CN103626372B - 厌氧及低溶解氧剩余污泥水解发酵产酸的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了厌氧+低溶解氧剩余污泥水解发酵产酸的装置和方法。所述装置包括：氮气机、剩余污泥水解发酵反应器、空压机、剩余污泥产酸反应器、碳源贮存池，其中剩余污泥水解发酵反应器为一密封池体，设进泥管、搅拌器和发酵液输出管；剩余污泥产酸反应器为一密封池体，设发酵液输入管、搅拌器和碳源输出管；碳源贮存池为一敞开池体，设出水管、排泥管。所述方法为：剩余污泥首先进入水解发酵反应器发生细胞破壁并释放出大分子有机物，在水解与发酵菌的作用下大分子有机物转为小分子有机物；而后进入产酸反应器，在产酸菌的作用下小分子有机物转为短链脂肪酸（SCFAs）；而后进入碳源贮存池；重复以上作用，最终SCFAs长期高效地产出。

Description

厌氧及低溶解氧剩余污泥水解发酵产酸的装置与方法

技术领域

本发明涉及厌氧+低溶解氧剩余污泥水解发酵产酸的装置和方法，属于污泥污水处理技术领域。

背景技术

活性污泥法是目前处理城市生活污水的一种有效方式，但因污水中生物可利用的碳源不足，生物脱氮除磷效果不好，出水很难达到一级A排放标准。要想提高生物脱氮除磷效率，需投加碳源，其中的一种途径就是加入化学合成的碳源，然而这种方法无疑增加了水厂的运行成本。另一方面活性污泥法处理过程中由于污泥的不断增殖会产生大量的剩余污泥。由于剩余污泥含水率高，有恶臭，且含有毒化学物质和病原微生物，若不加以控制，势必造成二次污染。

短链脂肪酸（SCFAs）是生物脱氮除磷所需的优质碳源。近年来，利用有机物含量高的污泥进行厌氧水解酸化获取SCFAs备受关注。这不仅能为生物脱氮除磷系统提供碳源，还能使污泥减量，降低污泥的处理处置费用。目前，促进剩余污泥厌氧水解酸化产酸的技术有超声、微波、热解、酶促、表面活性剂法等，然而这些技术存在产酸效率低、产酸所需时间长、运营成本高等问题，难以应用于实际污水处理厂。

因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是：如何利用微生物技术，提出一种有效的反应装置和方法，使得剩余污泥在水解酸化过程中能长期高效的转化为SCFAs，进而为生物脱氮除磷系统提供碳源，提高生物脱氮除磷效率。

发明内容

本发明的目的就是为了提高产酸量、缩短产酸时间而提出的厌氧+低溶解氧剩余污泥水解发酵产酸的装置和方法，进而将剩余污泥中的碳源应用到城市生活污水处理厂，降低运营成本，提高生物脱氮除磷效率。

本发明的目的是通过以下解决方案来解决的：1、厌氧+低溶解氧剩余污泥水解发酵产酸的装置，其特征在于：设有氮气机1、剩余污泥水解发酵反应器2、空压机3、剩余污泥产酸反应器4、碳源贮存池5、可编程过程控制器6；

所述氮气机1联合第一气体流量计1.1、第一气量调节阀1.2、第一曝气头1.3构成曝氮气系统，通过曝气管路与剩余污泥发酵反应器2连接；

所述剩余污泥水解发酵反应器2为一封闭池体，设有进泥泵2.1、进泥管2.2、第一搅拌器2.3、发酵液输出管2.4、第一电动阀2.5，内设有pH传感器2.6、第一溶解氧DO传感器2.7，上述传感器分别与pH测定仪2.8、第一DO测定仪2.9连接，第一电动阀2.5设在发酵液输出管2.4上；

所述空压机3联合第二气体流量计3.1、第二气量调节阀3.2和第二曝气头3.3构成曝气系统，通过曝气管路与剩余污泥产酸反应器4连接；

所述剩余污泥产酸反应器4为一封闭池体，设有发酵液输入管4.1，通过发酵液输出管2.4、发酵液输入管4.1与剩余污泥水解发酵反应器2连接，另设有第二搅拌器4.2、碳源输出管4.3、第二电动阀4.4，内设有第二溶解氧DO传感器4.5，上述传感器4.5与第二溶解氧DO测定仪4.6连接，第二电动阀4.4设在碳源输出管4.3上；

