公布日：2023.10.13

申請(qǐng)日：2023.08.01

分類號(hào)：C02F3/30(2023.01)I

摘要

本發(fā)明公開了一種污泥發(fā)酵聯(lián)合多路徑厭氧氨氧化的裝置與方法，屬于污水處理領(lǐng)域。本發(fā)明包括一個(gè)堿性污泥發(fā)酵裝置和一個(gè)多路徑厭氧氨氧化裝置。本發(fā)明在連續(xù)流反應(yīng)器中，通過投加污泥發(fā)酵物為短程反硝化與厭氧氨氧化的耦合提供碳源，實(shí)現(xiàn)高效脫氮和污泥減量。同時(shí)，該系統(tǒng)結(jié)合短程硝化、短程反硝化、內(nèi)源短程反硝化為厭氧氨氧化提供充足的亞硝底物來源，保證系統(tǒng)中厭氧氨氧化菌的生長繁殖，該系統(tǒng)為厭氧氨氧化工藝的實(shí)際應(yīng)用提供了可行的方案。

權(quán)利要求書

1.一種污泥發(fā)酵聯(lián)合多路徑厭氧氨氧化的裝置，其特征在于，包括順序相連的城市生活污水原水箱、連續(xù)流AOAO反應(yīng)器、沉淀池與出水水箱；所述連續(xù)流AOAO反應(yīng)器依次為厭氧區(qū)、第一好氧區(qū)、缺氧區(qū)與第二好氧區(qū)，厭氧區(qū)，第一好氧區(qū)，缺氧區(qū)與第二好氧區(qū)的體積比為1：1：2：1；還包括污泥堿性發(fā)酵罐，所述污泥堿性發(fā)酵罐與缺氧區(qū)相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥發(fā)酵聯(lián)合多路徑厭氧氨氧化的裝置，其特征在于，所述城市生活污水原水箱上設(shè)有進(jìn)水泵，通過進(jìn)水泵與所述連續(xù)流AOAO反應(yīng)器連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥發(fā)酵聯(lián)合多路徑厭氧氨氧化的裝置，其特征在于，所述厭氧區(qū)設(shè)有厭氧攪拌裝置，所述缺氧區(qū)內(nèi)部設(shè)有缺氧攪拌裝置，所述第一好氧區(qū)的底部與所述第二好氧區(qū)的底部均設(shè)有曝氣裝置，所述曝氣裝置包括氣泵、曝氣管、曝氣頭與pH/DO測(cè)定儀。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥發(fā)酵聯(lián)合多路徑厭氧氨氧化的裝置，其特征在于，所述第一好氧區(qū)與所述缺氧區(qū)內(nèi)部均設(shè)有聚乙烯環(huán)厭氧氨氧化填料組件。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥發(fā)酵聯(lián)合多路徑厭氧氨氧化的裝置，其特征在于，所述污泥堿性發(fā)酵罐包括堿性發(fā)酵罐pH計(jì)、藥劑投加口、攪拌裝置和排泥口。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥發(fā)酵聯(lián)合多路徑厭氧氨氧化的裝置，其特征在于，還包括硝化液回流泵與污泥回流泵，所述第二好氧區(qū)通過硝化液回流泵回流至缺氧區(qū)；沉淀池的污泥通過污泥回流泵回流至厭氧區(qū)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的一種污泥發(fā)酵聯(lián)合多路徑厭氧氨氧化的裝置，其特征在于，裝置的曝氣、攪拌過程均由在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和反饋控制系統(tǒng)控制完成。

