微曝氣硝化聯合污泥發酵耦合反硝化處理低碳氮比生活污水的方法
【專利摘要】微曝氣硝化聯合污泥發酵耦合反硝化處理低碳氮比生活污水的方法，屬于污水污泥處理領域。裝置包括：原水池、儲泥池、主反應器、排水池、空氣壓縮機、排泥池以及自動控制系統。在主反應器上設有攪拌器、溫控裝置、氣體流量計以及曝氣裝置。方法為：首次運行時接種剩余污泥發酵系統的排泥，每周期運行時向主反應器注入城市污水生物脫氮系統所排剩余污泥以及生活污水，混合液中的氨氮通過硝化反應轉化為亞硝態氮，進而利用污泥發酵產生的內碳源進行反硝化反應。本發明硝化階段采用微曝氣，反硝化階段無需投加外碳源，最終實現了在同一反應器內進行污泥內碳源開發、硝化反應和發酵耦合反硝化反應的目的。
【專利說明】微曝氣硝化聯合污泥發酵耦合反硝化處理低碳氮比生活污水的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種微曝氣硝化聯合發酵耦合反硝化處理低碳氮比生活污水的方法，屬于污水生物處理【技術領域】。該工藝適用于低碳氮比(C0D質量濃度/總氮質量濃度，C/N)城市生活污水的強化脫氮生物處理。

【背景技術】
[0002]隨著水體富營養化的日益嚴重，氮素污染問題引起了人們的高度關注。與此同時，對于氮素的排放標準也日趨嚴格。我國于2002年頒布的《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中對氮素的一級A排放標準為氨氮小于5mg/L，總氮小于15mg/L。然而，我國城市污水普遍存在的碳氮比偏低的問題逐漸成為城市污水處理達標的瓶頸，這導致了約有三分之一的城市污水處理廠總氮難以達標，需要通過在反硝化階段投加外碳源的方式達到一級A排放標準。
[0003]活性污泥法是目前城市污水處理使用的普遍方法之一，活性污泥法在凈水的同時會產生數量可觀的剩余污泥。我國每年產生的污泥量更是高達I億噸以上。因此，污水生物處理系統的剩余污泥處理問題是城市污水處理廠另一個重點和難點。
[0004]近年來，污泥內碳源的開發與利用成為了新的研究熱點。這既有助于解決污水處理碳源不足的問題，又可以實現污泥的減量化無害化處理。但現有多數研究往往局限于污泥內碳源的開發，即污泥發酵產酸后，通過淘洗的方式將有機酸投入到反應器中進行利用。這種發酵-淘洗的方式有以下不足:1、由于混合污泥長期處于厭氧環境，導致污泥黏度升高，不易泥水分離；2、完全厭氧發酵過程很難避免有產甲烷反應發生，而產甲烷過程會消耗大量發酵產物；3、由于淘洗效率普遍較低，若要提高液相中的揮發性脂肪酸(VolatileFatty Acid，VFA)溶出量，則需加大淘洗水量和淘洗次數；4、由于發酵過程會釋放出較高的氨氮和磷酸鹽，將發酵液注入后續處理單元時會增加進水負荷。


【發明內容】

[0005]為了解決上述問題，本發明利用序批式反應器將污泥發酵、城市生活污水的硝化、反硝化耦合于同一體系中，利用污泥發酵產生的有機酸為碳源進行反硝化，無需外加碳源，強化了低C/N污水的脫氮效果。本發明可以在同一反應器中實現微曝氣氨氧化反應、發酵產生內碳源、原位利用發酵產物進行反硝化反應的耦合，從而使得系統出水達到一級A標準。
[0006]本發明通過以下技術步驟實現:
