本發(fā)明涉及了利用發(fā)酵污泥實(shí)現(xiàn)城市污水部分短程硝化和厭氧氨氧化的方法和裝置的優(yōu)化控制，屬于城市污水處理以及污泥生化處理領(lǐng)域。本工藝適用于低C/N、C/P城市生活污水的強(qiáng)化深度脫氮除磷。

背景技術(shù)：

在生物脫氮過程中，反硝化菌作為異養(yǎng)菌需要有機(jī)物作為電子供體還原氧化態(tài)氮；在生物除磷過程中，聚磷菌在厭氧段吸收短鏈脂肪酸VFA合成PHA儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)，在好氧段分解PHA作為過量吸磷所需能量。所以有機(jī)碳源對(duì)于生物脫氮除磷來(lái)說非常重要。然而，我國(guó)大部分城市污水普遍存在碳源嚴(yán)重不足的問題，其自身碳源無(wú)法滿足脫氮除磷的要求，使得出水難以達(dá)標(biāo)。通過投加甲醇，乙酸鈉等外碳源雖然可以達(dá)到良好的出水效果，但是成本太高，而且還會(huì)增加剩余污泥產(chǎn)量。污水里面將近1/3的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成污泥，剩余污泥的處理處置也是一大難題，所以為解決污水中碳源不足以及剩余污泥處理成本太高的問題，可以通過開發(fā)剩余污泥內(nèi)碳源來(lái)強(qiáng)化污水處理廠生物脫氮除磷。剩余污泥厭氧發(fā)酵能產(chǎn)生大量短鏈脂肪酸可以作為生物脫氮除磷過程中的優(yōu)質(zhì)碳源，來(lái)提高污水脫氮除磷效果，同時(shí)實(shí)現(xiàn)污泥的減量化處理。開發(fā)剩余污泥內(nèi)碳源可以將發(fā)酵液和污泥分離選擇利用發(fā)酵液，也可以直接利用其污泥發(fā)酵混合物?？紤]到運(yùn)行成本等問題，只利用污泥發(fā)酵上清液成本太高，可以選擇利用剩余污泥發(fā)酵混合物。

利用發(fā)酵污泥實(shí)現(xiàn)城市污水部分短程硝化和厭氧氨氧化的方法和裝置，以剩余污泥和城市污水為研究對(duì)象，首先通過序批式反應(yīng)器第一SBR的厭氧釋磷、好氧吸磷和部分短程硝化、反硝化除磷作用進(jìn)行有機(jī)物和氮磷的去除，序批式反應(yīng)器第一SBR的出水再經(jīng)過序批式反應(yīng)器第二SBR的厭氧氨氧化處理實(shí)現(xiàn)深度脫氮，提高了系統(tǒng)的脫氮率。利用污水廠自身排放的污泥作為碳源，在提高脫氮除磷效率的同時(shí)節(jié)省了外加碳源的費(fèi)用；利用污泥發(fā)酵混合物省略了污泥和發(fā)酵液分離的過程，節(jié)約成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了污泥減量化處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種利用發(fā)酵污泥實(shí)現(xiàn)城市污水部分短程硝化和厭氧氨氧化的方法和裝置，將剩余污泥混合物泵入處理低C/N、C/P生活污水的序批式反應(yīng)器第一SBR中，聚磷菌利用污泥發(fā)酵混合物和生活污水中的豐富碳源進(jìn)行大量釋磷，并儲(chǔ)存大量PHA，接下來(lái)曝氣進(jìn)行部分短程硝化以及聚磷菌吸磷的反應(yīng)，去除部分氨氮將其轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮以及硝態(tài)氮，再進(jìn)入短時(shí)缺氧攪拌，進(jìn)行反硝化吸磷，將硝態(tài)氮以及上一階段殘余的磷去除；再將第一SBR出水泵入接種厭氧氨氧化污泥的第二SBR進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)，去除氨氮和亞硝態(tài)氮，從而達(dá)到深度脫氮除磷的目的。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

