申请日2014.04.03
公开(公告)日2015.10.14
IPC分类号C02F3/30
摘要
一种两级SBR利用污泥内碳源强化城市污水脱氮耦合污泥减量的装置和方法，属于低C/N比(摩尔比)城市污水处理及剩余污泥生化处理领域。本发明的装置主要包括序批式硝化反应器SBR1、序批式深度反硝化反应器SBR2和序批式剩余污泥发酵反应器SBRF。本发明将剩余污泥发酵混合物作为SBR1反硝化的碳源，强化了生物脱氮，并且使剩余污泥进一步减量;利用剩余污泥发酵液作为SBR2反硝化的碳源，实现深度脱氮，出水可达一级A标准。本发明将厌氧生物处理技术和好氧生物处理技术进行耦合，以实现低C/N比(摩尔比)城市污水处理优化控制，节约碳源，提高碳源利用率，减少剩余污泥产量的目的。此外，该发明具有设备简单、运行灵活等优点。
权利要求书
1.两级SBR利用污泥内碳源强化城市生活污水脱氮的装置，其特征是：本装置的主体设备包括序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)、序批式深度反硝化反应器SBR2(6)和序批式剩余污泥发酵反应器SBRF(11);原水水箱(1)中的生活污水通过第一进水泵(2)进入序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)，序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)出水排入硝化液储存箱(4)，再通过第二进水泵(5)进入序批式深度反硝化反应器SBR2(6)中，序批式深度反硝化反应器SBR2(6)出水直接排出;序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)和序批式深度反硝化反应器SBR2(6)的剩余污泥分别通过第一排泥泵(7)和第二排泥泵(8)排入储泥罐(9)，再由剩余污泥投加泵(10)投加至序批式剩余污泥发酵反应器SBRF(11);序批式剩余污泥发酵反应器SBRF(11)中的一部分剩余污泥 发酵混合物通过污泥发酵混合物投加泵(12)投加至序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)中，另一部分剩余污泥发酵混合物通过重力作用排入二沉池(13)中，二沉池(13)出水流入加药箱(14)中，再由污泥发酵液投加泵(15)投加至序批式深度反硝化反应器SBR2(6);序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)与空气压缩机(16)相连，并安装第一转子流量计(17)、第一搅拌器(19)和第一DO测定仪(22)，序批式深度反硝化反应器SBR2(6)与空气压缩机(16)相连，并安装第二转子流量计(18)、第二搅拌器(20)和第二DO测定仪(23)，序批式剩余污泥发酵反应器SBRF(11)中安装第三搅拌器(21)和pH测定仪(24)。
2.采用权利要求1所述的两级SBR利用污泥内碳源强化城市生活污水脱氮的装置实现控制的方法，其特征包括以下步骤：序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)处理C/N摩尔比<3的生活污水，每周期依次经历进水、缺氧搅拌、曝气、沉淀、排水5个阶段，污泥浓度在1500-3000mg/L，污泥龄在10-20d，水力停留时间在5-15h;①进水设定进水量与排水量相同;系统启动后，原水水箱(1)中的生活污水通过第一进水泵(2)进入到序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)中，进水的同时开启第一搅拌器(19);②缺氧搅拌进水完毕后进入缺氧搅拌阶段，反应器内上一周期排水后剩余的硝化液利用原水中的碳源和序批式剩余污泥发酵反应器SBRF(11)中的一部分剩余污泥发酵混合物进行反硝化作用，去除总氮，设定反硝化时间为30-60min;③曝气开启空气压缩机(16)，调节第一转子流量计(17)，向序