申請日2013.10.14

　　公開(公告)日2015.01.14

　　IPC分類號C02F3/00; C02F11/04

　　摘要

　　本發(fā)明公開了厭氧+低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置和方法。所述裝置包括：氮氣機、剩余污泥水解發(fā)酵反應(yīng)器、空壓機、剩余污泥產(chǎn)酸反應(yīng)器、碳源貯存池，其中剩余污泥水解發(fā)酵反應(yīng)器為一密封池體，設(shè)進(jìn)泥管、攪拌器和發(fā)酵液輸出管;剩余污泥產(chǎn)酸反應(yīng)器為一密封池體，設(shè)發(fā)酵液輸入管、攪拌器和碳源輸出管;碳源貯存池為一敞開池體，設(shè)出水管、排泥管。所述方法為：剩余污泥首先進(jìn)入水解發(fā)酵反應(yīng)器發(fā)生細(xì)胞破壁并釋放出大分子有機物，在水解與發(fā)酵菌的作用下大分子有機物轉(zhuǎn)為小分子有機物;而后進(jìn)入產(chǎn)酸反應(yīng)器，在產(chǎn)酸菌的作用下小分子有機物轉(zhuǎn)為短鏈脂肪酸(SCFAs);而后進(jìn)入碳源貯存池;重復(fù)以上作用，最終SCFAs長期高效地產(chǎn)出。

　　權(quán)利要求書

　　1.厭氧及低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置實現(xiàn)剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的方 法，應(yīng)用如下裝置，該裝置設(shè)有氮氣機(1)、剩余污泥水解發(fā)酵反應(yīng)器(2)、空 壓機(3)、剩余污泥產(chǎn)酸反應(yīng)器(4)、碳源貯存池(5)、可編程過程控制器(6);

　　所述氮氣機(1)聯(lián)合第一氣體流量計(1.1)、第一氣量調(diào)節(jié)閥(1.2)、第一 曝氣頭(1.3)構(gòu)成曝氮氣系統(tǒng)，通過曝氣管路與剩余污泥水解發(fā)酵反應(yīng)器(2) 連接;

　　所述剩余污泥水解發(fā)酵反應(yīng)器(2)為一封閉池體，設(shè)有進(jìn)泥泵(2.1)、進(jìn) 泥管(2.2)、第一攪拌器(2.3)、發(fā)酵液輸出管(2.4)、第一電動閥(2.5)，內(nèi)設(shè) 有pH傳感器(2.6)、第一溶解氧DO傳感器(2.7)，上述傳感器分別與pH測定 儀(2.8)、第一DO測定儀(2.9)連接，第一電動閥(2.5)設(shè)在發(fā)酵液輸出管 (2.4)上;

　　所述空壓機(3)聯(lián)合第二氣體流量計(3.1)、第二氣量調(diào)節(jié)閥(3.2)和第 二曝氣頭(3.3)構(gòu)成曝氣系統(tǒng)，通過曝氣管路與剩余污泥產(chǎn)酸反應(yīng)器(4)連接;

　　所述剩余污泥產(chǎn)酸反應(yīng)器(4)為一封閉池體，設(shè)有發(fā)酵液輸入管(4.1)， 通過發(fā)酵液輸出管(2.4)、發(fā)酵液輸入管(4.1)與剩余污泥水解發(fā)酵反應(yīng)器(2) 連接，另設(shè)有第二攪拌器(4.2)、碳源輸出管(4.3)、第二電動閥(4.4)，內(nèi)設(shè) 有第二溶解氧DO傳感器(4.5)，上述傳感器(4.5)與第二溶解氧DO測定儀(4.6) 連接，第二電動閥(4.4)設(shè)在碳源輸出管(4.3)上;

　　所述碳源貯存池(5)設(shè)有出水管(5.1)、排泥管(5.2)，通過碳源輸出管(4.3) 與剩余污泥產(chǎn)酸反應(yīng)器(4)相連;