所述碳源贮存池5设有出水管5.1、排泥管5.2，通过碳源输出管4.3与剩余污泥产酸反应器4相连；

所述可编程过程控制器6，内置有曝氮气继电器6.1、进泥泵继电器6.2、第一搅拌器继电器6.3、第一电动阀继电器6.4、曝氧气继电器6.5、第二搅拌器继电器6.6、第二电动阀继电器6.7，上述继电器经接口分别与氮气机1、进泥泵2.1、第一搅拌器2.3、第一电动阀2.5、空压机3、第二搅拌器4.2、第二电动阀连接4.4，另置有数据信号接口分别与pH测定仪2.8、第一溶解氧测定仪2.9、第二溶解氧测定仪4.6连接。

利用所述的厌氧+低溶解氧剩余污泥水解发酵产酸的装置实现剩余污泥发酵产酸的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）启动系统：

将相同体积、污泥浓度为6500-10000mg/L的剩余污泥分别投至水解发酵反应器和产酸反应器；

通过可编程过程控制装置实现水解发酵反应器和产酸反应器的搅拌器搅拌；通过可编程过程控制装置控制水解发酵反应器的pH在9.5-10.0，溶解氧DO=0；当DO>0时，氮气机将自动开启，经吹脱作用将反应器内的DO赶出，当DO=0时，氮气机自动关闭；通过可编程过程控制装置、气体流量计及气体调节阀控制产酸反应器内的溶解氧DO在0.2-0.8mg/L；剩余污泥进入水解发酵反应器，厌氧、碱性条件下不能生存的微生物发生细胞破壁现象，胞内大分子有机物释放到细胞外，在专性厌氧菌即水解发酵菌的水解作用下，大分子有机物被转化为小分子有机物；而后进入产酸反应器，上述小分子有机物将被转化成短链脂肪酸；

2）运行系统

控制产酸反应器的污泥停留时间SRT在6-8d，通过可编程过程控制装置控制电动阀，启动电动阀，产酸反应器内富含液态碳源的混合物在重力作用下排放至碳源贮存池，当达到预先设定的输出时间，电动阀自动关闭，贮存池的上清液经出水管供给生物脱氮除磷系统，贮存池中的污泥则定期排放至脱水机房进行脱水；

控制水解发酵反应器的SRT在6-8d，通过可编程过程控制装置控制电动阀，启动电动阀，发酵液在重力作用下经过发酵液输入管进入产酸反应器，当达到预先设定的输出时间，电动阀自动关闭；

通过可编程过程控制装置控制进泥泵，启动进泥泵将城市污水处理厂二沉池或浓缩池的剩余污泥引入水解发酵反应器，进入反应器的剩余污泥浓度在6500-10000mg/L。

本发明厌氧+低溶解氧剩余污泥水解发酵产酸的装置和方法，具有以下优点：

1）本装置可实现过程自动控制，操作简便；

2）本装置与方法中剩余污泥发酵产酸的SRT短；

3）产甲烷菌是绝对的厌氧菌，产酸菌是兼性厌氧菌，本方法中产酸反应器溶解氧在0.2-0.8mg/L，抑制了产甲烷菌，产酸菌依然可生存。这样，经过长期运行反应器，最终的微生物主要为水解酸化菌，进而强化污泥水解发酵作用，提高产酸量。

4）大多数甲烷细菌的最适pH值范围约在6.8-7.2之间，本方法中水解发酵反应器的pH在9.5-10.0，随着发酵液进入产酸反应器，其pH也保持碱性，显然抑制了产甲烷菌，阻止酸化产物甲烷化；

