折流式初沉污泥水解酸化开发碳源装置及其污泥处理方法

摘要

一种折流式初沉污泥水解酸化开发碳源装置及其污泥处理方法，属于污泥处理领域，涉及初沉污泥水解酸化的方法，解决碳源受限型废水碳源不足问题，实现初沉污泥的稳定化和资源化。其装置由四隔室组成，每隔室由下流室和上流室组成，容积比为1∶4；下流室底部设45°折板，各隔室挡板依次降低；生物膜强化区设置弹性滤料，以拦截生物固体，防止污泥流失。隔室4底部设循环泵，循环泵与进水管连接，形成循环回路。反应器外围设水浴，采用自动温控设备控制温度为30℃。本发明兼具上流式活性污泥床与推流式反应器优点，传质效率高，同等底物转化率下所需容积较CSTR反应器小，且无需搅拌，可用于初沉污泥处理，并为污水生物脱氮除磷提供碳源。

说明书

技术领域

本发明涉及一种折流式初沉污泥水解酸化开发碳源装置及其污泥处理方法，属于污水污泥处理与资源化领域。

背景技术

我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)对城镇污水处理厂的氮磷排放提出了更高的要求，脱氮除磷已成为城市污水处理的重要任务。我国许多城市污水属典型的低C/N废水，低碳氮比废水本身所能提供的碳源不能满足同步高效脱氮除磷的要求，解决碳源受限型废水碳源不足的问题已经迫在眉睫。

利用城市污泥进行水解酸化来开发生物脱氮除磷可利用的碳源是一种可行性较强的工艺，在获得生物可利用碳源的同时，实现污泥一定程度的稳定化和资源化。由于剩余污泥中含有大量聚磷菌在好氧段吸收的磷酸盐，若对剩余污泥进行水解酸化，会导致聚磷菌对磷的再次释放，而初沉污泥中富含脂肪酸，有机质含量在60％以上，是理想的资源化对象，且较剩余污泥而言无严重的氮磷释放问题。利用初沉污泥中的有机内碳源，将有效解决城市污水存在的碳源不足的问题并实现污泥减量化与资源化。

当前国内外采用的初沉污泥水解酸化技术主要是完全混合连续流反应器技术或上流式污泥床等技术。完全混合连续流反应器技术传质效率低，必须依靠机械搅拌增强传质效率，不利于节能，且完全混合连续流反应器占地面积较大，运行成本较高。上流式污泥床技术为了保证良好的污水分离效果，需设置三相分离器，该方法结构复杂、造价高、水解酸化效率较低。

发明内容

本发明目的是解决城市污水处理厂因碳源不足导致的氮磷去除效果差和剩余污泥量日益增大的问题。本发明采用的折流式初沉污泥水解酸化装置是一种由多格室组成的连续结构，近似多UASB串联而成的推流式反应器，兼具上流式活性污泥床与推流式反应器优点，传质效率高，同等底物转化率下所需容积较CSTR反应器小，且无需搅拌。

本发明的具体内容为：一种折流式初沉污泥水解酸化开发碳源装置，包括进泥管1、配泥槽2、出水管10以及由四个等容积的隔室依次连接而成的连续流结构，每个隔室的内部由导流板4分为导流室3和上流室6两部分，导流室3与上流室6容积比为1∶4；导流板4底部设置与水平成45°角的折板5，各隔室挡板7依次降低，其中隔室I至III的底部均设污泥放空口12，隔室IV的上流室上部设置高分子弹性滤料耦合生物膜载体9，使污泥固液分离，形成污泥固液分离区8，以丰富微生物种群及数量，强化产酸效果，并拦截生物固体，防止污泥流失。隔室IV的底部设排泥口13，并通过循环泵14与进泥管1连接，形成循环回路；装置外围设水浴11，水浴11底部设置放空口16，采用自动温控设备15控制温度。

本发明所提供的利用上述折流式初沉污泥水解酸化开发碳源装置处理污泥的方法，具体包括如下步骤：

a)通过计量蠕动泵将初沉污泥从进泥管1泵入该装置配泥槽2，并控制进泥流量HRT为24-36h；

b)污泥沿导流室3往下，经折板5进入上流室6，污泥往上通过隔室隔板7溢流至下一个相邻隔室的导流室，形成折流式推进，依次流经四个隔室及高分子弹性滤料耦合生物膜载体9后，酸化液经出水管10排出；

c)沉淀污泥通过第四隔室底部循环泵14回流至进泥管1，形成循环，剩余污泥通过排泥口13排除，根据测定污泥浓度采用控制剩余污泥排泥量的办法通过排泥口13排泥控制SRT为3-7d。

