汙泥發酵原位反硝化耦合厭氧氨氧化集汙泥減量的裝置的製作方法

2023-05-13 05:44:11 2

專利名稱：汙泥發酵原位反硝化耦合厭氧氨氧化集汙泥減量的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種低碳氮比汙水的生物處理技術，屬於汙水汙泥的生物處理技術領域。通過水解酸化菌、反硝化菌和厭氧氨氧化菌的共同作用，在同一空間內實現廢水總氮的高效去除及汙泥的減量。具體是在單一反應器內，利用初沉汙泥在水解酸化過程產生的短鏈脂肪酸將N03_-N還原為Ν02_-Ν和N2,並通過厭氧氨氧化反應將反硝化過程積累的NO2--N與水解酸化過程釋放的氨氮得以去除。從而使出水總氮濃度大大降低，解決了低碳氮比汙水脫氮難題。本技術適用於低碳氮比廢水硝化出水的深度處理，同時實現了汙水處理廠汙泥的初步減量化。
背景技術：
隨著國家對汙水排放標準的提高，我國目前大概有95%的汙水廠都難以達到現有標準，都需要升級改造，而改造過程中一個重要指標就是出水總氮達到排放標準。在汙水的生物脫氮過程中，需要有機物作為碳源，一般認為碳氮比大於6利於反硝化作用進行完全，但我國城市汙水(尤其是南方城市)碳氮比普遍較低，無法滿足反硝化過程的需要。因此，碳源不足成為我國汙水處理廠出水達不到標準的關鍵原因。另一方面，隨著活性汙泥法的大量應用，汙水廠每天會產生大量的汙泥，其處理成本高昂，大約佔一個汙水廠總成本的40%，且汙泥的處理處置過程會引起二次汙染。因此，如何經濟高效地處置汙水廠的汙泥也是一個亟待解決的問題。目前，利用汙泥發酵產碳源來強化低碳氮比汙水的脫氮已有報導，但在汙泥的水解酸化過程中會釋放大量氨氮，高永青等在研究pH值對剩餘汙泥的水解酸化時，其實驗結果得出氨氮的最大釋放量達到200mg/L。因此利用汙泥水解酸化來強化反硝化脫氮，雖然出水總氮濃度大大降低，但 由於氨氮濃度過高，最終還是難以達到排放標準。汙泥發酵原位反硝化耦合厭氧氨氧化系統從根本上解決了上述問題，通過汙泥水解酸化產生的碳源來進行反硝化，水解酸化過程產生的氨氮與反硝化過程產生的亞硝態氮進行厭氧氨氧化反應，並結合過程控制的方法，在充分利用汙泥水解酸化產生碳源進行反硝化的同時，利用厭氧氨氧化反應去除水解酸化過程產生的氨氮，使出水總氮最終達到國家一級A標準。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種利用汙泥水解酸化產生的碳源強化低碳氮比汙水的反硝化作用，同時實現汙泥的減量，並同步去除水解酸化過程產生的氨氮的裝置。以實現低碳氮比汙水的深度脫氮，同時完成汙泥的初步減量化。本實用新型的技術方案為:一種利用汙泥水解酸化產生的碳源強化低碳氮比汙水的反硝化作用，同時實現汙泥的減量，並同步去除水解酸化過程產生的氨氮的新裝置，如圖1，該裝置設有汙泥發酵原位反硝化耦合厭氧氨氧化反應器5，反硝化菌和水解酸化菌以絮體狀生長於反應器內，厭氧氨氧化菌附著在海綿填料載體表面，通過柵格14使其浸沒在液面以下。硝化液進水池1、儲泥池2、排水池3及排泥池4 ;進水池I通過進水泵19與主反應器5的進水口相連、儲泥池2通過進泥泵20與主反應器5的進泥口相連，主反應器5的排水口通過閥門17與排水池3相連，主反應器5的排泥口通過閥門18與排泥池4相連。主反應器5採用圓柱形密閉結構，其柱體上端中部設有水封裝置21和攪拌裝置9。