CN103663879A - 一种污泥发酵同步处理高氨氮废水的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种污泥发酵同步处理高氨氮废水的装置和方法。系统中的原水池与SBR反应器相连接，SBR反应器通过中间水箱、储泥池与污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器相连接；方法为：高氨氮废水首先由原水池进入SBR反应器进行短程硝化，SBR反应器排水进入中间水箱，而后同剩余污泥一起进入污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器，同步进行剩余污泥发酵、厌氧氨氧化以及反硝化脱氮。本发明适合于高氨氮废水深度处理，在实现污水低碳耗脱氮处理的同时，还可以降低系统中剩余污泥的产量。

Description

一种污泥发酵同步处理高氨氮废水的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种污泥发酵同步处理高氨氮废水的装置和方法，属于污水污泥生物处理技术领域。首先通过控制曝气实现短程硝化，再在水解酸化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌的共同作用下实现污泥的减量和废水总氮的高效去除。本技术适用于高氨氮废水的深度处理。
背景技术
污水生物脱氮通过硝化将NH4 +-N转化为NO3 --N，再通过反硝化将NO3 --N转化为氮气从水中逸出。反硝化阶段以NO3 --N为电子受体，有机物作为电子供体，将硝氮转化为氮气完成生物脱氮。短程硝化技术将硝化过程控制在亚硝阶段，可节省25%的曝气量和40%的碳源，但一般城市生活污水由于氨氮浓度较低难以维持稳定的短程硝化。
我国大部分城市污水及高氨氮浓度的工业废水，存在碳源严重不足的问题，其自身的碳源无法满足脱氮的需求，进而成为污水生物处理总氮不达标的关键原因。国内现有污水生物处理系统往往通过投加甲醇等外碳源来补充碳源需求，这既增加了处理成本，又加剧了水厂中CO2的排放和剩余污泥的大量产生。为解决反硝化碳源不足的问题，目前有研究利用剩余污泥发酵产生的有机物作为反硝化碳源，然而，剩余污泥在厌氧消化产酸过程同时也会释放大量的氨氮，从而降低了该技术的应用前景。
发明内容
针对上述不足之处，本发明的目的是提供一种使高氨氮废水深度脱氮的同时，还可以实现污泥有效利用的装置和方法。
为实现上述目的，本发明提供一种污泥发酵同步处理高氨氮废水的装置，包括原水池1、原水进水泵1.1、SBR反应器2、温控装置2.1、搅拌装置2.2、pH测定仪2.3、DO测定仪2.4、曝气头2.5、空气压缩机2.6、排空阀2.7、SBR排泥阀2.8、SBR排水阀2.9、中间水箱3、硝化液进水泵3.1、进水阀3.2、储泥池4、进泥泵4.1、进泥阀4.2、污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器5、集气装置5.1、循环中间水箱5.2、循环泵5.3、循环阀5.4、出水管5.5、排泥阀5.6、三相分离器5.7、布水装置5.8。
原水池1通过原水进水泵1.1与SBR反应器2进水端相连。SBR反应器2中设置有温控装置2.1、搅拌装置2.2、pH测定仪2.3、DO测定仪2.4和曝气头2.5，SBR反应器2的排水端与中间水箱3的进水端相连，其排泥端与储泥池4的注泥端相连。中间水箱3的出水端通过硝化液进水泵3.1与污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器5相连，储泥池4的排泥端通过进泥泵4.1与污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器5相连。
污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器5顶部设有三相分离器5.7，底部设有布水装置5.8，三相分离器通过管道和循环中间水箱连接；三相分离器通过出水管5.5进行排水。污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器5外侧设有集气装置5.1和循环中间水箱5.2，循环中间水箱5.2设有排泥阀5.6，并通过循环泵5.3与污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器5底部相连。
本发明同时提供一种污泥发酵同步处理高氨氮废水的方法，包括以下步骤：
（1）启动SBR反应器：以实际城市污水处理厂的硝化污泥为接种污泥注入SBR反应器，其污泥浓度为2000-4000mg/L，同时，以添加NH4HCO3的实际城市生活污水作为原水注入原水池，通过原水进水泵打入SBR反应器中；随后启动曝气系统对SBR反应器中的高氨氮废水进行硝化，反应过程中DO维持在1.5-2mg/L，pH值维持在7.8-8.5，通过调节NH4HCO3的添加量维持进水NH4 +-N负荷在200-250mg/L；SBR反应器充水比为0.5-0.7，每天运行4-5个周期，每个周期包括进水，搅拌，曝气，沉淀，排水，闲置，在上述条件下运行SBR反应器，当其出水亚硝酸盐累积率大于95%且持续维持15天以上时，SBR短程硝化得以实现。