(1)剩余污泥發(fā)酵罐的啟動(dòng)：剩余污泥發(fā)酵罐(2)為半連續(xù)反應(yīng)器，污泥停留時(shí)間SRT在6～20天，控制pH在9～10；根據(jù)SRT每天排放剩余污泥發(fā)酵混合物至發(fā)酵混合物儲(chǔ)存罐(9)并加入等體積新鮮剩余污泥至剩余污泥發(fā)酵罐(2)；

(2)序批式反應(yīng)器第一SBR的啟動(dòng)：以短程硝化污泥作為接種污泥注入序批式反應(yīng)器第一SBR(13)，同時(shí)以投加乙酸鈉的城市生活污水為原水注入生活污水水箱(8)，使進(jìn)水C/N比維持在5～6，通過第三蠕動(dòng)泵即進(jìn)水泵(10)打入序批式反應(yīng)器第一SBR(13)，每天運(yùn)行2～3個(gè)周期，排水比維持在50～80％，每個(gè)周期包括進(jìn)水，厭氧攪拌，曝氣，缺氧攪拌，沉淀，排水，閑置，在上述條件下運(yùn)行反應(yīng)器，當(dāng)好氧末亞硝酸鹽累積率大于95％，出水TP在1mg/L以下時(shí)，完成序批式反應(yīng)器第一SBR(13)的啟動(dòng)調(diào)試；

(3)序批式反應(yīng)器第二SBR的啟動(dòng)：以厭氧氨氧化顆粒污泥或者絮狀污泥作為接種污泥注入序批式反應(yīng)器第二SBR(20)，同時(shí)，以NH₄⁺-N和NO₂^—N的質(zhì)量濃度比例為1:1～1.3的配水為進(jìn)水注入中間水箱(17)，通過蠕動(dòng)泵打入序批式反應(yīng)器第二SBR(20)，進(jìn)水同時(shí)厭氧攪拌，當(dāng)出水NH₄⁺-N濃度<1mg/L，或NO₂^--N濃度<1mg/L時(shí)，完成序批式反應(yīng)器第二SBR的啟動(dòng)調(diào)試；

(4)序批式反應(yīng)器第一SBR和第二SBR分別完成啟動(dòng)后，將兩者串聯(lián)運(yùn)行：序批式反應(yīng)器第一SBR(13)每周期依次經(jīng)歷進(jìn)水和污泥發(fā)酵混合物、厭氧攪拌、曝氣、缺氧攪拌、沉淀排水5個(gè)過程；序批式反應(yīng)器第二SBR(20)每周期依次經(jīng)歷進(jìn)水(即第一SBR的出水)、缺氧攪拌、沉淀排水3個(gè)過程。

序批式反應(yīng)器第一SBR：

I進(jìn)水、發(fā)酵混合物設(shè)定進(jìn)水量為反應(yīng)器有效體積的1/2～4/5，進(jìn)發(fā)酵混合物量為進(jìn)水體積的1/50～1/10，兩者均通過時(shí)控開關(guān)控制，系統(tǒng)啟動(dòng)后，污水水箱(8)中的污水通過進(jìn)水泵(10)進(jìn)入序批式反應(yīng)器第一SBR(13)，進(jìn)水過程中，剩余污泥發(fā)酵罐(2)中的發(fā)酵混合物通過第二蠕動(dòng)泵(11)進(jìn)入第一SBR(13)；發(fā)酵混合物中物質(zhì)的指標(biāo)如下：SCOD為3380±420mg/L，SCFAs為1221±40mg COD/L，NH₄⁺-N為198±20mg/L，PO₄^3--P為95±10mg/L；

II厭氧攪拌進(jìn)水完畢后進(jìn)入?yún)捬鯏嚢桦A段，設(shè)定攪拌時(shí)間為3～3.5h，聚磷菌利用發(fā)酵混合物和生活污水中的豐富碳源進(jìn)行大量釋磷，并儲(chǔ)存大量PHA；；

