申请日2012.12.25
公开(公告)日2013.05.08
IPC分类号C02F11/04
摘要
一种强化污泥稳定集污泥消化液处理的装置和方法属于污泥及污泥消化液处理领域。污泥消化液的氨氮浓度较高(300~500mg/L)，在其硝化过程中，由于游离氨和游离亚硝酸对亚硝酸盐氧化菌的抑制作用，使得氨氧化菌得到富集，从而较容易实现短程硝化，硝化出水的亚硝酸盐浓度在200~450mg/L。这部分亚硝进入反应器，首先与悬挂填料柱里面的生物球填料接触，同时厌氧氨氧化菌利用污泥消化过程产生的氨氮进行厌氧氨氧化反应，将氨氮和亚硝酸盐转化为氮气和硝酸盐。氮气从反应器中溢出，而反硝化菌利用污泥消化释放出的有机物为电子供体还原硝酸盐，最终达到去除污泥消化释放的氨氮和处理污泥消化液短程硝化出水的目的。
权利要求书
1.一种强化污泥稳定集污泥消化液处理的装置，其特征在于包括进水箱 (1)、进水泵(2)、布水管(3)、悬挂填料柱(4)、生物球填料(5)、第一 搅拌器(6)、反应器(7)、出水箱(11)、第二搅拌器(12)、污泥前处理 罐(13)、进泥泵(14)、排泥阀(15)、排泥箱(16)构成;其中，进水箱 (1)通过进水泵(2)与布水管(3)相连，布水管的喷淋口嵌固在悬挂填料 柱(4)上方;悬挂填料柱(4)为网状结构，上部固定于反应器(7)顶盖， 主体悬挂于反应器(7)内部;悬挂填料柱(4)内部放置生物球填料(5); 生物球填料(5)支架为中空体，表面开有通槽，内部放置已接种厌氧氨 氧化菌的海绵填料;反应器(7)顶部固定第一搅拌器(6)，搅拌桨伸入 反应区;反应器(7)为锥底圆柱形反应器，内部设置空心无底圆柱形的 挡板一(8)和挡板二(9);挡板一(8)嵌固在反应器(7)中，上下端均不 于反应器(7)直接接触;挡板二(9)设在挡板一(8)外围，上端连接在反 应器(7)顶盖上，下端不与反应器(7)锥底直接接触，使其下端低于挡 板一(8)下端的水平高度;出水口(10)通过管道与出水箱(11)相连;污 泥前处理罐(13)顶部固定第二搅拌器(12)，污泥前处理罐(13)通过进 泥泵(14)与反应器(7)相连;反应器(7)底部设排泥阀(15)，并通过管 道与排泥箱(16)相连。
2.利用权利要求1所述的强化污泥稳定集污泥消化液处理的装置的方法， 其特征在于包括以下步骤：
Ⅰ污泥接种 接种初沉污泥和剩余污泥的混合污泥于反应器(7)，初沉 泥/剩余泥干重之比在0~2之间;调整并维持反应器(7)内的污泥浓度为 8000~10000mg/L;
Ⅱ启动 开启第一搅拌器(6)，使上述混合污泥进入持续的厌氧消化状 态，控制污泥停留时间SRT为5天;运行5个SRT后，嵌入悬挂填料柱(4 );悬挂填料柱(4)中填充生物球填料(5)，生物球填料(5)中置入已接 种厌氧氨氧化菌的海绵块;生物球填料的污泥浓度MLSS为200~250mg/ L，按填充比20%填充于反应器(7);
Ⅲ运行 进水泵(2)处于开启状态，污泥消化液的短程硝化出水经进水 泵(2)和布水管(3)向悬挂填料柱(4)中喷淋，与生物球填料(5)接触并 向四周扩散;控制水力停留时间HRT以出水亚硝态氮浓度在2~5mg/L为 宜;污泥前处理罐(13)中也置入上述混合污泥进行厌氧发酵，污泥停 留时间SRT为2天，第二搅拌器(12)连续转动;控制反应器(7)的污泥停 留时间为20~25天，每日打开底部的排泥阀(15)排出与进泥相同体积的 污泥，再开启进泥泵(14)，把经过厌氧前处理的混合污泥通入反应器 (7)。