　　所述可編程過程控制器(6)，內(nèi)置有曝氮氣繼電器(6.1)、進(jìn)泥泵繼電器(6.2)、 第一攪拌器繼電器(6.3)、第一電動閥繼電器(6.4)、曝氧氣繼電器(6.5)、第 二攪拌器繼電器(6.6)、第二電動閥繼電器(6.7)，上述繼電器經(jīng)接口分別與氮 氣機(1)、進(jìn)泥泵(2.1)、第一攪拌器(2.3)、第一電動閥(2.5)、空壓機(3)、 第二攪拌器(4.2)、第二電動閥連接(4.4)，另置有數(shù)據(jù)信號接口分別與pH測 定儀(2.8)、第一溶解氧測定儀(2.9)、第二溶解氧測定儀(4.6)連接;

　　其特征在于包括以下步驟：

　　1)啟動系統(tǒng)：

　　將相同體積、污泥濃度為6500-10000 mg/L的剩余污泥分別投至水解發(fā)酵反 應(yīng)器和產(chǎn)酸反應(yīng)器;

　　通過可編程過程控制裝置實現(xiàn)水解發(fā)酵反應(yīng)器和產(chǎn)酸反應(yīng)器的攪拌器攪拌; 通過可編程過程控制裝置控制水解發(fā)酵反應(yīng)器的pH在9.5-10.0，溶解氧DO=0; 當(dāng)DO>0時，氮氣機將自動開啟，經(jīng)吹脫作用將反應(yīng)器內(nèi)的DO趕出，當(dāng)DO=0 時，氮氣機自動關(guān)閉;通過可編程過程控制裝置、氣體流量計及氣體調(diào)節(jié)閥控制 產(chǎn)酸反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧DO在0.2-0.8mg/L;剩余污泥進(jìn)入水解發(fā)酵反應(yīng)器，厭 氧、堿性條件下不能生存的微生物發(fā)生細(xì)胞破壁現(xiàn)象，胞內(nèi)大分子有機物釋放到 細(xì)胞外，在專性厭氧菌即水解發(fā)酵菌的水解作用下，大分子有機物被轉(zhuǎn)化為小分 子有機物;而后進(jìn)入產(chǎn)酸反應(yīng)器，上述小分子有機物將被轉(zhuǎn)化成短鏈脂肪酸;

　　2)運行系統(tǒng)

　　控制產(chǎn)酸反應(yīng)器的污泥停留時間SRT在6-8d，通過可編程過程控制裝置控 制電動閥，啟動電動閥，產(chǎn)酸反應(yīng)器內(nèi)富含液態(tài)碳源的混合物在重力作用下排放 至碳源貯存池，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的輸出時間，電動閥自動關(guān)閉，貯存池的上清液 經(jīng)出水管供給生物脫氮除磷系統(tǒng)，貯存池中的污泥則定期排放至脫水機房進(jìn)行脫 水;

　　控制水解發(fā)酵反應(yīng)器的SRT在6-8d，通過可編程過程控制裝置控制電動閥， 啟動電動閥，發(fā)酵液在重力作用下經(jīng)過發(fā)酵液輸入管進(jìn)入產(chǎn)酸反應(yīng)器，當(dāng)達(dá)到預(yù) 先設(shè)定的輸出時間，電動閥自動關(guān)閉;

　　通過可編程過程控制裝置控制進(jìn)泥泵，啟動進(jìn)泥泵將城市污水處理廠二沉池 或濃縮池的剩余污泥引入水解發(fā)酵反應(yīng)器，進(jìn)入反應(yīng)器的剩余污泥濃度在 6500-10000 mg/L。

　　說明書

　　厭氧及低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置與方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及厭氧+低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置和方法，屬于污泥污水處理 技術(shù)領(lǐng)域。

　　背景技術(shù)

　　活性污泥法是目前處理城市生活污水的一種有效方式，但因污水中生物可利用的碳源 不足，生物脫氮除磷效果不好，出水很難達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。要想提高生物脫氮除磷效 率，需投加碳源，其中的一種途徑就是加入化學(xué)合成的碳源，然而這種方法無疑增加了 水廠的運行成本。另一方面活性污泥法處理過程中由于污泥的不斷增殖會產(chǎn)生大量的剩余 污泥。由于剩余污泥含水率高，有惡臭，且含有毒化學(xué)物質(zhì)和病原微生物，若不加以控制， 勢必造成二次污染。