反應器上方頂蓋設有集氣口 22，集氣口通過緩衝瓶連接集氣袋；主反應器5中產生的氣體通過集氣口 22由緩衝瓶11進入集氣罐10，主反應器上方還設有溫控系統，其由加熱棒12、溫度探頭13和溫控裝置8組成，用於提供適宜的反應溫度，主反應器5兩側安裝有pH測定儀6和ORP測定儀7，用於實時監測反應的進程。[0008]本實用新型提供的汙泥發酵原位反硝化耦合厭氧氨氧化裝置的操作主要包含以下過程:I)系統啟動:取汙水處理廠排放的剩餘汙泥和厭氧消化所排汙泥，按1:1的體積比混合，添加到反應器內，保持反應區汙泥濃度在6000-8000mgMLSS/L。將進水池中硝化液打入主反應器中，開啟攪拌裝置，反應12h後沉澱排水，每一周期添加1/10反應器有效容積的剩餘汙泥，排水結束後排出等體積的混合汙泥，每一周期進入1/2反應器有效容積的高氨氮廢水短程硝化液，硝化液中NO2--N= 180-280mg/L，N03--N=0_30mg/L，連續運行15個周期，系統中水解酸化菌和反硝化菌得到一定的富集，將附著在海綿填料上的厭氧氨氧化菌接種到反應器中，並用柵格固定上，使海綿填料懸浮於反應器內並浸沒在液面以下，厭氧氨氧化菌汙泥濃度控制在300-500mgMLSS/L，再運行15個周期，系統出水TN濃度小於30mg/L ；2)連續運行:系統啟動成功後，將進入連續運行階段，包含以下幾個過程:I加泥:開啟進泥泵，將儲泥池中剩餘汙泥打入主反應器中，進泥體積為反應器有效容積的1/10，進泥結束後，進入下一道工序；II進水:進水泵開啟的同時，打開溫控系統和攪拌裝置，將溫度設置為30攝氏度，先將1/4反應器有效容積的硝化液注入主反應器，反應6h後，再將另外的1/4反應器有效容積的硝化液注入主反應器中；III沉澱:當系統中ORP測定儀數值小於-300IW或pH測定儀中數值不再上升時，關閉攪拌裝置，主反應器開始進入沉澱階段，同時，關閉溫控系統，沉澱Ih後，進入下一道
工序；IV排水:打開排水閥，系統開始排水，排水體積為反應器有效容積的1/2，排水結束後，進入下一道工序；V排泥:排水結束後，開啟攪拌裝置和排泥泵，待系統內混勻後，排出反應器有效容積1/10的混合汙泥；W閒置:排泥結束後，關閉攪拌裝置，系統開始進入閒置階段。閒置Ih後，從工序I開始循環，進入下一個周期。汙泥在水解酸化過程中產生短鏈脂肪酸，通過引入硝化液，使其進行反硝化作用。在no3_-n還原過程中，低濃度碳源易形成no2_-n的積累，水解酸化產碳源過程是緩慢進行的，系統中必會有一定的NO2--N累積；另外，汙泥水解酸化過程會釋放一定的氨氮，兩者通過厭氧氨氧化菌的作用而被去除，從而使系統出水總氮濃度大大降低。從微生物學角度上講，水解酸化細菌、反硝化細菌和厭氧氨氧化細菌能夠很好的共存於一個系統中，首先，系統中低濃度的COD不會抑制厭氧氨氧化菌的作用，相反，有研究表明會有一定的促進作用；其次，在汙泥的水解酸化過程中，其釋放的短鏈脂肪酸和氨氮的過程是緩慢的，當系統中產生一點碳源，由於亞硝酸鹽氮的存在，會被迅速消耗，而釋放的氨氮與系統中的亞硝酸鹽氮通過厭氧氨氧化菌的作用，也會慢慢的被去除，由於產生的短鏈脂肪酸和氨氮立即被消耗，這又促進了水解酸化的進程；另外，反硝化過程和厭氧氨氧化過程會使系統pH值升高,而水解酸化過程會使PH值降低，三者的共同作用，可以使系統維持在一個相對穩定的外部環境。本實用新型的技術優勢主要體現在:I)利用汙水廠自身排放的汙泥作為反硝化碳源，節省了因外加碳源而產生的費用；2)系統運行過 程中，汙泥進行了減量化，同時系統排放的汙泥由於經過硝化液的作用，其脫水性能有很大提高，減輕了後續處理；3)很好的解決了汙泥在水解酸化過程中釋放的氨氮，系統出水總氮能達到國家標準，無需太多後處理就可以排放；4)採用海綿填料將厭氧氨氧化菌固定，排泥時不會導致厭氧氨氧化菌的流失。5)裝置結構簡單，改造容易，可通過初沉池等進行改造形成。

