CN110002681B - 一种基于亚硝酸盐强化污泥发酵的污泥侧流处理装置及方法 - Google Patents

一种基于亚硝酸盐强化污泥发酵的污泥侧流处理装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种基于亚硝酸盐强化污泥发酵的污泥侧流处理装置及方法，用于城市污水处理系统，强化系统脱氮和污泥原位减量。二沉池的部分浓缩污泥经过回流系统进入厌氧区，另一部分经过污泥旁侧处理系统处理后回流至污水处理系统适宜的区域。同时配备可编程逻辑控制器(PLC控制系统)，通过监测进水中的COD与氨氮的浓度，控制污泥旁侧回流系统污泥发酵时间和污泥回流位置，精准调控剩余污泥回流方式，降低进水水质变化波动对污水处理系统的影响，提高污水脱氮除磷效率。亚硝酸盐的毒性作用可强化微生物细胞裂解，使剩余污泥进一步水解酸化以产生挥发性脂肪酸，回流至缺氧区以强化脱氮。该装置方法可节省碳源，具有可观的经济效益，降低后续污泥处置的费用。

Description

一种基于亚硝酸盐强化污泥发酵的污泥侧流处理装置及方法
技术领域
本发明涉及一种基于亚硝酸盐强化污泥发酵的污泥侧流处理装置及方法，属于城市污水处理与资源化领域。
背景技术
在城市污水处理过程中会产生很多的剩余污泥，而污泥中含有较多的有机物，若直接排放到环境之中会对环境造成二次污染，因此一般都采用厌氧消化法，对污泥进行进一步处理。即在无氧的条件下，借助兼氧菌和专性厌氧菌降解活性污泥中的有机污染物，分解的主要产物是以甲烷为主的沼气。有机物在厌氧条件下消化降解的过程可分为主要的两个阶段，即酸性发酵阶段和碱性发酵阶段，在酸性发酵阶段，有机物在细菌的作用下，分解成简单的有机酸，在这一阶段，由于有机酸的大量累积，pH降至5～6，所以叫酸性发酵阶段。随后，在碱性发酵阶段，参与的微生物是甲烷细菌，酸性发酵阶段的代谢产物进一步分解为沼气，有机酸迅速分解，pH迅速上升，达到7～8，所以叫碱性发酵阶段。
另一方面，剩余污泥中还含有大量的有机物等可供微生物生长所需的营养物质，因此可作为替代碳源强化城市污水脱氮除磷效果，具有潜在经济价值。
水体富营养化问题是当今世界面临的主要水污染问题之一，而氮、磷的过量排放是引起水体富营养化的主要因素。因此国内外对氮、磷排放限制标准的日趋严格。生物脱氮技术是当前应用最为广泛的污水脱氮技术，即通过硝化菌、反硝化菌作用实现氮的去除，充足的碳源是实现高效脱氮的关键。一般认为，当生物池进水C/N比(碳氮比是指进水中COD与总氮的质量浓度的比值，一般用“C/N”表示)低于3.4时，需要外加碳源来保证良好的生物脱氮效果，而我国大部分城市污水处理厂进入生物池的污水C/N比均低于此值，污水中有机碳源不足导致生物脱氮效率低下。为提高生物脱氮效率，实现出水总氮(TN)达标排放，需要投加葡萄糖、乙酸钠、甲醇等补充有机碳源，这样就增加了污水处理厂运行成本。可见，碳源问题的解决与否关系着生物脱氮效率的高低与城市污水处理厂运行成本的高低。而剩余污泥中含有大量有机物，可通过投加亚硝酸盐的方式，促进污泥中的微生物细胞裂解，从而释放其中的有机物质，然后通过缺氧区回流，为反硝化作用提供碳源。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于AAO污泥旁侧回流系统(4)稳定脱氮的实时调控装置及方法，要解决城市污水处理过程中进水水质波动的问题。
城市污水处理过程中进水水质波动主要原因是降水影响，由于降水因素，大量不含氮磷、有机物的水进入城市污水收集系统，从而导致污水处理的进水C/N比急剧降低，因此对污水处理过程产生较大的冲击，致使出水水质大大变差。
本发明主要是依靠PLC控制系统(35)对进水水质进行实时监测，通过计算机对所收集的数据进行计算分析，从而在处理工艺上进行及时反馈，从而达到稳定系统脱氮效果的目的。
