同步城市污水脱氮与污泥内碳源开发装置和方法

摘要

本发明公开了一种同步城市污水脱氮与污泥内碳源开发装置和方法，该装置设有硝化液原水箱、污泥反硝化反应器SDR、沉淀池和污泥池；SDR反应器由反应室与设在反应室外围的水浴加热套筒)组成，沉淀池设有中心管和锥形反射板；利用该装置的方法包括启动和反应周期的操作等步骤。本发明适用于城市污水的处理，节省碳源，操作自动化程度高，效率高，效果好。

权利要求

1.一种同步城市污水脱氮与污泥内碳源开发装置，其特征在于：设有硝化液原水箱(1)、污泥反硝化反应器SDR(2)、沉淀池(3)和污泥池(4)；原水箱(1)通过进水泵(1.3)与SDR(2)的进水阀(2.3)相连通，硝化液水箱(1)底部设有放空阀(1.1)，上部设有溢流管(1.2)；SDR(2)由反应室(2.14)与设在反应室外围的水浴加热套筒(2.13)组成，反应室(2.14)内设有调速搅拌装置(2.5)、pH值探头(2.6)、pH值在线控制器(2.9)、温度控制装置(2.7、2.10)、碱液瓶(2.2)、湿式气体流量计(2.1)；在反应器上自上而下设有数个取样管(2.8)，反应室下部设有进泥阀(2.12)、排泥阀(2.15)；水浴套筒下部设有放空阀(2.16)；污泥反硝化反应器SDR(2)通过设在上部的出水管(2.11)连接沉淀池(3)的中心管(3.3)，在中心管下方设有锥形反射板(3.4)，沉淀池自上而下设置数个取样阀(3.2)，沉淀池通过污泥回流阀(3.5)、污泥回流泵(3.6)、排泥阀(2.15)与SDR(2)相连接；沉淀池(3)出水通过出水管(3.1)溢流，污泥池(4)通过进泥泵(4.2)、进泥阀(2.12)与污泥反硝化反应器SDR(2)连接。

2.利用权利要求1所述的装置实现同步城市污水脱氮与污泥内碳源开发的方法，其特征包括以下步骤：

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1)启动：将水浴套筒中注满自来水，设定控制温度35℃后，开启电加热系统，用NO3-N浓度为20～30mg/L的城市污水厂硝化液注满SDR反应室，而后将污泥池中的城市污水厂3

初沉污泥加入到SDR反应室中，加入后的污泥浓度MLSS为10～15kgMLSS/m

2)开启SDR反应室中的搅拌装置，而后向SDR中连续泵入硝化液，泵入的流量应保证- -

SDR出水中的NO3-N浓度在0～2mg/L的范围内，即当SDR出水NO3-N＞2mg/L时，减小硝-化液的流量以保证出水NO3-N浓度在0～2mg/L；

3)通过在线pH值测定仪监测SDR中混合液pH值的变化，当pH值逐渐升高而达到峰值8.2～8.5，而后开始缓慢降低时，则将沉淀池中的污泥排放，按照步骤1)中的方法重新向SDR反应室中加入初沉污泥，而后进入下一个反应周期。

说明书

同步城市污水脱氮与污泥内碳源开发装置和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种城市污水及污泥生化处理技术领域，以城市污水处理厂初沉池污泥水解酸化产生的挥发性脂肪酸VFA为内碳源，同步实现城市污水脱氮和污泥稳定化的装置与方法，适用于低碳氮比(C/N)的城市污水或工业废水的生物脱氮和污泥处置。

背景技术

[0002] 我国的水污染不断加剧，由于氮磷在自然水体中过度累积导致的富营养化现象不断爆发，同时我国的水资源短缺的状况也日趋严重，水污染和水资源短缺的双重压力制约了中国经济社会发展。因而提高城市污水和工业废水的脱氮效率与剩余污泥的处置效率，是污水处理和再生回用的关键所在。

[0003] 对低C/N的城市污水而言，有机碳源缺乏是其脱氮效率无法提高的屏障，而外加碳源会增加污水脱氮的费用。同时，污水处理过程中产生的大量污泥的合理处置是一项费用高、难度大的任务，其建设费用占整个污水处理厂建设总费用的40％左右。因而如何开发内碳源和如何有效的处置污泥是城市污水处理厂提高处理效率的两个关键问题和亟待解决的难题。