　　短鏈脂肪酸(SCFAs)是生物脫氮除磷所需的優(yōu)質(zhì)碳源。近年來，利用有機物含量高 的污泥進(jìn)行厭氧水解酸化獲取SCFAs備受關(guān)注。這不僅能為生物脫氮除磷系統(tǒng)提供碳源， 還能使污泥減量，降低污泥的處理處置費用。目前，促進(jìn)剩余污泥厭氧水解酸化產(chǎn)酸的技 術(shù)有超聲、微波、熱解、酶促、表面活性劑法等，然而這些技術(shù)存在產(chǎn)酸效率低、產(chǎn)酸所 需時間長、運營成本高等問題，難以應(yīng)用于實際污水處理廠。

　　因此，當(dāng)下需要迫切解決的一個技術(shù)問題就是：如何利用微生物技術(shù)，提出一種有效 的反應(yīng)裝置和方法，使得剩余污泥在水解酸化過程中能長期高效的轉(zhuǎn)化為SCFAs，進(jìn)而為 生物脫氮除磷系統(tǒng)提供碳源，提高生物脫氮除磷效率。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的就是為了提高產(chǎn)酸量、縮短產(chǎn)酸時間而提出的厭氧+低溶解氧剩余污泥 水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置和方法，進(jìn)而將剩余污泥中的碳源應(yīng)用到城市生活污水處理廠，降低 運營成本，提高生物脫氮除磷效率。

　　本發(fā)明的目的是通過以下解決方案來解決的：1、厭氧+低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵 產(chǎn)酸的裝置，其特征在于：設(shè)有氮氣機1、剩余污泥水解發(fā)酵反應(yīng)器2、空壓機3、剩余污 泥產(chǎn)酸反應(yīng)器4、碳源貯存池5、可編程過程控制器6;

　　所述氮氣機1聯(lián)合第一氣體流量計1.1、第一氣量調(diào)節(jié)閥1.2、第一曝氣頭1.3構(gòu)成曝 氮氣系統(tǒng)，通過曝氣管路與剩余污泥發(fā)酵反應(yīng)器2連接;

　　所述剩余污泥水解發(fā)酵反應(yīng)器2為一封閉池體，設(shè)有進(jìn)泥泵2.1、進(jìn)泥管2.2、第一攪 拌器2.3、發(fā)酵液輸出管2.4、第一電動閥2.5，內(nèi)設(shè)有pH傳感器2.6、第一溶解氧DO傳 感器2.7，上述傳感器分別與pH測定儀2.8、第一DO測定儀2.9連接，第一電動閥2.5設(shè) 在發(fā)酵液輸出管2.4上;

　　所述空壓機3聯(lián)合第二氣體流量計3.1、第二氣量調(diào)節(jié)閥3.2和第二曝氣頭3.3構(gòu)成曝 氣系統(tǒng)，通過曝氣管路與剩余污泥產(chǎn)酸反應(yīng)器4連接;

　　所述剩余污泥產(chǎn)酸反應(yīng)器4為一封閉池體，設(shè)有發(fā)酵液輸入管4.1，通過發(fā)酵液輸出 管2.4、發(fā)酵液輸入管4.1與剩余污泥水解發(fā)酵反應(yīng)器2連接，另設(shè)有第二攪拌器4.2、碳 源輸出管4.3、第二電動閥4.4，內(nèi)設(shè)有第二溶解氧DO傳感器4.5，上述傳感器4.5與第二 溶解氧DO測定儀4.6連接，第二電動閥4.4設(shè)在碳源輸出管4.3上;

　　所述碳源貯存池5設(shè)有出水管5.1、排泥管5.2，通過碳源輸出管4.3與剩余污泥產(chǎn)酸 反應(yīng)器4相連;

　　所述可編程過程控制器6，內(nèi)置有曝氮氣繼電器6.1、進(jìn)泥泵繼電器6.2、第一攪拌器 繼電器6.3、第一電動閥繼電器6.4、曝氧氣繼電器6.5、第二攪拌器繼電器6.6、第二電動 閥繼電器6.7，上述繼電器經(jīng)接口分別與氮氣機1、進(jìn)泥泵2.1、第一攪拌器2.3、第一電動 閥2.5、空壓機3、第二攪拌器4.2、第二電動閥連接4.4，另置有數(shù)據(jù)信號接口分別與pH 測定儀2.8、第一溶解氧測定儀2.9、第二溶解氧測定儀4.6連接。

