定时从中心反应区(2. 13)排 出混合污泥50L，加入新鲜初沉污泥50L ；在上述条件下运行，当在产生的气体中检测不到 甲烷，反应器的反硝化速率不再进一步提高时，确定启动结束进入平稳运行期；3)连续运行SIFEDEN反应器(2)的进水为连续流，提供反硝化碳源的初沉污泥为间歇 投加；两次投加污泥的中间阶段作为一个运行周期，在运行周期初段，投加的污泥的量以不 明显增加出水中的SS为宜，在运行周期末端，保证出水的硝态氮浓度小于10mg/L，当出水 的硝态氮浓度超过设定值时，排出中心反应区(2.13) —定体积污泥，并投加同样体积的新 鲜初沉污泥，反应进入新的周期。
全文摘要
本发明公开了一种污泥水解酸化耦合反硝化装置及处理方法，属于消化污泥脱水液及初沉污泥生化处理技术领域。该装置设有脱水液硝化原水箱、污泥发酵耦合反硝化反应器SFDR，污泥贮存池和出水池；SFDR反应器由中心反应区、周边静沉区和最外层的恒温水浴组成。利用该装置的办法包括启动和连续运行的控制。本发明适用于污泥消化液处理的反硝化阶段，可以节省碳源，提高脱氮效率。并且该一体化装置微生物生长环境适宜，节省占地面积，操作简单方便的优点。
文档编号C02F11/04GK102101718SQ20111000453
公开日2011年6月22日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者吴程程, 张亮, 张树军, 彭永臻, 王淑莹 申请人:彭永臻
