公布日：2023.10.13
申请日：2023.08.01
分类号：C02F3/30(2023.01)I
摘要
本发明公开了一种污泥发酵联合多路径厌氧氨氧化的装置与方法，属于污水处理领域。本发明包括一个碱性污泥发酵装置和一个多路径厌氧氨氧化装置。本发明在连续流反应器中，通过投加污泥发酵物为短程反硝化与厌氧氨氧化的耦合提供碳源，实现高效脱氮和污泥减量。同时，该系统结合短程硝化、短程反硝化、内源短程反硝化为厌氧氨氧化提供充足的亚硝底物来源，保证系统中厌氧氨氧化菌的生长繁殖，该系统为厌氧氨氧化工艺的实际应用提供了可行的方案。
权利要求书
1.一种污泥发酵联合多路径厌氧氨氧化的装置，其特征在于，包括顺序相连的城市生活污水原水箱、连续流AOAO反应器、沉淀池与出水水箱；所述连续流AOAO反应器依次为厌氧区、第一好氧区、缺氧区与第二好氧区，厌氧区，第一好氧区，缺氧区与第二好氧区的体积比为1：1：2：1；还包括污泥碱性发酵罐，所述污泥碱性发酵罐与缺氧区相连。
2.根据权利要求1所述的一种污泥发酵联合多路径厌氧氨氧化的装置，其特征在于，所述城市生活污水原水箱上设有进水泵，通过进水泵与所述连续流AOAO反应器连接。
3.根据权利要求1所述的一种污泥发酵联合多路径厌氧氨氧化的装置，其特征在于，所述厌氧区设有厌氧搅拌装置，所述缺氧区内部设有缺氧搅拌装置，所述第一好氧区的底部与所述第二好氧区的底部均设有曝气装置，所述曝气装置包括气泵、曝气管、曝气头与pH/DO测定仪。
4.根据权利要求1所述的一种污泥发酵联合多路径厌氧氨氧化的装置，其特征在于，所述第一好氧区与所述缺氧区内部均设有聚乙烯环厌氧氨氧化填料组件。
5.根据权利要求1所述的一种污泥发酵联合多路径厌氧氨氧化的装置，其特征在于，所述污泥碱性发酵罐包括碱性发酵罐pH计、药剂投加口、搅拌装置和排泥口。
6.根据权利要求1所述的一种污泥发酵联合多路径厌氧氨氧化的装置，其特征在于，还包括硝化液回流泵与污泥回流泵，所述第二好氧区通过硝化液回流泵回流至缺氧区；沉淀池的污泥通过污泥回流泵回流至厌氧区。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种污泥发酵联合多路径厌氧氨氧化的装置，其特征在于，装置的曝气、搅拌过程均由在线监测系统和反馈控制系统控制完成。
8.一种污泥发酵联合多路径厌氧氨氧化的方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的装置，城市生活污水由城市生活污水原水箱通过进水泵进入厌氧区，厌氧区通过管道与第一好氧区相连接，第一好氧区污水流入缺氧区，污水从缺氧区流出后进入第二好氧区，之后流入沉淀池，经过沉淀后排出；第二好氧区设置硝化液回流的管道，通过硝化液回流泵回流至缺氧区；沉淀池设置污泥回流泵，通过污泥回流泵回流至厌氧区；沉淀池中排出的剩余污泥直接加入碱性发酵罐中进行缺氧搅拌，同时通过加入NaOH控制发酵罐内的pH为9-10，发酵完成后将发酵液泵入连续流AOAO反应器的缺氧区。
9.根据权利要求7所述的一种污泥发酵联合多路径厌氧氨氧化的方法，其特征在于，所述方法的包括以下步骤：1)工艺启动：连续流AOAO反应器接种城市污水处理厂全程污泥，保持连续流AOAO反应器内的污泥浓度在3000-4000mg/L；分别在第一好氧区，缺氧区接种聚乙烯环厌氧氨氧化填料，填充比为30％；进水为城市生活污水；2)工艺稳定运行：2.1)控制污泥碱性发酵罐的温度为30℃，将沉淀池排出的剩余污泥加入到污泥碱性发酵罐中，进泥结束后，污泥碱性发酵罐内的污泥浓度控制在8000-10000mg/L，通过向污泥碱性发酵罐中加入NaOH控制发酵罐的pH保持在9-10；2.2)多途径AOAO反应器：城市生活污水进入厌氧区进行内碳源储存，厌氧区出水通过管道进入第一好氧区，出水与污泥碱性发酵罐的发酵液一同进入缺氧区，在缺氧区停留时间为6-8h后进入第二好氧区，第二好氧区设置有硝化液回流，回流比为200％，第二好氧区的出水进入沉淀池内，一部分通过污泥回流泵进行回流，另一部分排入出水水箱。