专利名称：污泥发酵同步反硝化耦合自养脱氮处理高氨氮短程硝化出水的方法
技术领域：
本发明涉及一种应用剩余污泥水解酸化产碳源强化反硝化及厌氧氨氧化技术来处理高氨氮废水短程硝化出水的方法，属于生化法污水处理技术领域。通过水解酸化菌、 反硝化菌和厌氧氨氧化菌的共同作用，在同一空间内实现废水总氮的高效去除及污泥的减量。具体是通过剩余污泥水解酸化产生的短链脂肪酸在反硝化菌的作用下将进水中部分 NO2^-N还原，另外一部分NOf-N与水解酸化过程释放的氨氮通过厌氧氨氧化反应去除,从而使出水总氮浓度大大降低，同时完成了剩余污泥的减量化。本技术适用于高氨氮废水短程硝化出水的深度处理。
背景技术：
高氨氮废水通常包括污水处理厂污泥消化液、焦化废水、垃圾渗滤液和化肥废水等。这类废水的氨氮通常是城市生活污水的十几倍，碳氮比非常低，通常对其进行单独处理。如果采用传统的硝化反硝化工艺，需投加大量的外碳源，大大提高污水处理厂的运行费用。
短程硝化反硝化技术将硝化过程控制在亚硝阶段，在进行反硝化，其因可节省25% 的曝气量和40%的碳源而备受关注，但城市生活污水难以维持稳定的短程硝化，使得其应用难以推广。高氨氮废水在硝化过程中，由于高浓度的游离氨的存在，能够很好的抑制NOB 的活性，可以维持稳定的短程硝化，因此该工艺常常用来处理高氨氮废水，使得有机物的投加大大减少，节约了一定的费用。
为了进一步节约高氨氮废水处理过程的费用，当前，有研究者开发出半短程硝化-厌氧氨氧化工艺，即将进水中一半的氨氮氧化为亚硝酸盐，再将其出水打入厌氧氨氧化反应器中，使得出水TN大大降低，该过程无需有机碳源的加入，大大减少了运行费用。但该工艺一个最关键的问题是如何保证硝化出水亚硝态氮浓度和氨氮浓度比值为1. 32左右，目前，还缺乏有效的控制，常常因为氨氮与亚硝态氮浓度比例失调而导致最终出水总氮浓度过高。
目前，为解决硝化出水反硝化碳源不足的问题，有报道利用剩余污泥发酵产碳源来强化反硝化脱氮，剩余污泥水解酸化虽然能产生大量的可利用碳源，但其同时释放大量氨氮，高永青等在研究PH值对剩余污泥的水解酸化时，其实验结果得出氨氮的最大释放量达到200mg/L。因此利用污泥水解酸化来强化反硝化脱氮，虽然出水总氮浓度大大降低，但由于氨氮浓度过高，最终还是难以达到排放标准。
利用剩余污泥发酵同步反硝化耦合自养脱氮系统从根本上解决了上述问题，其根据高氨氮废水易如维持稳定短程硝化的特点，利用污水处理厂自身排放的剩余污泥产碳源来强化反硝化，并通过厌氧氨氧化作用将系统中部分亚硝态氮与剩余污泥水解酸化过程释放的氨氮去除，使出水总氮浓度大大降低。发明内容
本发明的目的在于根据高氨氮废水易如维持稳定短程硝化的特点，在单一反应器内，利用剩余污泥在水解酸化过程产生的碳源将部分Ν02_-Ν还原为N2，同时部分Ν02_-Ν与剩余污泥水解酸化过程释放的氨氮通过厌氧氨氧化反应而去除。在出水总氮浓度大大降低的同时，对污水处理厂剩余污泥进行了减量化处理。
本发明通过以下技术方案来实现
一种剩余污泥发酵同步反硝化耦合自养脱氮装置，其特征在于设有污泥发酵同步反硝化耦合自养脱氮反应器5，反硝化菌和水解酸化菌以絮体状生长于反应器内，厌氧氨氧化菌附着在海绵填料载体表面，通过栅格14使其浸没在液面以下。硝化液原水池1、储泥池2、排水池3及排泥池4 ;原水池I通过进水泵19与主反应器5的进水口相连、储泥池 2通过进泥泵20与主反应器5的进泥口相连，主反应器5的排水口通过阀门17与排水池 3相连，主反应器5的排泥口通过阀门18与排泥池4相连。主反应器5采用圆柱形密闭结构，其柱体上端中部设有水封装置21，搅拌装置采用悬臂式搅拌器，固定于水封装置21的上方，反应器上方顶盖设有集气口 22，主反应器5中产生的气体通过集气口 22由缓冲瓶11 进入集气罐10，主反应器上方还设有温控装置，其由加热棒12、温度探头13和控制系统8 组成，用于提供适宜的反应温度，主反应器5柱体两侧安装有PH测定仪6和ORP测定仪7， 用于实时监测反应的进程。
