CN110002677B - 城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化后的深度处理方法 - Google Patents

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Abstract

城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化后的深度处理方法，应用于强化剩余污泥深度处理。本发明采用投加亚硝酸盐的方式促进消化污泥减量和稳定，同时利用厌氧氨氧化生物膜原位去除污泥降解过程中释放的氨氮。使用本方法处理后的剩余污泥挥发性悬浮固体浓度更低，污泥更加稳定，并且深度处理后的污泥无异味，后续处置安全方便。此外，污泥脱水液氨氮浓度低，可直接回流到城市污水处理厂前端处理单元，降低了对城市污水处理厂的冲击负荷。通过本发明方法处理消化污泥具有处理效率高、副产物氨氮浓度低、处理后污泥更加稳定等优点，是一种高效且经济的污泥深度处理方法。

Description

城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化后的深度处理方法
技术领域
本发明涉及一种外源亚硝酸盐耦合厌氧氨氧化工艺强化处理剩余污泥的方法，属于城市污水处理与资源化领域。
背景技术
随着我国经济的发展，城市污水处理厂产生的剩余污泥量逐年递增。据统计，我国城市污泥年产量已达3000万吨(以80％含水率计)，其中80％未得到妥善处理。目前，厌氧消化技术因其能够实现污泥的减量的同时回收能源而得到了广泛应用。然而有利必有弊，厌氧消化技术固然带来了一些优点，但是发酵时间长，发酵效率低等问题也是必然会发生的。并且会产生大量含有氨氮的消化污泥脱水液所以必须采取相应措施。
传统的污泥厌氧消化是指污泥在无氧条件下，由兼性菌和厌氧细菌将污泥中的可生物降解的有机物分解成二氧化碳、甲烷和水等，使污泥得到稳定的过程。在此过程中无二次污染物产生，并且产生的甲烷可以产生极高的经济价值。
而本发明在传统污泥厌氧消化后向消化污泥中引入亚硝酸盐可进一步提高消化污泥内的生物降解程度使得污泥更加稳定。亚硝酸盐浓度高时会促进细胞裂解和细菌死亡。另一方面，向污泥发酵系统引入亚硝酸盐后，反硝化菌会原位利用污泥发酵产生的有机物还原亚硝酸盐，即发生反硝化作用。而反硝化作用会产生碱度补充系统内的碱度使得混合液pH升高，而在碱性条件下又能有效促进污泥中的有机物释放到液相中，即明显提高污泥发酵的速率和程度。外源亚硝酸盐的投加，为厌氧氨氧化反应的发生提供了有利条件。厌氧氨氧化工艺，即在厌氧条件下，微生物直接以氨氮做电子供体，以亚硝为电子受体,将氨氮或亚硝转变成氮气的生物氧化过程。反应方程式如下：
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发明内容
本发明在强化剩余污泥发酵处理的同时原位降低氨氮浓度，利用厌氧氨氧化反应可经济高效的去除氨氮，降低污泥处置的难度。
一种城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化后的深度处理的方法，其适用于小型城市污水处理厂的剩余污泥的处理。装置包括剩余污泥储存罐(1)，污泥厌氧消化罐(2)，污泥处理系统，厌氧氨氧化Anammox生物膜培养箱(4)和第一可编程逻辑控制器PLC系统(5)，第二可编程逻辑控制器PLC系统(6)；污泥处理系统包括污泥深度处理反应器(3)，亚硝酸盐溶液储存罐(16)、盐酸溶液储存罐(17)；