说明书
一种强化污泥稳定集污泥消化液处理的装置和方法
技术领域
本发明公开了一种强化污泥稳定集污泥消化液处理的装置和方法，以城市污水厂产生的初沉污泥和剩余污泥的混合泥为处理对象，利用污泥消化液的短程硝化出水强化污泥处理，在集成反应器实现污泥发酵、反硝化脱氮、反硝化除磷、厌氧氨氧化多种功能的耦合，达到加速有机质释放、快速稳定污泥同步处理污泥消化液的目的。该装置和方法适用于该发明属于污泥及污泥消化液处理领域。
背景技术
污泥消化是污泥处理的重要步骤，起着降解有机物、促进污泥稳定化的作用。随着污泥处理要求的提高，污泥消化法在城市污水处理厂和专业化污泥处理中得到了越来越多的应用。我国现阶段的污泥消化方法大多是厌氧消化法，厌氧条件下发酵细菌降解有机物，形成沼气。由于大分子有机物水解速率的限制和产甲烷菌的世代周期及代谢活性方面的限制，污泥厌氧消化所要求的污泥龄一般要大于20天，不可避免的带来污泥处理效率低、污泥消化罐体积大、设备投资增加等问题。
为了提高污泥消化效果，促进污泥稳定性，新的技术不断开发应用。超生预处理技术通过破碎细胞来提高污泥的生物可降解性，达到使污泥快速稳定的目的。污泥经碱性预处理作用后进行厌氧消化,其有机物的水解速率和固体削减率均显著提高，污泥龄可从20天减少为8天，大大提高消化速率。热处理可破坏污泥絮体结构, 使胞内碳水化合物、蛋白质等随水分从细胞中释放出来，强化污泥消化。上述各种技术或它们的集成应用可以提高污泥水解速率，使污泥达到快速稳定的目的，但都存在着处理费用高昂、难以普及利用的问题，污泥的实际处理仍然存在困难。
另一方面，传统污泥处理过程中产生的污泥消化液，包括污泥浓缩池和消化池的上清液以及污泥脱水过程产生的脱水液，是典型的高氮、高磷、低碳的难处理废水。随着有机物从胞内释放，氨氮和磷等也大量释放出来，上述强化污泥消 化的方法使得营养元素的释放进一步增大。有机物可被用于产甲烷作用或强化反硝化作用，而氮、磷等营养元素则积累下来。污水处理厂一般将污泥消化液回流至污水生物处理主体中进行处理。虽然这部分消化液水量只占污水处理厂处理水量的2%，但氮、磷负荷却达到污水处理厂总负荷的15~25%，这部分氮、磷进行生物去除所需的碳源不容忽视，极有可能影响污水处理厂的出水水质。
为了规避现有的污泥消化的弊端，加速污泥稳定过程并合理处置污泥消化液，本发明开发一种强化污泥稳定集污泥消化液处理的装置和方法，用污泥消化液的短程硝化出水来加速污泥有机物去除，强化污泥的稳定并使污泥消化液得到同步处理。与传统污泥稳定方法相比，该发明的优点在于：削减了污泥消化过程中氮、磷的释放，提升污泥稳定效率并同步处理污泥消化液。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明改造传统污泥稳定工艺，利用污泥消化液的短程硝化出水强化污泥稳定过程，并同步处理污泥消化液。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种强化污泥稳定集污泥消化液处理的装置，其特征在于包括进水箱1、进水泵2、布水管3、悬挂填料柱4、生物球填料5、第一搅拌器6、反应器7、出水箱11、第二搅拌器12、污泥前处理罐13、进泥泵14、排泥阀15、排泥箱16构成;其中，进水箱1通过进水泵2与布水管3相连，布水管的喷淋口嵌固在悬挂填料柱4上方;悬挂填料柱4为网状结构，上部固定于反应器7顶盖，