专利名称：污泥内碳源原位开发与利用强化污水脱氮除磷系统与方法
技术领域：
本发明属于污水污泥生物处理技术领域，尤其是一种污泥内碳源原位开发与利用强化污水脱氮除磷系统与方法。
背景技术：
污水生物处理脱氮过程需要有机物作为碳源，一般要求B0D/TKN > 4，但我国绝大部分城市污水，特别是高氨氮浓度的工业废水，均存在碳源严重不足的问题，其自身的碳源根本无法满足脱氮的需求，而使碳源不足成为污水生物处理总氮不达标的关键原因。国内现有污水生物处理系统往往是通过投加甲醇等外碳源来补充碳源需求，这既增加了处理成本，又加剧了水厂的C02排放及剩余污泥产量。另外，由于污水生物处理系统的剩余污泥产量大，其处理成本高昂，因此，对于一个典型的城市污水处理系统而言，其污泥处理成本大约占总成本的40%，且剩余污泥的处理处置容易造成营养元素的二次释放，容易引起二次污染。由于厌氧生物处理技术具有能耗低、污泥产量低的优点，但单纯的厌氧工艺却很难实现污水中碳、氮、磷的同步去除，因此，如何将厌氧生物处理、好氧处理与化学处理进行有机整合，以统筹考虑污水和污泥的处理与处置，从而实现高污染污水低碳耗处理，并完成对污水中资源物质的回收，便成为一个急需解决的重要课题。。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可将厌氧生物处理技术、好氧处理技术与化学处理技术进行有机整合，以实现高污染污水低碳耗处理，并完成对污水中资源物质的回收污泥内碳源原位开发与利用强化污水脱氮除磷系统与方法。为实现上述目的，本发明提供一种污泥内碳源原位开发与利用强化污水脱氮除磷系统，包括原水池、A/0硝化反应器、二沉池、中间水池、储泥池、厌氧发酵同步反硝化反应器、控制装置与排水池，还包括化学沉淀池，所述厌氧发酵同步反硝化反应器通过出水管与所述化学沉淀池连接，所述出水管上安装有化学制剂投加泵，在所述化学沉淀池中设有与所述控制装置相连接的PH测定仪，所述化学制剂投加泵以及所述pH测定仪均与所述控制装置连接。所述化学制剂投加泵分为磷酸盐投加泵、镁盐投加泵与碱盐投加泵，所述磷酸盐投加泵、所述镁盐投加泵以及所述碱盐投加泵依次安装在所述出水管上，所述磷酸盐投加泵、所述镁盐投加泵以及所述碱盐投加泵分别与所述控制装置相连接。所述化学沉淀池通过沉淀池出水管与所述排水池连接，在所述沉淀池的底部还设有沉淀池排泥阀。所述原水池通过A/0进水泵依次与所述A/0硝化反应器、所述二沉池以及所述中间水池的注水端连接，所述中间水池与所述储泥池分别通过进水泵与进泥泵与所述厌氧发酵同步反硝化反应器的注入端连接，所述二沉池的排泥端通过污泥回流泵以及剩余污泥泵分别与所述A/0硝化反应器的注入端以及所述储泥池的注泥端连接。所述中间水池通过硝化液回流泵与所述A/0硝化反应器的注水端连接。本发明同时提供一种利用污泥内碳源强化污水脱氮除磷的处理方法，包括以下步骤(1)向原水池与储泥池中分别注满高氨氮浓度污水与剩余污泥；(2)将高氨氮浓度污水与接种污泥混合形成混合液，并注入A/0硝化反应器中进行污水硝化处理；(3) 二沉池所排A/0剩余污泥与储泥池中原有剩余污泥一起注入厌氧发酵同步反硝化反应器中；(4)硝化液经中间水池注入厌氧发酵同步反硝化反应器中；(5)硝化液与剩余污泥在厌氧发酵同步反硝化反应器中同步进行污泥厌氧发酵及硝化液的反硝化处理；(6)开启各化学制剂投加泵并设定其注入速率，检测化学沉淀池中的PH值；(7)处理后出水与污泥分别通过沉淀池出水管与厌氧发酵同步反硝化反应器排泥阀排出。在步骤O)中，据原水池中进水水质，控制硝化液回流泵以调节硝化反应器的硝化液回流比，根据硝化反应器中MLSS浓度，控制污泥回流泵以调节污泥回流比，根据硝化反应器污泥龄要求，调节剩余污泥泵以控制A/0硝化系统的排泥量。