[0004] 如果能够将城市污水厂初沉池污泥中的有机碳源开发出来，进而作为污水生物脱氮的内碳源，就可以提高脱氮效率，降低出水氮浓度，起到高效深度脱氮和污泥稳定化的双重作用。该同步城市污水脱氮与污泥内碳源开发的装置与方法具有重要的经济社会效益，该技术为原创性技术，市场应用前景广阔。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种同步城市污水脱氮与污泥内碳源开发装置和方法，该装置和方法是在一个反应器中同时完成初沉污泥的水解酸化和污水脱氮，即以污泥水解酸化产生的挥发性脂肪酸VFA，作为内碳源完成污水脱氮，该技术具有运行操作自动化程度与高效脱氮的特点。

[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

[0007] 同步城市污水脱氮与污泥内碳源开发装置，其特征在于：设有硝化液原水箱(1)、污泥反硝化反应器SDR(2)、沉淀池(3)和污泥池(4)；原水箱(1)通过进水泵(1.3)与SDR(2)的进水阀(2.3)相连通，硝化液水箱(1)底部设有放空阀(1.1)，上部设有溢流管(1.2)；SDR(2)由反应室(2.14)与设在反应室外围的水浴加热套筒(2.13)组成，反应室(2.14)内设有调速搅拌装置(2.5)、pH值探头(2.6)、pH值在线控制器(2.9)、温度控制装置(2.7、2.10)、碱液瓶(2.2)、湿式气体流量计(2.1)；在反应器上自上而下设有数个取样管(2.8)，反应室下部设有进泥阀(2.12)、排泥阀(2.15)；水浴套筒下部设有放空阀(2.16)；污泥反硝化反应器SDR(2)通过设在上部的出水管(2.11)连接沉淀池(3)的中心管(3.3)，在中心管下方设有锥形反射板(3.4)，沉淀池自上而下设置数个取样阀(3.2)，沉淀池通过污泥回流阀(3.5)、污泥回流泵(3.6)、排泥阀(2.15)与SDR(2)相连接；沉淀池(3)出水通过出水管(3.1)溢流。污泥池(4)通过进泥泵(4.2)、进泥阀(2.12)与污泥反硝化反应器SDR(2)连接。

[0008] 本发明还提供了一种利用上述装置进行同步城市污水脱氮与污泥内碳源开发的方法，其特征包括以下步骤：

[0009] 1)启动：将水浴套筒中注满自来水，设定控制温度35℃后，开启电加热系统，用-N03-N浓度为20～30mg/L的城市污水厂硝化液注满SDR反应室，而后将污泥池中的城市
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污水厂初沉污泥加入到SDR反应室中，加入后的污泥浓度MLSS为10～15kgMLSS/m ；

[0010] 2)开启SDR反应室中的搅拌装置，而后向SDR中连续泵入硝化液，泵入的流量应保- -证SDR出水中的NO3-N浓度在0～2mg/L的范围内，即当SDR出水NO3-N＞2mg/L时，减小-
硝化液的流量以保证出水NO3-N浓度在0～2mg/L；

[0011] 3)通过在线pH值测定仪监测SDR中混合液pH值的变化，当pH值逐渐升高而达到峰值8.2～8.5，而后开始缓慢降低时，则将沉淀池中的污泥排放，按照步骤1)中的方法重新向SDR反应室中加入初沉污泥，而后进入下一个反应周期。

[0012] 技术原理：污水生物脱氮通过硝化将NH4+-N转化为NO3--N，再通过反硝化将NO3--N+ -转化为氮气从水中逸出。在硝化阶段，NH4-N被转化成NO3-N是由两类独立的细菌完成的+ + - - -
两个不同反应，首先由NH4-N氧化菌将NH4-N转化为NO2-N，然后由NO2-N氧化菌将NO2-N- - -
转化为NO3-N。反硝化阶段以NO3-N为电子受体，有机物作为电子供体，将NO3-N转化为N2完成生物脱氮。但对于低C/N城市污水脱氮而言，由于缺少有机碳源而不能完成彻底的反硝化，导致生物脱氮效率低下。

