一種低碳氮比城市生活污水脫氮除磷聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低碳氮比城市生活污水脫氮除磷聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵的裝置和方法，屬于城市生活污水生物處理技術領域。首先在A/ο反應器內(nèi)實現(xiàn)除磷和硝化反應，再于SFDA-SBR中在水解酸化菌、反硝化菌和厭氧氨氧化菌的共同作用下實現(xiàn)污泥的減量和污水總氮的高效去除。本技術適用于低C/N比(化學需氧量質(zhì)量濃度與總氮質(zhì)量濃度的比值)城市生活污水的深度處理。
【背景技術】
[0002]近年來，水體中氮、磷過量導致的富營養(yǎng)化現(xiàn)象日趨嚴重，水域生態(tài)環(huán)境和人類健康受到了嚴重影響，為此我國對城市污水處理廠的出水水質(zhì)，尤其是對出水的氮、磷指標要求更加嚴格。生物脫氮技術是目前應用最廣泛的污水脫氮技術，原理為通過硝化菌和反硝化菌作用實現(xiàn)氮的去除，但其達到高效脫氮的關鍵是充足的碳源。
[0003]我國大部分城市生活污水，存在碳源嚴重不足的問題，其自身的碳源無法滿足脫氮的需求，進而成為污水生物處理總氮不達標的關鍵原因。國內(nèi)現(xiàn)有污水生物處理系統(tǒng)往往通過投加甲醇等外碳源來補充碳源需求，這既增加了處理成本，又加劇了水廠中CO2的排放和剩余污泥的大量產(chǎn)生。另外，由于污水生物處理系統(tǒng)的剩余污泥產(chǎn)量大，處理成本高昂，對于一個典型的城市污水處理系統(tǒng)而言，其污泥處理成本大約占總成本的40%，且剩余污泥的處理處置容易造成營養(yǎng)元素的二次釋放，容易引起二次污染。
[0004]厭氧氨氧化工藝是一種經(jīng)濟高效的污水生物脫氮途徑，其原理為在缺氧條件下，厭氧氨氧化菌以亞硝態(tài)氮為電子受體，直接將氨氮氧化為氮氣，與傳統(tǒng)工藝相比，厭氧氨氧化工藝無需供氧和有機碳源，剩余污泥量低，厭氧氨氧化菌代謝活性高，工藝容積轉(zhuǎn)化率高。但是厭氧氨氧化反應以亞硝酸鹽為基質(zhì)，通常需要以短程硝化作為前處理工藝。短程硝化的實現(xiàn)一般需要通過限制溶解氧、游離氨抑制以及高溫運行等使硝化反應只進行到亞硝態(tài)氮這一步，但是在處理低C/N比城市生活污水的實際應用中，由于亞硝酸鹽積累難以維持穩(wěn)定以及污水升溫操作較為困難和經(jīng)濟上的不適宜等條件，短程硝化經(jīng)常受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種低碳氮比城市生活污水脫氮除磷聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵的裝置和方法，在A/Ο反應器內(nèi)進行污水的硝化反應和除磷，后續(xù)通過外源污泥發(fā)酵、反硝化和厭氧氨氧化進行污水的深度脫氮，并可同時實現(xiàn)污泥減量。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種低碳氮比城市生活污水脫氮除磷聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵的裝置，包括原水池(I)、A/0反應器(2)、原水進水泵I (2.1)、攪拌裝置I (2.2)、曝氣頭(2.3)、空氣壓縮機(2.4)、氣體流量計(2.5)、二沉池(3)、二沉池出水管(3.1)、污泥回流泵(3.2)、剩余污泥泵(3.3)、中間水箱(4)、儲泥池(5)、SFDA-SBR(6)、硝化液進水泵(6.1)、原水進水泵11(6.2)、進泥泵(6.3)、攪拌裝置II (6.4)、計算機自動控制系統(tǒng)(7)、pH過程在線監(jiān)測控制器(7.1)、ORP過程在線監(jiān)測控制器(7.2)、pH探頭(7.3)、ORP探頭(7.4)、溫控加熱棒(7.5)、溫度監(jiān)測控制器(7.6)。
[0007]原水池(I)通過原水進水泵I (2.1)和原水進水泵II (6.2)分別與A/Ο反應器(2)的進水端和SFDA-SBR (6)的進水端連接；A/0反應器(2)中設有攪拌裝置I (2.2)、曝氣頭(2.3)、空氣壓縮機(2.4)、氣體流量計(2.5) ;A/0反應器(2)的排水端與二沉池(3)的注入端連接，二沉池(3)的排水通過排水管(3.1)流入中間水箱(3)，二沉池(3)的排泥端通過回流污泥泵(3.2)和剩余污泥泵(3.3)分別與A/Ο反應器(2)厭氧區(qū)首格室的污泥回流端以及儲泥池(5)的注泥端連接；中間水箱(4)的出水端通過硝化液進水泵(6.1)與SFDA-SBR (6)的注水端連接，儲泥池(5)的排泥端通過進泥泵(6.3)與SFDA-SBR (6)的進泥端連接。SFDA-SBR(6)內(nèi)部設置pH探頭(7.3)、ORP探頭(7.4)和溫控加熱棒(7.5)，分別與pH過程在線監(jiān)測控制器(7.1)、ORP過程在線監(jiān)測控制器(7.2)和溫度監(jiān)測控制器(7.6)連接，控制器與計算機自動控制系統(tǒng)(7)連接。