（2）启动污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器：控制污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器中污泥浓度7000-8000mg/L，水力停留时间3-5h，污泥停留时间10-20天，进水采用NH4 +-N与NO2 --N质量比为1：1.3的人工配水，起始TN浓度为20mg/L并以20mg/L的梯度逐步增大氮负荷直到200mg/L，每次增大氮负荷的时间点是自养脱氮率超过95%且持续维持15天以上，最后完成对污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器的厌氧氨氧化驯化处理；进水采用NH4 +-N与NO2 --N质量比为1：1.3且TN为200mg/L的人工配水，同时投加乙酸钠作为反硝化碳源使SCOD浓度为100-150mg/L，当TN去除率高于90%且持续维持15天以上时，厌氧氨氧化和反硝化的耦合成功实现；以剩余污泥取代乙酸钠作为反硝化的碳源使SCOD浓度继续维持在100-150mg/L，当TN去除率高于90%且持续维持15天以上时，达到污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮的实现。
（3）SBR反应器与污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器分别完成启动后，将两者串联运行：原水池中的高氨氮废水泵入SBR反应器中，污泥浓度维持2000-4000mg/L，pH值维持在7.8-8.5，首先进行缺氧搅拌反硝化，期间通过pH的变化判断反硝化终点，待pH下降后开启曝气并控制起始DO维持在1.5-2mg/L，在曝气状态下反应器中的硝化菌可直接利用原水中的氨氮进行短程硝化反应，期间通过pH和DO的变化来判断短程硝化的终点，待pH和DO均出现上升时，停止曝气和搅拌，进入沉淀阶段，泥水分离后，开启排水阀，使上清液进入中间水箱；储泥池中的剩余污泥和中间水箱出水分别通过进泥泵和硝化液进水泵从污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器的底部泵入，并控制污泥浓度7000-8000mg/L，水力停留时间3-5h，污泥停留时间10-20天，在上述条件下对污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器的中的剩余污泥与硝化液进行污泥发酵、反硝化和厌氧氨氧化的耦合处理，处理后出水与污泥分别通过出水管与排泥阀排出。
本发明的技术原理如下：
高氨氮废水首先进入SBR反应器，反硝化菌利用原水中的有机碳源，将上一过程中的亚硝和硝态氮反硝化成氮气，接着通过曝气控制实现废水的短程硝化；硝化液进入污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮系统，该系统一方面利用厌氧氨氧化菌的自养脱氮能力，将来自SBR反应器的亚硝和污泥发酵过程中释放的氨氮去除，另一方面，反硝化菌利用污泥发酵所产生的碳源，将厌氧氨氧化过程以及SBR反应器硝化过程产生的硝态氮反硝化成氮气，从而实现整个系统的深度脱氮，同时使剩余污泥得到了有效利用，促进污泥减量。本发明的关键在于，通过SBR反应器中pH和DO的调控，使亚硝有一定的积累率，从而确保污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮系统中厌氧氨氧化菌有相当比例存在。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、通过将剩余污泥发酵，反硝化及自养脱氮有机结合，实现真正意义上的高氨氮废水的深度脱氮，达到节省污水脱氮碳源投加和处理成本的目的；
2、由于污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器中微生物种群具有多样性，即便SBR反应器中短程硝化不完全或者亚硝积累率变低，仍可实现总氮的高效去除，即该系统可以有效应对氮负荷冲击；
3、实现污水生物脱氮系统自身剩余污泥的减量化处理和利用，提高污泥污水处理效率，节省处理成本和占地面积。
附图说明
图1为本发明装置的结构图。
主要符号说明如下：
1-原水池        2-SBR反应器    3-中间水箱
4-储泥池        5-污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器
1.1-原水进水泵  2.1-温控装置   2.2-搅拌装置
2.3-pH测定仪    2.4-DO测定仪     2.5-曝气头
2.6-空气压缩机  2.7-排空阀       2.8-SBR排泥阀
2.9-SBR排水阀   3.1-硝化液进水泵 3.2-进水阀
4.1-进泥泵      4.2-进泥阀       5.1-集气装置
5.2-循环中间水箱5.3-循环泵       5.4-循环阀
5.5-出水管      5.6-排泥阀       5.7-三相分离器
5.8-布水装置
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，污泥发酵同步处理高氨氮废水的装置，包括原水池1、SBR反应器2、中间水箱3、储泥池4与污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器5。原水池1通过原水进水泵1.1与SBR反应器2进水端连接，原水池1通过原水进水泵1.1将原水注入SBR反应器2中。SBR反应器2中设置有温控装置2.1、搅拌装置2.2、pH测定仪2.3、DO测定仪2.4、曝气头2.5和空气压缩机2.6，SBR反应器2的排水端通过SBR排水阀2.9与中间水箱3的进水端连接，其排泥端通过SBR排泥阀2.8与储泥池4的注泥端连接，另外，在其底部设置有排空阀2.7，以作检修或排空SBR内混合液时使用。