申請日2013.12.18
公開(公告)日2014.04.23
IPC分類號C02F9/14; C02F101/16; C02F11/04
摘要
本發(fā)明公開了一種利用剩余污泥進行廢水生物脫氮的方法和實施該方法的生物脫氮系統(tǒng)，方法包括：(1)對待處理廢水進行序批式內循環(huán)A/O生物脫氮，取脫氮完成后排出的剩余污泥;(2)對所述剩余污泥進行超聲處理，獲得污泥混合液;(3)對所述污泥混合液進行厭氧發(fā)酵，獲得發(fā)酵液，并將所述發(fā)酵液回流至所述待處理廢水中;(4)重復步驟(1)-(3)。好氧池中添加有填料，提高功能微生物對污染物的降解效率;在填料上掛載水蚯蚓，利用水蚯蚓捕食活性污泥，實現剩余污泥的有效減量;進一步對排出的剩余污泥進行處理后獲得發(fā)酵液作為碳源，無需添加額外碳源，解決了反硝化碳源不足的問題，實現了剩余污泥的二次減量。
權利要求書
1.一種利用剩余污泥進行廢水生物脫氮的方法，包括：
(1)對待處理廢水進行序批式內循環(huán)A/O生物脫氮，取排出的剩余 污泥;
(2)對所述剩余污泥進行超聲處理，獲得污泥混合液;
(3)對所述污泥混合液進行厭氧發(fā)酵，發(fā)酵完成后將發(fā)酵液回流至 所述待處理廢水中;
(4)重復步驟(1)-(3)。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述剩余污泥的含固率 為2～4%。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述超聲處理的超聲頻 率為20～30KHz，超聲時間為15～20min。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述厭氧發(fā)酵的條件 為：溫度20～30℃，pH6～7，時間5～8天。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，回流的發(fā)酵液與廢水的 體積比為1～5:500。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，回流的發(fā)酵液與廢水的 體積比為1:200。
7.如權利要求1～6任一所述的方法，其特征在于，所述序批式內循 環(huán)A/O生物脫氮是將待處理廢水通入缺氧池-好氧池中，經多次內循環(huán)處 理后排放至二沉池中，待剩余污泥沉降，排出;所述好氧池內懸掛有填 料，所述填料上掛載水蚯蚓。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述水蚯蚓為霍甫水絲 蚓、正顫蚓和夾雜帶絲蚓中的至少一種。
9.一種廢水生物脫氮系統(tǒng)，包括依次連接的缺氧池、好氧池及二沉 池，缺氧池設有進水口，好氧池與缺氧池之間設有內回流裝置，二沉池設 有出水口以及污泥排出口，其特征在于，在污泥排出口與進水口之間設有 剩余污泥處理裝置，所述剩余污泥處理裝置包括依次連接的污泥濃縮池、 超聲處理器和厭氧發(fā)酵罐。
說明書
利用剩余污泥進行廢水生物脫氮的方法和實施該方法的生物脫氮系統(tǒng)
技術領域
本發(fā)明屬于剩余污泥處理技術領域，具體涉及一種利用剩余污泥進 行廢水生物脫氮的方法和實施該方法的生物脫氮系統(tǒng)。
背景技術
城市污水用沉淀法處理一般只能去除約25～30℅的BOD5，污水中的 膠體和溶解性有機物不能利用沉淀方法去除，化學方法由于藥劑費用很高 而且化學混凝去除溶解性有機物的效果不好而不宜采用。采用生物處理法 (活性污泥法)是去除廢水中有機物的最經濟最有效的選擇。
廢水中的氮一般以有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮等四種形態(tài) 存在。常見的序批式內循環(huán)A/O生物脫氮工藝中，常需設置缺氧池、好氧 池和二沉池，利用好氧池中硝化細菌的作用，將氨氮通過轉化為亞硝態(tài)氮、 硝態(tài)氮，利用缺氧池中反硝化細菌的作用，將亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮轉化為氮 氣而從廢水中逸出。