进水水质主要分为三个等级，分别为C/N比5以下、C/N比5～10、C/N比10以上三种情况。当C/N比5以下时，说明进水中的有机物含量很低，缺氧区脱氮效果变差；同时，沉淀池(3)可能没有剩余污泥可回流。因此会导致反硝化脱氮进一步变差，因此需要PLC控制系统(35)启动污泥旁侧回流系统(4)、污泥储存罐(33)补充系统以及启动亚硝酸盐溶液储存罐(13)向污泥消化罐(14)中连续投加亚硝酸盐溶液，利用亚硝酸盐溶液的毒性作用，加速促进细胞裂解，从而释放有机物。在向缺氧区补充富含有机物的消化污泥的同时，经由污泥储存罐(33)向污泥旁侧回流系统(4)中补充剩余污泥，保证系统中的回流污泥足够消化反应。
当C/N比在5到10之间时，此时由在线实时监测探头可监测到进水水质处于一个相对稳定的状态，可基本保持正常的污水处理效果。不必额外添加碳源来促进反硝化作用。只需保证正常的污泥回流即可。同时，将污泥消化罐(14)的消化时间调整为5d，主要在污泥旁侧回流系统(4)内实现污泥减量以及污泥的稳定化，部分污泥可回流至厌氧区，经由消化稳定的污泥也可通过污泥消化罐(14)的排泥口排出，再作进一步处理。由于投加亚硝酸盐能促进污泥的稳定化，所以直接排放的消化污泥对环境的影响不大，可进一步进行焚烧、填埋或者堆肥处理。
当C/N比高于10时，此时说明进水水质中的C/N比很高，污水中的有机碳源已经足够缺氧区进行反硝化作用了。因此不必对缺氧区进行污泥回流添加额外有机碳源。此时，PLC控制系统(35)通过传送信号给二号控制继电器(19)、五号控制继电器(25)、六号控制继电器(27)，使一号污泥回流泵(20)进行污泥回流，同时控制污泥消化罐(14)的消化时间为10d，让亚硝酸盐溶液储存罐(13)通过注射泵(18)向污泥消化罐(14)中进行亚硝酸盐的连续投加，进而使得污泥消化罐(14)内对剩余污泥进行消化实现污泥减量。六号控制继电器(27)实现二号电动阀(28)处于关闭状态，同时，五号控制继电器(25)实现一号电动阀(26)处于打开状态，使得经消化减量的污泥通过污泥旁侧回流系统(4)回流到厌氧区Ⅰ(5)，增加AAO连续流反应器(2)中污泥的原位减量处理效果。
本发明的另外一个优点是能在回流污泥不足的情况下，通过PLC控制系统(35)的及时反馈作用，对AAO连续流反应器(2)系统及时进行剩余污泥补充，从而实现该工艺的稳定脱氨效果。
主要依托一个污泥储存罐(33)，通过PLC控制系统(35)和液位计(34)共同合作，在保证污泥储存罐(33)中含有足够量的可供剩余污泥不足时进行补充的污泥的时候，及时进行污泥外排。即当监测到污泥水位达到预定的水位时，PLC控制系统(35)通过八号控制继电器(42)的作用，控制四号电动阀(41)处于开启状态，从而实现污泥外排。而当PLC控制系统(35)监测到系统中没有足够的污泥进行回流时，PLC控制系统(35)将通过七号控制继电器(40)的作用，控制三号电动阀(39)处于开启的状态，从而进行回流污泥的补充。与此同时，四号电动阀(41)处于关闭状态，停止污泥外排。
本发明中污泥消化罐(14)内添加了柱状聚乙烯载体填料，有利于实现与污泥消化有关的微生物富集增长，强化污泥发酵和消化效果，提高污泥减量率，有利于污泥消化的进一步稳定化。同时，细菌浓度提高，也可加快污泥消化的速率，节省污泥消化的时间，在实际应用中，节约成本。
附图说明
图1是本发明的装置示意图。
具体实施方式
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的实施例详细说明如后。下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一：
原水进水经由PLC控制系统(35)监测到C/N比为3.6，原水通过AAO连续流反应器(2)处理后进入沉淀池(3)，后沉淀池(3)的剩余污泥经过污泥旁侧回流系统(4)的浓缩作用去除40％的水分之后进入污泥消化罐(14)中进行消化，消化时间为1d，同时通过亚硝酸盐溶液储存罐(13)向污泥消化罐(14)中连续投加亚硝酸盐溶液，消化罐温度为30℃，消化完成后将富含有机质的消化污泥回流到缺氧区Ⅰ(7)，进行碳源补充，促进反硝化脱氮作用。
实施例二：