圖1為汙泥發酵原位反硝化耦合厭氧氨氧化集汙泥減量裝置的結構示意圖。圖1中，I為硝化液進水池；2為儲泥池；3為出水池；4為排泥池；5為汙泥發酵同步反硝化厭氧氨氧化主反應器；6為pH測定儀；7為ORP測定儀；8為溫控系統；9為攪拌裝置；10為集氣罐；11為緩衝瓶；12為加熱棒；13為溫度探頭；14為柵格；15為海綿填料；16為取樣口 ； 17為排水閥；18為排泥閥；19為進水泵；20為進泥泵；21為水封裝置；22為集氣□。
具體實施方式
結合附圖和實例對本發明做進一步說明:如圖1所示，汙泥發酵原位反硝化耦合厭氧氨氧化集汙泥減量裝置設有汙泥發酵原位反硝化耦合厭氧氨氧化主反應器5、硝化液進水池1、儲泥池2、排水池3及排泥池4 ;原水池I通過進水泵19與主反應器5的進水口相連、儲泥池2通過進泥泵20與主反應器5的進泥口相連，主反應器5的排水口通過閥門17與排水池3相連，主反應器5的排泥口通過閥門18與排泥池4相連。主反應器5採用圓柱形密閉結構，其柱體上端中部設有水封裝置21，攪拌裝置採用懸臂式攪拌器，固定於水封裝置21的上方，反應器上方頂蓋設有集氣口 22，主反應器5中產生的氣體通過集氣口 22由緩衝瓶11進入集氣罐10，主反應器上方還設有溫控裝置，其由加熱棒12、溫度探頭13和控制系統8組成，用於控制反應過程溫度的恆定，主反應器5柱體兩側安裝有PH測定儀和ORP測定儀，用於監測反應的進行狀況。具體實驗用水為一高氨氮廢水經曝氣後的硝化液，(pH=6.4-7.6，C0D=40_65mg/L，NH4+-N=5-30mg/L, NO2^-N= 180-280mg/L, NO3^-N= 10-30mg/L),實驗每天所加汙泥為一大型汙水處理廠濃縮後的新鮮剩餘汙泥(SS:15080-18010mg/L ；VSS=13250-16150 mg/L)，所用主反應器有效容積為10L，每一周期進水5L，反應器內初始汙泥濃度在6000-8000mg/L，反應溫度控制在30°C。具體過程如下:I)系統啟動:取汙水處理廠排放的剩餘汙泥和厭氧消化所排汙泥，按1:1的體積比混合，添加到反應器內，保持反應區汙泥濃度在6000-8000mgMLSS/L。將進水池中硝化液打入主反應器中，開啟攪拌裝置，反應12h後沉澱排水，每一周期添加1/10反應器有效容積的剩餘汙泥，排水結束後排出等體積的混合汙泥，每一周期進入1/2反應器有效容積的高氨氮廢水短程硝化液，硝化液中NOf-N= 180-280mg/L, N(V-N=0-30mg/L,連續運行15個周期，系統中水解酸化菌和反硝化菌得到一定的富集，將附著在海綿填料上的厭氧氨氧化菌接種到反應器中，並用柵格固定上，使海綿填料懸浮於反應器內並浸沒在液面以下，厭氧氨氧化菌汙泥濃度控制在300-500mgMLSS/L，再運行15個周期，系統出水TN濃度小於30mg/L ；2)連續運行:系統啟動成功後，將進入連續運行階段，包含以下幾個過程:I加泥:開啟進泥泵，將儲泥池中剩餘汙泥打入主反應器中，進泥體積為反應器有效容積的1/10，進泥結束後，進入下一道工序；II進水:進水泵開啟的同時，打開溫控系統和攪拌裝置，將溫度設置為30攝氏度，先將1/4反應器有效容積的硝化液注入主反應器，反應6h後，再將另外的1/4反應器有效容積的硝化液注入主反應器中；III沉澱:當系統中ORP測定儀數值小於-300mv或pH測定儀中數值不再上升時，關閉攪拌裝置，主反應器開始進入沉澱階段，同時，關閉溫控系統，沉澱Ih後，進入下一道