利用上述剩余污泥发酵同步反硝化耦合自养脱氮装置进行脱氮和污泥处理，主要包括以下步骤
I)系统启动取污水处理厂排放的剩余污泥和厌氧消化所排污泥，按1:1的体积比混合，添加到反应器内，保持反应区污泥浓度在6000-8000mgMLSS/L。将进水池中硝化液打入主反应器中，开启搅拌装置，反应12h后沉淀排水，每一周期添加1/10反应器有效容积的剩余污泥，排水结束后排出等体积的混合污泥，每一周期进入1/2反应器有效容积的高氨氮废水短程硝化液，硝化液中NO2--N= 180-280mg/L，N03--N=0_30mg/L，连续运行15个周期，系统中水解酸化菌和反硝化菌得到一定的富集，将附着在海绵填料上的厌氧氨氧化菌接种到反应器中，并用栅格固定上，使海绵填料悬浮于反应器内并浸没在液面以下，厌氧氨氧化菌污泥浓度控制在300-500mgMLSS/L，再运行15个周期，系统出水TN浓度小于30mg/ L ；
2)连续运行系统启动成功后，将进入连续运行阶段，包含以下几个过程
I加泥开启进泥泵，将储泥池中剩余污泥打入主反应器中，进泥体积为反应器有效容积的1/10，进泥结束后，进入下一道工序；
II进水进水泵开启的同时，打开温控系统和搅拌装置，将温度设置为30摄氏度，先将1/4反应器有效容积的硝化液注入主反应器，反应6h后，再将另外的1/4反应器有效容积的硝化液注入主反应器中；
III沉淀当系统中ORP测定仪数值小于-300IW或pH测定仪中数值不再上升时， 关闭搅拌装置，主反应器开始进入沉淀阶段，同时，关闭温控系统，沉淀Ih后，进入下一道工序；
IV排水打开排水阀，系统开始排水，排水体积为反应器有效容积的1/2，排水结束后，进入下一道工序；
V排泥排水结束后，开启搅拌装置和排泥泵，待系统内混匀后，排出反应器有效容积1/10的混合污泥；
W闲置排泥结束后，关闭搅拌装置，系统开始进入闲置阶段。闲置Ih后，从工序 I开始循环，进入下一个周期。
技术原理
剩余污泥发酵同步反硝化耦合自养脱氮是指在污泥水解酸化过程中产生的短链脂肪酸，通过引入高氨氮废水短程硝化液，使部分NO2--N通过反硝化作用去除；另外，部分亚硝态氮与剩余污泥在水解酸化过程释放的氨氮通过厌氧氨氧化菌的作用而被去除，从而使系统总氮浓度大大降低，同时对污水处理厂排放的剩余污泥进行了减量化处理。从微生物学角度上讲，水解酸化细菌、反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌能够很好的共存于一个系统中，首先，系统中低浓度的COD不会抑制厌氧氨氧化菌的作用，相反，而且会有一定的促进作用；其次，在污泥的水解酸化过程中，其释放的短链脂肪酸和氨氮的过程是缓慢的，当系统中产生一点碳源，由于亚硝酸盐氮的存在，会被迅速消耗，而释放的氨氮与系统中的亚硝酸盐氮通过厌氧氨氧化菌的作用，也会慢慢的被去除，由于产生的短链脂肪酸和氨氮立即被消耗，这又促进了水解酸化的进程；另外，反硝化过程和厌氧氨氧化过程会使系统PH值升高，而水解酸化过程会使PH值降低，三者的共同作用，可以使系统维持在一个相对稳定的外部环境。
本发明的技术优势主要体现在
I)利用污水厂自身排放的剩余污泥作为反硝化碳源，节省了因外加碳源而产生的费用；
2)系统运行过程中，污泥进行了减量化，同时系统排放的污泥由于经过硝化液的作用，其脱水性能有很大提高，减轻了后续处理；
3)很好的解决了剩余污泥在水解酸化过程中释放的氨氮，系统出水总氮能达到国家标准，无需太多后处理就可以排放；
4)采用海绵填料将厌氧氨氧化菌固定，排泥时不会导致厌氧氨氧化菌的流失，且其操作操作方便，控制简单；
5)很好的解决了通过半短程硝化/厌氧氨氧化工艺脱氮时的难以控制氨氮与亚硝的浓度比问题与剩余污泥发酵耦合反硝化工艺氨氮的大量释放问题。
图1为污泥发酵同步反硝化耦合自养脱氮装置的结构示意图。
图1中，I为硝化液进水池；2为储泥池；3为出水池；4为排泥池；5为污泥发酵同步反硝化耦合自养脱氮主反应器；6为PH测定仪；7为ORP测定仪；8为温控系统；9为搅拌装置；10为集气罐；11为缓冲瓶；12为加热棒；13为温度探头；14为栅格；15为海绵填料； 16为取样 口 ；17为排水阀；18为排泥阀；19为进水泵；20为进泥泵；21为水封装置；22为集气口。
