一种剩余污泥发酵耦合双污泥反硝化除磷脱氮的装置和方法

摘要

一种剩余污泥发酵耦合双污泥反硝化除磷脱氮的装置和方法属于城市污水生物处理领域。装置包括反硝化除磷脱氮反应器AAO、硝化反应器BAF和剩余污泥发酵反应器SBR。剩余污泥发酵液的城市污水进入AAO反应器的厌氧区，然后混合液进入AAO反应器缺氧区，随后混合液进入AAO反应器好氧区进行微曝气完成剩余磷的吸收及吹脱氮气；出水排入BAF反应器发生硝化作用，去除原水中氨氮；BAF反应器出水一部分排放，一部分回流至AAO反应器缺氧区进行反硝化除磷脱氮；二沉池一部分污泥回流至AAO反应器厌氧区，一部分回流至剩余污泥发酵反应器SBR中。本发明解决了城市污水C/N比低的问题，减少剩余污泥产量，节约了费用，实现了氮磷同步深度去除。

说明书

技术领域

本发明涉及一种剩余污泥发酵耦合双污泥反硝化除磷脱氮的装置和方法， 属于城市污水生物处理技术领域。

背景技术

随着人们饮食习惯的改变，城市污水的组成与比例也逐渐发生变化，低 C/N比城市污水越来越普遍，目前，我国大多数污水处理厂都面临着原水碳源 不足的问题，严重影响污水处理厂的处理效果。如果大量加入外加碳源，如乙 酸钠等，会带来巨大的运行费用。

污水处理厂在污水处理过程中，会产生大量的剩余污泥，如果将剩余污泥 进行厌氧发酵产生可利用的有效碳源，直接投加到城市污水中，可从根本上解 决城市污水C/N比低的问题，同时解决了剩余污泥的处理问题。

本发明将剩余污泥厌氧发酵技术与双污泥反硝化除磷脱氮技术耦合，一方 面利用厌氧发酵将剩余污泥中的大分子物质转化为可利用的有效碳源，为反硝 化除磷脱氮提供了碳源，另一方面直接减少了剩余污泥的产生量，在降低运行 费用的基础上，提高了系统脱氮除磷效率，是一种符合我可持续发展的绿色工 艺，具有非常大的潜在应用价值与实际意义。

发明内容

本发明针对城市污水C/N比低的问题，在不投加外碳源的基础上，提出 了一种剩余污泥发酵耦合双污泥反硝化除磷脱氮的装置和方法，节约了运行成 本，减少了剩余污泥的产生量，实现了氮磷污染物的同步深度去除。

本发明提供的是一种剩余污泥发酵耦合双污泥反硝化除磷脱氮的装置和 方法，所用装置主要包括原水水箱(1)、AAO反应器(2)、沉淀池(3)、 中间水箱(4)、BAF反应器(5)、SBR反应器(6)，其特征在于：所述原 水水箱(1)通过第一进水泵(7)与AAO反应器(2)的厌氧区(8)连接； 所述厌氧区(8)与缺氧区(9)连接；所述缺氧区(9)与好氧区(10)连接； 所述AAO反应器(2)的厌氧区(8)：缺氧区(9)：好氧区(10)的容积 比为3:5:1；所述好氧区(10)与沉淀池(3)连接；所述沉淀池(3)与中间 水箱(4)连接；所述中间水箱(4)通过第二进水泵(12)与BAF反应器(5) 连接；所述BAF反应器(5)出水通过回流泵(15)与AAO反应器(2)的 缺氧区(9)第一格室连接；所述沉淀池(3)底部泥出口通过第一污泥泵(16) 与AAO反应器(2)的厌氧区(8)第一格室连接；所述沉淀池(3)底部泥 出口通过第二污泥泵(19)与储泥罐(20)连接；所述储泥罐(20)通过第三 污泥泵(21)与SBR反应器(6)连接；所述碱液箱(23)通过进液泵(22) 与SBR反应器(6)连接；所述SBR反应器(6)通过第四污泥泵(24)与原 水水箱(1)连接；