III曝氣開啟空壓機(jī)(16)，向序批式反應(yīng)器第一SBR(13)提供氧氣，將進(jìn)水中的氨氮轉(zhuǎn)化為氧化態(tài)氮；通過實(shí)時(shí)控制裝置維持溶解氧DO在0.5～1.5mg/L，并監(jiān)測(cè)pH，設(shè)定曝氣時(shí)間在1～2h且氨谷點(diǎn)出現(xiàn)前(氨谷點(diǎn)是指pH值先下降后上升的拐點(diǎn))，NH₄⁺-N在低氧條件下發(fā)生短程硝化作用，同時(shí)將曝氣時(shí)間控制在氨谷點(diǎn)出現(xiàn)前可實(shí)現(xiàn)NH₄⁺-N的部分短程硝化，聚磷菌吸入部分PO₄^3--P；

IV缺氧攪拌設(shè)定攪拌時(shí)間0.5～1h，短時(shí)缺氧可以保證將曝氣時(shí)產(chǎn)生的NO₃^—N通過反硝化去除，同時(shí)將殘余的PO₄^3--P通過反硝化除磷作用去除；；

VI沉淀排水設(shè)定沉淀時(shí)間1～2h，泥水分離之后排水，排入中間水箱(17)，排水比為50％～80％。

序批式反應(yīng)器第二SBR:

I進(jìn)水從中間水箱(17)進(jìn)水，設(shè)定進(jìn)水量為反應(yīng)器有效體積的1/2～3/4，通過時(shí)控開關(guān)控制；

II缺氧攪拌設(shè)定攪拌時(shí)間2～3h，將第一SBR出水中的NH₄⁺-N和NO₂^--N通過厭氧氨氧化作用去除；

IV沉淀排水設(shè)定沉淀時(shí)間1～2h,泥水分離之后排水，排水比為50％～75％。

綜上所述，本發(fā)明提供一種利用剩余污泥發(fā)酵混合物強(qiáng)化城市生活污水深度脫氮除磷的控制方法和裝置，以剩余污泥和城市污水為研究對(duì)象，首先通過序批式反應(yīng)器第一SBR的厭氧釋磷、好氧吸磷和部分短程硝化、反硝化除磷作用進(jìn)行有機(jī)物和氮磷的去除，序批式反應(yīng)器第一SBR的出水再經(jīng)過序批式反應(yīng)器第二SBR的厭氧氨氧化處理實(shí)現(xiàn)深度脫氮，提高了系統(tǒng)的脫氮率。利用污水廠自身排放的污泥作為碳源，在提高脫氮除磷效率的同時(shí)節(jié)省了外加碳源的費(fèi)用；利用污泥發(fā)酵混合物省略了污泥和發(fā)酵液分離的過程，節(jié)約成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了污泥減量化處理。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

圖中：1——第一蠕動(dòng)泵；2——剩余污泥發(fā)酵罐；3——第一攪拌器；4——溫度控制器；5——第一pH控制器；6——過程控制器；7——計(jì)算機(jī)；8——污水水箱；9——發(fā)酵混合物儲(chǔ)存罐；10——第三蠕動(dòng)泵；11——第二蠕動(dòng)泵；12——第一溶解氧控制器；13——序批式反應(yīng)器第一SBR；14——第二pH控制器；15——第二攪拌器；16——空壓機(jī)；17——中間水箱；18——第四蠕動(dòng)泵；19——第二溶解氧控制器；20——序批式反應(yīng)器第二SBR；21——第三pH控制器；22——第三攪拌器；

圖2為序批式反應(yīng)器SBR的運(yùn)行方式。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本申請(qǐng)專利進(jìn)一步說明：如圖1所示，本發(fā)明包括剩余污泥發(fā)酵罐、污泥發(fā)酵混合物儲(chǔ)存罐、污水水箱、中間水箱、序批式反應(yīng)器第一SBR、序批式反應(yīng)器第二SBR。六個(gè)裝置的有效體積分別是5L、3L、30L、30L、12L、9L，其中剩余污泥發(fā)酵罐、污泥發(fā)酵混合物儲(chǔ)存罐和序批式反應(yīng)器SBR由有機(jī)玻璃制成；中間水箱、污水水箱由有機(jī)塑料制成。

