专利名称：污泥碳源两级碱性水解酸化回收方法
技术领域：
本发明涉及一种污泥厌氧生物处理方法，适用于城市污水传统生物处理过程中产
生的大量剩余活性污泥的减量处理和污泥中有机碳源的提取及回收利用。属于污泥污水处理技术领域。
背景技术：
水体富营养化问题目益突出，氮磷排放标准日益严格。我国于2002年颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》中增加了对总氮和总磷的排放浓度限制。在污水生物处理过程中，反硝化脱氮需要消耗大量的可溶性有机碳(SOC)，强化生物除磷需要消耗大量的挥发性有机酸碳源(VFAs)。然而，实际污水处理过程常常由于碳源不足造成脱氮除磷效率低，深度脱氮除磷的目标更是很难实现。当投加甲醇、乙醇等外碳源时，出水水质得以提高，但却增加了处理成本。城市污水处理中的碳源问题已成为生物法深度脱氮除磷的瓶颈。
目前污水处理厂对污泥的处理方式主要是污泥浓縮、压滤脱水，然后进行污泥厌氧消化。污泥及污泥微生物中含有的大量有机碳源被最终转化为甲烷。剩余污泥在水解酸化阶段会产生大量的多糖、蛋白质和VFAs碳源，它们可作为污水厂生物营养物去除(BNR)系统的补充碳源。水解酸化过程中污泥絮体结构被破坏，微生物细胞破裂，胞内物质流出。在厌氧菌作用下这些物质首先被转化为多糖、蛋白质等，之后在a-糖苷酶、蛋白酶等酶类作用下进一步转化为单糖、氨基酸和长链脂肪酸等，并最终通过不同的生物途径转化为乙酸、丙酸、丁酸等VFAs形式，同时释放出一定量的P043—-P和NH4+-N。在35t:时，污泥厌氧水解酸化的时间比较长，而且S0C和VFAs产率较低。如果不将污泥中的颗粒有机物降解，污泥经过30d水解酸化只有30X _50%的可溶性有机物(SCOD)产生。并且剩余污泥水解酸化过程释放的P043—-P和NH4+-N可能会增加构筑物的氮、磷负荷。因此，有必要采用一些预处理方法縮短污泥水解酸化时间，提高SOC和VFAs产率，并对P043—-P和NH4+-N进行回收。
发明内容
本发明目的是针对污水处理厂碳源缺乏及污泥处理困难等问题，提供一种剩余活性污泥两级碱性水解酸化处理装置及污泥碳源回收方法，实现对污泥中有机碳源的循环利用。该装置和方法将污泥处理有效的控制在水解酸化阶段，水解酸化时间縮短到8. 5天，操作控制简单易行。 本发明由于对剩余活性污泥采取了强碱性预处理方法，破坏了原剩余污泥的絮体结构，加快了颗粒状有机物的水解速率，从而有利于酸化过程的进行，使SOC和VFAs产率明显提高。 本发明采用生活污水淘洗出污泥水解酸化产生的高浓度碳源，可根据后续生物营养物去除系统(BNR)的负荷及处理能力，灵活选择是否对污泥水解酸化液进行磷酸铵镁化学沉淀法脱氮除磷。 为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案
该装置包括一级强碱性完全混合预处理搅拌池CSTR l，连接在1上的第一搅拌装置2，设置在1上部的进泥阀3、与进泥阀3相连的进泥泵4和设置在1底部的排泥阀5，设置在1内的第一 pH温度传感器6连接总控制器7，计量泵9将排泥阀5与二级升流式强化水解酸化反应器UHAR8底部的进泥进水阀10连通形成通路。此外UHAR中部设有排泥阀11、上部设有出水阀12，进水泵13与进泥进水阀10相连，循环泵14连通进泥进水阀10和UHAR中部使之形成闭合回路，UHAR内设有第二 pH温度传感器15并与总控制器7相连。出水阀12连接到污泥水解酸化液化学脱氮除磷反应池CPR16上，CPR上部设有第二搅拌装置17及pH传感器19，底部设有泥水出口 18。所述的总控制器7包括连接在进泥泵4、计量泵9、出水阀12、第二搅拌装置17上的时间继电器和第一pH温度传感器6、第二pH温度传感器15、pH传感器19以及计算机，还包括药剂投加装置20。