所述AAO反应器(2)的厌氧区(8)及缺氧区(9)内均设有第一搅拌 器(11)，好氧区(10)内设有曝气头(14)，通过气泵(13)提供氧气；

所述BAF反应器(5)内设有填料，填充比40～50％，硝化菌以固定膜的 形态生长于活性生物填料上，通过气泵(13)提供氧气；

所述SBR反应器(6)内设有第二搅拌器(6.1)、pH计(6.2)、温控装 置(6.3)。

本发明提供的是一种剩余污泥发酵耦合双污泥反硝化除磷脱氮的方法，该 方法主要包括以下步骤：

1)系统启动连续运行后，通过第四污泥泵(24)将上一周期SBR反应器 (6)的剩余污泥发酵混合液投加到原水水箱(1)中并搅拌均匀，使AAO反 应器(2)进水COD维持在280～320mg/L，然后原水经第一进水泵(7)与来 自沉淀池(3)经第一污泥泵(16)送来的回流污泥一同进入AAO反应器(2) 的厌氧区(8)首端，污泥回流比80～120％，同时开启第一搅拌器(11)， 进行厌氧搅拌，厌氧HRT为1.5～2h，聚磷菌利用原水及剩余污泥发酵液中的 碳源厌氧释磷，同时储存PAH，此阶段大部分COD被去除；

2)然后混合液从厌氧区(8)末端流入缺氧区(9)首端，同时注入来自 BAF反应器(5)经回流泵(15)送来的硝化液，回流比300～400％，利用第 一搅拌器(11)缺氧搅拌，缺氧HRT为4.8～5.4h，DPAOS以回流的硝态氮 为电子受体，体内储存的PHA为电子供体反硝化除磷脱氮，此阶段大部分硝 态氮和磷被去除；

3)随后混合液从缺氧区(9)末端进入好氧区(10)，开启气泵(13)， 通过曝气头(14)进行曝气，控制DO为2～3mg/L，好氧HRT为0.8～1.0h， 完成缺氧区(9)剩余磷的吸收及吹脱氮气；

4)接着混合液从好氧区(10)进入沉淀池(3)进行泥水分离后，上清液 流入中间水箱(4)后经第二进水泵(12)进入BAF反应器(5)，然后沉淀 池(3)中的污泥经第一污泥泵(16)回流至AAO反应器(2)的厌氧区(8) 首端，回流比80～120％，一部分剩余污泥经第二污泥泵(19)送入储泥罐(20) 中，另一部分剩余污泥经第一排放口(17)排放，控制AAO反应器(2)的 污泥龄在10～15d；

5)BAF反应器(5)内设有填料，填充比40～50％，硝化菌以固定膜的 形态生长于活性生物填料上，中间水箱(4)中的上清液经第二进水泵(12) 注入BAF反应器(5)，通过气泵(13)提供氧气，控制DO在6～8mg/L， 然后BAF反应器(5)出水一部分按回流比300～400％经回流泵(15)回流至 AAO反应器(2)的缺氧区(9)首端，另外一部分经第二排放口(18)排放， 此过程硝化菌将原水中的氨氮转化为硝态氮；

6)启动第三污泥泵(21)，将储泥罐(20)中的剩余污泥抽入SBR反应 器(6)中，同时开启进液泵(22)，将配置好的浓度为1mol/L～2mol/L的 NaOH溶液从碱液箱(23)中泵入SBR反应器(6)中，启动第二搅拌器(6.1) 进行厌氧搅拌，同时通过温控装置(6.3)保持SBR反应器(6)的温度为20～ 30℃，通过pH计(6.2)监测SBR反应器(6)中的pH维持在9～10，设定 SBR反应器(6)内第二搅拌器(6.1)一直运行，污泥浓度为8000～10000mg/L， 污泥停留时间5～10d，每天通过第三污泥泵(21)进泥一次，进泥比为0.2～ 0.3，通过第四污泥泵(24)排出剩余污泥厌氧发酵混合液一次，排泥量等于 进泥量。