8.一種污泥發(fā)酵聯(lián)合多路徑厭氧氨氧化的方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的裝置，城市生活污水由城市生活污水原水箱通過進(jìn)水泵進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，厭氧區(qū)通過管道與第一好氧區(qū)相連接，第一好氧區(qū)污水流入缺氧區(qū)，污水從缺氧區(qū)流出后進(jìn)入第二好氧區(qū)，之后流入沉淀池，經(jīng)過沉淀后排出；第二好氧區(qū)設(shè)置硝化液回流的管道，通過硝化液回流泵回流至缺氧區(qū)；沉淀池設(shè)置污泥回流泵，通過污泥回流泵回流至厭氧區(qū)；沉淀池中排出的剩余污泥直接加入堿性發(fā)酵罐中進(jìn)行缺氧攪拌，同時(shí)通過加入NaOH控制發(fā)酵罐內(nèi)的pH為9-10，發(fā)酵完成后將發(fā)酵液泵入連續(xù)流AOAO反應(yīng)器的缺氧區(qū)。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種污泥發(fā)酵聯(lián)合多路徑厭氧氨氧化的方法，其特征在于，所述方法的包括以下步驟：1)工藝啟動(dòng)：連續(xù)流AOAO反應(yīng)器接種城市污水處理廠全程污泥，保持連續(xù)流AOAO反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度在3000-4000mg/L；分別在第一好氧區(qū)，缺氧區(qū)接種聚乙烯環(huán)厭氧氨氧化填料，填充比為30％；進(jìn)水為城市生活污水；2)工藝穩(wěn)定運(yùn)行：2.1)控制污泥堿性發(fā)酵罐的溫度為30℃，將沉淀池排出的剩余污泥加入到污泥堿性發(fā)酵罐中，進(jìn)泥結(jié)束后，污泥堿性發(fā)酵罐內(nèi)的污泥濃度控制在8000-10000mg/L，通過向污泥堿性發(fā)酵罐中加入NaOH控制發(fā)酵罐的pH保持在9-10；2.2)多途徑AOAO反應(yīng)器：城市生活污水進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)進(jìn)行內(nèi)碳源儲(chǔ)存，厭氧區(qū)出水通過管道進(jìn)入第一好氧區(qū)，出水與污泥堿性發(fā)酵罐的發(fā)酵液一同進(jìn)入缺氧區(qū)，在缺氧區(qū)停留時(shí)間為6-8h后進(jìn)入第二好氧區(qū)，第二好氧區(qū)設(shè)置有硝化液回流，回流比為200％，第二好氧區(qū)的出水進(jìn)入沉淀池內(nèi)，一部分通過污泥回流泵進(jìn)行回流，另一部分排入出水水箱。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種污泥發(fā)酵聯(lián)合多路徑厭氧氨氧化實(shí)現(xiàn)城市污水深度脫氮的工藝，具體是工藝設(shè)置為厭氧-好氧-缺氧-好氧的運(yùn)行模式且同時(shí)設(shè)置污泥回流和硝化液回流裝置。城市生活污水由生活污水箱流入?yún)捬鯀^(qū)進(jìn)行內(nèi)碳源儲(chǔ)存同時(shí)反硝化去除污泥回流中的硝態(tài)氮，而后流入第一好氧區(qū)。在第一好氧區(qū)和缺氧區(qū)分別投加聚乙烯環(huán)厭氧氨氧化填料，填充比為30％。在好氧區(qū)厭氧氨氧化菌和硝化菌的共同作用下，系統(tǒng)在好氧區(qū)發(fā)生PN/A去除一部分氮素，而后流入缺氧區(qū)。設(shè)置一個(gè)堿性發(fā)酵罐，發(fā)酵罐體積占整個(gè)連續(xù)流裝置的20％，連續(xù)流中剩余污泥進(jìn)入該發(fā)酵罐進(jìn)行堿性發(fā)酵，發(fā)酵液和內(nèi)回流一起進(jìn)入缺氧區(qū)。在缺氧區(qū)，反硝化菌利用發(fā)酵液中的碳源以及厭氧區(qū)儲(chǔ)存的內(nèi)碳源將硝態(tài)氮還原為亞硝態(tài)氮而后與發(fā)酵液引入的氨氮進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)PD/A和EPD/A的耦合，剩余的氨氮進(jìn)入后續(xù)的好氧區(qū)轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明首先提供了一種污泥發(fā)酵聯(lián)合多路徑厭氧氨氧化的裝置，包括順序相連的城市生活污水原水箱、連續(xù)流AOAO反應(yīng)器、沉淀池與出水水箱；所述連續(xù)流AOAO反應(yīng)器依次為厭氧區(qū)、第一好氧區(qū)、缺氧區(qū)與第二好氧區(qū)，厭氧區(qū)，第一好氧區(qū)，缺氧區(qū)與第二好氧區(qū)的體積比為1：1：2：1；還包括污泥堿性發(fā)酵罐，所述污泥堿性發(fā)酵罐與缺氧區(qū)相連。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述城市生活污水原水箱上設(shè)有進(jìn)水泵，通過進(jìn)水泵與所述連續(xù)流AOAO反應(yīng)器連接。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述厭氧區(qū)設(shè)有厭氧攪拌裝置，所述缺氧區(qū)內(nèi)部設(shè)有缺氧攪拌裝置，所述第一好氧區(qū)的底部與所述第二好氧區(qū)的底部均設(shè)有曝氣裝置，所述曝氣裝置包括氣泵、曝氣管、曝氣頭與pH/DO測(cè)定儀。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一好氧區(qū)與所述缺氧區(qū)內(nèi)部均設(shè)有聚乙烯環(huán)厭氧氨氧化填料組件。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述污泥堿性發(fā)酵罐包括堿性發(fā)酵罐pH計(jì)、藥劑投加口、攪拌裝置和排泥口。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，還包括硝化液回流泵與污泥回流泵，所述第二好氧區(qū)通過硝化液回流泵回流至缺氧區(qū)；沉淀池的污泥通過污泥回流泵回流至厭氧區(qū)。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，裝置的曝氣、攪拌過程均由在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和反饋控制系統(tǒng)控制完成。

