專利名稱：一種強(qiáng)化污泥穩(wěn)定集污泥消化液處理的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種強(qiáng)化污泥穩(wěn)定集污泥消化液處理的裝置和方法，以城市污水廠產(chǎn)生的初沉污泥和剩余污泥的混合泥為處理對象，利用污泥消化液的短程硝化出水強(qiáng)化污泥處理，在集成反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)污泥發(fā)酵、反硝化脫氮、反硝化除磷、厭氧氨氧化多種功能的耦合，達(dá)到加速有機(jī)質(zhì)釋放、快速穩(wěn)定污泥同步處理污泥消化液的目的。該裝置和方法適用于該發(fā)明屬于污泥及污泥消化液處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
污泥消化是污泥處理的重要步驟，起著降解有機(jī)物、促進(jìn)污泥穩(wěn)定化的作用。隨著污泥處理要求的提高，污泥消化法在城市污水處理廠和專業(yè)化污泥處理中得到了越來越多的應(yīng)用。我國現(xiàn)階段的污泥消化方法大多是厭氧消化法，厭氧條件下發(fā)酵細(xì)菌降解有機(jī)物，形成沼氣。由于大分子有機(jī)物水解速率的限制和產(chǎn)甲烷菌的世代周期及代謝活性方面的限制，污泥厭氧消化所要求的污泥齡一般要大于20天，不可避免的帶來污泥處理效率低、污泥消化罐體積大、設(shè)備投資增加等問題。為了提高污泥消化效果，促進(jìn)污泥穩(wěn)定性，新的技術(shù)不斷開發(fā)應(yīng)用。超生預(yù)處理技術(shù)通過破碎細(xì)胞來提高污泥的生物可降解性，達(dá)到使污泥快速穩(wěn)定的目的。污泥經(jīng)堿性預(yù)處理作用后進(jìn)行厭氧消化，其有機(jī)物的水解速率和固體削減率均顯著提高，污泥齡可從20天減少為8天，大大提高消化速率。熱處理可破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)，使胞內(nèi)碳水化合物、蛋白質(zhì)等隨水分從細(xì)胞中釋放出來，強(qiáng)化污泥消化。上述各種技術(shù)或它們的集成應(yīng)用可以提高污泥水解速率，使污泥達(dá)到快速穩(wěn)定的目的，但都存在著處理費(fèi)用高昂、難以普及利用的問題，污泥的實(shí)際處理仍然存在困難。另一方面，傳統(tǒng)污泥處理過程中產(chǎn)生的污泥消化液，包括污泥濃縮池和消化池的上清液以及污泥脫水過程產(chǎn)生的脫水液，是典型的高氮、高磷、低碳的難處理廢水。隨著有機(jī)物從胞內(nèi)釋放，氨氮和磷等也大量釋放出來，上述強(qiáng)化污泥消化的方法使得營養(yǎng)元素的釋放進(jìn)一步增大。有機(jī)物可被用于產(chǎn)甲烷作用或強(qiáng)化反硝化作用，而氮、磷等營養(yǎng)元素則積累下來。污水處理廠一般將污泥消化液回流至污水生物處理主體中進(jìn)行處理。雖然這部分消化液水量只占污水處理廠處理水量的2%，但氮、磷負(fù)荷卻達(dá)到污水處理廠總負(fù)荷的15 25%，這部分氮、磷進(jìn)行生物去除所需的碳源不容忽視，極有可能影響污水處理廠的出水水質(zhì)。為了規(guī)避現(xiàn)有的污泥消化的弊端，加速污泥穩(wěn)定過程并合理處置污泥消化液，本發(fā)明開發(fā)一種強(qiáng)化污泥穩(wěn)定集污泥消化液處理的裝置和方法，用污泥消化液的短程硝化出水來加速污泥有機(jī)物去除，強(qiáng)化污泥的穩(wěn)定并使污泥消化液得到同步處理。與傳統(tǒng)污泥穩(wěn)定方法相比，該發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:削減了污泥消化過程中氮、磷的釋放，提升污泥穩(wěn)定效率并同步處理污泥消化液。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明改造傳統(tǒng)污泥穩(wěn)定工藝，利用污泥消化液的短程硝化出水強(qiáng)化污泥穩(wěn)定過程，并同步處理污泥消化液。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種強(qiáng)化污泥穩(wěn)定集污泥消化液處理的裝置，其特征在于包括進(jìn)水箱1、進(jìn)水泵
