專利名稱：剩余活性污泥兩級堿性水解酸化處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污泥厭氧生物處理裝置，適用于城市污水傳統(tǒng)生物處理過程中產(chǎn)
生的大量剩余活性污泥的減量處理和污泥中有機碳源的提取及回收利用。屬于污泥污水處 理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水體富營養(yǎng)化問題日益突出，氮磷排放標準日益嚴格。我國于2002年頒布的《城 鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中增加了對總氮和總磷的排放濃度限制。在污水生物處理 過程中，反硝化脫氮需要消耗大量的可溶性有機碳(SOC)，強化生物除磷需要消耗大量的揮 發(fā)性有機酸碳源(VFAs)。然而，實際污水處理過程常常由于碳源不足造成脫氮除磷效率低， 深度脫氮除磷的目標更是很難實現(xiàn)。當投加甲醇、乙醇等外碳源時，出水水質(zhì)得以提高，但 卻增加了處理成本。城市污水處理中的碳源問題已成為生物法深度脫氮除磷的瓶頸。
目前污水處理廠對污泥的處理方式主要是污泥濃縮、壓濾脫水，然后進行污泥厭 氧消化。污泥及污泥微生物中含有的大量有機碳源被最終轉(zhuǎn)化為甲烷。剩余污泥在水解酸 化階段會產(chǎn)生大量的多糖、蛋白質(zhì)和VFAs碳源，它們可作為污水廠生物營養(yǎng)物去除(BNR) 系統(tǒng)的補充碳源。水解酸化過程中污泥絮體結(jié)構(gòu)被破壞，微生物細胞破裂，胞內(nèi)物質(zhì)流出。 在厭氧菌作用下這些物質(zhì)首先被轉(zhuǎn)化為多糖、蛋白質(zhì)等，之后在a-糖苷酶、蛋白酶等酶類 作用下進一步轉(zhuǎn)化為單糖、氨基酸和長鏈脂肪酸等，并最終通過不同的生物途徑轉(zhuǎn)化為乙 酸、丙酸、丁酸等VFAs形式，同時釋放出一定量的P043—-P和NH4+-N。在35t:時，污泥厭氧水 解酸化的時間比較長，而且S0C和VFAs產(chǎn)率較低。如果不將污泥中的顆粒有機物降解，污 泥經(jīng)過30d水解酸化只有30X _50%的可溶性有機物(SCOD)產(chǎn)生。并且剩余污泥水解酸 化過程釋放的P043—-P和NH4+-N可能會增加構(gòu)筑物的氮、磷負荷。因此，有必要采用一些預(yù) 處理方法縮短污泥水解酸化時間，提高SOC和VFAs產(chǎn)率，并對P043—-P和NH4+-N進行回收。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對污水處理廠碳源缺乏及污泥處理困難等問題，提供一種剩余活 性污泥兩級堿性水解酸化處理裝置及污泥碳源回收方法，實現(xiàn)對污泥中有機碳源的循環(huán)利 用。該裝置和方法將污泥處理有效的控制在水解酸化階段，水解酸化時間縮短到8. 5天，操 作控制簡單易行。 本發(fā)明由于對剩余活性污泥采取了強堿性預(yù)處理方法，破壞了原剩余污泥的絮體 結(jié)構(gòu)，加快了顆粒狀有機物的水解速率，從而有利于酸化過程的進行，使SOC和VFAs產(chǎn)率明 顯提高。 本發(fā)明采用生活污水淘洗出污泥水解酸化產(chǎn)生的高濃度碳源，可根據(jù)后續(xù)生物營 養(yǎng)物去除系統(tǒng)(BNR)的負荷及處理能力，靈活選擇是否對污泥水解酸化液進行磷酸銨鎂化 學(xué)沉淀法脫氮除磷。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案
3