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)提供氧气，去除有机物，并将进水中的氨氮转化为氧化态氮NOx-，控制DO=2.0-4.0mg/L，设定硝化时间为90-120min;④沉淀沉淀阶段完成泥水分离，设定沉淀时间为10-30min;⑤排水设定排水比为0.3-0.5，排出的生活污水进入硝化液储存箱(4);序批式深度反硝化反应器SBR2(6)处理硝化液储存箱(4)里的硝化液，每周期依次经历进水、缺氧搅拌、曝气、沉淀、排水5个阶段，污泥浓度在1500-3000mg/L，污泥龄在10-20d，水力停留时间在3-10h;
①进水设定进水量与排水量相同;系统启动后，硝化液储存箱
(4)中的硝化液通过第二进水泵(5)进入到序批式深度反硝化反应器SBR2(6)中，进水的同时开启第二搅拌器(20);②缺氧搅拌进水完毕后进入缺氧搅拌阶段，硝化液储存箱(4)中的硝化液利用序批式剩余污泥发酵反应器SBRF(11)中另一部分剩余污泥发酵混合物经过沉淀分离、加药处理后得到的不含氮、磷的剩余污泥发酵液进行反硝化作用，去除总氮，设定反硝化时间为60-180min;③曝气开启空气压缩机(16)，调节第二转子流量计(18)，向序批式硝化反硝化反应器SBR2(6)提供氧气，去除投加的污泥发酵液中过量的有机物，控制DO=2.0-4.0mg/L，设定去除有机物时间为10-30min;
④沉淀沉淀阶段完成泥水分离，设定沉淀时间为10-30min;
⑤排水设定排水比为0.3-0.5，出水直接排出;序批式剩余污泥发酵反应器SBRF(11)在厌氧环境下运行，以剩余污泥为发酵底物，污泥浓度在7000-10000mg/L，污泥停留时间在5-10d，控制pH在9-11;①进泥每天进泥1次，进泥量与排泥量相同;系统启动后，序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)和序批式深度反硝化反应器SBR2(6)中的剩余污泥分别通过第一排泥泵(7)和第二排泥泵(8)进入储泥罐(9)，再通过剩余污泥投加泵(10)进入序批式剩余污泥发酵反应器SBRF(11)中，进泥的同时启动第三搅拌器(21);
②厌氧发酵第三搅拌器(21)一直运行，厌氧发酵开始，设定发酵时间为5-10d;
③排泥设定排泥比为0.1-0.2，系统启动后，序批式剩余污泥发酵反应器SBRF(11)中的污泥发酵混合物作为碳源，其中一部分通过污泥发酵混合物投加泵(12)进入序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)中;另一部分通过重力作用排入二沉池(13)进行泥水分离，上层清液流入加药箱(14)，调节pH=9.0-10.0，投加MgSO4调节上清液中镁离子、氨氮和磷的摩尔比为(1-1.8):(1-2):1，去除剩余污泥发酵液中的氮、磷，再通过污泥发酵液投加泵(15)进入到序批式深度反硝化反应器SBR2(6)中。
说明书
两级SBR利用污泥内碳源强化城市生活污水脱氮耦合污泥减量的装置与方法
技术领域
本发明涉及低C/N比(摩尔比)城市污水强化脱氮工艺的优化控制技术，属于城市污水处理及剩余污泥生化处理技术领域，是一种采用两级SBR利用污泥内碳源强化城市生活污水脱氮耦合污泥减量的装置与方法。
背景技术
我国2002年颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准规定，排污单位最终出水的氮含量分别为NH4+-N<5mg/L，TN<15mg/L。然而一般认为TN>0.7mg/L时，湖泊呈现富营养化，而当TN>1.3mg/L时，湖泊呈现重度富营养化。随着排放标准的日渐严格，95%以上的污水处理厂出水不能达到一级A标准，面临污水深度脱氮的要求。污水生物处理脱氮过程中，异养反硝化菌需要利用有机物作为碳源，还原氧化态氮，包括硝态氮和亚硝态氮，一般要求BOD/TKN>4，然而我国大部分城市污水处理目前普遍存在进水C/N比(摩尔比)低，碳源不足的问题，导致出水TN难以达标。国内现有污水处理厂往往通过外加碳源，例如甲醇等达到良好的出水效果，但这既增加了处理成本，又加剧了水厂的剩余污泥产量及CO2排放。另一方面，污水处理过程中产生大量污泥。将污泥经处理后作为资源重新利用，使剩余污泥资源化，这样既能减少有害物质对环境的影响又能节约物质资源和能量资源，降低运行成本。