2、布水管3、懸掛填料柱4、生物球填料5、第一攪拌器6、反應(yīng)器7、出水箱11、第二攪拌器
12、污泥前處理罐13、進(jìn)泥泵14、排泥閥15、排泥箱16構(gòu)成；其中，進(jìn)水箱I通過進(jìn)水泵2與布水管3相連，布水管的噴淋口嵌固在懸掛填料柱4上方；懸掛填料柱4為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，上部固定于反應(yīng)器7頂蓋，主體懸掛于反應(yīng)器7內(nèi)部；懸掛填料柱4內(nèi)部放置生物球填料5 ;生物球填料5支架為中空體，表面開有通槽，內(nèi)部放置已接種厭氧氨氧化菌的海綿填料，即可有效進(jìn)行氣、液傳質(zhì)，又能有效防止其內(nèi)部海綿填料上的菌體脫落；反應(yīng)器7頂部固定第一攪拌器6，攪拌槳伸入反應(yīng)區(qū)；反應(yīng)器7為錐底圓柱形反應(yīng)器，內(nèi)部設(shè)置空心無底圓柱形的擋板一 8和擋板二 9以起到沉淀污泥的作用；擋板一 8嵌固在反應(yīng)器7中，上下端均不于反應(yīng)器7直接接觸；擋板二 9設(shè)在擋板一 8外圍，上端連接在反應(yīng)器7頂蓋上，下端不與反應(yīng)器7錐底直接接觸，使其下端低于擋板一 8下端的水平高度；出水口 10通過管道與出水箱11相連；污泥前處理罐13頂部固定第二攪拌器12，污泥前處理罐13通過進(jìn)泥泵14與反應(yīng)器7相連；反應(yīng)器7底部設(shè)排泥閥15，并通過管道與排泥箱16相連。所述的強(qiáng)化污泥穩(wěn)定集 污泥消化液處理的方法，其特征在于包括以下步驟:I污泥接種接種初沉污泥和剩余污泥的混合污泥于反應(yīng)器，初沉泥/剩余泥干重之比在(Γ2之間。調(diào)整并維持反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度為800(Tl0000mg/L。II啟動開啟第一攪拌器，使污泥進(jìn)入持續(xù)的厭氧消化狀態(tài)，控制污泥停留時(shí)間SRT為5天。運(yùn)行5個(gè)SRT后，嵌入懸掛填料柱。懸掛填料柱中填充生物球填料，生物球填料中置入已接種厭氧氨氧化菌的海綿塊。生物球填料的污泥濃度MLSS為20(T250mg/L，按填充比20%填充于反應(yīng)器。III運(yùn)行進(jìn)水泵處于開啟狀態(tài)，污泥消化液的短程硝化出水經(jīng)進(jìn)水泵和布水管向懸掛填料柱中噴淋，與生物球填料接觸并向四周擴(kuò)散?？刂扑νＡ魰r(shí)間HRT以出水亞硝態(tài)氮濃度在2 5mg/L為宜。污泥前處理罐中置入上述混合污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，污泥停留時(shí)間SRT為2天，第二攪拌器連續(xù)轉(zhuǎn)動?？刂品磻?yīng)器的污泥停留時(shí)間為2(Γ25天，每日打開底部的排泥閥排出與進(jìn)泥相同體積的污泥，再開啟進(jìn)泥泵，把經(jīng)過厭氧前處理的混合污泥通入反應(yīng)器。污泥消化液的氨氮濃度較高(30(T500mg/L)，在其硝化過程中，由于游離氨和游離亞硝酸對亞硝酸鹽氧化菌的抑制作用，使得氨氧化菌得到富集，從而較容易實(shí)現(xiàn)短程硝化，硝化出水的亞硝酸鹽濃度在20(T450mg/L。這部分亞硝進(jìn)入反應(yīng)器，首先與懸掛填料柱里面的生物球填料接觸，同時(shí)厭氧氨氧化菌利用污泥消化過程產(chǎn)生的氨氮進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)，將氨氮和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂拖跛猁}。氮?dú)鈴姆磻?yīng)器中溢出，而反硝化菌利用污泥消化釋放出的有機(jī)物為電子供體還原硝酸鹽，最終達(dá)到去除污泥消化釋放的氨氮和處理污泥消化液短程硝化出水的目的。污泥消化液的短程硝化出水除了含有高濃度亞硝酸鹽，也含有大量磷酸鹽。