首先城市污水处理厂运行过程中产生的剩余污泥贮存在剩余污泥储存罐(1)中，剩余污泥通过第一进泥泵(7)泵入污泥厌氧消化罐(2)进行污泥厌氧消化；厌氧消化后的消化污泥通过带式污泥脱水机(8)进行脱水处理，处理后产生的脱水液进入絮凝沉淀池(9)进行泥水分离；分离的上清液进入厌氧氨氧化Anammox生物膜培养箱(4)，在厌氧氨氧化Anammox生物膜培养箱(4)中进行深度脱氮；同时产生的絮凝污泥通过絮凝沉淀池(9)下端的排泥管(10)与脱水后的消化污泥汇合一起进入消化污泥储泥罐(11)继而进入污泥深度处理反应器(3)；污泥深度处理反应器(3)中设有第一搅拌器(12)使其内污泥传质均匀；在污泥深度处理反应器(3)末端底部设置排泥口(13)与排泥泵(14)相连；处理后的污泥与板框污泥脱水机(15)相连进行脱水；二次脱水后的污泥含水率低于60％，污泥内部更加稳定；
亚硝酸盐溶液储存罐(16)与亚硝酸盐定量加药泵(18)相连、盐酸溶液储存罐(17)与盐酸定量加药泵(19)相连；第一可编程逻辑控制器(PLC)系统(5)由第一亚硝酸盐实时监测探头(20)、第一氨氮实时监测探头(21)、pH实时监测探头(22)、第一控制继电器(23)、第二控制继电器(24)、污泥浓度计(25)组成；通过第一可编程逻辑控制器(PLC)系统(5)接收由第一亚硝酸盐实时监测探头(20)、第一氨氮实时监测探头(21)、pH实时监测探头(22)、污泥浓度计(25)实时在线监测产生的数据信号，处理后产生控制信号，传递给第一控制继电器(23)、第二控制继电器(24)；其中第一控制继电器(23)控制盐酸定量加药泵(19)的开合，第二控制继电器(24)控制亚硝酸盐定量加药泵(18)的开合，以实现亚硝酸盐定量加药泵(18)定量投加亚硝酸盐溶液以及盐酸定量加药泵(19)投加盐酸溶液调节反应器内的pH；
消化污泥经固液分离后进入消化污泥储泥罐(11)再通过第二进泥泵(26)将消化污泥泵入到污泥深度处理反应器(3)；此时第一可编程逻辑控制器(PLC)系统(5)通过安装在消化污泥储泥罐(11)中的污泥浓度计(25)测量污泥的可挥发性悬浮固体浓度VolatileSuspended Solids，按照0.04g NO2 --N/gVSS.d～0.06g NO2 --N/gVSS.d的比例计算出亚硝的投加量；第一可编程逻辑控制器PLC系统(5)通过计算得出需要投加亚硝酸盐的量后控制第二控制继电器(24)打开向污泥深度处理反应器(3)中连续加入亚硝酸盐溶液；此时根据第一亚硝酸盐实时监测探头(20)检测污泥深度处理反应器(3)内亚硝酸盐浓度，同时第一氨氮实时监测探头(21)检测氨氮浓度；污泥处理的平均固体停留时间为5-8d，当系统内的亚硝酸盐浓度升高到10mg/L时，视为污泥稳定；
原位降低氨氮，当污泥深度处理反应器(3)内亚硝酸盐浓度积累至10mg/L的时候利用第一可编程逻辑控制器PLC系统(5)控制第二控制继电器(24)调节向污泥深度处理反应器(3)投加亚硝酸盐溶液的进药速度为初始进药速度的50％，为0.02g NO2 --N/gVSS.d，防止污泥深度处理反应器(3)内亚硝酸盐浓度积累过高对反应器内环境造成不可恢复的破坏；此时第一可编程逻辑控制器PLC系统(5)根据pH实时监测探头(22)检测此时的pH值，开启第一控制继电器(23)通过控制盐酸定量加药泵(19)定量投加盐酸溶液，调节污泥深度处理反应器(3)中的pH至7.0～8.0，当pH实时监测探头(22)检测的pH值达到7.0～8.0时关闭第一控制继电器(23)停止投加盐酸；后将厌氧氨氧化生物膜培养箱(4)中的厌氧氨氧化聚氨酯填料架(27)取出将其放入污泥深度处理反应器(3)中；利用厌氧氨氧化生物膜原位反应，将氨氮和亚硝酸盐共同转化为氮气；根据第一氨氮实时监测探头(21)以及第一亚硝实时监测探头(20)检测氨氮浓度以及亚硝酸盐浓度，始终保持亚硝酸盐浓度低于10mg/L，当反应器中氨氮浓度降低至5mg/L停止投加亚硝酸盐，污泥原位处理氨氮终止；此时将厌氧氨氧化聚氨酯填料架(27)取出放回污泥消化液厌氧氨氧化生物膜培养箱(4)中，维持厌氧氨氧化生物膜的活性；