本发明利用剩余污泥发酵混合物强化城市污水脱氮，可以使污泥中的大分子有机颗粒向挥发性脂肪酸等小分子转化，从而作为碳源被反硝化菌所利用以提高系统脱氮效果，同时实现污泥的减量化和稳定化。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，并同时进行污泥的减量，是符合可持续发展规律的工艺，有较大的实际意义，应用市场广阔。
发明内容
本发明利用三个序批式反应器，首先使剩余污泥自主发酵，并与城市污水的硝化反硝化反应器和深度反硝化反应器相连，形成两级SBR生活污水处理设备。同时本发明将剩余污泥发酵混合物作为SBR1反硝化的碳源，强化了生物脱氮，并且使剩余污泥进一步减量;利用剩余污泥发酵液作为SBR2反硝化的碳源，实现深度脱氮，出水可达一级A标准。本发明将厌氧生物处理技术和好氧生物处理技术进行耦合，以实现低C/N比(摩尔比)城市污水处理优化控制，节约碳源，提高碳源利用率，减少剩余污泥产量的目的。此外，该发明具有设备简单、运行灵活等优点。本发明通过以下技术方案来实现：
两级SBR利用污泥内碳源强化城市生活污水脱氮的装置，其特征是：本装置的主体设备包括序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)、序批式深度反硝化反应器SBR2(6)和序批式剩余污泥发酵反应器SBRF(11);原水水箱(1)中的生活污水通过第一进水泵(2)进入序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)，序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)出水排入硝化液储存箱(4)，再通过第二进水泵(5)进入序批式深度反硝化反应器SBR2(6)中，序批式深度反硝化反应器SBR2(6)出水直接排出;序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)和序批式深度反硝化反应器SBR2(6)的剩余污泥分别通过第一排泥泵(7)和第二排泥泵(8)排入储泥罐(9)，再由剩余污泥投加泵(10)投加至序批式剩余污泥发酵反应器SBRF(11);序批式剩余污泥发酵反应器SBRF(11)中的一部分剩余污泥发酵混合物通过污泥发酵混合物投加泵(12)投加至序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)中，另一部分剩余污泥发酵混合物通过重力作用排入二沉池(13)中，二沉池(13)出水流入加药箱(14)中，再由污泥发酵液投加泵(15)投加至序批式深度反硝化反应器SBR2(6);序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)与空气压缩机(16)相连，并安装第一转子流量计(17)、第一搅拌器(19)和第一DO测定仪(22)，序批式深度反硝化反应器SBR2(6)与空气压缩机(16)相连，并安装第二转子流量计(18)、第二搅拌器(20)和第二DO测定仪(23)，序批式剩余污泥发酵反应器SBRF
(11)中安装第三搅拌器(21)和pH测定仪(24)。所述的两级SBR利用污泥内碳源强化城市污水脱氮的装置实现控制的方法，其特征包括以下步骤：序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)处理低C/N比(C/N摩尔比<3)的生活污水，每周期依次经历进水、缺氧搅拌、曝气、沉淀、排水5个阶段，污泥浓度在1500-3000mg/L，污泥龄在10-20d，水力停留时间在5-15h;