本發(fā)明通過使污泥預(yù)先在污泥前處理罐中厭氧釋磷及后續(xù)反應(yīng)器中利用亞硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行反硝化吸磷完成磷的循環(huán)，從而達(dá)到除磷的目的。隨著污泥從反應(yīng)器中排出，使得磷酸鹽進(jìn)一步富集在泥渣中。與傳統(tǒng)的污泥穩(wěn)定方法相比，該發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):I)污泥停留時(shí)間短，穩(wěn)定效果好，節(jié)省設(shè)備費(fèi)用和占地面積。2)反應(yīng)器集污泥發(fā)酵、反硝化、厭氧氨氧化、反硝化除磷多種功能于一體，且周圍沉淀區(qū)能達(dá)到較好泥水分離效果。設(shè)備集成化程度高、便于推廣應(yīng)用。3)利用污泥消化液短程硝化出水為污泥穩(wěn)定過程提供缺氧環(huán)境，加速了大分子有機(jī)物的溶解和釋放，且反硝化作用的發(fā)生為系統(tǒng)提供堿度，使得PH值升高，有效提高消化效率。4)相比傳統(tǒng)污泥消化，缺氧過程抑制了氨氮和磷酸鹽的釋放量，且通過厭氧氨氧化和反硝化除磷進(jìn)一步去除消化液中殘余的氨氮和磷酸鹽等，使污泥消化液得到經(jīng)濟(jì)有效的處理。


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為實(shí)施例子中填料的結(jié)構(gòu) 示意圖。圖中:1——進(jìn)水箱；2——進(jìn)水泵；3——布水管；4——懸掛填料柱；5——生物球填料；6——第一攪拌器；7——反應(yīng)器；8——擋板一 ；9——擋板二 ；10——出水口 ；11——出水箱；12—第二攪拌器；13—污泥前處理罐；14—進(jìn)泥泵；15—排泥閥；16——排泥箱
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖和實(shí)例對本申請專利進(jìn)一步的說明:如附圖所示，包括進(jìn)水箱、進(jìn)水泵、布水管、懸掛填料柱、生物球填料、第一攪拌器、反應(yīng)器、出水箱、第二攪拌器、污泥前處理罐、進(jìn)泥泵、排泥閥、排泥箱構(gòu)成。其中，進(jìn)水箱的有效容積為15L，箱體由有機(jī)塑料制成。布水管為PVC管。懸掛填料柱為長方體形。其外圍由鐵絲網(wǎng)構(gòu)成。污泥前處理罐為圓柱形有機(jī)玻璃容器，有效體積為4L。反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，擋板一圍成的有效反應(yīng)容積為10L，擋板一和反應(yīng)器外圍之間的沉淀區(qū)有效容積為6.5L。出水箱由有機(jī)塑料制成的長方體水箱，有效容積為15L。排泥箱為長方體容器，由有機(jī)塑料制成，有效容積為4L。進(jìn)水箱通過進(jìn)水泵與布水管相連，布水管的噴淋口嵌固在懸掛填料柱上方。懸掛填料柱為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其上部固定于反應(yīng)器頂蓋，內(nèi)部放置生物球填料。生物球填料支架為中空正方體，表面布滿傳質(zhì)通槽，內(nèi)部中空部分放置海綿填料，即可有效進(jìn)行氣、液傳質(zhì)，又能有效防止其內(nèi)部海綿填料上的菌體脫落。反應(yīng)器頂部固定第一攪拌器，攪拌槳伸入反應(yīng)區(qū)。反應(yīng)器為錐底圓柱形反應(yīng)器，內(nèi)部設(shè)置圓柱形的擋板一和擋板二以起到沉淀污泥的作用。擋板一嵌固在反應(yīng)器中，上下端均不于反應(yīng)器直接接觸。擋板二設(shè)在擋板一外圍，上端連接在反應(yīng)器頂蓋上，下端不與反應(yīng)器錐底直接接觸，使其下端低于擋板一下端的水平高度。出水口通過管道與出水箱相連。污泥前處理罐頂部固定第二攪拌器，污泥前處理罐通過進(jìn)泥泵與反應(yīng)器相連。反應(yīng)器底部設(shè)排泥閥，并通過管道與排泥箱相連。具體實(shí)施例使用的污泥為初沉污泥和剩余污泥的混合泥。初沉污泥取自北京某污水廠初沉污泥重力濃縮池后的壓力管道，濃度24kgMLSS/m 3，揮發(fā)性污泥濃度MLVSS與污泥濃度MLSS的比值在0.55 0.60之間。剩余污泥取自某中試SBR的剩余污泥，該污泥脫氮效果良好，且具有一定脫氮除磷能力，MLSS為300(T4000mg/L，MLVSS/MLSS值在0.75