該裝置包括一級強堿性完全混合預(yù)處理攪拌池CSTR l，連接在1上的第一攪拌裝 置2，設(shè)置在1上部的進泥閥3、與進泥閥3相連的進泥泵4和設(shè)置在1底部的排泥閥5，設(shè) 置在1內(nèi)的第一 pH溫度傳感器6連接總控制器7，計量泵9將排泥閥5與二級升流式強化 水解酸化反應(yīng)器UHAR8底部的進泥進水閥10連通形成通路。此外UHAR中部設(shè)有排泥閥 11、上部設(shè)有出水閥12，進水泵13與進泥進水閥10相連，循環(huán)泵14連通進泥進水閥10和 UHAR中部使之形成閉合回路，UHAR內(nèi)設(shè)有第二 pH溫度傳感器15并與總控制器7相連。出 水閥12連接到污泥水解酸化液化學(xué)脫氮除磷反應(yīng)池CPR16上，CPR上部設(shè)有第二攪拌裝置 17及pH傳感器19，底部設(shè)有泥水出口 18。所述的總控制器7包括連接在進泥泵4、計量泵 9、出水閥12、第二攪拌裝置17上的時間繼電器和第一pH溫度傳感器6、第二pH溫度傳感 器15、pH傳感器19以及計算機，還包括藥劑投加裝置20?？刂破鲗⒉杉降膒H數(shù)據(jù)反饋 給控制程序，控制程序通過開閉藥劑投加裝置20分別在一級強堿性完全混合預(yù)處理攪拌 池CSTR 1、二級升流式強化水解酸化反應(yīng)器UHAR8和污泥水解酸化液化學(xué)脫氮除磷反應(yīng)池 CPR16中定時定量的投加相應(yīng)的藥劑。 應(yīng)用所述的裝置回收污泥碳源的方法包括如下步驟 1)污泥強堿性預(yù)處理打開與CSTR1相連接的進泥閥3、進泥泵4和第一攪拌裝 置2，剩余活性污泥進入CSTR的總量由控制器7控制。進泥結(jié)束后，CSTR反應(yīng)器上的pH 溫度傳感器6將pH及溫度數(shù)據(jù)反饋到控制器7，控制器7根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序調(diào)整溫度在 35t:左右，并開啟藥劑投加裝置20投加Na0H溶液調(diào)節(jié)pH為10.0。通過定時開啟排泥閥5 控制CSTR反應(yīng)器內(nèi)污泥停留時間為2. 5天。 2)污泥升流式強化水解酸化控制器7定時開啟與計量泵9相連的時間繼電器，將 強堿性預(yù)處理后的污泥打入UHAR反應(yīng)器8中，pH溫度傳感器15將pH參數(shù)傳遞到控制器 7 ，控制器7通過藥劑投加裝置20投加NaOH將UHAR中的pH控制在8.0。通過從排泥閥11 排泥控制UHAR反應(yīng)器中污泥停留時間為6天，通過循環(huán)泵14實現(xiàn)柱子中部與底部的泥水 混合。為了使UHAR反應(yīng)器中的污泥酸化液碳源能夠連續(xù)流出，生活污水經(jīng)進泥進水閥10 由進水泵13連續(xù)打入并將酸化液淘洗帶出，水力停留時間為8小時。 3)污泥酸化液磷酸銨鎂沉淀法脫氮除磷污泥酸化液經(jīng)生活污水淘洗后經(jīng)出水閥 12流入化學(xué)除磷反應(yīng)池CPR16，待反應(yīng)池中水位達到總體積的2/3以上時，出水閥12關(guān)閉， 并通過pH傳感器19、控制器7及藥劑投加裝置20將CPR反應(yīng)器16中的pH調(diào)整為9. 0，并
按照設(shè)定的Mg : p : N摩爾比范圍(i.2 i.5 : o.8 i.2 : i)投加化學(xué)試劑去除部
分NH4+-N和P043—-P?；旌弦航?jīng)沉淀后出水由泥水出口 18排出，用作BNR系統(tǒng)的補充碳源。 化學(xué)除磷反應(yīng)池(CPR) 16中的總反應(yīng)時間為60分鐘，包括投加試劑及攪拌20 30分鐘、 沉淀排水30 40分鐘。
本發(fā)明具有的特點和有益效果 1)實現(xiàn)了對剩余活性污泥的減量處理，經(jīng)兩級堿性水解酸化后污泥減量率高于 30%。剩余污泥兩級堿性水解酸化裝置總體積為56L，可回收大量的污泥酸化液碳源。