经过处理后的污泥直接通过排泥口(13)由排泥泵(14)泵入到板框污泥脱水机(15)处置，处置后的污泥减量化明显，可挥发性有机物含量得到明显降低可进行直接填埋处置；分离出的水中氨氮的含量低小于5mg/L，因此脱水液回流到污水处理厂前端造成的冲击负荷也会降低，有利于增加城市污水处理厂运行的稳定性；
厌氧氨氧化Anammox生物膜培养系统由厌氧氨氧化生物膜培养箱(4)，第二可编程逻辑控制器PLC系统(6)组成；厌氧氨氧化生物膜培养箱(4)内投加聚氨酯填料(27)，聚氨酯填料(27)固定在填料架上以持留厌氧氨氧化菌；厌氧氨氧化生物膜培养箱(4)内设搅拌器(28，29)使其内的污泥传质均匀；第二可编程逻辑控制器PLC系统(6)由第二氨氮实时监测探头(30)、第二亚硝酸盐实时监测探头(31)、溶解氧实时监测探头(32)以及第三控制继电器(33)构成；当消化污泥脱水液进入厌氧氨氧化生物膜培养箱(4)时，根据氨氮实时监测探头(30)检测到氨氮浓度，亚硝酸盐实时监测探头(31)检测到的亚硝酸盐浓度，第二可编程逻辑控制器PLC系统(6)经过处理计算出的结果调节第三控制继电器(33)，以调节气泵(34)的曝气量来维持厌氧氨氧化生物膜培养箱(4)内的短程硝化反应，为厌氧氨氧化菌提供良好的生存环境。
附图说明
图1是本发明装置示意图。
具体实施方式
实施例参见图1，本发明的具体流程为：首先城市污水处理厂运行过程中产生的剩余污泥贮存在剩余污泥储存罐(1)中，剩余污泥入污泥厌氧消化罐(2)进行为期大约20天的厌氧消化。消化后污泥进行脱水处理，脱水液内氨氮浓度为1600～1900mg/L，为传统的高氨氮废水有利于厌氧氨氧化Anammox生物膜培养箱(4)内短程硝化的实现。泥水分离后的消化污泥进入消化污泥储泥罐(11)，此时污泥浓度为50000～60000mg/L。脱水液进入絮凝沉淀池(9)进一步泥水分离，分离后的上清液进入厌氧氨氧化Anammox生物膜培养箱(4)絮凝污泥和分离后的消化污泥进入消化污泥储泥罐(11)。在厌氧氨氧化Anammox生物膜培养箱(4)中通过每周期监测好氧阶段pH和DO曲线上的特征点，利用好氧曝气实时控制及时停止曝气，每周期末反应池内逐渐出现了明显的NO2 --N积累实现短程硝化反应富集厌氧氨氧化生物膜。混合后的消化污泥进入污泥深度处理反应器(3)开始投加亚硝酸盐进行5～7天的深度处理，处理后的污泥VSS/SS相对于未处理的污泥下降40％～46％。将在厌氧氨氧化Anammox生物膜培养箱(4)中富集好的厌氧氨氧化聚氨酯填料架(26)取出放入污泥深度处理反应器(3)中运行3～4天进行深度脱氮。
水厂运行过程中产生的剩余污泥进入剩余污泥储泥罐(1)通过第一进泥泵(7)泵入污泥厌氧消化罐(2)进行大约20天的污泥厌氧消化处置，期间可回收产生的甲烷。污泥经过厌氧消化后还含有大量难利用难降解的有机物，对后续的污泥处置还存在很大困难。本发明后续对消化污泥进行泥水分离，脱水液进入絮凝沉淀池(9)在絮凝沉淀池(9)中进一步泥水分离，产生的絮凝污泥与脱水后的消化污泥一起进入消化污泥储泥罐(11)。