0.80之間。初沉污泥和剩余污泥的混合泥污泥濃度MLSS約為8000 mg/L,初沉泥/剩余泥干重之比為(Γ2，MLVSS/MLSS值約為0.62 0.80。污泥消化液取自上述污水處理廠的污泥脫水間，其短程硝化出水亞硝濃度為28(T320mg/L，磷酸鹽濃度為12 18mg/L，氨氮為24 55mg/L。具體運(yùn)行步驟如下:I污泥接種取上述混合污泥接種于反應(yīng)器。調(diào)整并維持反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度為8000 10000mg/L。II啟動開啟第一攪拌器，使污泥進(jìn)入持續(xù)的厭氧消化狀態(tài)，控制污泥停留時(shí)間SRT為5天，以淘洗產(chǎn)甲烷菌。運(yùn)行5個(gè)SRT后，嵌入懸掛填料柱。懸掛填料柱中填充生物球填料，生物球填料中置入已接種厭氧氨氧化菌的海綿塊。生物球填料的污泥濃度MLSS為20(T250mg/L，按填充比20%填充于反應(yīng)器。III連續(xù)運(yùn)行實(shí)施例一:進(jìn)水泵處于開啟狀態(tài)，污泥消化液的短程硝化出水經(jīng)進(jìn)水泵和布水管連續(xù)進(jìn)入懸掛填料柱，與生物球填料接觸并向四周擴(kuò)散。進(jìn)水泵流量為0.5L/小時(shí)，水力停留時(shí)間HRT為20小時(shí)?？刂品磻?yīng)器的污泥停留時(shí)間SRT為20天，每日打開底部的排泥閥排出0.5L混合污泥，再開啟進(jìn)泥泵，把經(jīng)過厭氧前處理的混合污泥通入集成反應(yīng)器，進(jìn)泥體積為0.5L。污泥前處理罐中置入上述混合污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，污泥停留時(shí)間SRT為2天，第二攪拌器連續(xù)轉(zhuǎn)動。實(shí)施例二:進(jìn)水泵處于開啟狀態(tài)，污泥消化液的短程硝化出水經(jīng)進(jìn)水泵和布水管連續(xù)進(jìn)入懸掛填料柱，與生物球填料接觸并向四周擴(kuò)散。進(jìn)水泵流量為0.4L/小時(shí)，水力停留時(shí)間HRT為25小時(shí)?？刂萍煞磻?yīng)器的污泥停留時(shí)間SRT為25天，每日打開底部的排泥閥排出0.4L混合污泥，再開啟進(jìn)泥泵，把經(jīng)過厭氧前處理的混合污泥通入集成反應(yīng)器，進(jìn)泥體積為0.4L。污泥前處理罐中置入上述混合污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，污泥停留時(shí)間SRT為2天，第二攪拌器連續(xù)轉(zhuǎn)動。 試驗(yàn)證明，以實(shí)際污水處理中產(chǎn)生的初沉污泥和剩余污泥的混合泥為處理對象，污泥初始濃度MLSS為7000mg/L，利用污泥消化液的短程硝化出水強(qiáng)化污泥處理過程，有機(jī)質(zhì)快速釋放并被利用，使污泥得到快速穩(wěn)定。污泥發(fā)酵、反硝化脫氮、反硝化除磷及厭氧氨氧化作用在反應(yīng)器內(nèi)能同 步發(fā)生。SRT為2(Γ25天，MLVSS/MLSS由下降至45%以下，出水的亞硝態(tài)氮濃度< 5mg/L，氨氮濃度< 20mg/L，磷酸鹽濃度< 4.2mg/L。實(shí)例一和實(shí)例二的運(yùn)行效果都在此范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)化污泥穩(wěn)定集污泥消化液處理的裝置，其特征在于包括進(jìn)水箱(I)、進(jìn)水泵(2)、布水管(3)、懸掛填料柱(4)、生物球填料(5)、第一攪拌器￠)、反應(yīng)器(7)、出水箱(11)、第二攪拌器(12)、污泥前處理罐(13)、進(jìn)泥泵(14)、排泥閥(15)、排泥箱(16)構(gòu)成；其中，進(jìn)水箱(1)通過進(jìn)水泵(2)與布水管(3)相連，布水管的噴淋口嵌固在懸掛填料柱(4)上方；懸掛填料柱(4)