2)采用兩級堿性污泥水解酸化技術(shù)，先進行強堿性預(yù)處理然后再進行弱堿性水解 酸化強化處理。該方法使污泥水解效率提高到了 38 % ，酸化效率提高到了 51 % ，而污泥水 解酸化時間由通常的30 40天縮短到了 8. 5天。 3)本發(fā)明對污泥水解酸化液進行了化學(xué)法脫氮除磷處理，該方法可去除50 %的NH4+-N和95 %的P043—-P。處理后TSOC濃度達到200mgC/L 300mgC/L，其中VFA比例占 50% 60%，使污泥酸化液碳源更適合作為BNR系統(tǒng)的補充碳源。 3)采用生活污水將升流式強化水解酸化裝置UHAR中的污泥酸化過程中溶出的有 機物淘洗帶出，該方式即實現(xiàn)了對大量可溶性有機物的淘洗同時還有利于生活污水中難降 解顆粒有機物在厭氧水解酸化環(huán)境中實現(xiàn)降解。 4)升流式強化水解酸化裝置UHAR實現(xiàn)了污泥停留時間SRT與水力停留時間HRT 的分離，其中SRT為6天，HRT為8小時。這主要是因為間歇進泥連續(xù)進水的運行方式。另 外該反應(yīng)裝置設(shè)有變徑區(qū)域，在該區(qū)域水流的上升流速降低，有利于混合液中的污泥沉降。 反應(yīng)器上端有明顯的泥水分離面，從而有助于實現(xiàn)SRT與HRT的分離。
5)污泥兩級堿性水解酸化裝置運行控制簡便，操作靈活，各構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)簡單，方便 實現(xiàn)升級改造?？筛鶕?jù)后續(xù)BNR系統(tǒng)的負荷和處理能力來選擇是否采用化學(xué)脫氮除磷反應(yīng) 池，當不需要對污泥水解酸化液進行化學(xué)法脫氮除磷時，原有的CPR反應(yīng)池可用作沉淀池 或儲水池。 本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于中小型污水處理廠中的污泥處理及污泥中有機物的獲取和 利用。


圖1是剩余活性污泥兩級堿性水解酸化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是污泥兩級堿性水解酸化方法中的水解效率和酸化效率效果圖。 圖3是污泥兩級堿性水解酸化方法中的SOC和VFA變化趨勢效果圖。 圖4是磷酸銨鎂沉淀法對水解酸化液中NH4+_N和P043—_P的去處效果圖。 圖中1.強堿性完全混合預(yù)處理攪拌池CSTR ;2.第一攪拌裝置；3.進泥閥；4.進
泥泵；5.排泥閥；6.pH溫度傳感器；7.控制器；8.升流式強化水解酸化反應(yīng)器UHAR ;9.計
量泵；IO.進泥進水閥；ll.排泥閥；12.出水閥；13.進水泵；14.循環(huán)泵；15. pH溫度傳感
器；16.污泥水解酸化液化學(xué)脫氮除磷反應(yīng)池CPR;17.第二攪拌裝置；18.泥水出口 ；19. pH
傳感器；20.藥劑投加裝置。
具體實施例方式
結(jié)合圖例及實施例詳細說明本發(fā)明 剩余活性污泥兩級堿性水解酸化裝置如圖1所示。該裝置總體積46L，有效容積 31L。主要包括一級強堿性完全混合預(yù)處理攪拌池CSTR1，二級升流式強化水解酸化反應(yīng)器 UHAR8和污泥水解酸化液化學(xué)脫氮除磷反應(yīng)池CPR16，以及連接這些主體反應(yīng)器的管路、閥 門、計量泵及控制裝置。其中一級強堿性完全混合預(yù)處理攪拌池CSTR1有效體積5L，設(shè)有第 一攪拌裝置2，進泥閥3，排泥閥5和pH溫度傳感器6，通過控制器7及藥劑投加裝置20可 實現(xiàn)PH調(diào)節(jié)及溫度控制。