控制器将采集到的pH数据反馈给控制程序，控制程序通过开闭药剂投加装置20分别在一级强碱性完全混合预处理搅拌池CSTR 1、二级升流式强化水解酸化反应器UHAR8和污泥水解酸化液化学脱氮除磷反应池CPR16中定时定量的投加相应的药剂。 应用所述的装置回收污泥碳源的方法包括如下步骤 1)污泥强碱性预处理打开与CSTR1相连接的进泥阀3、进泥泵4和第一搅拌装置2，剩余活性污泥进入CSTR的总量由控制器7控制。进泥结束后，CSTR反应器上的pH温度传感器6将pH及温度数据反馈到控制器7，控制器7根据预先设定的程序调整温度在35°C左右，并开启药剂投加装置20投加Na0H溶液调节pH为10.0。通过定时开启排泥阀5控制CSTR反应器内污泥停留时间为2. 5天。 2)污泥升流式强化水解酸化控制器7定时开启与计量泵9相连的时间继电器，将强碱性预处理后的污泥打入UHAR反应器8中，pH温度传感器15将pH参数传递到控制器7 ，控制器7通过药剂投加装置20投加NaOH将UHAR中的pH控制在8.0。通过从排泥阀11排泥控制UHAR反应器中污泥停留时间为6天，通过循环泵14实现柱子中部与底部的泥水混合。为了使UHAR反应器中的污泥酸化液碳源能够连续流出，生活污水经进泥进水阀10由进水泵13连续打入并将酸化液淘洗带出，水力停留时间为8小时。 3)污泥酸化液磷酸铵镁沉淀法脱氮除磷污泥酸化液经生活污水淘洗后经出水阀12流入化学除磷反应池CPR16，待反应池中水位达到总体积的2/3以上时，出水阀12关闭，并通过pH传感器19、控制器7及药剂投加装置20将CPR反应器16中的pH调整为9. 0，并
按照设定的Mg : p : N摩尔比范围(i.2 i.5 : o.8 i.2 : i)投加化学试剂去除部
分NH4+-N和P043—-P。混合液经沉淀后出水由泥水出口 18排出，用作BNR系统的补充碳源。化学除磷反应池(CPR) 16中的总反应时间为60分钟，包括投加试剂及搅拌20 30分钟、沉淀排水30 40分钟。
本发明具有的特点和有益效果 1)实现了对剩余活性污泥的减量处理，经两级碱性水解酸化后污泥减量率高于30%。剩余污泥两级碱性水解酸化装置总体积为56L，可回收大量的污泥酸化液碳源。
2)采用两级碱性污泥水解酸化技术，先进行强碱性预处理然后再进行弱碱性水解酸化强化处理。该方法使污泥水解效率提高到了 38 % ，酸化效率提高到了 51 % ，而污泥水解酸化时间由通常的30 40天縮短到了 8. 5天。 3)本发明对污泥水解酸化液进行了化学法脱氮除磷处理，该方法可去除50 %的NH4+-N和95 %的P043—-P。处理后TSOC浓度达到200mgC/L 300mgC/L，其中VFA比例占50% 60%，使污泥酸化液碳源更适合作为BNR系统的补充碳源。 3)采用生活污水将升流式强化水解酸化装置UHAR中的污泥酸化过程中溶出的有机物淘洗带出，该方式即实现了对大量可溶性有机物的淘洗同时还有利于生活污水中难降解颗粒有机物在厌氧水解酸化环境中实现降解。 4)升流式强化水解酸化装置UHAR实现了污泥停留时间SRT与水力停留时间HRT的分离，其中SRT为6天，HRT为8小时。这主要是因为间歇进泥连续进水的运行方式。另外该反应装置设有变径区域，在该区域水流的上升流速降低，有利于混合液中的污泥沉降。反应器上端有明显的泥水分离面，从而有助于实现SRT与HRT的分离。
5)污泥两级碱性水解酸化装置运行控制简便，操作灵活，各构筑物结构简单，方便实现升级改造。可根据后续BNR系统的负荷和处理能力来选择是否采用化学脱氮除磷反应池，当不需要对污泥水解酸化液进行化学法脱氮除磷时，原有的CPR反应池可用作沉淀池或储水池。 本发明可广泛应用于中小型污水处理厂中的污泥处理及污泥中有机物的获取和利用。