①进水设定进水量与排水量相同;系统启动后，原水水箱(1)中的生活污水通过第一进水泵(2)进入到序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)中，进水的同时开启第一搅拌器(19);
②缺氧搅拌进水完毕后进入缺氧搅拌阶段，反应器内上一周期排水后剩余的硝化液利用原水中的碳源和序批式剩余污泥发酵反应器SBRF(11)中的一部分剩余污泥发酵混合物进行反硝化作用，去除总氮，设定反硝化时间为30-60min;
③曝气开启空气压缩机(16)，调节第一转子流量计(17)，向序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)提供氧气，去除有机物，并将进水中的氨氮转化为氧化态氮NOx—，控制DO=2.0-4.0mg/L，设定硝化时间为90-120min;
④沉淀沉淀阶段完成泥水分离，设定沉淀时间为10-30min;
⑤排水设定排水比为0.3-0.5，排出的生活污水进入硝化液储存箱(4);序批式深度反硝化反应器SBR2(6)处理硝化液储存箱(4)里的硝化液，每周期依次经历进水、缺氧搅拌、曝气、沉淀、排水5个阶段，污泥浓度在1500-3000mg/L，污泥龄在10-20d，水力停留时间在3-10h;
①进水设定进水量与排水量相同;系统启动后，硝化液储存箱(4)中的硝化液通过第二进水泵(5)进入到序批式深度反硝化反应器SBR2(6)中，进水的同时开启第二搅拌器(20);②缺氧搅拌进水完毕后进入缺氧搅拌阶段，硝化液储存箱(4)中的硝化液利用序批式剩余污泥发酵反应器SBRF(11)中另一部分剩余污泥发酵混合物经过沉淀分离、加药处理后得到的不含氮、磷的剩余污泥发酵液进行反硝化作用，去除总氮，设定反硝化时间为60-180min;③曝气开启空气压缩机(16)，调节第二转子流量计(18)，向序批式硝化反硝化反应器SBR2(6)提供氧气，去除投加的污泥发酵液中过量的有机物，控制DO=2.0-4.0mg/L，设定去除有机物时间为10-30min;④沉淀沉淀阶段完成泥水分离，设定沉淀时间为10-30min;⑤排水设定排水比为0.3-0.5，出水直接排出;
序批式剩余污泥发酵反应器SBRF(11)在厌氧环境下运行，以剩余污泥为发酵底物，污泥浓度在7000-10000mg/L，污泥停留时间在5-10d，控制pH在9-11;
①进泥每天进泥1次，进泥量与排泥量相同;系统启动后，序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)和序批式深度反硝化反应器SBR2(6)中的剩余污泥分别通过第一排泥泵(7)和第二排泥泵(8)进入储泥罐(9)，再通过剩余污泥投加泵(10)进入序批式剩余污泥发酵反应器SBRF(11)中，进泥的同时启动第三搅拌器(21);
②厌氧发酵第三搅拌器(21)一直运行，厌氧发酵开始，设定发酵时间为5-10d;
③排泥设定排泥比为0.1-0.2，系统启动后，序批式剩余污泥发酵反应器SBRF(11)中的污泥发酵混合物作为碳源，其中一部分通过污泥发酵混合物投加泵(12)进入序批式硝化反硝化反应器SBR1(3)中;另一部分通过重力作用排入二沉池(13)进行泥水分离，上层清液流入加药箱(14)，调节pH=9.0-10.0，投加MgSO4调节上清液中镁离子、氨氮和磷的摩尔比为(1-1.8):(1-2):1，去除剩余污泥发酵液中的氮、磷，再通过污泥发酵液投加泵(15)进入到序批式深度反硝化反应器SBR2(6)中。该发明具有如下优点：
1)将污泥发酵和污水硝化反硝化两个过程完全分开，污泥发酵过程中严格控制厌氧环境和最适pH值，有利于发酵细菌的纯化和富集，提高产酸效率;
2)将部分污泥发酵混合物作为碳源投加至硝化反硝化反应器中，增强了对污泥发酵混合物的利用率，同时进一步达到污泥减量的目的;
3)采用两级SBR污水处理系统，实现深度脱氮的要求，出水可达一级A标准;
4)采用序批式反应器，工艺主体仅需三个SBR反应器，且工艺的各个时段可以根据实际情况灵活调整，运行简单容易操作，可推广性强。发明的主体实验装置无须过多回流设计，节省能耗和建设、管理费用。