将消化污泥储存罐(11)中消化污泥通过第二进泥泵(26)泵入污泥深度处理反应器(3)并引入外源亚硝酸盐，亚硝投加量由污泥的VSS决定，根据0.04g NO2 --N/(gVSS.d),设置第一可编程逻辑控制器(PLC)系统(5)向污泥深度处理反应器(3)中投加亚硝酸盐溶液的量。通过亚硝酸盐对消化污泥进行强化处理，进一步降低水厂剩余污泥的可挥发性悬浮固体浓度(VSS)。
絮凝沉淀池(9)中的上清液进入厌氧氨氧化(Anammox)生物膜培养箱(4)根据氨氮实时监测探头(30)检测到氨氮浓度，亚硝实时监测探头(31)检测到的亚硝浓度，第二可编程逻辑控制器(PLC)系统(6)经过处理计算出的结果控制调节气泵(34)的曝气量以维持厌氧氨氧化生物膜培养箱(4)内的短程硝化反应，培养厌氧氨氧化生物膜。
污泥深度处理反应器(3)和厌氧氨氧化生物膜培养箱(4)联合强化水厂消化污泥处理的后处理。第一可编程逻辑控制器(PLC)系统(5)根据pH实时监测探头(22)检测此时的pH值，开启第一控制继电器(23)调节污泥深度处理反应器(3)中的pH至厌氧氨氧化的最适pH(7.0～8.0)当pH实时监测探头检测的pH值到达厌氧氨氧化的最适pH时关闭第一控制继电器(23)。
将厌氧氨氧化生物膜培养箱(4)中的厌氧氨氧化聚氨酯填料架(27)取出将其放入污泥深度处理反应器(3)中。由于污泥深度处理反应器(3)和厌氧氨氧化生物膜培养箱(4)内的环境相同，厌氧氨氧化填料架在污泥深度处理反应器(3)中依然可以发挥作用，降低污泥发酵产生的氨氮。
一种城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化后的深度处理的装置，其特征在于包括：剩余污泥储存罐(1)与污泥厌氧消化罐(2)相连，两罐之间有一台进泥泵为第一进泥泵(7)；厌氧消化罐(2)随后与带式污泥脱水机(8)相连；带式污泥脱水机(8)分别与絮凝沉淀池(9)、消化污泥储泥罐(11)相连；消化污泥储泥罐(11)内部设有污泥浓度计(25)，污泥浓度计(25)与第一可编程逻辑控制器PLC系统(5)相连接；消化污泥储泥罐(11)通过第二进泥泵(26)与污泥深度处理反应器(3)相连，污泥深度处理反应器(3)内设有第一搅拌器(12)、第一亚硝酸盐实时监测探头(20)、第一氨氮实时监测探头(21)、pH实时监测探头(22)，底部设有排泥口(13)通过排泥泵(14)与板框污泥脱水机(15)相连；第一亚硝酸盐实时监测探头(20)、第一氨氮实时监测探头(21)、pH实时监测探头(22)与第一可编程逻辑控制器PLC系统(5)相连接；污泥深度处理反应器(3)外部分别与亚硝酸盐定量加药泵(18)、盐酸定量加药泵(19)相连，亚硝酸盐定量加药泵(18)又分别与亚硝酸盐溶液储存罐(16)、第二控制继电器(24)相连，盐酸定量加药泵(19)又分别与盐酸溶液储存罐(17)、第一控制继电器(23)相连；第二控制继电器(24)、第一控制继电器(23)与第一可编程逻辑控制器PLC系统(5)相连；
絮凝沉淀池(9)与厌氧氨氧化Anammox生物膜培养箱(4)相连，并通过污泥回流管(10)与消化污泥储泥罐(11)相连；厌氧氨氧化Anammox生物膜培养箱(4)内部设有第二氨氮实时监测探头(30)、第二亚硝酸盐实时监测探头(31)、溶解氧实时监测探头(32)、厌氧氨氧化聚氨酯填料架(27)、第二搅拌器(28)、第三搅拌器(29)；厌氧氨氧化Anammox生物膜培养箱(4)外部与气泵(34)相连，气泵(34)再与第三控制继电器(33)相连；第二氨氮实时监测探头(30)、第二亚硝酸盐实时监测探头(31)、溶解氧实时监测探头(32)、第三控制继电器(33)与第二可编程逻辑控制器PLC系统(5)相连。