該裝置包括剩余污泥通過第一泵蠕動(dòng)泵(1)泵入剩余污泥發(fā)酵罐(2)，剩余污泥發(fā)酵罐(2)內(nèi)安裝第一攪拌器(3)、溫度控制裝置(4)、第一pH控制器(5)；剩余污泥發(fā)酵罐(2)與發(fā)酵混合物儲(chǔ)存罐(9)連接，發(fā)酵混合物儲(chǔ)存罐(9)通過第二蠕動(dòng)泵(11)與序批式反應(yīng)器第一SBR(13)連接；生活污水水箱(8)通過第三蠕動(dòng)泵即進(jìn)水泵(10)與序批式反應(yīng)器第一SBR(13)連接。序批式反應(yīng)器第一SBR(13)中安裝第二攪拌器(15)、第一溶解氧控制器(12)和第二pH控制器(14)；序批式反應(yīng)器第一SBR(13)中的曝氣頭與空壓機(jī)(16)連接，序批式反應(yīng)器第一SBR(13)與中間水箱(17)連接；中間水箱(17)通過第四蠕動(dòng)泵(18)與序批式反應(yīng)器第二SBR(20)連接。序批式反應(yīng)器第二SBR(20)中安裝第三攪拌器(22)、第二溶解氧控制器(19)和第三pH控制器(21)。另外，設(shè)置與計(jì)算機(jī)(7)相連的過程控制器(6)，用以控制第一蠕動(dòng)泵(1)、第二蠕動(dòng)泵(11)、第三蠕動(dòng)泵(10)、第四蠕動(dòng)泵(18)、第一攪拌器(3)、第二攪拌器(15)、第三攪拌器(22)、溫度控制器(4)、第一pH控制器(5)、第二pH控制器(14)、第三pH控制器(21)、第一溶解氧控制器(12)、第二溶解氧控制器(19)、空壓機(jī)(16)。

具體實(shí)例中使用的城市生活污水取自北京市某家屬區(qū)的化糞池，其中化學(xué)需氧量COD在180～200mg/L，NH₄⁺-N的濃度在60～70mg/L，PO₄^3--P的濃度在5.0～7.5mg/L，其C/N在2～4，C/P<40，自身碳源無(wú)法滿足深度脫氮除磷的目的。

具體實(shí)施過程如下：

剩余污泥發(fā)酵罐為半連續(xù)反應(yīng)器，污泥濃度MLSS在7500～8000mg/L，污泥停留時(shí)間SRT在6天，控制pH在10±0.2，溫度在30±2℃。根據(jù)SRT每天排放833mL剩余污泥發(fā)酵混合物(FM)至發(fā)酵混合物儲(chǔ)存罐，并加入833mL的新鮮剩余污泥至剩余污泥發(fā)酵罐。污泥發(fā)酵混合物中的主要指標(biāo)如下：SCOD為3380±420mg/L，SCFAs為1221±40mg COD/L，NH₄⁺-N為198±20mg/L，PO₄^3--P為95±10mg/L。

序批式反應(yīng)器第一SBR的啟動(dòng)：以短程硝化污泥作為接種污泥注入序批式反應(yīng)器第一SBR，同時(shí)以投加乙酸鈉的城市生活污水為原水注入生活污水水箱，使進(jìn)水C/N比維持在6，通過進(jìn)水泵打入序批式反應(yīng)器第一SBR，每天運(yùn)行2個(gè)周期，排水比維持在70％，每個(gè)周期包括進(jìn)水，厭氧攪拌，曝氣，缺氧攪拌，沉淀，排水，閑置，在上述條件下運(yùn)行反應(yīng)器，當(dāng)好氧末亞硝酸鹽累積率大于95％，出水TP在1mg/L以下時(shí)，完成序批式反應(yīng)器第一SBR的啟動(dòng)調(diào)試；

