原位污泥水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化实现污水脱氮及污泥减量的装置与方法
技术领域
本发明涉及的原位污泥水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化实现生活污水脱氮及污泥减量的装置与方法，属于污水生物处理
技术领域
，是实现剩余污泥无害化减量同时实现总氮去除的试验装置和方法。背景技术
随着社会经济的快速发展和人民生活生活水平的提高，水环境污染问题逐渐引起人们的重视。氮磷超标导致的水体富营养化问题尚未得到更好地解决且日趋严重。而生物脱氮是迄今为止处理生活污水的唯一高效的办法。
厌氧氨氧化工艺是指在厌氧条件下，以亚硝态氮作为电子受体，将氨氮转化为氮气的工艺，反应过程中无需有机碳源和O2的介入。从工程角度看，厌氧氨氧化工艺较传统生物脱氮工艺有明显优势，这一过程可以摆脱对传统电子供体(有机碳源)的束缚，又可以省去硝化过程的需氧量，从而减少了剩余污泥，又节约了能源。
短程反硝化作为亚硝态氮来源之一，是指反硝化菌利用有机物将硝态氮转化为亚硝态氮，相比于短程硝化极易被破坏来说，短程反硝化具有更稳定的优点。将短程反硝化与厌氧氨氧化结合起来对于污水脱氮来说具有更广阔的前景。
各大污水处理厂每天需排放大量的剩余污泥，这些剩余污泥如若处理不当，也会造成另一种形式的环境污染。生活污水中的碳源不足以满足短程反硝化的利用，目前研究中普遍利用的还是乙酸钠等碳源，而剩余污泥本身就是另一种复杂形式的碳源，因此可以通过水解酸化将污泥中的复杂有机物转化为易降解碳源以供使用。
因此将污泥水解酸化与短程反硝化厌氧氨氧化结合起来，不仅可以解决原水中碳源不足的问题，还可以实现污泥减量，实现城市污水处理厂的脱氮与节能降耗。
发明内容
本发明提出了一种原位污泥水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化实现生活污水脱氮及污泥减量的装置与方法。首先生活污水进入全程硝化反应器进行硝化反应，污水中的氨氮通过硝化细菌的作用全部转化为硝态氮；其次污泥混合液贮存罐中剩余污泥进入第二个反应器内进行水解酸化，将其中的大分子慢速降解有机物水解酸化为小分子易降解有机物以供后续短程反硝化利用；继而硝化反应器出水和生活污水通过进水泵一同进入反应器内发生短程反硝化厌氧氨氧化反应实现总氮去除。本发明适用于低碳氮比生活污水，利用污泥水解酸化产生的易降解有机物解决生活污水中有机物不足以短程反硝化利用的难题，同时实现污泥减量，达到节能降耗的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：原位污泥水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化实现生活污水脱氮及污泥减量的装置与方法，其特征在于：
所述装置包括：生活污水进水水箱(1)、全程硝化SBR反应器(2)、硝化液中间水箱(3)、污泥混合液贮存罐(4)、水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化脱氮反应器(5)、出水水箱(6)；
所述全程硝化SBR反应器(2)包括第一蠕动泵(2.1)、第一进水口(2.2)、搅拌装置(2.3)、pH/DO在线监测仪(2.4)、第一出水口(2.5)、气体流量计 (2.6)、曝气盘(2.7)、曝气泵(2.8)；所述污泥混合液贮存罐(4)包括磁力搅拌器(4.1)；所述水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化脱氮反应器(5) 包括第二蠕动泵(5.1)、第二进水口(5.2)、第三蠕动泵(5.3)、第三进水口 (5.4)、第四蠕动泵(5.5)、第四进水口(5.6)、搅拌装置(5.7)、pH/ORP在线监测仪(5.8)、加热棒(5.9)、第二出水口(5.10)；
所述生活污水进水水箱(1)中的氨氮废水经过第一蠕动泵(2.1)从第一进水口(2.2)泵入全程硝化SBR反应器(2)，出水通过第一出水口排入硝化液中间水箱(3)；污泥混合液贮存罐(4)中的污泥在进入第二序批式SBR 前，提前经过磁力搅拌器(4.1)搅拌均匀，而后经过第二蠕动泵(5.1)从第二进水口(5.2)泵入水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化脱氮反应器(5)，生活污水进水水箱中的污水经过第三蠕动泵(5.3)从第三进水口(5.4) 泵入水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化脱氮反应器(5)，硝化液中间水箱中的污水经过第四蠕动泵(5.5)从第四进水口(5.6)泵入水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化脱氮反应器(5)，出水通过第二出水口排入出水水箱。
2.应用所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)系统的启动：
(1.1)全程硝化SBR反应器的启动：接种污泥为城市污水处理厂二沉池剩余污泥，保持全程硝化SBR反应器内污泥浓度为2000-4000mg/L，进水为生活污水，水质情况为氨氮浓度60-80mg/L，亚硝态氮浓度0-0.5mg/L，硝态氮浓度0-0.5mg/L，COD浓度160-310mg/L，C/N比2-4；每天运行2个周期，每周期8h，包括进水、曝气、沉淀、排水、闲置五个过程。每个周期内：生活污水由第一进水泵(2.1)泵入全程硝化SBR反应器(2)，进水结束后，同时开启搅拌和曝气装置，通过DO在线监测仪(2.4)和气体流量计(2.6)控制反应器内溶解氧浓度1-3mg/L，好氧曝气4-6h，曝气结束的同时关闭搅拌，沉淀40-70min，排水比40-60％，闲置时间80-120min，闲置后进入下一周期。当95％以上的氨氮被转化为硝态氮并稳定运行时认为该硝化SBR反应器启动成功。