二級升流式強化水解酸化反應(yīng)器UHAR8有效體積16L，設(shè)有進泥 進水閥10、排泥閥11、出水閥12、進水泵13和循環(huán)泵14，與控制器7相連的pH溫度傳感器 15。 二級升流式強化水解酸化反應(yīng)器UHAR8下部為污泥混合區(qū)，通過循環(huán)泵14實現(xiàn)泥水混 合，反應(yīng)器中部為污泥沉降區(qū)設(shè)有變徑，反應(yīng)器上部為泥水分離區(qū)，酸化液出水由出水口流 出。污泥水解酸化液化學(xué)脫氮除磷反應(yīng)池CPR16有效體積IOL，設(shè)有第二攪拌裝置17和泥水出口 18及pH傳感器19，通過控制器7和藥劑投加裝置20調(diào)節(jié)pH，并投加化學(xué)試劑生成 磷酸銨鎂沉淀去除水解酸化液中的氮、磷。
具體處理過程如下 2L—定濃度的剩余活性污泥首先經(jīng)過進泥閥3由進泥泵4打入一級強堿性完全混 合預(yù)處理攪拌池CSTRl，攪拌混合后CSTR反應(yīng)器中污泥濃度約15g/L 20g/L， pH和溫度 通過控制器7分別恒定在10. 0和35°C 。剩余污泥在CSTR中停留時間為2. 5天。
污泥經(jīng)強堿性預(yù)處理后，控制器7將排泥閥5打開由計量泵9將2L強堿性預(yù)處 理后的污泥打入二級升流式強化水解酸化反應(yīng)器UHAR8， UHAR混合區(qū)污泥濃度在10g/L 15g/L之間。pH傳感器將pH數(shù)據(jù)反饋到控制器7，控制器7調(diào)用程序開啟藥劑投加裝置20， 從而調(diào)節(jié)pH值恒定在8.0，無溫度控制。以此同時生活污水通過進泥進水閥10由進水泵 13連續(xù)不斷的打入UHAR中，將污泥水解酸化產(chǎn)生的SOC隨出水帶出，循環(huán)泵14連續(xù)不斷的 在污泥沉降區(qū)與泥水混合區(qū)之間進行循環(huán)混合。UHAR反應(yīng)器定期從排泥閥11排泥，SRT為 6天，HRT為8h，通過反應(yīng)器中部污泥沉降區(qū)的變徑作用實現(xiàn)污泥停留時間與污水停留時間 的分離，即反應(yīng)器中污泥液位體積控制在12L，污水液位體積控制在16L。
CSTR預(yù)處理攪拌池1和UHAR水解酸化反應(yīng)器8的一個特征在于污泥在兩個反 應(yīng)器中的流通是間歇的，而生活污水在UHAR水解酸化反應(yīng)器內(nèi)的流通是連續(xù)的，并且CSTR 上的進泥閥3和排泥閥5是間歇開啟的，排泥閥5首先開啟，待CSTR中的預(yù)處理污泥打入 UHAR反應(yīng)器后排泥閥5關(guān)閉，此時進泥閥3打開往CSTR中注入未經(jīng)處理的剩余活性污泥。
UHAR反應(yīng)器中污泥水解酸化所溶出的SOC隨生活污水流入污泥水解酸化液化學(xué) 脫氮除磷反應(yīng)池CPR16。當反應(yīng)池中液為達到總體積的2/3以上時，通過控制器7關(guān)閉出水 閥12并開啟第二攪拌裝置17，控制器7通過調(diào)用程序由藥劑投加裝置20向反應(yīng)池中按照
設(shè)定的Mg : p : N摩爾比(1.2 1.5 : o.8 i.2 : i)投加鎂鹽和磷酸鹽，pH傳感器
19將pH數(shù)據(jù)傳送到控制器7，控制器7再反饋給藥劑投加裝置20并通過投加NaOH將pH調(diào) 為9.0。 20 30min后關(guān)閉第二攪拌裝置17進行沉淀，沉淀后開啟泥水出口 18，首先將化 學(xué)沉淀物排出，然后再將處理后的酸化液排出供BNR處理系統(tǒng)作為補充碳源。在CPR反應(yīng) 池運行的60分鐘內(nèi)UHAR反應(yīng)器出水閥12是一直關(guān)閉的，此時UHAR反應(yīng)器中預(yù)留的超高 水位可以暫時蓄存酸化液出水，當出水閥12再次開啟時，酸化液即可流入CPR反應(yīng)池為下 一次的化學(xué)處理做準備。CPR反應(yīng)池16的一個特征在于對UHAR反應(yīng)器出水酸化液中的氮 磷濃度要求不高時，可以取消化學(xué)法脫氮除磷處理，此時CPR反應(yīng)池可用作酸化液沉淀池。