具体实施方式
结合附图和实例对本发明做进一步说明如图1所示，污泥发酵同步反硝化耦合自养脱氮集污泥减量装置设有污泥发酵同步反硝化耦合自养脱氮主反应器5、硝化液原水池1、储泥池2、排水池3及排泥池4 ;原水池I通过进水泵19与主反应器5的进水口相连、 储泥池2通过进泥泵20与主反应器5的进泥口相连，主反应器5的排水口通过阀门17与排水池3相连，主反应器5的排泥口通过阀门18与排泥池4相连。
主反应器5采用圆柱形密闭结构，其柱体上端中部设有水封装置21和搅拌装置， 固定于水封装置21的上方，反应器上方顶盖设有集气口 22，主反应器5中产生的气体通过集气口 22由缓冲瓶11进入集气罐10，主反应器上方还设有温控装置，其由加热棒12、温度探头13和控制系统8组成，用于控制反应过程温度的恒定，主反应器5柱体两侧安装有PH 测定仪和ORP测定仪，用于监测反应的进行状况。
具体实验用水为一高氨氮废水经曝气后的硝化液，(pH=6. 4-7. 6，C0D=40_65mg/L， NH4+-N=5-30mg/L, NO2^-N= 180-280mg/L, NO3^-N= 10-30mg/L),实验每天所加污泥为一大型污水处理厂浓缩后的新鲜剩余污泥(SS 15080-18010mg/L ；VSS=13250-16150 mg/L)，所用主反应器有效容积为10L，每一周期进水5L，反应器内初始污泥浓度在6000-8000mg/L，反应温度控制在30°C。具体过程如下
I)系统启动取污水处理厂排放的剩余污泥和厌氧消化所排污泥，按1:1的体积比混合，添加到反应器内，保持反应区污泥浓度在6000-8000mgMLSS/L。将进水池中硝化液打入主反应器中，开启搅拌装置，反应12h后沉淀排水，每一周期添加1/10反应器有效容积的剩余污泥，排水结束后排出等体积的混合污泥，每一周期进入1/2反应器有效容积的高氨氮废水短程硝化液，硝化液中NO2--N= 180-280mg/L，N03--N=0_30mg/L，连续运行15个周期，系统中水解酸化菌和反硝化菌得到一定的富集，将附着在海绵填料上的厌氧氨氧化菌接种到反应器中，并用栅格固定上，使海绵填料悬浮于反应器内并浸没在液面以下，厌氧氨氧化菌污泥浓度控制在300-500mgMLSS/L，再运行15个周期，系统出水TN浓度小于30mg/ L ；
2)连续运行系统启动成功后，将进入连续运行阶段，包含以下几个过程
I加泥开启进泥泵，将储泥池中剩 余污泥打入主反应器中，进泥体积为反应器有效容积的1/10，进泥结束后，进入下一道工序；
II进水进水泵开启的同时，打开温控系统和搅拌装置，将温度设置为30摄氏度，先将1/4反应器有效容积的硝化液注入主反应器，反应6h后，再将另外的1/4反应器有效容积的硝化液注入主反应器中；
III沉淀当系统中ORP测定仪数值小于-300mv或pH测定仪中数值不再上升时， 关闭搅拌装置，主反应器开始进入沉淀阶段，同时，关闭温控系统，沉淀Ih后，进入下一道工序；
IV排水打开排水阀，系统开始排水，排水体积为反应器有效容积的1/2，排水结束后，进入下一道工序；
V排泥排水结束后，开启搅拌装置和排泥泵，待系统内混匀后，排出反应器有效容积1/10的混合污泥；
W闲置排泥结束后，关闭搅拌装置，系统开始进入闲置阶段。闲置Ih后，从工序 I开始循环，进入下一个周期。
利用剩余污泥发酵同步反硝化耦合自养脱氮集污泥减量装置处理高氨氮废水短程硝化出水，在温度为30°C，反应器中污泥浓度MLSS保持在6000-8000mg/L，每一周期投加反应器有效容积1/10的剩余污泥，进水NH4+-N=5-30mg/L，NO2^-N= 180-280mg/L, NO3--N= 10-30mg/L，最终出水氨氮浓度小于15mg/L，出水TN浓度小于25mg/L，每一周期平均 VSS减量达21%。系统成功实现了污泥的水解酸化与反硝化和厌氧氨氧化的耦合,使出水总氮浓度大大降低 ，并对剩余污泥进行了减量化处理。