图1是剩余活性污泥两级碱性水解酸化装置的结构示意图。 图2是污泥两级碱性水解酸化方法中的水解效率和酸化效率效果图。 图3是污泥两级碱性水解酸化方法中的SOC和VFA变化趋势效果图。 图4是磷酸铵镁沉淀法对水解酸化液中NH4+_N和P043—_P的去处效果图。 图中1.强碱性完全混合预处理搅拌池CSTR ;2.第一搅拌装置；3.进泥阀；4.进
泥泵；5.排泥阀；6.pH温度传感器；7.控制器；8.升流式强化水解酸化反应器UHAR ;9.计
量泵；IO.进泥进水阀；ll.排泥阀；12.出水阀；13.进水泵；14.循环泵；15. pH温度传感
器；16.污泥水解酸化液化学脱氮除磷反应池CPR;17.第二搅拌装置；18.泥水出口 ；19. pH
传感器；20.药剂投加装置。
具体实施例方式
结合图例及实施例详细说明本发明 剩余活性污泥两级碱性水解酸化装置如图1所示。该装置总体积46L，有效容积31L。主要包括一级强碱性完全混合预处理搅拌池CSTR1，二级升流式强化水解酸化反应器UHAR8和污泥水解酸化液化学脱氮除磷反应池CPR16，以及连接这些主体反应器的管路、阀门、计量泵及控制装置。其中一级强碱性完全混合预处理搅拌池CSTR1有效体积5L，设有第一搅拌装置2，进泥阀3，排泥阀5和pH温度传感器6，通过控制器7及药剂投加装置20可实现PH调节及温度控制。二级升流式强化水解酸化反应器UHAR8有效体积16L，设有进泥进水阀10、排泥阀11、出水阀12、进水泵13和循环泵14，与控制器7相连的pH温度传感器15。 二级升流式强化水解酸化反应器UHAR8下部为污泥混合区，通过循环泵14实现泥水混合，反应器中部为污泥沉降区设有变径，反应器上部为泥水分离区，酸化液出水由出水口流出。污泥水解酸化液化学脱氮除磷反应池CPR16有效体积IOL，设有第二搅拌装置17和泥水出口 18及pH传感器19，通过控制器7和药剂投加装置20调节pH，并投加化学试剂生成 磷酸铵镁沉淀去除水解酸化液中的氮、磷。
具体处理过程如下 2L—定浓度的剩余活性污泥首先经过进泥阀3由进泥泵4打入一级强碱性完全混 合预处理搅拌池CSTRl，搅拌混合后CSTR反应器中污泥浓度约15g/L 20g/L， pH和温度 通过控制器7分别恒定在10. 0和35°C 。剩余污泥在CSTR中停留时间为2. 5天。
污泥经强碱性预处理后，控制器7将排泥阀5打开由计量泵9将2L强碱性预处 理后的污泥打入二级升流式强化水解酸化反应器UHAR8， UHAR混合区污泥浓度在10g/L 15g/L之间。pH传感器将pH数据反馈到控制器7，控制器7调用程序开启药剂投加装置20， 从而调节pH值恒定在8.0，无温度控制。以此同时生活污水通过进泥进水阀10由进水泵 13连续不断的打入UHAR中，将污泥水解酸化产生的SOC随出水带出，循环泵14连续不断的 在污泥沉降区与泥水混合区之间进行循环混合。UHAR反应器定期从排泥阀11排泥，SRT为 6天，HRT为8h，通过反应器中部污泥沉降区的变径作用实现污泥停留时间与污水停留时间 的分离，即反应器中污泥液位体积控制在12L，污水液位体积控制在16L。
CSTR预处理搅拌池1和UHAR水解酸化反应器8的一个特征在于污泥在两个反 应器中的流通是间歇的，而生活污水在UHAR水解酸化反应器内的流通是连续的，并且CSTR 上的进泥阀3和排泥阀5是间歇开启的，排泥阀5首先开启，待CSTR中的预处理污泥打入 UHAR反应器后排泥阀5关闭，此时进泥阀3打开往CSTR中注入未经处理的剩余活性污泥。
UHAR反应器中污泥水解酸化所溶出的SOC随生活污水流入污泥水解酸化液化学 脱氮除磷反应池CPR16。当反应池中液为达到总体积的2/3以上时，通过控制器7关闭出水 阀12并开启第二搅拌装置17，控制器7通过调用程序由药剂投加装置20向反应池中按照
设定的Mg : p : N摩尔比(1.2 1.5 : o.8 i.2 : i)投加镁盐和磷酸盐，pH传感器