本發(fā)明還提供了采用上述裝置的污泥發(fā)酵聯(lián)合多路徑厭氧氨氧化的方法，城市生活污水由城市生活污水原水箱通過進(jìn)水泵進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，厭氧區(qū)通過管道與第一好氧區(qū)相連接，第一好氧區(qū)污水流入缺氧區(qū)，污水從缺氧區(qū)流出后進(jìn)入第二好氧區(qū)，之后流入沉淀池，經(jīng)過沉淀后排出；第二好氧區(qū)設(shè)置硝化液回流的管道，通過硝化液回流泵回流至缺氧區(qū)；沉淀池設(shè)置污泥回流泵，通過污泥回流泵回流至厭氧區(qū)；沉淀池中排出的剩余污泥直接加入堿性發(fā)酵罐中進(jìn)行缺氧攪拌，同時(shí)通過加入NaOH控制發(fā)酵罐內(nèi)的pH為9-10，發(fā)酵完成后將發(fā)酵液泵入連續(xù)流AOAO反應(yīng)器的缺氧區(qū)。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，1)工藝啟動(dòng)：

連續(xù)流AOAO反應(yīng)器接種城市污水處理廠全程污泥，保持連續(xù)流AOAO反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度在3000-4000mg/L；分別在第一好氧區(qū)，缺氧區(qū)接種聚乙烯環(huán)厭氧氨氧化填料，填充比為30％；進(jìn)水為城市生活污水，COD：150-200mg/L，NH4+-N：60-80mg/L，C/N為2-3；硝化液回流比為200％，污泥回流比100％；控制第一好氧區(qū)溶解氧為0.8-1.5mg/L。

設(shè)置獨(dú)立的污泥堿性發(fā)酵罐，控制溫度為30℃，將沉淀池排出的剩余污泥通過藥劑投加口加入到發(fā)酵罐中，通過向發(fā)酵罐中加入NaOH控制發(fā)酵罐的pH保持在9-10。

2)工藝穩(wěn)定運(yùn)行：

2.1)污泥堿性發(fā)酵罐：控制污泥堿性發(fā)酵罐的溫度為30℃，將沉淀池排出的剩余污泥加入到發(fā)酵罐中，進(jìn)泥結(jié)束后，發(fā)酵罐內(nèi)的污泥濃度控制在8000-10000mg/L，通過向發(fā)酵罐中加入NaOH控制發(fā)酵罐的pH保持在9-10，當(dāng)pH低于8.5時(shí)，加入NaOH進(jìn)行調(diào)控。控制污泥在發(fā)酵罐中的停留時(shí)間為1-1.5d，發(fā)酵后的泥水混合物COD濃度大幅上升達(dá)到6000mg/L以上，此時(shí)將發(fā)酵罐中的泥水混合物與回流的硝化液通過排泥口流入到連續(xù)流AOAO反應(yīng)器的缺氧區(qū)。