本发明提供的是一种剩余污泥发酵耦合双污泥反硝化除磷脱氮的装置和 方法，具有以下几个优点：

1)反硝化除磷实现“一碳两用”，节省碳源，适合低C/N比生活污水。

2)创造聚磷菌和硝化菌各自的最佳生长环境，解决泥龄矛盾。

3)剩余污泥厌氧发酵，为城市污水提供有效碳源，减少外加碳源的使用 量，节约运行成本。

4)聚磷污泥为颗粒污泥，沉降性能好，泥水分离效果好。

5)剩余污泥厌氧发酵减少了剩余污泥的处理量，降低成本。

6)污泥产率低，系统稳定性好，运行管理方便，能耗低、效率高。

附图说明

图1为剩余污泥发酵耦合双污泥反硝化除磷脱氮装置的结构示意图。

图中：1为原水水箱；2为AAO反应器；3为沉淀池；4为中间水箱；5 为BAF反应器；6为SBR反应器；7为第一进水泵；8为厌氧区；9为缺氧区； 10为好氧区；11为第一搅拌器；12为第二进水泵；13为气泵；14为曝气头； 15为回流泵；16为第一污泥泵；17为第一排放口；18为第二排放口；19为 第二污泥泵；20为储泥罐；21为通过第三污泥泵；22为进液泵；23为碱液箱； 24为第四污泥泵；6.1为第二搅拌器；6.2为pH计；6.3为温控装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请专利作进一步说明：

如图1所示，剩余污泥发酵耦合双污泥反硝化除磷脱氮的装置，主要包括 原水水箱(1)、AAO反应器(2)、沉淀池(3)、中间水箱(4)、BAF反 应器(5)、SBR反应器(6)，其特征在于：所述原水水箱(1)通过第一进 水泵(7)与AAO反应器(2)的厌氧区(8)连接；所述厌氧区(8)与缺 氧区(9)连接；所述缺氧区(9)与好氧区(10)连接；所述AAO反应器(2) 的厌氧区(8)：缺氧区(9)：好氧区(10)的容积比为3:5:1；所述好氧区 (10)与沉淀池(3)连接；所述沉淀池(3)与中间水箱(4)连接；所述中 间水箱(4)通过第二进水泵(12)与BAF反应器(5)连接；所述BAF反应 器(5)出水通过回流泵(15)与AAO反应器(2)的缺氧区(9)第一格室 连接；所述沉淀池(3)底部泥出口通过第一污泥泵(16)与AAO反应器(2) 的厌氧区(8)第一格室连接；所述沉淀池(3)底部泥出口通过第二污泥泵(19) 与储泥罐(20)连接；所述储泥罐(20)通过第三污泥泵(21)与SBR反应 器(6)连接；所述碱液箱(23)通过进液泵(22)与SBR反应器(6)连接； 所述SBR反应器(6)通过第四污泥泵(24)与原水水箱(1)连接；

所述AAO反应器(2)的厌氧区(8)及缺氧区(9)内均设有第一搅拌 器(11)，好氧区(10)内设有曝气头(14)，通过气泵(13)提供氧气；

所述BAF反应器(5)内设有填料，填充比40～50％，硝化菌以固定膜的 形态生长于活性生物填料上，通过气泵(13)提供氧气；

所述SBR反应器(6)内设有第二搅拌器(6.1)、pH计(6.2)、温控装 置(6.3)。

试验期间，试验用水取自某教工住宅小区化粪池的生活污水，其水质特点 如下：COD浓度为158～225mg/L，NH₄⁺-N浓度为50.6～69.5mg/L，NO₂^-浓度 <1mg/L，NO₃^-浓度为0.1～1.05mg/L，PO₄^3--P浓度为4.7～6.5mg/L，C/N比约 为3.0，C/P比约为40.36。试验装置如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制 作，AAO反应器(2)共九个格室，每个格室HRT为0.8～1h，V_厌：V_缺：V_好＝3:5:1， 总有效容积为29.7L；BAF反应器(5)填料层体积为14.13L，HRT为3～4h； SBR反应器(6)有效容积为2.5L。