好氧池設在缺氧池之后，可使反硝化殘留的有機物得到進一步去除， 提高出水水質。缺氧池在好氧池之前，一方面由于反硝化消耗了一部分碳 源有機物，可減輕好氧池的有機負荷，另一方面，也可以起到生物選擇器 的作用，有利于控制污泥膨脹;同時，反硝化過程產生的堿度也可以補償 部分硝化過程對堿度的消耗。在缺氧池-好氧池內經過多次內循環(huán)處理后， 出水至二沉池中，待剩余污泥沉降后排出。
最初幾輪處理沉降出的剩余污泥可回流至缺氧池或好氧池中，補充其 中的活性污泥量。然而經過多輪處理后會產生大量無法再次利用的剩余污 泥，隨著污水處理率和排放標準日益提高，剩余污泥產量與日劇增。剩余 污泥處理和處置成本很高，約占城市污水處理廠總費用的40%～65%。就 浙江省而言，全省每年剩余污泥產量也位居全國前列，如此大量的剩余污 泥該如何處置也成為了政府部門和研究者關注的熱點。
常規(guī)的剩余污泥處理法(如脫水、焚燒和填埋等)往往耗資巨大或占 用土地多，并非理想的剩余污泥處置途徑。近幾年，有研究發(fā)現環(huán)節(jié)動物 門寡毛綱顫蚓科分節(jié)蠕蟲(俗稱水蚯蚓)，能大量攝食污泥，每天的食泥 量可達本身體積的8-9倍�；谠撎卣�，有研究人員將水蚯蚓引入污水處 理系統(tǒng)中，以處理過剩污泥，有效地減少污泥排放量。“水蚯蚓-微生物 共生”系統(tǒng)污泥減量技術作為一種低成本、高效、無二次污染的污泥減量 新技術，以其不可比擬的優(yōu)勢逐漸被研究者關注。
可惜的是，研究發(fā)現將水蚯蚓引入污水處理系統(tǒng)后，雖然實現了污泥 的減量排放，但是系統(tǒng)脫氮效果卻有所下降。荷蘭Ratsak等進行了不同工 藝的水蚯蚓污泥減量技術研究，發(fā)現水蚯蚓在好氧池中生長有污泥減量的 效果，但由于水蚯蚓的新陳代謝作用使得硝酸鹽被大量釋放出來，使得處 理出水氮指標基本不能達標。
然而要使TN達標排放，又面臨著原水碳源不足的問題。并且，經水 蚯蚓捕食后，剩余污泥已經減容減質，很難再次用于污水處理中。無論是 處理剩余污泥還是投加外碳源都會增加污水處理廠的運行費用。如何實現 剩余污泥的資源化利用是當前污水處理面臨的重大難題。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種利用剩余污泥進行廢水生物脫氮的方法，對序批 式內循環(huán)A/O生物脫氮過程中排出的剩余污泥資源化利用。
一種利用剩余污泥進行廢水生物脫氮的方法，包括：
(1)對待處理廢水進行序批式內循環(huán)A/O生物脫氮，取排出的剩余 污泥;
(2)對所述剩余污泥進行超聲處理，獲得污泥混合液;
(3)對所述污泥混合液進行厭氧發(fā)酵，發(fā)酵完成后將發(fā)酵液回流至 所述待處理廢水中;
(4)重復步驟(1)-(3)。
所述序批式內循環(huán)A/O生物脫氮是將待處理廢水通入缺氧池-好氧池 中，經多次內循環(huán)處理后排放至二沉池中，待剩余污泥沉降，排出。超 聲處理使剩余污泥中部分菌體破碎，大量有機物如蛋白質、多糖、脂類 等溶出，獲得污泥混合液;再將該污泥混合液置于發(fā)酵罐中進行厭氧發(fā) 酵，發(fā)酵完成后發(fā)酵液中含有大量的短鏈脂肪酸等分子量較小的物質， 這些物質作為缺氧池中反硝化細菌的碳源，解決反硝化過程碳源不足的 問題，脫氮過程中無需投加額外碳源，節(jié)約了成本;還為如何處理剩余 污泥提供了一條有效、環(huán)保的新途徑，實現了對剩余污泥的資源化利 用。
步驟(1)中，所述待處理廢水先進水至缺氧池中，經活性污泥中反 硝化細菌消耗一部分碳源后流至好氧池中，活性污泥中的亞硝化細菌和 硝化細菌通過好氧硝化作用，將待處理廢水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽氮 或硝酸鹽氮，獲得硝化液;再將該消化液回流至缺氧池中，反硝化細菌 將亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮還原為氮氣而逸出。經過多次缺氧池-好氧池內 循環(huán)處理后，再出水至二沉池中，待剩余污泥沉降后排出。
在缺氧池和好氧池中，各功能菌不斷增殖，為控制活性污泥的含 量，減輕后續(xù)步驟對剩余污泥的處理負擔，本發(fā)明中，所述好氧池內懸 掛有填料，所述填料上掛載水蚯蚓。水蚯蚓能大量捕食活性污泥，實現 剩余污泥的有效減量。
所述填料可選用直徑為7～9厘米的鏤空塑料球，球內裝有占比率為 30%～60%的40～100目濾布。若無特殊說明，本發(fā)明中濾布的占比率是指 濾布占有塑料球內體積的比例，計算公式為：