在步骤(5)中，根据厌氧发酵同步反硝化反应器内上升流速，控制内回流泵以调节内回流比，根据厌氧发酵同步反硝化反应器出水中的硝酸盐和亚硝酸盐浓度，调节进泥泵及排泥阀，以调整厌氧发酵同步反硝化反应器内的污泥龄。在步骤(6)中，根据排水池出水中氨氮和磷的含量，调整磷酸盐投加泵及镁盐投加泵的注入速率，并结合PH测定仪所得pH测定值调整碱液投加泵的注入速率。与现有技术相比，本发明具有以下优点(1)利用处理系统自身的剩余污泥及其他污水处理厂的排放污泥作为反硝化碳源，节省低C/N污水及高氨氮污水的处理成本；(2)完成对污水处理厂污泥的减量化处理；(3)后续的化学沉淀处理既能实现对氮、磷的深度去除又能实现其资源化回收利用；(4)污泥水解发酵和反硝化的同步实现，大大提高了污水污泥处理效率，节省处理成本和占地面积；(5)可在实现污水深度脱氮除磷处理并资源化回收的同时，完成对污水厂污泥的
减量处理。本发明的技术原理如下污水首先进入A/0硝化反应器，通过A/0系统实现对污水中氨氮的完全硝化，并通过硝化液回流，以利用原水中的有限COD实现对总氮的部分去除；硝化液进入厌氧发酵同步反硝化系统，该系统利用所投加污泥水解酸化所产生的碳源，对硝化液进行反硝化脱氮处理；之后，在污泥水解酸化过程中释放的氨氮和磷随同所处理污水一同进入化学沉淀池， 通过控制装置在化学沉淀池中形成鸟粪石沉淀而完成对氮、磷的资源化回收利用，同时实现氮磷的深度去除，以保证出水水质。 本发明具体通过反硝化菌和水解发酵菌的协同作用，在同一时间同一空间实现高氮浓度污水的反硝化及污泥的水解酸化处理，解决高氨氮类污水碳源问题的同时，完成对常规污水处理厂所排放污泥的减量化处理，并与硝化菌的联合作用而实现污水中部分氮的低耗去除；与此同时，将化学沉淀方法引入处理系统，以农肥的形式实现对污水中氨氮和磷的回收并深度去除。本技术适用于高氨氮低碳量污水的深度处理，同时实现污染物去除，氮磷回收，污泥减量三个目标。
图1为本发明装置部分的结构图； 图2为本发明方法部分的流程图。 主要符号说明如下
1-原水池 2. 2-搅拌装置
2.5-空压机 3- 二沉池
3.3-剩余污泥泵
2-A/0硝化反应器 2. 3-曝气盘
2.6-A/0出水管
3.1-二沉池出水管 4-中间水池
6-厌氧发酵同步反硝化反应器 6. 2-布水装置 6. 3-排泥阀
6.5-进水泵6. 6-进泥泵
7-化学沉淀池7. 1-沉淀池排泥阀
7.3-磷酸盐投加泵7. 4-镁盐投加泵 7. 6-pH测定仪 8-排水池
2. 1-A/0进水泵 2. 4-气体流量调节阀
2.7-硝化液回流泵
3.2-污泥回流泵 5-储泥池
6. 1-三相分离器 6. 4-内回流泵
6.7-出水管
7.2-沉淀池出水管 7. 5-碱液投加泵 9-控制装置
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。本发明提供一种强化污水厂污泥减量及低碳耗脱氮除磷的处理装置，由原水池1、 A/0硝化反应器2、二沉池3、中间水池4、储泥池5、厌氧发酵同步反硝化反应器6、化学沉淀池7、出水池8以及控制装置9构成。原水池1的出水端通过A/0进水泵2. 1将原水池中的高氨氮浓度污水注入A/0硝化反应器2中。A/0硝化反应器2为无硝化液内回流的A/0反应器，为敞口池体形式。A/0硝化反应器中通过隔板形成相连通的缺氧区格室与多个好氧区格室，其中，缺氧区格室设置在多个好氧区格室的前端，各隔板上沿水流方向上下交错形成用于连接各格室的通水孔道。在缺氧区格室中设置有搅拌装置2. 2，在好氧区格室中设置有曝气系统，该曝气系统由曝气盘2. 3、气体流量调节阀2. 4及空压机2. 5构成，空压机2. 5 通过气体流量调节阀2. 4与曝气盘2. 3相连接。其中，曝气盘2. 3设置在好氧区格室的底部，气体流量调节阀2. 4以及曝气盘2. 3的数量均与好氧区格室数量相同。A/0硝化反应器2的出水端通过A/0出水管2. 6，将经过A/0硝化反应器2处理后的泥水混合液注入二沉池3中。