申请日2011.01.11
公开(公告)日2011.06.22
IPC分类号C02F11/04; C02F3/28
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。
权利要求书
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)，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。
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℃，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)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。
说明书
污泥水解酸化耦合反硝化装置及其处理方法
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，NOx-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 denitrification 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℃，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点：
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。