上述处理污泥方法，还可采用自动温控设备15控制装置水浴温度为30℃。

上述处理污泥方法，还可通过循环泵14控制回流污泥流量为进泥流量的1-2倍。

本发明涉及的折流式初沉污泥水解酸化开发碳源方法的关键是通过调整试验参数使体系中水解产酸菌富集占优，并抑制产甲烷菌减少甲烷产量，以达到产酸最大化目标。为了控制污泥发酵产酸过程，利用水解酸化作用从污泥中获取大量挥发性脂肪酸，本试验通过控制温度、水力停留时间和污泥停留时间等运行参数来强化产酸菌的富集，抑制产甲烷效应。本方法控制的HRT为24-36h，污泥停留时间为3-7d，控制装置水浴温度为30℃，循环泵流量为进泥流量的1-2倍。

其具体有益效果如下：

1.水解效率及VFA产率高。在温度为30℃，水力停留时间为24h，生物固体平均停留时间为3d的条件下，污泥酸化液的SCOD、VFAs最大值分别达到1182mg/L和602.8mg/L，VFA产率最大值达0.06mgVFAs/mgVSS，水解效率最大值达到3.6％，而同等条件下，CSTR反应器的污泥酸化液SCOD、VFAs最大值通常只有800mg/L和400mg/L左右。

2.装置所需容积较CSTR反应器小，且无需搅拌。同等条件下本发明装置VFA产率达到0.06mgVFAs/mgVSS时所需的容积为30L，而CSTR污泥水解酸化反应装置体积通常需要50L。本发明装置根据水力学原理设计，污泥折流通过装置，形成折流式推进，兼具上流式污泥床和推流式反应器的优点，传质效率高，无需机械搅拌，可节省电能。

3.本发明方法具备污泥稳定效果，初沉污泥水解产酸工艺对污泥具有调理作用，酸化后初沉污泥的30分钟沉降比由85％～95％降为62％～76％，经水解酸化处理后初沉污泥沉降性能提高，有利于后续泥水分离处理。

附图说明

图1是本发明折流式初沉污泥水解酸化开发碳源工艺原理示意图。

图中，1-进泥管，2-配泥槽，3-导流室，4-导流板，5-折板，6-上流室，7-隔板，8-污泥固液分离区，9-耦合生物膜载体，10-酸化液出水管，11-水浴，12-污泥放空口，13-排泥口，14-循环泵，15-自动温控设备，16-水浴放空口。

具体实施方式

参见图1，本发明的具体实施流程为：

初沉污泥从进泥管1进入该装置配泥槽2，污泥沿导流室3往下，经折板5进入上流室6，污泥往上通过隔室挡板7溢流至导流室，形成折流式推进，依次流经四个隔室及耦合生物膜载体9后，酸化液经出水管10排出，沉淀污泥通过第四隔室底部循环泵14回流至进泥管1，形成循环。本方法特征在于，通过计量蠕动泵调节进泥流量控制HRT为24-36h，根据测定污泥浓度采用控制剩余污泥排泥量的办法通过排泥口13排泥控制SRT为3-7d。采用自动温控设备15控制装置水浴温度为30℃，循环泵14流量为进泥流量的1-2倍。

实施实例：以某大型城市污水处理厂的实际初沉污泥为研究对象，试验结果表明：系统经过连续运行，可获得稳定的工艺性能：

(1)温度为30℃，水力停留时间为24h，生物固体平均停留时间为3d时，污泥酸化产物的SCOD和VFAs极值分别达到1182mg/L和602.8mg/L，VFA产率最大值达到0.06mgVFAs/mgVSS，水解效率最大值达到3.6％，酸化后初沉污泥的30分钟沉降比由85％～95％降为62％～76％。折流式初沉污泥水解酸化工艺可成功实现VFAs的积累并实现污泥的稳定化，折流式初沉污泥水解酸化获取碳源工艺是行之有效的。

(2)温度为30℃，水力停留时间为32h，生物固体平均停留时间为5d时，水解酸化系统可获得最佳效果。污泥酸化产物的SCOD和VFAs极值分别达到1498mg/L和895.3mg/L，VFA产率最大值达到0.08mgVFAs/mgVSS，水解效率最大值达到5％，酸化后初沉污泥的30分钟沉降比由85％～95％降为60％～69％。通过控制SRT实现了产酸效应的最大化，可为后续生物脱氮除磷提供充足碳源，为解决城市污水处理厂因碳源不足导致的氮磷去除效果差的难题提供了经济便捷的途径并可缓解剩余污泥量日益增大的问题。