占比率(%)=(濾布體積/塑料球內體積)×100%。
若鏤空塑料球內濾布的占比率過大或孔徑過小，則水蚯蚓難以活動， 若鏤空塑料球內濾布的占比率過小或孔徑過大，則水蚯蚓易被水沖走。
作為優(yōu)選，以1L待處理污水計，所述水蚯蚓的掛載量為2～10kg， 更優(yōu)選為5kg。水蚯蚓的新陳代謝活動以及水蚯蚓的死亡殘體會增加好 氧池中硝酸鹽的含量，因此水蚯蚓的掛載量不宜過高，以免影響脫氮效 果。
作為進一步優(yōu)選，所述水蚯蚓為霍甫水絲蚓、正顫蚓和夾雜帶絲蚓 中的至少一種。這三種水蚯蚓較為普遍，且大小適中，便于掛載。
作為優(yōu)選，步驟(2)中，所述剩余污泥的含固率為2～4%。濃縮步驟 在常規(guī)的污泥濃縮池進行即可。若含固率小于2%，剩余污泥中含水率過 高，使得發(fā)酵液中短鏈脂肪酸的含量偏低，無法滿足反硝化細菌的需 求;若含固率大于4%，則需要采用壓濾機等設備對剩余污泥進行濃縮， 增加了成本。
優(yōu)選地，步驟(2)中，所述超聲處理的超聲頻率為20～30KHz，超 聲時間為15～20min。更優(yōu)選地，超聲頻率為25KHz，超聲時間為15 min。在該超聲處理條件下，既保證剩余污泥中的菌體不會全部破碎，又 可使菌體破碎釋放足夠有機物，用于厭氧發(fā)酵。
優(yōu)選地，步驟(3)中，所述厭氧發(fā)酵的條件為：溫度20～30℃， pH6～7，時間5～10天。當室溫為20～30℃時，則厭氧發(fā)酵溫度控制在室溫 即可，若室溫低于20℃，則厭氧發(fā)酵溫度控制在20℃，若室溫高于30℃， 則厭氧發(fā)酵溫度控制在30℃，以便于控制為準，pH的控制方法與溫度相 同。
厭氧發(fā)酵時間的計算方法為：t=(7/3)*(T/pH)-(5/3)，其中t 為發(fā)酵天數，T為發(fā)酵溫度，pH為發(fā)酵pH。具體時間可根據污泥性質， 由現場小試而修改。
最優(yōu)選地，所述厭氧發(fā)酵的條件為：溫度25℃，pH6.5，時間6天。 在該發(fā)酵條件下，污泥混合液中的有機物能被有效降解成短鏈脂肪酸等小 分子碳源。
一定程度上，發(fā)酵液的回流量越大，即廢水中碳源越充足，越有利 于提高脫氮效率。但是回流量過大會導致COD提高過多，不利于脫碳， 反而會使出水中COD含量不達標。
作為優(yōu)選，步驟(3)中，回流的發(fā)酵液與廢水的體積比優(yōu)選為 1～5:500，更優(yōu)選為1:200。兩者在該體積比下混合后，廢水中短鏈脂肪酸 等碳源含量適宜，能夠滿足缺氧池中反硝化細菌的需求，脫氮效率最 高。
本發(fā)明還提供了一種用于實施所述方法的廢水生物脫氮系統(tǒng)，包括依 次連接的缺氧池、好氧池及二沉池，缺氧池設有進水口，好氧池與缺氧池 之間設有內回流裝置，二沉池設有出水口以及污泥排出口，在污泥排出口 與進水口之間設有剩余污泥處理裝置，所述剩余污泥處理裝置包括依次連 接的污泥濃縮池、超聲處理器和厭氧發(fā)酵罐。
缺氧池、好氧池及二沉池是常規(guī)A/O生物脫氮工藝中的設備，本發(fā)明 以此為基礎，在在污泥排出口與進水口之間設有剩余污泥處理裝置，其中， 污泥濃縮池用于對從二沉池排出的剩余污泥進行濃縮，使其含固率為 2～4%，在超聲處理器中對濃縮后的剩余污泥進行超聲處理，獲得污泥混 合液，在厭氧發(fā)酵罐中對污泥混合液進行厭氧發(fā)酵，獲得的發(fā)酵液回流至 缺氧池中或缺氧池前端，與待處理廢水混合，進行A/O生物脫氮。
與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：
(1)在常規(guī)的序批式內循環(huán)A/O生物脫氮工藝的基礎上，本發(fā)明的 好氧池中添加有填料，有利于延長活性污泥中功能微生物與待處理廢水 的接觸時間，提高功能微生物對污染物的降解效率;
(2)本發(fā)明在填料上掛載水蚯蚓，利用水蚯蚓捕食活性污泥，實現 剩余污泥的有效減量;
(3)在剩余污泥減量的基礎上，進一步對排出的剩余污泥進行一系 列處理后獲得發(fā)酵液作為碳源，無需添加額外碳源，不僅解決了反硝化 碳源不足的問題，提高了生物脫氮效率，還實現了剩余污泥的二次減 量，降低了剩余污泥的處理費用，節(jié)約成本，保護環(huán)境，多余的發(fā)酵液可 用于農業(yè)澆灌等。