本发明，仅需要在传统厌氧污泥发酵罐后接两个容器，占地面积小、改造工程量小，操作简单。相比于传统厌氧污泥发酵通常需要20天左右的时间，本发明中的后续强化深度处理仅仅需要5-8d，并且效果要远远优于传统污泥厌氧消化的效果。经过本发明处理过的污泥性状稳定可直接排放，降低了后续处置的困难。

Claims (2)

1.一种城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化后的深度处理的方法，其特征在于：装置包括剩余污泥储存罐（1），污泥厌氧消化罐（2），污泥处理系统，厌氧氨氧化Anammox生物膜培养箱（4）和第一可编程逻辑控制器PLC系统（5），第二可编程逻辑控制器PLC系统（6）；污泥处理系统包括污泥深度处理反应器（3），亚硝酸盐溶液储存罐（16）、盐酸溶液储存罐（17）；
首先城市污水处理厂运行过程中产生的剩余污泥贮存在剩余污泥储存罐（1）中，剩余污泥通过第一进泥泵（7）泵入污泥厌氧消化罐（2）进行污泥厌氧消化；厌氧消化后的消化污泥通过带式污泥脱水机（8）进行脱水处理，处理后产生的脱水液进入絮凝沉淀池（9）进行泥水分离；分离的上清液进入厌氧氨氧化Anammox生物膜培养箱（4），在厌氧氨氧化Anammox生物膜培养箱（4）中进行深度脱氮；同时产生的絮凝污泥通过絮凝沉淀池（9）下端的排泥管（10）与脱水后的消化污泥汇合一起进入消化污泥储泥罐（11）继而进入污泥深度处理反应器（3）；污泥深度处理反应器（3）中设有第一搅拌器（12）；在污泥深度处理反应器（3）末端底部设置排泥口（13）与排泥泵（14）相连；处理后的污泥与板框污泥脱水机（15）相连进行脱水；二次脱水后的污泥含水率低于60%；
亚硝酸盐溶液储存罐（16）与亚硝酸盐定量加药泵（18）相连、盐酸溶液储存罐（17）与盐酸定量加药泵（19）相连；第一可编程逻辑控制器PLC系统（5）由第一亚硝酸盐实时监测探头（20）、第一氨氮实时监测探头（21）、pH实时监测探头（22）、第一控制继电器（23）、第二控制继电器（24）、污泥浓度计（25）组成；通过第一可编程逻辑控制器PLC系统（5）接收由实时在线监测探头第一亚硝酸盐实时监测探头（20）、第一氨氮实时监测探头（21）、pH实时监测探头（22）、污泥浓度计（25）产生的数据信号，处理后产生控制信号，传递给控制继电器（23、24）；其中第一控制继电器（23）控制盐酸定量加药泵（19）的开合，第二控制继电器（24）控制亚硝酸盐定量加药泵（18）的开合，以实现亚硝酸盐定量加药泵（18）定量投加亚硝酸盐溶液以及盐酸定量加药泵（19）投加盐酸溶液调节污泥深度处理反应器（3）内的pH；
消化污泥经固液分离后进入消化污泥储泥罐（11）再通过第二进泥泵（26）将消化污泥泵入到污泥深度处理反应器（3）；此时第一可编程逻辑控制器PLC系统（5）通过安装在消化污泥储泥罐（11）中的污泥浓度计（25）测量污泥的可挥发性悬浮固体浓度VolatileSuspended Solids，按照0.04g NO2 --N/gVSS.d～0.06g NO2 --N/gVSS.d的比例计算出亚硝酸盐 的投加量；第一可编程逻辑控制器PLC系统（5）通过计算得出需要投加亚硝酸盐的量后第二控制继电器（24）打开向污泥深度处理反应器（3）中连续加入亚硝酸盐溶液；此时根据第一亚硝酸盐实时监测探头（20）检测污泥深度处理反应器（3）内亚硝酸盐浓度，同时第一氨氮实时监测探头（21）检测氨氮浓度；污泥处理的平均固体停留时间为5-8d，当系统内的亚硝酸盐浓度升高到10mg/L时，视为污泥稳定；