中间水箱3的出水端通过硝化液进水泵3.1、进水阀3.2与污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器5底部连接，将硝化液注入污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器5中。储泥池4的排泥端通过进泥泵4.1、进泥阀4.2与污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器5底部连接，将剩余污泥注入污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器5中。污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器5顶部设有三相分离器5.7，底部设有布水装置5.8，三相分离器5.7通过出水管5.5进行排水。污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器5外侧设有集气装置5.1和循环中间水箱5.2，循环中间水箱5.2设有排泥阀5.6，并通过循环泵5.3与污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器5底部连接。
具体试验用水采用北京工业大学家属区生活污水外加碳酸氢铵作为原水，具体水质如下：pH为6.8-7.3，COD浓度为120-180mg/L，NH4 +-N浓度为150-220mg/L，NO2 --N及NO3 --N均在检测限以下，COD/N比为0.55-1.2。试验每天所加污泥为某中试浓缩后的新鲜剩余污泥（SS为9600-12000mg/L）。所用SBR反应器有效容积为10L，充水比为0.5，每天运行5个周期，每个周期包括进水（0.25h），搅拌（0.5h），曝气（3h），沉淀（0.3h），排水（0.15h），闲置（0.6h）；污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器的有效容积为5L，水力停留时间为4.8h。
具体运行过程如下：
（1）向原水池与储泥池中分别注满高氨氮废水与新鲜剩余污泥。
（2）SBR反应器进行短程硝化处理：将高氨氮废水通过原水进水泵打入SBR反应器中且维持污泥浓度为3000-4000mg/L，起始pH值维持在7.8-8.5，首先进行缺氧搅拌反硝化，反应器中的反硝化菌利用原水中的有机碳源，将反应器上一过程中的亚硝和硝态氮反硝化成氮气，期间通过pH的变化判断反硝化终点，待pH下降后开启曝气并控制起始DO维持在1.5-2mg/L，在曝气状态下反应器中的硝化菌可直接利用原水中的氨氮进行短程硝化反应，期间通过pH和DO的变化来判断短程硝化的终点，待pH和DO均出现上升时，停止曝气和搅拌，进入沉淀阶段。泥水分离后，开启排水阀，使上清液进入中间水箱。
在系统连续运行之前，先对SBR反应器进行启动，具体过程为：以实际城市污水处理厂的硝化污泥为接种污泥注入SBR反应器，其污泥浓度为2000-4000mg/L，同时，以添加NH4HCO3的实际城市生活污水作为原水注入原水池，通过原水进水泵打入SBR反应器中；随后启动曝气系统对SBR反应器中的高氨氮废水进行硝化，反应过程中DO维持在1.5-2mg/L，pH值维持在7.8-8.5，通过调节NH4HCO3的添加量维持进水NH4 +-N负荷在200-250mg/L；SBR反应器充水比为0.5-0.7，每天运行4-5个周期，每个周期包括进水，搅拌，曝气，沉淀，排水，闲置，在上述条件下运行SBR反应器，当其出水亚硝酸盐累积率大于95%且持续维持15天以上时，SBR短程硝化得以实现。
（3）储泥池中的剩余污泥和中间水箱出水分别通过进泥泵和硝化液进水泵从污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器的底部泵入并控制污泥浓度7000-8000mg/L，水力停留时间3-5h，污泥停留时间10-20天，在污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器的中对硝化液与剩余污泥进行污泥发酵、反硝化和厌氧氨氧化的耦合处理。处理后出水与污泥分别通过出水管与排泥阀排出。。
污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器启动过程分为以下阶段：阶段一，进水采用NH4 +-N与NO2 --N质量比为1：1.3的人工配水，起始TN浓度为20mg/L并以20mg/L的梯度逐步增大氮负荷直到200mg/L，各阶段终点是自养脱氮率超过95%且持续维持15天以上，最后完成对污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器的厌氧氨氧化驯化处理；阶段二，进水采用NH4 +-N与NO2 --N质量比为1：1.3且TN为200mg/L的人工配水，同时投加乙酸钠作为反硝化碳源使SCOD浓度为100-150mg/L，当TN去除率高于90%且持续维持15天以上时，厌氧氨氧化和反硝化的耦合成功实现；阶段三，以剩余污泥取代乙酸钠作为反硝化的碳源使SCOD浓度继续维持在100-150mg/L，当TN去除率高于90%且持续维持15天以上时，达到自养脱氮同步污泥发酵耦合反硝化的实现。
污泥发酵同步处理高氨氮废水的装置处理高氨氮废水，最终出水的pH值为7.2-7.6，氨氮浓度1.2-6.7mg/L，总氮浓度10-20mg/L，COD值40-60mg/L，同时污泥减量约30%。

Claims (2)