5）本装置与方法无温度控制，通过富集特异性微生物菌群强化水解、发酵和酸化过程，有很高的实际应用价值。

附图说明

图1为本发明厌氧+低溶解氧剩余污泥水解发酵产酸的装置结构示意图。

图中1为氮气机、2为剩余污泥水解发酵反应器、3为空压机、4为剩余污泥产酸反应器、5为碳源贮存池、6为可编程过程控制器；1.1为第一气体流量计、1.2为第一气量调节阀、1.3为第一曝气头；2.1为进泥泵、2.2为进泥管、2.3为第一搅拌器、2.4为发酵液输出管、2.5为第一电动阀，2.6为pH传感器、2.7为第一溶解氧DO传感器、2.8为pH测定仪（2.8）、2.9为第一DO测定仪；3.1为第二气体流量计、3.2为第二气量调节阀、3.3为第二曝气头；4.1为发酵液输入管、4.2为第二搅拌器、4.3为碳源输出管、4.4为第二电动阀，4.5为第二溶解氧DO传感器、4.6为第二溶解氧DO测定仪；5.1为出水管、5.2为排泥管；6.1为曝氮气继电器、6.2为进泥泵继电器、6.3为第一搅拌器继电器、6.4为第一电动阀继电器、6.5为曝氧气继电器、6.6为第二搅拌器继电器、6.7为第二电动阀继电器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

试验采用北京工业大学中试SBR的剩余污泥，污泥浓度MLSS=7500±50mg/L，试验系统如图1所示，剩余污泥水解发酵反应器和产酸反应器均采用有机玻璃制成，有效体积均为为5L。

具体操作如下：

1）启动系统：

将5L污泥浓度为7500±50mg/L的剩余污泥分别投至水解发酵反应器和产酸反应器；

通过可编程过程控制装置实现剩余污泥水解发酵反应器和产酸反应器的搅拌器搅拌；通过可编程过程控制装置控制水解发酵反应器的pH在9.5-10.0，溶解氧DO=0；当DO>0时，氮气机将自动开启，经吹脱作用将反应器内的DO赶出，当DO=0时，氮气机自动关闭；通过可编程过程控制装置、气体流量计及气体调节阀控制产酸反应器内的溶解氧DO在0.2-0.8mg/L。

剩余污泥进入水解发酵反应器，厌氧、碱性条件下不能生存的微生物发生细胞破壁现象，胞内的大分子有机物释放到细胞外，在专性厌氧菌即水解发酵菌的水解作用下，大分子有机物被转化为小分子有机物。而后进入产酸反应器，在兼性厌氧菌即产酸菌的作用下，上述小分子有机物将被转化成短链脂肪酸。

2）运行系统

根据产酸反应器有效体积（V=5L）及SRT=6d确定碳源输出管的位置，控制SRT=6d，即每天输出含液态碳源的混合液的体积V1=833mL，通过可编程过程控制装置控制电动阀，启动电动阀，产酸反应器内富含液态碳源的混合物在重力作用下排放至碳源贮存池，当达到预先设定的排放时间2min后，电动阀自动关闭，贮存池的上清液经出水管供给生物脱氮除磷系统，贮存池中减量后的污泥则定期排放至脱水机房进行脱水；

根据水解发酵反应器有效体积（V）及SRT确定发酵液输出管的位置，控制水解发酵反应器的SRT=6d，即每天输出发酵液的体积V2=833mL，通过可编程过程控制装置控制电动阀，启动电动阀，在重力作用下，发酵液经过发酵液输入管进入产酸反应器，当达到预先设定的输出时间2min后，电动阀自动关闭；

通过可编程过程控制装置控制进泥泵，启动进泥泵将城市污水处理厂二沉池或浓缩池的剩余污泥引入水解发酵反应器，进入反应器的剩余污泥浓度在7500±50mg/L，当达到预先设定的进泥时间5min后，进泥泵自动关闭；

试验结果表明：将MLSS=7500±50mg/L的剩余污泥投至本发明装置中发酵并控制SRT=6d，最终的SCFAs产量为1900±100mgCOD/L，占总SCOD的59%，污泥减量40%左右。因此本发明利用微生物技术可长期高效地产SCFAs，进而为生物脱氮除磷系统提供优质碳源，提高生物脱氮除磷效率并使污泥减量。

Claims (1)

1.厌氧及低溶解氧剩余污泥水解发酵产酸的装置实现剩余污泥发酵产酸的方法，应用如下装置，该装置设有氮气机(1)、剩余污泥水解发酵反应器(2)、空压机(3)、剩余污泥产酸反应器(4)、碳源贮存池(5)、可编程过程控制器(6)；