(1.2)水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化脱氮反应器的启动：接种污泥为城市污水处理厂初沉污泥和厌氧氨氧化污泥，接种初沉污泥与厌氧氨氧化污泥的质量比为3～5:1，保持SBR反应器内污泥浓度为 3500-5000mg/L。
取剩余污泥在30摄氏度下进行水解酸化，通过对SCOD浓度进行测定，当SCOD浓度在20分钟内波动较小时(正负5％以内)，认定此时为该浓度下污泥水解酸化的最大潜力；
在水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(5)内根据计算公式①②③确定有机物、硝化液和原水进量：
V1+V2+V3＝V*P ③
式中：
CSCOD为该剩余污泥最大发酵潜力下的SCOD浓度；
CNO3 -为进水硝态氮浓度；
CNH4 +为进水氨氮浓度；
V1、V2、V3、V分别为剩余污泥进量、硝化液废水进量、原水进量、反应器有效体积；
C/N比为进水SCOD与硝态氮质量浓度比值的设定值，设定在3～6:1；
NO3 -/NH4 +比为硝态氮与氨氮质量浓度比值的设定值，设定在1～1.2:1；
P为排水比，设定为60％；
认定该系统出水总氮低于5mg/L为启动成功。
(2)系统的运行:
(2.1)全程硝化SBR反应器的运行：每个周期内，生活污水进水水箱(1) 中的污水由第一进水泵(2.1)进入序批式SBR反应器，进水完成后开启搅拌和曝气装置，通过气体流量计(2.6)控制反应器内溶解氧保持在1-3mg/L，好氧曝气4-6h，污泥龄控制在8-15天，污泥浓度控制在2000-4000mg/L，曝气结束的同时关闭搅拌，沉淀40-70min，排水比40-60％，闲置时间80-120min，出水进入硝化液中间水箱，本周期结束继而进入下一周期；
(2.2)水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化SBR反应器的运行：污泥混合液贮存罐(4)中的污泥经过磁力搅拌器(4.1)提前一小时搅拌均匀后通过第二进水泵(5.2)进入序批式SBR中，每周期先厌氧搅拌6～8h，使其水解酸化率达到80～95％时结束搅拌；启动第三进水泵(5.3)和第四进水泵 (5.5)将生活污水进水水箱(1)和硝化液中间水箱(3)中的污水泵入序批式SBR内，使其中硝态氮与氨氮的质量浓度比值满足设定值1～1.2:1，缺氧搅拌3h发生短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应，停止搅拌后沉淀10分钟排水静置后进入下一周期。
本发明具有以下优势：
1)与传统生物脱氮工艺处理低C/N比城市生活污水相比，本发明正式运行以后，可以节省100％外加碳源投入。
2)利用污泥的水解酸化，在为短程反硝化提供碳源的同时还能实现污泥减量，可节省剩余污泥的处置费用。
3)水解酸化产生的有机物可以原位被反硝化菌利用，短程反硝化产生的亚硝也可以在产生的同时被厌氧氨氧化菌及时利用，从而避免高亚硝态氮对微生物的毒害作用。
4)通过驯化，可以实现水解酸化菌、短程反硝化菌和厌氧氨氧化菌三中菌种的和谐共存。
附图说明
图1是：原位污泥水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化实现生活污水脱氮及污泥减量的装置与方法。
图1中：1——生活污水进水水箱、2——全程硝化SBR反应器、3——硝化液中间水箱、4——污泥混合液贮藏罐、5——水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化脱氮反应器、6——出水水箱；2.1——第一蠕动泵、2.2——第一进水口、2.3——搅拌装置、2.4——pH/DO在线监测仪、2.5——第一出水口、2.6——气体流量计、2.7——曝气盘、2.8——曝气泵；4.1——磁力搅拌器；5.1——第二蠕动泵；5.2——第二进水口、5.3——第三蠕动泵、5.4——第三进水口、5.5——第四蠕动泵、5.6——第四进水口、5.7——搅拌装置、5.8——pH/DO在线监测仪、5.9——加热棒、5.10——第二出水口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方案：
如图1所示，原位污泥水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化实现生活污水脱氮及污泥减量的装置与方法，所用装置包括：生活污水进水水箱 (1)、全程硝化SBR反应器(2)、硝化液中间水箱(3)、污泥混合液贮存罐 (4)、水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化脱氮反应器(5)、出水水箱(6)；其特征在于所述生活污水进水水箱(1)中的氨氮废水经过第一蠕动泵(2.1)从第一进水口(2.2)泵入全程硝化SBR反应器(2)，出水通过第一出水口排入硝化液中间水箱(3)；污泥混合液贮存罐(4)中的污泥在进入第二序批式SBR前，提前经过磁力搅拌器(4.1)搅拌均匀，而后经过第二蠕动泵(5.1)从第二进水口(5.2)泵入水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化脱氮反应器(5)，生活污水进水水箱中的污水经过第三蠕动泵(5.3)从第三进水口(5.4)泵入水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化脱氮反应器 (5)，硝化液中间水箱中的污水经过第四蠕动泵(5.5)从第四进水口(5.6) 泵入水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化脱氮反应器(5)，出水通过第二出水口排入出水水箱。