[0008]A/0反應器(I)用上下交錯設置過水孔的隔板分為6-9個格室，依此設置有相連通的厭氧區(qū)格室與好氧區(qū)格室，厭氧區(qū)格室分為2-3個格室，設置有攪拌裝置I (2.2)，好氧區(qū)格室分為4-6個格室，設置有曝氣頭(2.3)，由空氣壓縮機(2.4)提供空氣。
[0009]SFDA-SBR(6)內(nèi)部設置攪拌裝置II (6.4)、pH探頭(7.3)、0RP探頭(7.4)和溫控加熱棒(7.5)，探頭和加熱棒分別通過pH過程在線監(jiān)測控制器(7.1)、0RP過程在線監(jiān)測控制器(7.2)和溫度監(jiān)測控制器(7.6)與計算機自動控制系統(tǒng)(7)連接。計算機自動控制系統(tǒng)
(7)通過在線監(jiān)測控制器將SFDA-SBR內(nèi)部溫度控制在30± 1°C，其中任一時刻的pH、0RP、溫度顯示在計算機顯示屏上，并能自動繪制pH、ORP過程變化曲線。
[0010]本發(fā)明同時提供一種低碳氮比城市生活污水脫氮除磷聯(lián)合剩余污泥發(fā)酵的方法，包括以下步驟:
[0011](I)啟動A/0反應器:以城市污水處理廠的二沉池排泥為接種污泥注入A/0反應器，其污泥濃度為2000-4000mg/L，同時，以低C/N比城市生活污水作為原水注入原水池，通過原水進水泵I打入A/0反應器中；隨后啟動攪拌系統(tǒng)和曝氣系統(tǒng)，A/0反應器厭氧區(qū)格室發(fā)生放磷反應，好氧區(qū)格室發(fā)生硝化吸磷反應，反應過程中DO維持在2-3mg/L，調(diào)節(jié)進水流量使A/0反應器厭氧區(qū)每格室的水力停留時間為0.5h?1.0h，好氧區(qū)每格室的水力停留時間為1.0h?2.0h, 二沉池的水力停留時間為1.0h?1.5h，打開污泥回流泵和剩余污泥泵，調(diào)節(jié)污泥回流比為50%?100%。
[0012](2)啟動SFDA-SBR:SFDA-SBR的啟動分為三個階段，階段一，接種厭/缺氧污泥系統(tǒng)的污泥，其污泥濃度為3000?4000mg/L，以乙酸鈉、硝酸鈉的混合溶液作為原水加入SFDA-SBR，混合液中碳素與氮素的質(zhì)量比為2?3，在缺氧條件下攪拌，觀測到反應器內(nèi)pH不斷減速上升，ORP不斷減速下降，但ORP值始終大于_300mV，穩(wěn)定運行到亞硝積累率達到80%以上，實現(xiàn)了部分反硝化污泥的馴化培養(yǎng)；階段二，減少進水中乙酸鈉的量，以城市污水處理廠剩余污泥代替減少的乙酸鈉，增加剩余污泥的投入量，直至乙酸鈉全部被剩余污泥替代。以剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)取代乙酸鈉作為反硝化的碳源。注入氫氧化鈉溶液控制反應器內(nèi)pH為8.0?9.0，通過加熱棒維持反應器內(nèi)溫度為30°C，實現(xiàn)反硝化和剩余污泥發(fā)酵的耦合。用A/0反應器出水的硝化液代替硝酸鈉溶液作為進水，使得最終亞硝積累率仍達到80%以上；階段三，向反硝化與剩余污泥發(fā)酵耦合的SFDA-SBR中接種穩(wěn)定運行十個月以上的厭氧氨氧化污泥使得反應器內(nèi)污泥濃度為5000?6000mg/Lo向低C/N比生活污水中加入A/0反應器的出水硝化液，使得氨氮與硝態(tài)氮的質(zhì)量比為1: 1.5?1:10，以此作為進水注入SFDA-SBR，當SFDA-SBR中TN去除率高于90%且持續(xù)維持15天以上時，達到剩余污泥發(fā)酵耦合反硝化同步厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮的實現(xiàn)。
[0013](3)串聯(lián)運行A/0反應器與SFDA-SBR:原水箱中的低C/N比生活污水通過原水進水泵I打入A/0反應器，污泥濃度為2000-3000mg/L，隨后啟動攪拌裝置I，調(diào)節(jié)氣體流量計使溶解氧維持在2-3mg/L ;A/0反應器出水進入二沉池，泥水分離后，沉淀污泥回流到A/O反應器的厭氧區(qū)首格室的污泥回流端，回流比控制在50% -100%，上清液通過出水管流入中間水箱，開啟連接SFDA-SBR的兩個進水泵，調(diào)節(jié)泵速，使得原水進水體積與硝化液進水體積比為1: 1.5?1:10，總進水體積為SFDA-SBR有效容積的3/5?4/5，同時，儲泥池中的新鮮剩余污泥通過進泥泵注入SFDA-SBR中，調(diào)節(jié)泵速，進泥體積為SFDA-SBR有效容積的1/5-2/5，進水進泥時間0.5h，缺氧攪拌4.5h，沉淀lh，排水0.25h，排水比為0.5?0.7，每天運行1-2個周期。
[0014]本發(fā)明的技術原理如下:
[0015]低C/