實施實例以某大學(xué)家屬區(qū)排放的實際生活污水(pH = 6. 5 7. 8， COD = 260 350mg/L，TN = 60 85mg/L)作為實驗對象的A/0反應(yīng)器及氧化溝反應(yīng)器所產(chǎn)生的大量剩 余活性污泥，該活性污泥混合并濃縮后作為兩級堿性水解酸化處理裝置用泥。整個反應(yīng)系 統(tǒng)有效體積為31L，污泥濃縮后MLSS為15 20g/L， TCOD為17. 6 25. 2g/L。每天投加 濃縮污泥2L，產(chǎn)生可利用的污泥水解酸化液48L。系統(tǒng)穩(wěn)定后，污泥兩級堿性水解效率可達 38. 19%，酸化效率達到51. 69%，如圖2所示。污泥兩級堿性水解酸化液出水中SOC濃度 為180 430mgC/L，VFA濃度為75 150mgC/L，如圖3所示。污泥兩級堿性水解酸化液按
Mg : p : N摩爾比(1.2 : 0.8 : i)在pH二 9.o條件下經(jīng)磷酸銨鎂沉淀后，MV-N去除率
為55%， P043—-P去除率為93%，而化學(xué)沉淀法對VFA碳源造成的損失〈5%，如圖4所示。
權(quán)利要求
一種剩余活性污泥兩級堿性水解酸化處理裝置，其特征在于該裝置包括強堿性完全混合預(yù)處理攪拌池CSTR(1)，連接在CSTR上的第一攪拌裝置(2)，設(shè)置在CSTR上部的進泥閥(3)、與進泥閥(3)相連的進泥泵(4)和設(shè)置在CSTR底部的排泥閥(5)，設(shè)置在CSTR內(nèi)的第一pH溫度傳感器(6)連接總控制器(7)，計量泵(9)將排泥閥(5)與升流式強化水解酸化反應(yīng)器UHAR(8)底部的進泥進水閥(10)連通形成通路；UHAR中部設(shè)有排泥閥(11)、上部設(shè)有出水閥(12)，進水泵(13)與進泥進水閥(10)相連，循環(huán)泵(14)連通進泥進水閥(10)和UHAR中部使之形成閉合回路，UHAR內(nèi)設(shè)有與總控制器(7)相連的第二pH溫度傳感器(15)；出水閥(12)連接到污泥水解酸化液化學(xué)脫氮除磷反應(yīng)池CPR(16)上，CPR上部設(shè)有第二攪拌裝置(17)及pH傳感器(19)，底部設(shè)有泥水出口(18)；所述的總控制器(7)包括連接在進泥泵(4)、計量泵(9)、出水閥(12)、第二攪拌裝置(17)上的時間繼電器和第一pH溫度傳感器(6)、第二pH溫度傳感器(15)、pH傳感器(19)以及計算機，還包括藥劑投加裝置(20)。
全文摘要
剩余活性污泥兩級堿性水解酸化處理裝置針對污水處理廠中碳源缺乏及污泥處理困難等問題，屬于污泥污水處理技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括強堿性完全混合預(yù)處理攪拌池CSTR，升流式強化水解酸化反應(yīng)器UHAR，污泥水解酸化液化學(xué)脫氮除磷反應(yīng)池CPR和總控制器；所述的總控制器包括的時間繼電器pH溫度傳感器、pH傳感器以及計算機，還包括藥劑投加裝置。該裝置操作簡單，易于控制。經(jīng)兩級堿性水解酸化后剩余活性污泥減量率高于30％，并且實現(xiàn)了對剩余活性污泥中有機碳源的循環(huán)利用。
文檔編號C02F11/04GK101759336SQ20091025946
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者張晶宇, 彭永臻, 王淑瑩, 高永青 申請人:北京工業(yè)大學(xué)