[0007]—種微曝氣硝化聯合污泥發酵耦合反硝化處理低碳氮比生活污水的方法，其裝置包括:原水池、 儲泥池、主反應器、空氣壓縮機、排水池、排泥池、可編程過程控制器和計算機。原水池、儲泥池、空氣壓縮機、排水池、排泥池分別與主反應器相連接，在主反應器頂部設有一號攪拌器、溫控裝置、PH傳感器、DO傳感器，側面設有氣體流量計、進水管、進泥管、出水管、排泥管，底部設有曝氣裝置；儲泥池頂部設有二號攪拌器。
[0008]原水池、進水泵和進水管一端依次相連，進水管另一端與主反應器連接；儲泥池、進泥泵和進泥管一端依次相連，進泥管另一端與主反應器相連接；排水池、排水繼電器和排水管一端依次連接，排水管另一端與主反應器相連接；排泥池、排水繼電器和排泥管一端依次連接，排泥管另一端與主反應器相連接；空氣壓縮機通過氣體流量計與主反應器相連接；
[0009]可編程過程控制器內置有pH傳感器接口、DO傳感器接口、進水繼電器接口、一號攪拌器接口、溫控傳感器接口、曝氣繼電器接口、排水繼電器接口、排泥繼電器接口、進泥繼電器接口，可編程過程控制器另一端與計算機相連接。
[0010]一種微曝氣硝化聯合污泥發酵耦合反硝化處理低碳氮比生活污水的方法，其特征包括以下步驟:
[0011]I)接種污泥:微曝氣硝化聯合污泥發酵耦合反硝化主反應器首次啟動時采用的接種污泥來自污泥消化系統排泥，其污泥濃度為10-13kgMLSS/m3，并且初次進水進泥后的混合污泥濃度為5-8kgMLSS/m3 ；
[0012]2)啟動系統:開啟進水泵、進泥泵、一號攪拌器、二號攪拌器、空氣壓縮機，開啟可編程過程控制器和計算機，設置DO為0.5-0.8mg/L,設置溫度為30± 1°C ;
[0013]3)進泥:啟動進泥泵，將儲泥池中的新鮮剩余污泥泵入主反應器中，剩余污泥為城市污水生物脫氮系統所排剩余污泥，污泥濃度濃縮至10-13kgMLSS/m3，進泥與接種污泥的質量濃度比為1/5至3/10 ；
[0014]4)進水:啟動進水泵，將原水池中的城市生活污水泵入主反應器中，進水體積占主反應器有效容積的2/5-3/5 ；
[0015]5)好氧階段:硝化階段采用微曝氣，通過可編程過程控制器控制空氣壓縮機使溶解氧控制在0.5-0.8mg/L，可編程過程控制器收集pH傳感器反饋信號并傳輸入計算機，當PH信號的一階導數由負變正時，關閉空氣壓縮機；
[0016]6)缺氧階段:通過可編程過程控制器控制一號攪拌器，轉速為SO-1OOrpm，可編程過程控制器收集PH傳感器反饋信號并傳輸至計算機，當PH信號的一階導數由正變負時，關閉一號攪拌器，進入下一步驟；
[0017]7)靜置:靜置沉淀時間為30_60min，沉淀結束后進入下一步驟；
[0018]8)排水:通過可編程過程控制器控制排水繼電器，排水體積為主反應器有效容積的 2/5-3/5 ；
[0019]9)排泥:通過可編程過程控制器控制排泥繼電器，排泥比為1:12.5-1:8 ；
[0020]10)攪拌:通過可編程過程控制器啟動一號攪拌器，攪拌時間為6-10h ；
[0021]11)循環步驟(3)——(10)。
[0022]本發明的原理:本發明可以在同一反應器中實現微曝氣氨氧化反應、發酵產生內碳源、原位利用發酵產物進行反硝化反應的耦合。本發明所述方法處理的城市生活污水C/N小于3，進水氨氮濃度為50mg/L。首先在氨氧化階段，溶解氧控制在0.5-0.8mg/L,硝化細菌利用溶解氧進行硝化反應，將氨氮轉化為亞硝態氮；反硝化階段，在發酵細菌進行消化的同時，反硝化細菌利用污泥發酵產生的內碳源進行反硝化反應，由此實現了發酵耦合反硝化反應。另外，由于前一階段采用微曝氣，故不會對發酵細菌產生較大影響。反硝化反應終止后，進行厭氧消化，為下一周期提供內碳源。