二沉池3采用中间进水周边出水的辐流式沉淀池，二沉池底部的排泥端通过污泥回流泵3. 2以及剩余污泥泵3. 3分别与A/0硝化反应器2的注入端以及储泥池5的注泥端连接，从而将二沉池的排泥分别注入A/0硝化反应器与储泥池中。二沉池3的出水端通过二沉池出水管3. 1与中间水池4连接，从而将二沉池出水的出水注入中间水池4中。中间水池4的出水端通过硝化液回流泵2. 7以及进水泵6. 5分别与A/0硝化反应器2以及厌氧发酵同步反硝化反应器6的注入端连接，将中间水池4中的硝化液分别注入A/0硝化反应器2及厌氧发酵同步反硝化反应器6中。储泥池5的排泥端通过进泥泵6. 6与厌氧发酵同步反硝化反应器6的注入端连接，将储泥泵5中剩余污泥注入厌氧发酵同步反硝化反应器 6中。厌氧发酵同步反硝化反应器6采用UASB构造形式，其顶部设有三相分离器6. 1，底部设有布水装置6. 2，在厌氧发酵同步反硝化反应器的下端还设有与其相连接的排泥阀6. 3。 在厌氧发酵同步反硝化反应器6的外侧还设内回流泵6. 4，通过内回流泵以提升厌氧发酵同步反硝化反应器中上升流速。厌氧发酵同步反硝化反应器6的出水端通过出水管6. 7将处理后的出水注入化学沉淀池7中。在出水管6. 7上安装有化学制剂投加泵，该化学制剂投加泵分为磷酸盐投加泵7. 3、镁盐投加泵7. 4与碱盐投加泵7. 5，其中，磷酸盐投加泵、镁盐投加泵以及碱盐投加泵依次安装在出水管上，磷酸盐投加泵、镁盐投加泵以及碱盐投加泵分别与控制装置相连接。在化学沉淀池7中设有与控制装置9相连接的pH测定仪7. 6， 该PH测定仪的一端设置在化学沉淀池中。另外，化学沉淀池7通过沉淀池出水管7. 2与排水池8连接，在沉淀池的底部还设有沉淀池排泥阀7. 1。通过pH测定仪检测后的出水与污泥分别通过沉淀池出水管与排泥阀被排出。如图2所示，本发明还提供一种利用污泥内碳源强化污水脱氮除磷的处理方法， 包括以下步骤(1)向原水池与储泥池中分别注满高氨氮浓度污水与剩余污泥。(2)将高氨氮浓度污水与接种污泥混合形成混合液，并注入A/0硝化反应器中进行污水硝化处理。其中，A/0硝化反应器的接种污泥为具备脱氮功能的污水处理厂二沉池排泥，将接种污泥与由原水池中注入的高氨氮浓度污水混合形成2000-3000mg/L左右的混合液，并分别投加至A/0硝化反应器和二沉池中。首先，开启A/0硝化反应器中的搅拌装置、空压机与气体流量调节阀，将A/0硝化反应器中的DO浓度控制在0. 5-lmg/L之间。然后，开启A/ 0进水泵开始对A/0硝化反应器中注水，同时启动污泥回流泵和剩余污泥泵，以启动污水硝化处理系统。另外，在步骤O)中，根据设定的氨氧化率及短程积累率，控制气体流量调节阀， 以调节A/0硝化反应器中好氧段溶解氧浓度；根据A/0硝化反应器中MLSS浓度，控制污泥回流泵以调节污泥回流比；根据A/0硝化反应器污泥龄要求，调节剩余污泥泵以控制A/0硝化系统的排泥量。(3)将二沉池所排A/0剩余污泥与储泥池中原有剩余污泥注入厌氧发酵同步反硝化反应器中。其中，厌氧发酵同步反硝化反应器的接种污泥由某实际城市污水处理厂二沉池排泥及污泥消化系统排泥按一定比例混合而成。(4)当中间水池注满硝化液后，开启进水泵，从而将硝化液注入厌氧发酵同步反硝化反应器，与此同时还开启硝化液回流泵，将使硝化液回流至A/0硝化反应器中。(5)硝化液与剩余污泥在厌氧发酵同步反硝化反应器中同步进行污泥厌氧发酵及硝化液的反硝化处理。在步骤(5)中，根据厌氧发酵同步反硝化反应器内上升流速，控制内回流泵以调节内回流比，根据厌氧发酵同步反硝化反应器出水中的硝酸盐和亚硝酸盐浓度，调节进泥泵及排泥阀，以调整厌氧发酵同步反硝化反应器内的污泥龄。(6)开启各化学制剂投加泵，设定各药剂投加泵的注入速率，并检测化学沉淀池中的PH值；在步骤(6)中，根据排水池出水中氨氮和磷的含量，调整磷酸盐投加泵及镁盐投加泵的注入速率，并结合PH测定仪的pH测定值调整碱液投加泵的注入速率。