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种污泥发酵联合多路径厌氧氨氧化实现城市污水深度脱氮的工艺，具体是工艺设置为厌氧-好氧-缺氧-好氧的运行模式且同时设置污泥回流和硝化液回流装置。城市生活污水由生活污水箱流入厌氧区进行内碳源储存同时反硝化去除污泥回流中的硝态氮，而后流入第一好氧区。在第一好氧区和缺氧区分别投加聚乙烯环厌氧氨氧化填料，填充比为30％。在好氧区厌氧氨氧化菌和硝化菌的共同作用下，系统在好氧区发生PN/A去除一部分氮素，而后流入缺氧区。设置一个碱性发酵罐，发酵罐体积占整个连续流装置的20％，连续流中剩余污泥进入该发酵罐进行碱性发酵，发酵液和内回流一起进入缺氧区。在缺氧区，反硝化菌利用发酵液中的碳源以及厌氧区储存的内碳源将硝态氮还原为亚硝态氮而后与发酵液引入的氨氮进行厌氧氨氧化反应，实现PD/A和EPD/A的耦合，剩余的氨氮进入后续的好氧区转化为硝态氮。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明首先提供了一种污泥发酵联合多路径厌氧氨氧化的装置，包括顺序相连的城市生活污水原水箱、连续流AOAO反应器、沉淀池与出水水箱；所述连续流AOAO反应器依次为厌氧区、第一好氧区、缺氧区与第二好氧区，厌氧区，第一好氧区，缺氧区与第二好氧区的体积比为1：1：2：1；还包括污泥碱性发酵罐，所述污泥碱性发酵罐与缺氧区相连。
作为本发明的一种优选方案，所述城市生活污水原水箱上设有进水泵，通过进水泵与所述连续流AOAO反应器连接。
作为本发明的一种优选方案，所述厌氧区设有厌氧搅拌装置，所述缺氧区内部设有缺氧搅拌装置，所述第一好氧区的底部与所述第二好氧区的底部均设有曝气装置，所述曝气装置包括气泵、曝气管、曝气头与pH/DO测定仪。
作为本发明的一种优选方案，所述第一好氧区与所述缺氧区内部均设有聚乙烯环厌氧氨氧化填料组件。
作为本发明的一种优选方案，所述污泥碱性发酵罐包括碱性发酵罐pH计、药剂投加口、搅拌装置和排泥口。
作为本发明的一种优选方案，还包括硝化液回流泵与污泥回流泵，所述第二好氧区通过硝化液回流泵回流至缺氧区；沉淀池的污泥通过污泥回流泵回流至厌氧区。
作为本发明的一种优选方案，装置的曝气、搅拌过程均由在线监测系统和反馈控制系统控制完成。
本发明还提供了采用上述装置的污泥发酵联合多路径厌氧氨氧化的方法，城市生活污水由城市生活污水原水箱通过进水泵进入厌氧区，厌氧区通过管道与第一好氧区相连接，第一好氧区污水流入缺氧区，污水从缺氧区流出后进入第二好氧区，之后流入沉淀池，经过沉淀后排出；第二好氧区设置硝化液回流的管道，通过硝化液回流泵回流至缺氧区；沉淀池设置污泥回流泵，通过污泥回流泵回流至厌氧区；沉淀池中排出的剩余污泥直接加入碱性发酵罐中进行缺氧搅拌，同时通过加入NaOH控制发酵罐内的pH为9-10，发酵完成后将发酵液泵入连续流AOAO反应器的缺氧区。
作为本发明的一种优选方案，1)工艺启动：