所述氮气机(1)联合第一气体流量计(1.1)、第一气量调节阀(1.2)、第一曝气头(1.3)构成曝氮气系统，通过曝气管路与剩余污泥水解发酵反应器(2)连接；

所述剩余污泥水解发酵反应器(2)为一封闭池体，设有进泥泵(2.1)、进泥管(2.2)、第一搅拌器(2.3)、发酵液输出管(2.4)、第一电动阀(2.5)，内设有pH传感器(2.6)、第一溶解氧DO传感器(2.7)，上述传感器分别与pH测定仪(2.8)、第一DO测定仪(2.9)连接，第一电动阀(2.5)设在发酵液输出管(2.4)上；

所述空压机(3)联合第二气体流量计(3.1)、第二气量调节阀(3.2)和第二曝气头(3.3)构成曝气系统，通过曝气管路与剩余污泥产酸反应器(4)连接；

所述剩余污泥产酸反应器(4)为一封闭池体，设有发酵液输入管(4.1)，通过发酵液输出管(2.4)、发酵液输入管(4.1)与剩余污泥水解发酵反应器(2)连接，另设有第二搅拌器(4.2)、碳源输出管(4.3)、第二电动阀(4.4)，内设有第二溶解氧DO传感器(4.5)，上述传感器(4.5)与第二溶解氧DO测定仪(4.6)连接，第二电动阀(4.4)设在碳源输出管(4.3)上；

所述碳源贮存池(5)设有出水管(5.1)、排泥管(5.2)，通过碳源输出管(4.3)与剩余污泥产酸反应器(4)相连；

所述可编程过程控制器(6)，内置有曝氮气继电器(6.1)、进泥泵继电器(6.2)、第一搅拌器继电器(6.3)、第一电动阀继电器(6.4)、曝氧气继电器(6.5)、第二搅拌器继电器(6.6)、第二电动阀继电器(6.7)，上述继电器经接口分别与氮气机(1)、进泥泵(2.1)、第一搅拌器(2.3)、第一电动阀(2.5)、空压机(3)、第二搅拌器(4.2)、第二电动阀连接(4.4)，另置有数据信号接口分别与pH测定仪(2.8)、第一溶解氧测定仪(2.9)、第二溶解氧测定仪(4.6)连接；

其特征在于包括以下步骤：

1)启动系统：

将相同体积、污泥浓度为6500-10000 mg/L的剩余污泥分别投至水解发酵反应器和产酸反应器；

通过可编程过程控制装置实现水解发酵反应器和产酸反应器的搅拌器搅拌；通过可编程过程控制装置控制水解发酵反应器的pH在9.5-10.0，溶解氧DO＝0；当DO>0时，氮气机将自动开启，经吹脱作用将反应器内的DO赶出，当DO＝0时，氮气机自动关闭；通过可编程过程控制装置、气体流量计及气体调节阀控制产酸反应器内的溶解氧DO在0.2-0.8mg/L；剩余污泥进入水解发酵反应器，厌氧、碱性条件下不能生存的微生物发生细胞破壁现象，胞内大分子有机物释放到细胞外，在专性厌氧菌即水解发酵菌的水解作用下，大分子有机物被转化为小分子有机物；而后进入产酸反应器，上述小分子有机物将被转化成短链脂肪酸；

2)运行系统

控制产酸反应器的污泥停留时间SRT在6-8d，通过可编程过程控制装置控制电动阀，启动电动阀，产酸反应器内富含液态碳源的混合物在重力作用下排放至碳源贮存池，当达到预先设定的输出时间，电动阀自动关闭，贮存池的上清液经出水管供给生物脱氮除磷系统，贮存池中的污泥则定期排放至脱水机房进行脱水；

控制水解发酵反应器的SRT在6-8d，通过可编程过程控制装置控制电动阀，启动电动阀，发酵液在重力作用下经过发酵液输入管进入产酸反应器，当达到预先设定的输出时间，电动阀自动关闭；

通过可编程过程控制装置控制进泥泵，启动进泥泵将城市污水处理厂二沉池或浓缩池的剩余污泥引入水解发酵反应器，进入反应器的剩余污泥浓度在6500-10000 mg/L。