序批式反應(yīng)器第二SBR的啟動(dòng)：以厭氧氨氧化顆粒污泥或者絮狀污泥作為接種污泥注入序批式反應(yīng)器第二SBR，同時(shí)，以NH₄⁺-N和NO₂^--N的質(zhì)量濃度比例為1:1.3的配水為進(jìn)水注入中間水箱，通過蠕動(dòng)泵打入序批式反應(yīng)器第二SBR，進(jìn)水同時(shí)厭氧攪拌，當(dāng)出水NH₄⁺-N濃度<1mg/L，或NO₂^--N濃度<1mg/L時(shí)，完成序批式反應(yīng)器第二SBR的啟動(dòng)調(diào)試；

序批式反應(yīng)器第一SBR和第二SBR分別完成啟動(dòng)后，將兩者串聯(lián)運(yùn)行。序批式反應(yīng)器第一SBR每周期依次經(jīng)歷進(jìn)水和污泥發(fā)酵混合物、厭氧攪拌、曝氣、缺氧攪拌、沉淀排水5個(gè)過程；序批式反應(yīng)器第二SBR每周期依次經(jīng)歷進(jìn)水(即第一SBR的出水)、攪拌、沉淀排水3個(gè)過程，如圖2。

第一SBR：

I進(jìn)水、發(fā)酵混合物進(jìn)水量為反應(yīng)器有效體積的1/2，即6L。進(jìn)發(fā)酵混合物量為進(jìn)水體積的3/50，兩者均通過時(shí)控開關(guān)控制，系統(tǒng)啟動(dòng)后，原水水箱中的污水通過進(jìn)水泵進(jìn)入序批式反應(yīng)器第一SBR，進(jìn)水過程中，發(fā)酵混合物儲(chǔ)存罐中的發(fā)酵混合物通過蠕動(dòng)泵進(jìn)入第一SBR。；

II厭氧攪拌進(jìn)水完畢后進(jìn)入?yún)捬鯏嚢桦A段，設(shè)定攪拌時(shí)間為3h，聚磷菌利用發(fā)酵混合物和生活污水中的豐富碳源進(jìn)行大量釋磷，并儲(chǔ)存大量PHA；

III曝氣通過實(shí)時(shí)控制裝置維持溶解氧DO在0.5～1.5mg/L，并監(jiān)測(cè)pH，設(shè)定曝氣時(shí)間在2h(氨谷點(diǎn)出現(xiàn)前)，NH₄⁺-N在低氧條件下發(fā)生短程硝化作用，同時(shí)將曝氣時(shí)間控制在氨谷點(diǎn)出現(xiàn)前可實(shí)現(xiàn)NH₄⁺-N的部分短程硝化，聚磷菌吸入部分PO₄^3--P；

IV缺氧攪拌設(shè)定攪拌時(shí)間1h，短時(shí)缺氧可以保證將曝氣時(shí)產(chǎn)生的NO₃^--N通過反硝化去除，同時(shí)將殘余的PO₄^3--P通過反硝化除磷作用去除；

V沉淀排水設(shè)定沉淀時(shí)間2h，泥水分離之后排水，排入中間水箱，排水比為70％。

第二SBR:

I進(jìn)水從中間水箱進(jìn)水，設(shè)定進(jìn)水量為反應(yīng)器有效體積的1/2，即4.5L，通過時(shí)控開關(guān)控制；

II缺氧攪拌設(shè)定攪拌時(shí)間3h，將第一SBR出水中的NH₄⁺-N和NO₂^--N通過厭氧氨氧化作用去除；

IV沉淀排水設(shè)定沉淀時(shí)間2h,泥水分離之后排水，排水比為60％。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：運(yùn)行穩(wěn)定后，出水中COD濃度為30～43mg/L，NH₄⁺-N濃度為0.2～2.5mg/L，TN去除率為80～85％；PO₄^3--P濃度為0.1～0.7mg/L，去除率為90％～97％。