[0023]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0024]I)在同一空間內實現了城市生活污水的硝化反應、發酵耦合反硝化反應，無需外加碳源，即可實現低C/N城市生活污水的總氮一級A排放標準；
[0025]2)在硝化階段采用微曝氣，既不破壞發酵細菌的產酸活性，又節約了能源消耗；
[0026]3)短程硝化出水的亞硝態氮為發酵耦合反硝化階段提供了穩定的缺氧環境，同時反硝化過程產生堿度，中和了消化反應產生的短鏈脂肪酸，有效促進了消化效率；
[0027]4)相較于傳統的厭氧消化過程，亞硝態氮的存在避免了產甲烷菌消耗污泥發酵產物，從而使發酵產物充分用于脫氮。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發明的裝置結構圖:
[0029]1-原水池 1.1-進水泵 1.2-進水管
[0030]2-儲泥池 2.1-二號攪拌器 2.2-進泥泵 2.3_進泥管
[0031]3-主反應器 3.1-—號攪拌器 3.2-溫度傳感器 3.3_氣體流量計
3.4-pH傳感器
[0032]3.5-D0傳感器 3.6_曝氣頭
[0033]4-空氣壓縮機 5-排水池 5.1-排水繼電器 5.2-排水管
[0034]6-排泥池 6.1-排泥繼電器 6.2-排泥管
[0035]7-可編程過程控制器 7.1-pH傳感器接口 7.2_D0傳感器接口
[0036]7.3-進水繼電器接口 7.4- 一號攪拌器接口
[0037]7.5-溫控傳感器接口 7.6-曝氣繼電器接口
[0038]7.7-排水繼電器接口 7.8-排泥繼電器接口
[0039]7.9-進泥繼電器接口 8-計算機

【具體實施方式】
[0040]結合附圖1和實施實例對本發明做進一步說明。
[0041]一種微曝氣硝化聯合污泥發酵耦合反硝化處理低碳氮比生活污水的方法，其裝置包括:原水池1、儲泥池2、主反應器3、空氣壓縮機4、排水池5、排泥池6、可編程過程控制器7和計算機8。微曝氣聯合污泥發酵耦合反硝化主反應器3采用圓柱形結構，在其頂部設有一號攪拌器3.1，溫度傳感器3.2、pH傳感器3.4、D0傳感器3.5，側面設有氣體流量計3.3，兩側分別設有進水管1.2、進泥管2.3、出水管5.2、排泥管6.2，底部設有曝氣裝置3.6。
[0042]原水池I通過進水泵1.1、進水管1.2與主反應器3相連接，儲泥池2通過進泥泵
2.2、進泥管2.3和主反應器相連接，儲泥池2頂部設有二號攪拌器2.1，排水池5通過排水繼電器5.1、排水管5.2與主反應器3相連接,排泥池6通過排泥繼電器6.1、排泥管6.2與主反應器3相連接，空氣壓縮機4通過氣體流量計3.3與主反應器3相連接。
[0043]可編程過程控制器7內置有pH傳感器接口 7.1、DO傳感器接口 7.2、進水繼電器接口 7.3、一號攪拌器接口 7.4、溫控傳感器接口 7.5、曝氣繼電器接口 7.6、排水繼電器接口
7.7、排泥繼電器接口 7.8、進泥繼電器接口 7.9，可編程過程控制器7另一端與計算機8相連接。