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，上部固定于反應(yīng)器(7)頂蓋，主體懸掛于反應(yīng)器(7)內(nèi)部；懸掛填料柱(4)內(nèi)部放置生物球填料(5);生物球填料(5)支架為中空體，表面開有通槽，內(nèi)部放置已接種厭氧氨氧化菌的海綿填料；反應(yīng)器(7)頂部固定第一攪拌器￠)，攪拌槳伸入反應(yīng)區(qū)；反應(yīng)器(7)為錐底圓柱形反應(yīng)器，內(nèi)部設(shè)置空心無底圓柱形的擋板一(8)和擋板二(9);擋板一(8)嵌固在反應(yīng)器(7)中，上下端均不于反應(yīng)器(7)直接接觸；擋板二(9)設(shè)在擋板一(8)外圍，上端連接在反應(yīng)器(7)頂蓋上，下端不與反應(yīng)器(7)錐底直接接觸，使其下端低于擋板一(8)下端的水平高度；出水口(10)通過管道與出水箱(11)相連；污泥前處理罐(13)頂部固定第二攪拌器(12)，污泥前處理罐(13)通過進(jìn)泥泵(14)與反應(yīng)器(7)相連；反應(yīng)器(7)底部設(shè)排泥閥(15)，并通過管道與排泥箱(16)相連。
2.用權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化污泥穩(wěn)定集污泥消化液處理的裝置的方法，其特征在于包括以下步驟: I污泥接種接種初沉污泥和剩余污泥的混合污泥于反應(yīng)器(7)，初沉泥/剩余泥干重之比在(Γ2之間；調(diào)整并維持反應(yīng)器(7)內(nèi)的污泥濃度為800(Tl0000mg/L ； II啟動開啟第一攪拌器￠)，使上述混合污泥進(jìn)入持續(xù)的厭氧消化狀態(tài)，控制污泥停留時(shí)間SRT為5天；運(yùn) 行5個(gè)SRT后，嵌入懸掛填料柱(4);懸掛填料柱(4)中填充生物球填料(5)，生物球填料(5)中置入已接種厭氧氨氧化菌的海綿塊；生物球填料的污泥濃度MLSS為20(T250mg/L，按填充比20%填充于反應(yīng)器(7)； III運(yùn)行進(jìn)水泵(2)處于開啟狀態(tài)，污泥消化液的短程硝化出水經(jīng)進(jìn)水泵(2)和布水管(3)向懸掛填料柱(4)中噴淋，與生物球填料(5)接觸并向四周擴(kuò)散；控制水力停留時(shí)間HRT以出水亞硝態(tài)氮濃度在疒5mg/L為宜；污泥前處理罐(13)中也置入上述混合污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，污泥停留時(shí)間SRT為2天，第二攪拌器(12)連續(xù)轉(zhuǎn)動；控制反應(yīng)器(7)的污泥停留時(shí)間為2(Γ25天，每日打開底部的排泥閥(15)排出與進(jìn)泥相同體積的污泥，再開啟進(jìn)泥泵(14)，把經(jīng)過厭氧前處理的混合污泥通入反應(yīng)器(7)。
全文摘要
一種強(qiáng)化污泥穩(wěn)定集污泥消化液處理的裝置和方法屬于污泥及污泥消化液處理領(lǐng)域。污泥消化液的氨氮濃度較高(300~500mg/L)，在其硝化過程中，由于游離氨和游離亞硝酸對亞硝酸鹽氧化菌的抑制作用，使得氨氧化菌得到富集，從而較容易實(shí)現(xiàn)短程硝化，硝化出水的亞硝酸鹽濃度在200~450mg/L。這部分亞硝進(jìn)入反應(yīng)器，首先與懸掛填料柱里面的生物球填料接觸，同時(shí)厭氧氨氧化菌利用污泥消化過程產(chǎn)生的氨氮進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)，將氨氮和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂拖跛猁}。氮?dú)鈴姆磻?yīng)器中溢出，而反硝化菌利用污泥消化釋放出的有機(jī)物為電子供體還原硝酸鹽，最終達(dá)到去除污泥消化釋放的氨氮和處理污泥消化液短程硝化出水的目的。
文檔編號C02F11/04GK103086583SQ20121057310
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者彭永臻, 吳程程, 操沈彬, 張亮, 王淑瑩, 張樹軍, 杜睿 申請人:北京工業(yè)大學(xué)