1.一种污泥发酵同步处理高氨氮废水的装置，其特征在于：包括原水池（1）、原水进水泵（1.1）、SBR反应器（2）、温控装置（2.1）、搅拌装置（2.2）、pH测定仪（2.3）、DO测定仪（2.4）、曝气头（2.5）、空气压缩机（2.6）、排空阀（2.7）、SBR排泥阀（2.8）、SBR排水阀（2.9）、中间水箱（3）、硝化液进水泵（3.1）、进水阀（3.2）、储泥池（4）、进泥泵（4.1）、进泥阀（4.2）、污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器（5）、集气装置（5.1）、循环中间水箱（5.2）、循环泵（5.3）、循环阀（5.4）、出水管（5.5）、排泥阀（5.6）、三相分离器（5.7）、布水装置（5.8）；
原水池（1）通过原水进水泵（1.1）与SBR反应器（2）进水端相连接；SBR反应器（2）中设置有温控装置（2.1）、搅拌装置（2.2）、pH测定仪（2.3）、DO测定仪（2.4）和曝气头（2.5），SBR反应器（2）的排水端与中间水箱（3）的进水端相连接，排泥端与储泥池（4）的注泥端相连接；中间水箱（3）的出水端通过硝化液进水泵（3.1）与污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器（5）相连接，储泥池（4）的排泥端通过进泥泵（4.1）与污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器（5）相连接；
污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器（5）顶部设有三相分离器（5.7），底部设有布水装置（5.8），三相分离器通过管道和循环中间水箱（5.2）连接；三相分离器通过出水管（5.5）进行排水；污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器（5）外侧设有集气装置（5.1）和循环中间水箱（5.2），循环中间水箱（5.2）设有排泥阀（5.6），并通过循环泵（5.3）与污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器（5）底部相连接。
2.应用权利要求1所述装置进行污泥发酵同步处理高氨氮废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）启动SBR反应器：以实际城市污水处理厂的硝化污泥为接种污泥注入SBR反应器，其污泥浓度为2000-4000mg/L，同时，以添加NH4HCO3的实际城市生活污水作为原水注入原水池，通过原水进水泵打入SBR反应器中；随后启动曝气系统对SBR反应器中的高氨氮废水进行硝化，反应过程中DO维持在1.5-2mg/L，pH值维持在7.8-8.5，通过调节NH4HCO3的添加量维持进水NH4 +-N负荷在200-250mg/L；SBR反应器充水比为0.5-0.7，每天运行4-5个周期，每个周期包括进水，搅拌，曝气，沉淀，排水，闲置，在上述条件下运行SBR反应器，当其出水亚硝酸盐累积率大于95%且持续维持15天以上时，SBR短程硝化得以实现；
（2）启动污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器：控制污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器中污泥浓度7000-8000mg/L，水力停留时间3-5h，污泥停留时间10-20天，进水采用NH4 +-N与NO2 --N质量比为1：1.3的人工配水，起始TN浓度为20mg/L并以20mg/L的梯度逐步增大氮负荷直到200mg/L，每次增大氮负荷的时间点是自养脱氮率超过95%且持续维持15天以上，最后完成对污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器的厌氧氨氧化驯化处理；进水采用NH4 +-N与NO2 --N质量比为1：1.3且TN为200mg/L的人工配水，同时投加乙酸钠作为反硝化碳源使SCOD浓度为100-150mg/L，当TN去除率高于90%且持续维持15天以上时，厌氧氨氧化和反硝化的耦合成功实现；以剩余污泥取代乙酸钠作为反硝化的碳源使SCOD浓度继续维持在100-150mg/L，当TN去除率高于90%且持续维持15天以上时，达到污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮的实现；
（3）SBR反应器与污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器分别完成启动后，将两者串联运行：原水池中的高氨氮废水泵入SBR反应器中，污泥浓度维持2000-4000mg/L，pH值维持在7.8-8.5，首先进行缺氧搅拌反硝化，期间通过pH的变化判断反硝化终点，待pH下降后开启曝气并控制起始DO维持在1.5-2mg/L，在曝气状态下反应器中的硝化菌直接利用原水中的氨氮进行短程硝化反应，期间通过pH和DO的变化来判断短程硝化的终点，待pH和DO均出现上升时，停止曝气和搅拌，进入沉淀阶段，泥水分离后，开启排水阀，使上清液进入中间水箱；储泥池中的剩余污泥和中间水箱出水分别通过进泥泵和硝化液进水泵从污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器的底部泵入，并控制污泥浓度7000-8000mg/L，水力停留时间3-5h，污泥停留时间10-20天，在上述条件下对污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器的中的剩余污泥与硝化液进行污泥发酵、反硝化和厌氧氨氧化的耦合处理，处理后出水与污泥分别通过出水管与排泥阀排出。
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