[0044]本發明以某大學家屬區排放的生活污水(pH = 7.0-7.9，NH4+_N = 58_68mg/L，COD=120-140mg/L)為研究對象。實驗接種污泥來自某城市污水處理廠污泥消化系統所排剩余污泥，實驗用剩余污泥來自城市生活污水中試脫氮系統所排剩余污泥，濃縮后置于儲泥池中(MLSS = 10-13kgMLSS/m3, MLVSS = 8-llkgMLSS/m3) ?微曝氣聯合污泥發酵耦合反硝化主反應器有效容積為10L，首次運行接種消化污泥4L，每周期投加新鮮剩余污泥1.2L，進水4.8L，混合后NH4+-N濃度為35mg/L，污泥濃度為6.lkgMLSS/m3，反應溫度控制在30°C。具體運行過程如下:
[0045]I)接種污泥:微曝氣硝化聯合污泥發酵耦合反硝化主反應器首次啟動時采用的接種污泥來自污泥消化系統排泥，其污泥濃度為12kgMLSS/m3，首次投加的新鮮剩余污泥來自城市生活污水中試脫氮系統，其污泥濃度為llkgMLSS/m3，并且初次進水進泥后的混合污泥濃度為 6.lkgMLSS/m3。
[0046]2)啟動系統:開啟進水泵、進泥泵、一號攪拌器、二號攪拌器、空氣壓縮機，開啟可編程過程控制器和計算機，設置DO為0.5-0.8mg/L,設置溫度為30± 1°C ;
[0047]3)進泥:啟動進泥泵，將儲泥池中的新鮮剩余污泥泵入主反應器中，剩余污泥為城市污水生物脫氮系統所排剩余污泥，污泥濃度為llkgMLSS/m3，進泥泵速為240ml/min，進泥時間為5min ；
[0048]4)進水:啟動進水泵，將原水池中的生活污水泵入主反應器中，進水泵速為480ml/min,進水時間為 1min ；
[0049]5)好氧階段:硝化階段采用微曝氣，通過可編程過程控制器控制空氣壓縮機使溶解氧控制在0.5-0.8mg/L，可編程過程控制器收集pH傳感器反饋信號并傳輸入計算機，當PH信號的一階導數由負變正時，關閉空氣壓縮機，硝化時間約為3h ；
[0050]6)缺氧階段:通過可編程過程控制器控制一號攪拌器，轉速為80rpm，可編程過程控制器收集PH傳感器反饋信號并傳輸至計算機，當pH信號的一階導數由正變負時，關閉一號攪拌器，隨后進入下一步驟；
[0051]7)靜置:靜置沉淀時間為30min，沉淀結束后進入下一步驟；
[0052]8)排水:通過可編程過程控制器控制排水繼電器，排水體積為4.8L，排水時間為2min ；
[0053]9)排泥:排水結束后，啟動一號攪拌器，通過可編程過程控制器控制排泥繼電器，排泥1.2L；
[0054]10)攪拌:，攪拌時間為9h ；
[0055]11)循環步驟(3)——(10)。
[0056]連續運行結果表明:在30°C，DO濃度為0.5-0.8mg/L，反應器中污泥濃度為5-8kgMLSS/m3,進水C/N小于3的情況下，出水氨氮小于5mg/L,出水總氮小于10mg/L,達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002) —級A標準。本發明在同一反應器中實現了微曝氣硝化、污泥內碳源的開發、利用污泥內碳源進行反硝化的耦合，最終實現了低C/N生活污水的脫氮過程。
【權利要求】