连续流AOAO反应器接种城市污水处理厂全程污泥，保持连续流AOAO反应器内的污泥浓度在3000-4000mg/L；分别在第一好氧区，缺氧区接种聚乙烯环厌氧氨氧化填料，填充比为30％；进水为城市生活污水，COD：150-200mg/L，NH4+-N：60-80mg/L，C/N为2-3；硝化液回流比为200％，污泥回流比100％；控制第一好氧区溶解氧为0.8-1.5mg/L。
设置独立的污泥碱性发酵罐，控制温度为30℃，将沉淀池排出的剩余污泥通过药剂投加口加入到发酵罐中，通过向发酵罐中加入NaOH控制发酵罐的pH保持在9-10。
2)工艺稳定运行：
2.1)污泥碱性发酵罐：控制污泥碱性发酵罐的温度为30℃，将沉淀池排出的剩余污泥加入到发酵罐中，进泥结束后，发酵罐内的污泥浓度控制在8000-10000mg/L，通过向发酵罐中加入NaOH控制发酵罐的pH保持在9-10，当pH低于8.5时，加入NaOH进行调控。控制污泥在发酵罐中的停留时间为1-1.5d，发酵后的泥水混合物COD浓度大幅上升达到6000mg/L以上，此时将发酵罐中的泥水混合物与回流的硝化液通过排泥口流入到连续流AOAO反应器的缺氧区。
2.2)多途径AOAO反应器：城市生活污水由生活污水箱通过进水泵进入厌氧区进行内碳源储存，将原水中的碳源储存为内碳源同时反硝化污泥回流中的硝态氮，厌氧区的水力停留时间控制在1-2h，而后流入第一好氧区。厌氧区出水通过管道进入第一好氧区，控制DO在1.0-1.5mg/L，此时氨氮被氧化的中间产物亚硝，由于第一好氧区接种了厌氧氨氧化填料，可以进行PN/A反应去除一部分氮素。污泥碱性发酵罐的体积占整个连续流装置的20％，连续流中剩余污泥进入该发酵罐进行碱性发酵。
发酵液和内回流一起进入缺氧区，在缺氧区控制水力停留时间为6-8h进行充分的反应，短程反硝化菌利用发酵液中的碳源以及厌氧区储存的内碳源将硝态氮还原为亚硝态氮而后与发酵液引入的氨氮以及好氧区未反应完全的氨氮进行厌氧氨氧化反应，分别利用内碳源以及发酵液产生的碳源将硝态氮进行还原，在缺氧区实现PD/A和EPD/A的耦合，同时发酵液引入的碳源也能强化反硝化的能力，实现系统的深度脱氮。而剩余的氨氮进入第二好氧区转化为硝态氮，控制第二好氧区内的溶解氧为2-3mg/L，保证系统的硝化能力，避免出水中含有大量的氨氮。第二好氧区设置有硝化液回流，回流比为200％，第二好氧区出水进入沉淀池内，一部分通过污泥回流进行回流，另一部分排入出水水箱中。
最终出水水质为：COD：45-50mg/L，NH4+-N：1-3mg/L，NO2--N：0-1mg/L，NO3--N：5-7mg/L，TIN：6-10mg/L。
本发明提供的污泥发酵联合多路径厌氧氨氧化的工艺与传统硝化反硝化工艺相比，具有以下优点：
1)剩余污泥中含有大量的有机物，经由厌氧发酵过程可以产生大量可供生物脱氮除磷的优质碳源——短链脂肪酸(SCFAs)，将污泥发酵产物作为碳源应用于生物脱氮除磷系统，既解决了原水碳源不足的问题又能够实现污泥的减量化、无害化和资源化；
2)联合多种自养脱氮工艺，利用污泥发酵产生的碳源实现短程反硝化在实际废水处理中的主流应用，联合PN/A，PD/A，EPD/A，反硝化等多种脱氮途径，实现了反硝化菌与厌氧氨氧化菌的协同脱氮作用从而实现系统深度脱氮；
3)本发明的装置简单、运行灵活，可操作性强，适用于已建成城市污水处理厂的升级改造，并且适用于低碳氮比的城市生活污水的处理。
4)本发明在连续流反应器中，通过投加污泥发酵物为短程反硝化与厌氧氨氧化的耦合提供碳源，实现高效脱氮和污泥减量。同时，该系统结合短程硝化、短程反硝化、内源短程反硝化为厌氧氨氧化提供充足的亚硝底物来源，保证系统中厌氧氨氧化菌的生长繁殖，该系统为厌氧氨氧化工艺的实际应用提供了可行的方案。
（发明人：高锐涛;李智行;郑豪;李祖荣;朱文灿;涂航;江鑫;吴小刚;毛加）