原水进水经由PLC控制系统(35)监测到C/N比为7.8，原水通过AAO连续流反应器(2)处理后进入沉淀池(3)，后沉淀池(3)的剩余污泥经过污泥旁侧回流系统(4)的浓缩作用去除30％的水分之后进入污泥消化罐(14)中进行消化，消化时间为5d，同时通过亚硝酸盐溶液储存罐(13)向污泥消化罐(14)中连续投加亚硝酸盐溶液，消化罐温度为30℃，消化完成后的污泥性质较稳定，回流到厌氧区Ⅰ(7)，进而补充厌氧区的活性污泥浓度。
实施例三：
原水进水经由PLC控制系统(35)监测到C/N比为12.5，原水通过AAO连续流反应器(2)处理后进入沉淀池(3)，后沉淀池(3)的剩余污泥经过污泥旁侧回流系统(4)的浓缩作用去除50％的水分之后进入污泥消化罐(14)中进行消化，消化时间为10d，同时通过亚硝酸盐溶液储存罐(13)向污泥消化罐(14)中连续投加亚硝酸盐溶液，消化罐温度为35℃，消化完成后的污泥减量化明显，并且性质稳定，回流位置为厌氧区Ⅰ(7)，进行厌氧区活性污泥浓度补充的同时强化污泥原位减量的效果。
实施例四：
原水进水经由PLC控制系统(35)监测到C/N比为1.6，原水通过AAO连续流反应器(2)处理后进入沉淀池(3)，此时沉淀池(3)没有剩余污泥排出，污泥储存罐(33)对于污泥侧流处理系统进行剩余污泥的补充，后经浓缩作用去除30％的水分之后进入污泥消化罐(14)中进行消化，消化时间为1d，同时通过亚硝酸盐溶液储存罐(13)向污泥消化罐(14)中连续投加亚硝酸盐溶液，消化罐温度为30℃，消化完成后将富含有机质的消化污泥回流到缺氧区Ⅰ(7)，进行碳源补充，促进反硝化脱氮作用。
综上所述，本发明在污泥消化的技术中，通过投加亚硝酸盐促进污泥进一步消化，从而实现有机物的大量释放和污泥的原位减量化和稳定化。并且自动控制系统能针对进水水质的变化，灵活调整污泥旁侧回流系统(4)的回流方式，对AAO连续流反应器系统及时补充碳源。同时通过污泥储存罐对污泥旁侧回流系统(4)及时进行污泥补充，保证出水水质达标。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于亚硝酸盐强化污泥发酵的污泥侧流处理方法，该方法所用装置按照从进水端到出水端的顺序依次设置进水箱(1)、AAO连续流反应器(2)、沉淀池(3)、污泥旁侧回流系统(4)，同时配备PLC控制系统(35)；
原水通过进水箱(1)连接AAO连续流反应器(2)，AAO连续流反应器(2)末端设置出水口连接沉淀池(3)，沉淀池(3)后连接出水口和污泥旁侧回流系统(4)；
其中，污泥旁侧回流系统(4)包括格栅(16)、污泥浓缩池(15)、一号污泥回流泵(20)、污泥消化罐(14)、二号污泥回流泵(22)、一号电动阀(26)、二号电动阀(28)、亚硝酸盐溶液储存罐(13)、注射泵(18)、污泥储存罐(33)以及PLC控制系统(35)；其中，污泥浓缩池(15)的上端设有排水口(38)，污泥消化罐(14)内设有圆柱状聚乙烯载体填料，填料通过304不锈钢材串接而成，填料填充比为15％-25％，并设有搅拌器；污泥储存罐(33)设有液位计(34)；
AAO连续流反应器(2)从左到右分为八个隔室，从进水端到出水端依次是，厌氧区Ⅰ(5)、厌氧区Ⅱ(6)、缺氧区Ⅰ(7)、缺氧区Ⅱ(8)、好氧区Ⅰ(9)、好氧区Ⅱ(10)、好氧区Ⅲ(11)、好氧区Ⅳ(12)，厌氧区以及缺氧区均设有机械搅拌器，好氧区设置有曝气装置，通过空气管路与鼓风机(32)相连接；好氧区Ⅳ(12)的泥水混合物通过管路(29)回流至缺氧区Ⅰ(7)；泥水混合物经由出水管进入沉淀池(3)，经泥水分离后，上清液经由沉淀池(3)出水口流出，剩余污泥进入到污泥旁侧回流系统(4)；
PLC控制系统(35)包括氨氮实时在线监测探头(36)、COD实时在线监测探头(37)、液位计(34)、一号控制继电器(17)、二号控制继电器(19)、三号控制继电器(21)、四号控制继电器(23)、五号控制继电器(25)、六号控制继电器(27)、七号控制继电器(40)、八号控制继电器(42)，通过数据线与控制系统电脑相连接；氨氮实时在线监测探头(36)、COD实时在线监测探头(37)对于原水箱(1)中的进水水质的相应指标进行实时监控，并将数据通过数据线传回PLC控制系统(35)；