(7)处理后出水与污泥分别通过沉淀池出水管与厌氧发酵同步反硝化反应器排泥阀排出。具体实验案例如下具体实验用水采用某大学家属区排放实际生活污水配置而成(pH = 7.2-8.0， SCOD = 150-200mg/L,TC0D = 170-250mg/L, NH4+-N = 260_330mg/L，NOf-N 及 NOf-N 均在检测限以下)，C/N为0. 65-1. 04，额外投加的剩余污泥取自以实际生活污水为处理对象的除碳脱氮SBR中试系统；所用A/0硝化反应器有效容积为9L，分成9格室，第一格为缺氧搅拌区，其余为好氧区，各格室由沿水流方向设置在各隔板上的上下交错的通水孔道连接，其水力停留时间为6. 4h ；厌氧发酵同步反硝化反应器的有效容积3. 5L，水力停留时间为2. 5h ； 化学沉淀池有效容积4. 2L，水力停留时间为池。具体运行操作过程如下(1)向原水池与储泥池中分别注满高氨氮浓度污水与剩余污泥；O) A/0硝化反应器的接种污泥为以实际生活污水为处理对象的除碳脱氮SBR中试系统排泥，将接种污泥与污水混合而成2000mg/L左右的混合液，投加至A/0硝化反应器和二沉池，开启搅拌装置、气体流量调节阀、空压机，控制好氧区DO浓度为l_2mg/L之间，开启A/0进水泵开始对A/0硝化反应器进水，同时启动污泥回流泵和剩余污泥泵，以启动污水硝化处理系统；在污水硝化处理过程中维持污泥回流比为50%，A/0系统SRT为30d ；(3)将二沉池所排A/0剩余污泥与储泥池中原有剩余污泥注入厌氧发酵同步反硝化反应器中。其中，厌氧发酵同步反硝化反应器的接种污泥由某实际城市污水处理厂二沉池排泥及污泥消化系统排泥按3 1比例混合而成，浓度为10gMLSS/L。(4)待中间水池中注满来自A/0硝化反应器的硝化液之后，通过进水泵注入厌氧发酵同步反硝化反应器中。与此同时还开启硝化液回流泵，将使硝化液回流至A/0硝化反应器中。(5)硝化液与剩余污泥在厌氧发酵同步反硝化反应器中同步进行污泥厌氧发酵及硝化液的反硝化处理，在污泥厌氧发酵以及反硝化运行过程中维持A/0硝化液回流比为 100%, UASB 内回流比 400%，UASB 污泥龄 30d ；(6)待厌氧发酵同步反硝化反应器的出水水质稳定且硝酸盐氮和亚硝酸盐氮总浓度小于5mg/L时，开启磷酸盐投加泵、镁盐投加泵以及碱液投加泵，设定各药剂投加泵的注入速率，以保证混合后污水中N P Mg
的摩尔比为1 1.41 1.5 3，同时启动PH测定仪与化学沉淀在线控制装置，根据出水pH及氨氮和磷浓度控制各药剂投加泵；(7)处理后出水与污泥分别通过沉淀池出水管与厌氧发酵同步反硝化反应器排泥阀排出。利用污泥内碳源原位开发与利用强化污水脱氮除磷装置和方法处理如上所述高氨氮污水，最终出水PH7. 2左右，氨氮浓度< ang/L，总氮浓度在7-12mg/L之间，总磷浓度 < lmg/L,出水COD < 40mg/L,同时厌氧发酵同步反硝化反应器能处理2倍于自身处理规模的污水处理厂所排剩余污泥。 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种污泥内碳源原位开发与利用强化污水脱氮除磷的处理系统，包括原水池、A/0 硝化反应器、二沉池、中间水池、储泥池、厌氧发酵同步反硝化反应器、控制装置与排水池， 其特征在于，还包括化学沉淀池，所述厌氧发酵同步反硝化反应器通过出水管与所述化学沉淀池连接，所述出水管上安装有化学制剂投加泵，在所述化学沉淀池中设有与所述控制装置相连接的PH测定仪，所述化学制剂投加泵以及所述pH测定仪均与所述控制装置连接。
2.根据权利要求1所述的污泥内碳源原位开发与利用强化污水脱氮除磷系统，其特征在于，所述化学制剂投加泵分为磷酸盐投加泵、镁盐投加泵与碱盐投加泵，所述磷酸盐投加泵、所述镁盐投加泵以及所述碱盐投加泵沿水流方向依次安装在所述出水管上，所述磷酸盐投加泵、所述镁盐投加泵以及所述碱盐投加泵分别与所述控制装置相连接。