[0013] 在传统的污泥厌氧消化过程中，在中温35℃左右条件下，污泥中的有机物首先被水解酸化产生VFA，而后VFA被产甲烷菌利用生产甲烷达到污泥减量和稳定的作用。而污泥的水解酸化和产甲烷分别由两类不同的微生物，即水解酸化菌和产甲烷菌先后协同完成。

[0014] 在本发明的装置和方法中，污泥水解酸化产生的VFA，优先被反硝化菌作为有机碳-源完成反硝化，即为NO3-N转化为N2提供电子供体，而不是被产甲烷菌利用，在该系统中产甲烷菌被反硝化菌淘汰而不能成为优势菌群。这样，在上述系统中同步完成了污水的生物脱氮和污泥的稳定化，但不需要外加有机碳源。

[0015] 本发明涉及的同步城市污水脱氮与污泥内碳源开发方法与现有技术相比，具有下列优点：

[0016] 1)无需外加有机碳源完成污水的高效生物脱氮，解决低C/N废水脱氮效率难以提高的难题，同时实现了污泥的减量化和稳定化，可以较大幅度降低污水脱氮和污泥处置的建设和运行费用；

[0017] 2)污泥不是通过产甲烷反应降解污泥中的有机物，而是通过水解酸化与反硝化反应完成其稳定和减量，因而反应速率快，对温度的变化适应性强；

[0018] 3)与厌氧产甲烷污泥消化工艺比较，本系统的剩余污泥容易脱水，而且没有臭味产生，不仅降低了脱水费用，而且提高了脱水率，改善了工作环境；

[0019] 4)应用该技术可提高污水脱氮效率，降低出水氮素浓度，防止水体富营养化的发生有，利于污水的再生利用。

附图说明

[0020] 图1为本发明装置的结构示意图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和实施例对本申请专利作进一步的说明：实施例：如图1所示，本发明的同步城市污水脱氮与污泥内碳源开发装置，由硝化液原水箱1、污泥反硝化反应器SDR2、沉淀池3和污泥池4组成。硝化液原水箱的有效容积为300L。SDR的反应室2.14的有效容积为150L，反应器尺寸为Φ×H＝50cm×90cm，水浴套筒2.13的容积为300L。沉淀池3的直径D＝20cm，高度H＝50cm，中心管3.3的直径D＝1.5cm。

[0022] 实施例使用的硝化液取自北京市高碑店污水处理厂硝化池，该硝化液的NO3--N浓度为20～30mg/L。初次沉淀池污泥取自该污水厂的初沉池排泥管路，为典型的初沉污泥，该污泥的挥发性污泥浓度MLVSS与污泥浓度MLSS的比值，即MLVSS/MLSS＝0.67～0.75。

[0023] 利用上述装置的操作方法步骤如下：

[0024] 1)启动：将水浴套筒中注满自来水，设定控制温度35℃，开启电加热系统。用-NO3-N浓度为20～30mg/L的城市污水厂硝化液注满SDR反应室，而后将污泥池中的城市
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污水厂初沉污泥加入到SDR反应室中，加入后的污泥浓度MLSS为10～15kgMLSS/m ；

[0025] 2)开启SDR反应室中的搅拌装置，转速为8-16转/分，而后用蠕动泵向SDR反应-器中连续泵入硝化液，泵入的流量应保证SDR出水中的NO3-N浓度在0～2mg/L的范围内，- -
即当SDR出水NO3-N＞2mg/L时，减小硝化液的流量以保证出水NO3-N浓度在0～2mg/L；

[0026] 3)通过在线pH值测定仪监测SDR中混合液pH值的变化，当pH值逐渐升高而达到峰值8.2～8.5，而后开始缓慢降低时，则将沉淀池中的污泥排放，而后重新向SDR反应器中投加初次沉淀池污泥，而后进入下一个反应周期。

[0027] 连续试验结果表明：在运行温度为35℃，SDR反应器中污泥浓度MLSS为10-15Kg/3 -
m，硝化液浓度为20-30mg/L的条件下，稳定运行6个月的试验结果表明：系统出水的NO3-N- 3
＜2mg/L，SDR反应器的NO3-N负荷为2-3Kg/m。初次沉淀池污泥的MLVSS/MLSS值由初始值0.67～0.75降低到终值0.35-0.39，而初次沉淀池污泥的反硝化能力为0.05-0.1KgN/Kg MLVSS。系统成功实现了同步城市污水脱氮与污泥稳定化。