权利要求
1.污泥发酵同步反硝化耦合自养脱氮处理高氨氮短程硝化出水的方法，应用如下装置，该装置包括硝化液进水池(I)、储泥池(2)、出水池(3)、排泥池(4)、污泥发酵同步反硝化厌氧氨氧化主反应器(5)、pH测定仪(6)、ORP测定仪(7)、温控装置(8)、搅拌装置(9)、 集气罐(10)、缓冲瓶(11)、加热棒(12)、温度探头(13)、栅格(14)、海绵填料(15)、取样口 (16)、排水阀(17)、排泥阀(18)、进水泵(19)、进泥泵(20)、水封装置(21)、集气口(22)； 进水池(I)通过进水泵(19)与主反应器(5)的进水口相连、储泥池(2)通过进泥泵(20) 与主反应器(5)的进泥口相连，主反应器(5)的排水口通过阀门(17)与排水池(3)相连，主反应器(5)的排泥口通过阀门(18)与排泥池(4)相连；主反应器(5)还设有温控系统，由加热棒(12 )、温度探头(13)和温控装置(8 )组成，并安装有PH测定仪(6 )和ORP测定仪(7 )， 用于实时监测反应的进程；其特征在于，所述方法步骤如下O系统启动取污水处理厂排放的剩余污泥和厌氧消化所排污泥，按1:1的体积比混合，添加到反应器内，保持反应区污泥浓度在6000-8000mgMLSS/L ;将进水池中硝化液打入主反应器中，开启搅拌装置，反应12h后沉淀排水，每一周期添加1/10反应器有效容积的剩余污泥，排水结束后排出等体积的混合污泥，每一周期进入1/2反应器有效容积的高氨氮废水短程硝化液，硝化液中N02_-N=180-280mg/L，N03_-N=0-30mg/L，连续运行15个周期，系统中水解酸化菌和反硝化菌得到一定的富集，将附着在海绵填料上的厌氧氨氧化菌接种到反应器中，并用栅格固定上，使海绵填料悬浮于反应器内并浸没在液面以下，厌氧氨氧化菌污泥浓度控制在300-500mgMLSS/L，再运行15个周期，系统出水TN浓度小于30mg/L ；2)连续运行系统启动成功后，将进入连续运行阶段，包含以下几个过程I加泥开启进泥泵，将储泥池中剩余污泥打入主反应器中，进泥体积为反应器有效容积的1/10，进泥结束后，进入下一道工序；II进水进水泵开启的同时，打开温控系统和搅拌装置，将温度设置为30摄氏度，先将1/4反应器有效容积的硝化液注入主反应器，反应6h后，再将另外的1/4反应器有效容积的硝化液注入主反应器中；III沉淀当系统中ORP测定仪数值小于-300mv或pH测定仪中数值不再上升时，关闭搅拌装置，主反应器开始进入沉淀阶段，同时，关闭温控系统，沉淀Ih后，进入下一道工序； IV排水打开排水阀，系统开始排水，排水体积为反应器有效容积的·1/2，排水结束后，进入下一道工序；V排泥排水结束后，开启搅拌装置和排泥泵，待系统内混匀后，排出反应器有效容积 1/10的混合污泥；VI闲置排泥结束后，关闭搅拌装置，系统开始进入闲置阶段；闲置Ih后，从工序I开始循环，进入下一个周期。
全文摘要
污泥发酵同步反硝化耦合自养脱氮处理高氨氮短程硝化出水的方法属于生化法污水处理技术领域。在单一反应器内，通过水解酸化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌的共同作用，在同一空间内实现废水总氮的高效去除及污泥的减量。具体是通过剩余污泥水解酸化产生的短链脂肪酸在反硝化菌的作用下将进水中部分NO2--N还原，另外一部分NO2--N与水解酸化过程释放的氨氮通过厌氧氨氧化反应去除，从而使出水总氮浓度大大降低，同时完成了剩余污泥的减量化。本技术适用于高氨氮废水短程硝化出水的深度处理。
文档编号C02F11/04GK103058374SQ20131000292
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月5日 优先权日2013年1月5日
发明者王淑莹, 操沈彬, 吴程程, 杜睿, 彭永臻 申请人:北京工业大学