3.根据权利要求2所述的污泥内碳源原位开发与利用强化污水脱氮除磷系统，其特征在于，所述化学沉淀池通过沉淀池出水管与所述排水池连接，在所述沉淀池的底部还设有沉淀池排泥阀。
4.根据权利要求3所述的污泥内碳源原位开发与利用强化污水脱氮除磷系统，其特征在于，所述原水池通过A/0进水泵依次与所述A/0硝化反应器、所述二沉池以及所述中间水池的注水端连接，所述中间水池与所述储泥池分别通过进水泵与进泥泵与所述厌氧发酵同步反硝化反应器的注入端连接，所述二沉池的排泥端通过污泥回流泵以及剩余污泥泵分别与所述A/0硝化反应器的注入端以及所述储泥池的注泥端连接。
5.根据权利要求4所述的污泥内碳源原位开发与利用强化污水脱氮除磷系统，其特征在于，所述中间水池通过硝化液回流泵与所述A/0硝化反应器的注水端连接。
6.一种应用权利要求1所述的处理装置，污泥内碳源原位开发与利用强化污水脱氮除磷的处理方法，其特征在于，包括以下步骤(1)向原水池与储泥池中分别注满高氨氮浓度污水与剩余污泥；(2)将高氨氮浓度污水与接种污泥混合形成混合液，并注入A/0硝化反应器中进行污水硝化处理；(3)二沉池所排A/0剩余污泥与储泥池中原有剩余污泥一起注入厌氧发酵同步反硝化反应器中；(4)硝化液经中间水池注入厌氧发酵同步反硝化反应器中；(5)硝化液与剩余污泥在厌氧发酵同步反硝化反应器中进行污泥厌氧发酵及硝化液的反硝化处理；(6)开启各化学制剂投加泵并设定其注入速率，检测化学沉淀池中的pH值；(7)处理后出水与污泥分别通过沉淀池出水管与厌氧发酵同步反硝化反应器的排泥阀排出。
7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，在步骤( 中，据原水池中进水水质， 控制硝化液回流泵以调节硝化反应器的硝化液回流比，根据硝化反应器中MLSS浓度，控制污泥回流泵以调节污泥回流比，根据硝化反应器污泥龄要求，调节剩余污泥泵以控制A/0 硝化系统的排泥量。
8.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，在步骤(5)中，根据厌氧发酵同步反硝化反应器内上升流速，控制内回流泵以调节内回流比，根据厌氧发酵同步反硝化反应器出水中的硝酸盐和亚硝酸盐浓度，调节进泥泵及排泥阀，以调整厌氧发酵同步反硝化反应器内的污泥龄。
9.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，在步骤(6)中，根据排水池出水中氨氮和磷的含量，调整磷酸盐投加泵及镁盐投加泵的注入速率，并结合PH测定仪的PH测定值调整碱液投加泵的注入速率。
全文摘要
本发明提供一种污泥内碳源原位开发与利用强化污水脱氮除磷系统与方法，其处理系统由原水池、A/O硝化反应器、二沉池、中间水池、储泥池、厌氧发酵同步反硝化反应器、化学沉淀池、控制装置与排水池构成；应用上述处理系统的方法为，向原水池与储泥池中分别注满高氨氮浓度污水与剩余污泥，污水首先在A/O硝化反应器中进行硝化处理，而后与剩余污泥一起进入厌氧发酵同步反硝化反应器，利用剩余污泥发酵产物作为碳源进行反硝化处理，最后进入配套在线控制装置的化学沉淀池进行氨氮和磷的沉淀去除后排放。本发明将厌氧生物处理技术、好氧处理技术与化学处理技术进行有机整合，以实现高污染污水低碳耗处理、剩余污泥减量，同时完成对污水中资源物质的回收。
文档编号C02F11/04GK102557360SQ201210054400
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月2日 优先权日2012年3月2日
发明者张良长, 彭永臻, 王淑莹, 袁泉, 陈永志 申请人:北京工业大学