试验期间系统具体运行操作如下：

1)系统启动连续运行后，通过第四污泥泵(24)将上一周期SBR反应器 (6)的剩余污泥发酵混合液投加到原水水箱(1)中并搅拌均匀，使AAO反 应器(2)进水COD维持在280～320mg/L，然后原水经第一进水泵(7)与来 自沉淀池(3)经第一污泥泵(16)送来的回流污泥一同进入AAO反应器(2) 的厌氧区(8)首端，污泥回流比90％，同时开启第一搅拌器(11)，进行厌 氧搅拌，厌氧HRT为1.5～2h，进水流量为4L/h，聚磷菌利用原水及剩余污 泥发酵液中的碳源厌氧释磷，同时储存PAH，此阶段大部分COD被去除；

2)然后混合液从厌氧区(8)末端流入缺氧区(9)首端，同时注入来自 BAF反应器(5)经回流泵(15)送来的硝化液，回流比300％，利用第一搅 拌器(11)缺氧搅拌，缺氧HRT为4.8～5.4h，DPAOS以回流的硝态氮为电 子受体，体内储存的PHA为电子供体反硝化除磷脱氮，此阶段大部分硝态氮 和磷被去除；

3)随后混合液从缺氧区(9)末端进入好氧区(10)，开启气泵(13)， 通过曝气头(14)进行曝气，控制DO为2～3mg/L，好氧HRT为0.8～1.0h， 完成缺氧区(9)剩余磷的吸收及吹脱氮气；

4)接着混合液从好氧区(10)进入沉淀池(3)进行泥水分离后，上清液 流入中间水箱(4)后经第二进水泵(12)进入BAF反应器(5)，然后沉淀 池(3)中的污泥经第一污泥泵(16)回流至AAO反应器(2)的厌氧区(8) 首端，回流比90％，50％剩余污泥经第二污泥泵(19)送入储泥罐(20)中， 另一部分剩余污泥经第一排放口(17)排放，控制AAO反应器(2)的污泥 龄在12d；

5)BAF反应器(5)内设有填料，填充比45％，硝化菌以固定膜的形态 生长于活性生物填料上，中间水箱(4)中的上清液经第二进水泵(12)注入 BAF反应器(5)，通过气泵(13)提供氧气，控制DO在6～8mg/L，然后 BAF反应器(5)出水一部分按回流比300％经回流泵(15)回流至AAO反应 器(2)的缺氧区(9)首端，另外一部分经第二排放口(18)排放，此过程硝 化菌将原水中的氨氮转化为硝态氮；

6)启动第三污泥泵(21)，将储泥罐(20)中的剩余污泥抽入SBR反应 器(6)中，同时开启进液泵(22)，将配置好的浓度为1.5mol/L的NaOH溶 液从碱液箱(23)中泵入SBR反应器(6)中，启动第二搅拌器(6.1)进行 厌氧搅拌，同时通过温控装置(6.3)保持SBR反应器(6)的温度为28℃， 通过pH计(6.2)监测SBR反应器(6)中的pH维持在9～10，设定SBR反 应器(6)内第二搅拌器(6.1)一直运行，污泥浓度为8000～10000mg/L，污 泥停留时间8d，每天通过第三污泥泵(21)进泥一次，进泥比为0.2～0.3，通 过第四污泥泵(24)排出剩余污泥厌氧发酵混合液一次，排泥量等于进泥量。

试验结果表明：运行稳定后，BAF反应器出水COD浓度为35～48mg/L、 NH₄⁺-N浓度<1mg/L、NO₂^--N浓度<1mg/L、NO₃^--N浓度<1mg/L、TP浓度 <1mg/L、TN浓度<8mg/L，稳定达到国家一级A标准。

以上内容是结合具体的试验实施方式对本发明所做的进一步详细说明，便 于该领域技术人员更好的理解和应用本发明，不能认为本发明的具体实施方式 只限于这些，因此该领域技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明保护范 围之内。