　　利用所述的厭氧+低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置實現(xiàn)剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的方 法，其特征在于包括以下步驟：

　　1)啟動系統(tǒng)：

　　將相同體積、污泥濃度為6500-10000mg/L的剩余污泥分別投至水解發(fā)酵反應(yīng)器和產(chǎn) 酸反應(yīng)器;

　　通過可編程過程控制裝置實現(xiàn)水解發(fā)酵反應(yīng)器和產(chǎn)酸反應(yīng)器的攪拌器攪拌;通過可編 程過程控制裝置控制水解發(fā)酵反應(yīng)器的pH在9.5-10.0，溶解氧DO=0;當(dāng)DO>0時，氮氣 機將自動開啟，經(jīng)吹脫作用將反應(yīng)器內(nèi)的DO趕出，當(dāng)DO=0時，氮氣機自動關(guān)閉;通過 可編程過程控制裝置、氣體流量計及氣體調(diào)節(jié)閥控制產(chǎn)酸反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧DO在 0.2-0.8mg/L;剩余污泥進(jìn)入水解發(fā)酵反應(yīng)器，厭氧、堿性條件下不能生存的微生物發(fā)生細(xì) 胞破壁現(xiàn)象，胞內(nèi)大分子有機物釋放到細(xì)胞外，在專性厭氧菌即水解發(fā)酵菌的水解作用下， 大分子有機物被轉(zhuǎn)化為小分子有機物;而后進(jìn)入產(chǎn)酸反應(yīng)器，上述小分子有機物將被轉(zhuǎn)化 成短鏈脂肪酸;

　　2)運行系統(tǒng)

　　控制產(chǎn)酸反應(yīng)器的污泥停留時間SRT在6-8d，通過可編程過程控制裝置控制電動閥， 啟動電動閥，產(chǎn)酸反應(yīng)器內(nèi)富含液態(tài)碳源的混合物在重力作用下排放至碳源貯存池，當(dāng)達(dá) 到預(yù)先設(shè)定的輸出時間，電動閥自動關(guān)閉，貯存池的上清液經(jīng)出水管供給生物脫氮除磷系 統(tǒng)，貯存池中的污泥則定期排放至脫水機房進(jìn)行脫水;

　　控制水解發(fā)酵反應(yīng)器的SRT在6-8d，通過可編程過程控制裝置控制電動閥，啟動電動 閥，發(fā)酵液在重力作用下經(jīng)過發(fā)酵液輸入管進(jìn)入產(chǎn)酸反應(yīng)器，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的輸出時間， 電動閥自動關(guān)閉;

　　通過可編程過程控制裝置控制進(jìn)泥泵，啟動進(jìn)泥泵將城市污水處理廠二沉池或濃縮池 的剩余污泥引入水解發(fā)酵反應(yīng)器，進(jìn)入反應(yīng)器的剩余污泥濃度在6500-10000mg/L。

　　本發(fā)明厭氧+低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置和方法，具有以下優(yōu)點：

　　1)本裝置可實現(xiàn)過程自動控制，操作簡便;

　　2)本裝置與方法中剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的SRT短;

　　3)產(chǎn)甲烷菌是絕對的厭氧菌，產(chǎn)酸菌是兼性厭氧菌，本方法中產(chǎn)酸反應(yīng)器溶解氧在 0.2-0.8mg/L，抑制了產(chǎn)甲烷菌，產(chǎn)酸菌依然可生存。這樣，經(jīng)過長期運行反應(yīng)器，最終的 微生物主要為水解酸化菌，進(jìn)而強化污泥水解發(fā)酵作用，提高產(chǎn)酸量。

　　4)大多數(shù)甲烷細(xì)菌的最適pH值范圍約在6.8-7.2之間，本方法中水解發(fā)酵反應(yīng)器的 pH在9.5-10.0，隨著發(fā)酵液進(jìn)入產(chǎn)酸反應(yīng)器，其pH也保持堿性，顯然抑制了產(chǎn)甲烷菌， 阻止酸化產(chǎn)物甲烷化;

　　5)本裝置與方法無溫度控制，通過富集特異性微生物菌群強化水解、發(fā)酵和酸化過 程，有很高的實際應(yīng)用價值。