主体悬挂于反应器7内部;悬挂填料柱4内部放置生物球填料5;生物球填料5支架为中空体，表面开有通槽，内部放置已接种厌氧氨氧化菌的海绵填料，即可有效进行气、液传质，又能有效防止其内部海绵填料上的菌体脱落;反应器7顶部固定第一搅拌器6，搅拌桨伸入反应区;反应器7为锥底圆柱形反应器，内部设置空心无底圆柱形的挡板一8和挡板二9以起到沉淀污泥的作用;挡板一8嵌固在反应器7中，上下端均不于反应器7直接接触;挡板二9设在挡板一8外围，上端连接在反应器7顶盖上，下端不与反应器7锥底直接接触，使其下端低于挡板一8下端的水平高度;出水口10通过管道与出水箱11相连;污泥前处理罐13顶部固定第二搅拌器12，污泥前处理罐13通过进泥泵14与反应器7相连;反应器7底部设排泥阀15，并通过管道与排泥箱16相连。
所述的强化污泥稳定集污泥消化液处理的方法，其特征在于包括以下步骤：
Ⅰ污泥接种 接种初沉污泥和剩余污泥的混合污泥于反应器，初沉泥/剩余泥干重之比在0~2之间。调整并维持反应器内的污泥浓度为8000~10000mg/L。
Ⅱ启动 开启第一搅拌器，使污泥进入持续的厌氧消化状态，控制污泥停留时间SRT为5天。运行5个SRT后，嵌入悬挂填料柱。悬挂填料柱中填充生物球填料，生物球填料中置入已接种厌氧氨氧化菌的海绵块。生物球填料的污泥浓度MLSS为200~250mg/L，按填充比20%填充于反应器。
Ⅲ运行 进水泵处于开启状态，污泥消化液的短程硝化出水经进水泵和布水管向悬挂填料柱中喷淋，与生物球填料接触并向四周扩散。控制水力停留时间HRT以出水亚硝态氮浓度在2~5mg/L为宜。污泥前处理罐中置入上述混合污泥进行厌氧发酵，污泥停留时间SRT为2天，第二搅拌器连续转动。控制反应器的污泥停留时间为20~25天，每日打开底部的排泥阀排出与进泥相同体积的污泥 ，再开启进泥泵，把经过厌氧前处理的混合污泥通入反应器。
污泥消化液的氨氮浓度较高(300~500mg/L)，在其硝化过程中，由于游离氨和游离亚硝酸对亚硝酸盐氧化菌的抑制作用，使得氨氧化菌得到富集，从而较容易实现短程硝化，硝化出水的亚硝酸盐浓度在200~450mg/L。这部分亚硝进入反应器，首先与悬挂填料柱里面的生物球填料接触，同时厌氧氨氧化菌利用污泥消化过程产生的氨氮进行厌氧氨氧化反应，将氨氮和亚硝酸盐转化为氮气和硝酸盐。氮气从反应器中溢出，而反硝化菌利用污泥消化释放出的有机物为电子供体还原硝酸盐，最终达到去除污泥消化释放的氨氮和处理污泥消化液短程硝化出水的目的。
污泥消化液的短程硝化出水除了含有高浓度亚硝酸盐，也含有大量磷酸盐。本发明通过使污泥预先在污泥前处理罐中厌氧释磷及后续反应器中利用亚硝酸盐作为电子受体进行反硝化吸磷完成磷的循环，从而达到除磷的目的。随着污泥从反应器中排出，使得磷酸盐进一步富集在泥渣中。
与传统的污泥稳定方法相比，该发明具有如下优点：
1)污泥停留时间短，稳定效果好，节省设备费用和占地面积。
2)反应器集污泥发酵、反硝化、厌氧氨氧化、反硝化除磷多种功能于一体，且周围沉淀区能达到较好泥水分离效果。设备集成化程度高、便于推广应用。
3)利用污泥消化液短程硝化出水为污泥稳定过程提供缺氧环境，加速了大分子有机物的溶解和释放，且反硝化作用的发生为系统提供碱度，使得pH值升高， 有效提高消化效率。
4)相比传统污泥消化，缺氧过程抑制了氨氮和磷酸盐的释放量，且通过厌氧氨氧化和反硝化除磷进一步去除消化液中残余的氨氮和磷酸盐等，使污泥消化液得到经济有效的处理。