工序；IV排水:打開排水閥，系統開始排水，排水體積為反應器有效容積的1/2，排水結束後，進入下一道工序；V排泥:排水結束後，開啟攪拌裝置和排泥泵，待系統內混勻後，排出反應器有效容積1/10的混合汙泥；W閒置:排泥結束後，關閉攪拌裝置，系統開始進入閒置階段。閒置Ih後，從工序I開始循環，進入下一個周期。利用剩餘汙泥發酵原位反硝化耦合厭氧氨氧化集汙泥減量裝置處理高氨氮廢水短程硝化出水，在溫度為30°C，反應器中汙泥濃度MLSS保持在6000-8000mg/L，每一周期投加反應器有效容積1/10的剩餘汙泥，進水NH4+-N=5-30mg/L，NO2^-N= 180-280mg/L,NO3--N= 10-30mg/L，最終出水氨氮濃度小於15mg/L，出水TN濃度小於25mg/L，每一周期平均VSS減量達21%。系統成功實現了汙泥的水解酸化與反硝化和厭氧氨氧化的耦合,使出水總氮濃度大大降低，並對剩餘汙泥進行了減量化處理。
權利要求1.汙泥發酵原位反硝化耦合厭氧氨氧化集汙泥減量的裝置，其特徵在於:包括硝化液進水池(I)、儲泥池(2)、出水池(3)、排泥池(4)、汙泥發酵同步反硝化厭氧氨氧化主反應器(5)、pH測定儀(6)、0RP測定儀(7)、溫控裝置(8)、攪拌裝置(9)、集氣袋(10)、緩衝瓶(11)、加熱棒(12)、溫度探頭(13)、柵格(14)、海綿填料(15)、取樣口(16)、排水閥(17)、排泥閥(18)、進水泵(19)、進泥泵(20)、水封裝置(21)、集氣口(22)； 進水池(I)通過進水泵(19)與主反應器(5)的進水口相連、儲泥池(2)通過進泥泵(20)與主反應器(5)的進泥口相連，主反應器(5)的排水口通過閥門(17)與排水池(3)相連，主反應器(5)的排泥口通過閥門(18)與排泥池(4)相連；主反應器(5)採用密閉結構，內部裝有附著有厭氧氨氧化菌的海綿填料，通過柵格(14)使其浸沒在液面以下；主反應器(5)設有水封裝置(21)和攪拌裝置(9 )，上方設有集氣口( 22 )，集氣口( 22 )通過緩衝瓶(11)連接集氣袋(10);主反應器(5)還設有溫控系統，由加熱棒(12)、溫度探頭(13)和溫控裝置(8)組成，並安裝有PH測定儀(6 )和ORP測定儀(7 )。
專利摘要本實用新型提供一種汙泥發酵原位反硝化耦合厭氧氨氧化集汙泥減量的裝置，設有汙泥發酵原位反硝化耦合厭氧氨氧化主反應器(5)、硝化液進水池(1)、儲泥池(2)、出水池(3)、排泥池(4)，進水池(1)通過進水泵(19)與主反應器(5)的進水口相連、儲泥池(2)通過進泥泵(20)與主反應器(5)的進泥口相連，主反應器(5)的排水口通過閥門(17)與排水池(3)相連，主反應器(5)的排泥口通過閥門(18)與排泥池(4)相連。本實用新型裝置結構簡單，改造容易，適用於低碳氮比廢水硝化出水的深度處理，出水總氮濃度大大降低，同時實現了汙水處理廠汙泥的初步減量化。
文檔編號C02F3/28GK203048668SQ201320003739
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月5日 優先權日2013年1月5日
發明者王淑瑩, 操沈彬, 吳程程, 杜睿, 彭永臻 申請人:北京工業大學