原位降低氨氮，当污泥深度处理反应器（3）内亚硝酸盐浓度积累至10mg/L的时候利用第一可编程逻辑控制器PLC系统（5）控制第一控制继电器（23 ）调节向污泥深度处理反应器（3）投加亚硝酸盐溶液的进药速度为初始进药速度的50%，为0.02g NO2 --N/gVSS.d，此时第一可编程逻辑控制器PLC系统（5）根据pH实时监测探头（22）检测此时的pH值，开启第一控制继电器（23）通过控制盐酸定量加药泵（19）定量投加盐酸溶液，调节污泥深度处理反应器（3）中的pH至7.0～8.0，当pH实时监测探头（22）检测的pH值达到7.0～8.0时关闭第一控制继电器（23）停止投加盐酸；后将厌氧氨氧化生物膜培养箱（4）中的厌氧氨氧化聚氨酯填料架（27）取出将其放入污泥深度处理反应器（3）中；利用厌氧氨氧化生物膜原位反应，将氨氮和亚硝酸盐共同转化为氮气；根据第一氨氮实时监测探头（21）以及第一亚硝酸盐实时监测探头（20）检测氨氮浓度以及亚硝酸盐浓度，始终保持亚硝酸盐浓度低于10mg/L，当反应器中氨氮浓度降低至5mg/L停止投加亚硝酸盐，污泥原位处理氨氮终止；此时将厌氧氨氧化聚氨酯填料架（27）取出放回污泥消化液厌氧氨氧化生物膜培养箱（4）中，维持厌氧氨氧化生物膜的活性；
经过处理后的污泥直接通过排泥口（13）由排泥泵（14）泵入到板框污泥脱水机（15）处置。
2.一种城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化后的深度处理的装置，其特征在于包括：剩余污泥储存罐（1）与污泥厌氧消化罐（2）相连，两罐之间有一台进泥泵为第一进泥泵（7）；厌氧消化罐（2）随后与带式污泥脱水机（8）相连；带式污泥脱水机（8）分别与絮凝沉淀池（9）、消化污泥储泥罐（11）相连；消化污泥储泥罐（11）内部设有污泥浓度计（25），污泥浓度计（25）与第一可编程逻辑控制器PLC系统（5）相连接；消化污泥储泥罐（11）通过第二进泥泵（26）与污泥深度处理反应器（3）相连，污泥深度处理反应器（3）内设有第一搅拌器（12）、第一亚硝酸盐实时监测探头（20）、第一氨氮实时监测探头（21）、pH实时监测探头（22），底部设有排泥口（13），排泥口（13）通过排泥泵（14）与板框污泥脱水机（15）相连；第一亚硝酸盐实时监测探头（20）、第一氨氮实时监测探头（21）、pH实时监测探头（22）与第一可编程逻辑控制器PLC系统（5）相连接；污泥深度处理反应器（3）外部分别与亚硝酸盐定量加药泵（18）、盐酸定量加药泵（19）相连，亚硝酸盐定量加药泵（18）又分别与亚硝酸盐溶液储存罐（16）、第二控制继电器（24）相连，盐酸定量加药泵（19）又分别与盐酸溶液储存罐（17）、第一控制继电器（23）相连；第二控制继电器（24）、第一控制继电器（23）与第一可编程逻辑控制器PLC系统（5）相连；
絮凝沉淀池（9）与厌氧氨氧化Anammox生物膜培养箱（4）相连，并通过污泥回流管（10）与消化污泥储泥罐（11）相连；厌氧氨氧化Anammox生物膜培养箱（4）内部设有第二氨氮实时监测探头（30）、第二亚硝酸盐实时监测探头（31）、溶解氧实时监测探头（32）、厌氧氨氧化聚氨酯填料架（27）、第二搅拌器（28）、第三搅拌器（29）；厌氧氨氧化Anammox生物膜培养箱（4）外部与气泵（34）相连，气泵（34）再与第三控制继电器（33）相连；第二氨氮实时监测探头（30）、第二亚硝酸盐实时监测探头（31）、溶解氧实时监测探头（32）、第三控制继电器（33）与第二可编程逻辑控制器PLC系统（6 ）相连。
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