2.2)多途徑AOAO反應(yīng)器：城市生活污水由生活污水箱通過進(jìn)水泵進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)進(jìn)行內(nèi)碳源儲(chǔ)存，將原水中的碳源儲(chǔ)存為內(nèi)碳源同時(shí)反硝化污泥回流中的硝態(tài)氮，厭氧區(qū)的水力停留時(shí)間控制在1-2h，而后流入第一好氧區(qū)。厭氧區(qū)出水通過管道進(jìn)入第一好氧區(qū)，控制DO在1.0-1.5mg/L，此時(shí)氨氮被氧化的中間產(chǎn)物亞硝，由于第一好氧區(qū)接種了厭氧氨氧化填料，可以進(jìn)行PN/A反應(yīng)去除一部分氮素。污泥堿性發(fā)酵罐的體積占整個(gè)連續(xù)流裝置的20％，連續(xù)流中剩余污泥進(jìn)入該發(fā)酵罐進(jìn)行堿性發(fā)酵。

發(fā)酵液和內(nèi)回流一起進(jìn)入缺氧區(qū)，在缺氧區(qū)控制水力停留時(shí)間為6-8h進(jìn)行充分的反應(yīng)，短程反硝化菌利用發(fā)酵液中的碳源以及厭氧區(qū)儲(chǔ)存的內(nèi)碳源將硝態(tài)氮還原為亞硝態(tài)氮而后與發(fā)酵液引入的氨氮以及好氧區(qū)未反應(yīng)完全的氨氮進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)，分別利用內(nèi)碳源以及發(fā)酵液產(chǎn)生的碳源將硝態(tài)氮進(jìn)行還原，在缺氧區(qū)實(shí)現(xiàn)PD/A和EPD/A的耦合，同時(shí)發(fā)酵液引入的碳源也能強(qiáng)化反硝化的能力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的深度脫氮。而剩余的氨氮進(jìn)入第二好氧區(qū)轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，控制第二好氧區(qū)內(nèi)的溶解氧為2-3mg/L，保證系統(tǒng)的硝化能力，避免出水中含有大量的氨氮。第二好氧區(qū)設(shè)置有硝化液回流，回流比為200％，第二好氧區(qū)出水進(jìn)入沉淀池內(nèi)，一部分通過污泥回流進(jìn)行回流，另一部分排入出水水箱中。

最終出水水質(zhì)為：COD：45-50mg/L，NH4+-N：1-3mg/L，NO2--N：0-1mg/L，NO3--N：5-7mg/L，TIN：6-10mg/L。

本發(fā)明提供的污泥發(fā)酵聯(lián)合多路徑厭氧氨氧化的工藝與傳統(tǒng)硝化反硝化工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)剩余污泥中含有大量的有機(jī)物，經(jīng)由厭氧發(fā)酵過程可以產(chǎn)生大量可供生物脫氮除磷的優(yōu)質(zhì)碳源——短鏈脂肪酸(SCFAs)，將污泥發(fā)酵產(chǎn)物作為碳源應(yīng)用于生物脫氮除磷系統(tǒng)，既解決了原水碳源不足的問題又能夠?qū)崿F(xiàn)污泥的減量化、無害化和資源化；

2)聯(lián)合多種自養(yǎng)脫氮工藝，利用污泥發(fā)酵產(chǎn)生的碳源實(shí)現(xiàn)短程反硝化在實(shí)際廢水處理中的主流應(yīng)用，聯(lián)合PN/A，PD/A，EPD/A，反硝化等多種脫氮途徑，實(shí)現(xiàn)了反硝化菌與厭氧氨氧化菌的協(xié)同脫氮作用從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)深度脫氮；

3)本發(fā)明的裝置簡單、運(yùn)行靈活，可操作性強(qiáng)，適用于已建成城市污水處理廠的升級(jí)改造，并且適用于低碳氮比的城市生活污水的處理。

4)本發(fā)明在連續(xù)流反應(yīng)器中，通過投加污泥發(fā)酵物為短程反硝化與厭氧氨氧化的耦合提供碳源，實(shí)現(xiàn)高效脫氮和污泥減量。同時(shí)，該系統(tǒng)結(jié)合短程硝化、短程反硝化、內(nèi)源短程反硝化為厭氧氨氧化提供充足的亞硝底物來源，保證系統(tǒng)中厭氧氨氧化菌的生長繁殖，該系統(tǒng)為厭氧氨氧化工藝的實(shí)際應(yīng)用提供了可行的方案。

（發(fā)明人：高銳濤;李智行;鄭豪;李祖榮;朱文燦;涂航;江鑫;吳小剛;毛加）