实验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，全程硝化SBR反应器(2)总体积11L，有效体积为10L；水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化脱氮反应器反应器(5)11L，有效体积10L。
试验过程中，具体实验用水取自北京工业大学排放的生活污水，具体水质如下：COD浓度为160～310mg/L，氨氮浓度为60～80mg/L，亚硝态氮浓度 0～0.5mg/L，硝态氮浓度0～0.5mg/L。
具体运行操作如下：
(1)系统的启动：
(1.1)全程硝化SBR反应器的启动：接种污泥为城市污水处理厂二沉池剩余污泥，保持全程硝化SBR反应器内污泥浓度为2000-4000mg/L，进水为生活污水，水质情况为氨氮浓度60-80mg/L，亚硝态氮浓度0-0.5mg/L，硝态氮浓度0-0.5mg/L，COD浓度160-310mg/L，C/N比2-4；每天运行2个周期，每周期8h，包括进水、曝气、沉淀、排水、闲置五个过程。每周期开始前：生活污水由第一进水泵(2.1)泵入全程硝化SBR反应器(2)，进水结束后，同时开启搅拌和曝气装置，通过DO在线监测仪(2.4)和气体流量计(2.6) 控制反应器内溶解氧浓度1-3mg/L，好氧曝气4-6h，曝气结束的同时关闭搅拌，沉淀40-70min，排水比40-60％，闲置时间80-120min，闲置后进入下一周期。当95％以上的氨氮被转化为硝态氮并稳定运行时认为该硝化SBR反应器启动成功。
(1.2)水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化脱氮反应器的启动：接种污泥为城市污水处理厂初沉污泥和厌氧氨氧化污泥，接种初沉污泥与厌氧氨氧化污泥的质量比为3～5:1，保持SBR反应器内污泥浓度为 3500-5000mg/L。
取剩余污泥在30摄氏度下进行水解酸化，通过对SCOD浓度进行测定，当SCOD浓度在20分钟内无增长趋势且波动较小时，认定此时为该浓度下污泥水解酸化的最大潜力；
在水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(5)内根据计算公式①②③确定有机物、硝化液和原水进量：
V1+V2+V3＝V*P ③
式中：
CSCOD为该剩余污泥最大发酵潜力下的SCOD浓度；
CNO3 -为进水硝态氮浓度；
CNH4 +为进水氨氮浓度；
V1、V2、V3、V分别为剩余污泥进量、硝化液废水进量、原水进量、反应器有效体积；
C/N比为进水SCOD与硝态氮质量浓度比值的设定值，设定在3～6:1；
NO3 -/NH4 +比为硝态氮与氨氮质量浓度比值的设定值，设定在1～1.2:1；
P为排水比，设定为60％；
认定该系统出水总氮低于5mg/L为启动成功。
(2)系统的运行:
(2.1)全程硝化SBR反应器的运行：每个周期内，生活污水进水水箱(1) 中的污水由第一进水泵(2.1)进入序批式SBR反应器，进水完成后开启搅拌和曝气装置，通过气体流量计(2.6)控制反应器内溶解氧保持在1-3mg/L，好氧曝气4-6h，污泥龄控制在8-15天，污泥浓度控制在2000-4000mg/L，曝气结束的同时关闭搅拌，沉淀40-70min，排水比40-60％，闲置时间80-120min，出水进入硝化液中间水箱，本周期结束继而进入下一周期；
(2.2)水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化SBR反应器的运行：污泥混合液贮存罐(4)中的污泥经过磁力搅拌器(4.1)提前一小时搅拌均匀后通过第二进水泵(5.2)进入序批式SBR中，每周期先厌氧搅拌6～8h，使其水解酸化率达到80～95％时结束搅拌；启动第三进水泵(5.3)和第四进水泵 (5.5)将生活污水进水水箱(1)和硝化液中间水箱(3)中的污水泵入序批式SBR内，使其中硝态氮与氨氮的质量浓度比值满足设定值1～1.2:1，缺氧搅拌3h发生短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应，停止搅拌后沉淀10分钟排水静置后进入下一周期。
试验结果表明：当进水为低C/N城市生活污水时，该装置能够取得较好的处理效果，系统运行稳定后，出水COD 40～50mg/L，氨氮浓度在2mg/L以下，总氮小于10mg/L，水解酸化污泥减量阶段可达到50～70％污泥减量效果。
以上是本发明的具体实施例，便于该技术领域的技术人员能更好的理解和应用本发明，但本发明的实施不限于此，因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明保护范围之内。
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