一号电动阀(26)、二号电动阀(28)通过一号污泥回流泵(20)连接污泥消化罐(14)和AAO连续流反应器(2)的厌氧区和缺氧区，控制经污泥旁侧回流系统(4)消化后的污泥的流向；一号电动阀(26)打开消化后污泥流向厌氧区Ⅰ(5)；二号电动阀(28)打开消化后污泥流向缺氧区Ⅰ(7)；三号电动阀(39)、四号电动阀(41)分别控制污泥储存罐(33)中污泥的流向，三号电动阀(39)打开时，实现污泥储存罐(33)向污泥旁侧回流系统(4)中补充污泥的功能，四号电动阀(41)打开时实现污泥外排；
其特征在于，步骤如下：
沉淀池(3)泥水分离后的浓缩污泥分为三部分，50％浓缩污泥通过管路(30)回流到AAO连续流反应器(2)的厌氧区Ⅰ(5)，30％通过管路(31)经由三号污泥回流泵(24)流入污泥旁侧回流系统(4)，20％剩余污泥经由污泥储存罐(33)通过四号电动阀(41)外排；
当PLC控制系统(35)监测到进水水质的C/N比低于5且高于等于2时，此时污水处理过程中有机碳源不足以完全实现污水处理的反硝化过程；PLC控制系统(35)通过传送信号给二号控制继电器(19)、五号控制继电器(25)、六号控制继电器(27)，使一号污泥回流泵(20)进行污泥回流，同时控制污泥消化罐(14)的消化时间为1d，六号控制继电器(27)实现二号电动阀(28)处于打开状态，同时，五号控制继电器(25)实现一号电动阀(26)处于关闭状态，从而实现经过发酵的污泥回流到缺氧区Ⅰ(7)中，进而为缺氧区的反硝化反应提供有机碳源；在此期间，PLC控制系统(35)通过数据线向一号控制继电器(17)传输信号，实现亚硝酸盐溶液储存罐(13)通过注射泵(18)向污泥消化罐(14)中进行亚硝酸盐的连续投加；当PLC控制系统(35)监测到进水水质的C/N比低于2时，污水处理过程中的污泥有机负荷低于0.1gCODcr/(g MLSS·d)，剩余污泥排放量相应减少；此时利用污泥储存罐(33)对于污泥侧流处理系统进行剩余污泥的补充；PLC控制系统(35)传送信号给七号控制继电器(40)，进而实现三号电动阀(39)的打开状态，将污泥储存罐(33)中的污泥排到污泥消化罐(14)中，进而对AAO连续流反应器(2)进行活性污泥以及碳源的补充；
当PLC控制系统(35)监测到进水水质的C/N比高于10时，污水中的碳源足够缺氧区进行反硝化作用；因此不必对缺氧区进行污泥回流；此时，PLC控制系统(35)通过传送信号给二号控制继电器(19)、五号控制继电器(25)、六号控制继电器(27)，同时通过PLC控制系统(35)关闭一号污泥回流泵(20)，不进行污泥回流，从而控制污泥消化罐(14)的消化时间为10d，亚硝酸盐溶液储存罐(13)通过注射泵(18)向污泥消化罐(14)中进行亚硝酸盐的连续投加，进而使得污泥消化罐(14)内对剩余污泥进行消化实现污泥减量；六号控制继电器(27)实现二号电动阀(28)处于关闭状态，同时，五号控制继电器(25)实现一号电动阀(26)处于打开状态，使得经消化减量的污泥通过污泥旁侧回流系统(4)回流到厌氧区Ⅰ(5)，强化污泥原位减量的效果；
当PLC控制系统(35)监测到进水水质的C/N比介于5～10之间时，PLC控制系统(35)通过传送信号给二号控制继电器(19)、五号控制继电器(25)、六号控制继电器(27)，使一号污泥回流泵(20)进行污泥回流，同时控制污泥消化罐(14)的消化时间为5d，让亚硝酸盐溶液储存罐(13)通过注射泵(18)向污泥消化罐(14)中进行亚硝酸盐的连续投加；六号控制继电器(27)实现二号电动阀(28)处于关闭状态；同时，五号控制继电器(25)实现一号电动阀(26)处于打开状态，使得经消化减量的污泥通过污泥旁侧回流系统(4)回流到厌氧区Ⅰ(5)。
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