1.一種微曝氣硝化聯合污泥發酵耦合反硝化處理低碳氮比生活污水的裝置，其特征在于:包括原水池(I)、儲泥池(2)、主反應器(3)、空氣壓縮機(4)、排水池(5)、排泥池(6)、可編程過程控制器(7)和計算機(8);原水池(I)、儲泥池(2)、空氣壓縮機(4)、排水池(5)、排泥池(6)分別與主反應器(3)相連接，在所述主反應器(3)頂部設有一號攪拌器(3.1)、溫度傳感器(3.2)、pH傳感器(3.4)、DO傳感器(3.5)，側面設有氣體流量計(3.3)、進水管(1.2)、進泥管(2.3)、排水管(5.2)、排泥管(6.2)，底部設有曝氣頭(3.6);儲泥池(2)頂部設有二號攪拌器(2.1)； 原水池(I)、進水泵(1.1)和進水管(1.2)的一端依次相連接，進水管另一端與主反應器(3)連接；儲泥池(2)、進泥泵(2.1)和進泥管(2.3)的一端依次相連接，進泥管(2.3)另一端與主反應器(3)相連接；排水池(5)、排水繼電器(5.1)和排水管一端(5.2)依次相連接，所述排水管(5.2)另一端與主反應器(3)相連接；排泥池(6)、排水繼電器(6.1)和排泥管(6.2) 一端依次連接，排泥管(6.2)另一端與主反應器(3)相連接；空氣壓縮機(4)通過氣體流量計(3.3)與主反應器(3)相連接； 可編程過程控制器(7)內置有pH傳感器接口(7.1)、D0傳感器接口(7.2)、進水繼電器接口(7.3)、一號攪拌器接口(7.4)、溫控傳感器接口(7.5)、曝氣繼電器接口(7.6)、排水繼電器接口(7.7)、排泥繼電器接口(7.8)、進泥繼電器接口(7.9)，可編程過程控制器(7)另一端與計算機(8)相連接。
2.應用權利要求1所述裝置處理低碳氮比生活污水的方法，其特征包括以下步驟: 1)接種污泥:微曝氣硝化聯合污泥發酵耦合反硝化主反應器首次啟動時采用的接種污泥來自污泥消化系統排泥，其污泥濃度為10-13kgMLSS/m3，并且初次進水進泥后的混合污泥濃度為5-8kgMLSS/m3 ； 2)啟動系統:開啟進水泵、進泥泵、一號攪拌器、二號攪拌器、空氣壓縮機，開啟可編程過程控制器和計算機，設置DO為0.5-0.8mg/L,設置溫度為30± 1°C ; 3)進泥:啟動進泥泵，將儲泥池中的新鮮剩余污泥泵入主反應器中，剩余污泥為城市污水生物脫氮系統所排剩余污泥，污泥濃度濃縮至10-13kgMLSS/m3，進泥與接種污泥的質量濃度比為1/5至3/10 ； 4)進水:啟動進水泵，將原水池中的城市生活污水泵入主反應器中，進水體積占主反應器有效容積的2/5-3/5 ； 5)好氧階段:硝化階段采用微曝氣，通過可編程過程控制器控制空氣壓縮機使溶解氧控制在0.5-0.8mg/L,可編程過程控制器收集pH傳感器反饋信號并傳輸入計算機，當pH信號的一階導數由負變正時，關閉空氣壓縮機； 6)缺氧階段:通過可編程過程控制器控制一號攪拌器，轉速控制在SO-1OOrpm，可編程過程控制器收集PH傳感器反饋信號并傳輸至計算機，當pH信號的一階導數由正變負時，關閉一號攪拌器，進入下一步驟； 7)靜置:靜置沉淀時間為30-60min，沉淀結束后進入下一步驟； 8)排水:通過可編程過程控制器控制排水繼電器，排水體積為主反應器有效容積的2/5-3/5 ； 9)排泥:通過可編程過程控制器控制排泥繼電器，排泥比為1:12.5-1:8 ； 10)攪拌:通過可編程過程控制器啟動一號攪拌器，攪拌時間為6-10h；11)循環步驟( 3)——(10)。
【文檔編號】C02F11/04GK104163493SQ201410361653
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月27日 優先權日:2014年7月27日
【發明者】彭永臻, 郭媛媛, 王博, 唐裕芳, 王淑瑩 申請人:北京工業大學