19将pH数据传送到控制器7，控制器7再反馈给药剂投加装置20并通过投加NaOH将pH调 为9.0。 20 30min后关闭第二搅拌装置17进行沉淀，沉淀后开启泥水出口 18，首先将化 学沉淀物排出，然后再将处理后的酸化液排出供BNR处理系统作为补充碳源。在CPR反应 池运行的60分钟内UHAR反应器出水阀12是一直关闭的，此时UHAR反应器中预留的超高 水位可以暂时蓄存酸化液出水，当出水阀12再次开启时，酸化液即可流入CPR反应池为下 一次的化学处理做准备。CPR反应池16的一个特征在于对UHAR反应器出水酸化液中的氮 磷浓度要求不高时，可以取消化学法脱氮除磷处理，此时CPR反应池可用作酸化液沉淀池。
实施实例以某大学家属区排放的实际生活污水(pH = 6. 5 7. 8， COD = 260 350mg/L，TN = 60 85mg/L)作为实验对象的A/0反应器及氧化沟反应器所产生的大量剩 余活性污泥，该活性污泥混合并浓縮后作为两级碱性水解酸化处理装置用泥。整个反应系 统有效体积为31L，污泥浓縮后MLSS为15 20g/L， TCOD为17. 6 25. 2g/L。每天投加 浓縮污泥2L，产生可利用的污泥水解酸化液48L。系统稳定后，污泥两级碱性水解效率可达 38. 19%，酸化效率达到51. 69%，如图2所示。污泥两级碱性水解酸化液出水中SOC浓度 为180 430mgC/L，VFA浓度为75 150mgC/L，如图3所示。污泥两级碱性水解酸化液按
Mg : p : N摩尔比(1.2 : 0.8 : i)在pH二 9.o条件下经磷酸铵镁沉淀后，MV-N去除率
为55%， P043—-P去除率为93%，而化学沉淀法对VFA碳源造成的损失〈5%，如图4所示。
权利要求
一种应用剩余活性污泥两级碱性水解酸化处理装置进行污泥碳源两级碱性水解酸化回收方法，该装置包括强碱性完全混合预处理搅拌池CSTR(1)，连接在CSTR上的第一搅拌装置(2)，设置在CSTR上部的进泥阀(3)、与进泥阀(3)相连的进泥泵(4)和设置在CSTR底部的排泥阀(5)，设置在CSTR内的第一pH温度传感器(6)连接总控制器(7)，计量泵(9)将排泥阀(5)与升流式强化水解酸化反应器UHAR(8)底部的进泥进水阀(10)连通形成通路；UHAR中部设有排泥阀(11)、上部设有出水阀(12)，进水泵(13)与进泥进水阀(10)相连，循环泵(14)连通进泥进水阀(10)和UHAR中部使之形成闭合回路，UHAR内设有与总控制器(7)相连的第二pH温度传感器(15)；出水阀(12)连接到污泥水解酸化液化学脱氮除磷反应池CPR(16)上，CPR上部设有第二搅拌装置(17)及pH传感器(19)，底部设有泥水出口(18)；所述的总控制器(7)包括连接在进泥泵(4)、计量泵(9)、出水阀(12)、第二搅拌装置(17)上的时间继电器和第一pH温度传感器(6)、第二pH温度传感器(15)、pH传感器(19)以及计算机，还包括药剂投加装置(20)；其特征在于，包括如下步骤1)污泥强碱性预处理打开与强碱性完全混合预处理搅拌池CSTR(1)相连接的进泥阀(3)、进泥泵(4)和第一搅拌装置(2)，剩余活性污泥进入CSTR的总量由控制器(7)控制；进泥结束后，CSTR反应器上的第一pH温度传感器(6)将pH及温度数据反馈到控制器，控制器根据预先设定的程序调整温度在35℃，并开启药剂投加装置(20)投加NaOH溶液调节pH为10.0；通过定时开启排泥阀(5)控制CSTR反应器内污泥停留时间为2.5天；2)污泥升流式强化水解酸化控制器(7)定时开启与计量泵(9)相连的时间继电器，将强碱性预处理后的污泥打入升流式强化水解酸化反应器UHAR(8)中，第二pH温度传感器(15)将pH参数传递到控制器，控制器通过药剂投加装置投加NaOH将UHAR中的pH控制在8.0；通过从排泥阀(11)排泥控制UHAR反应器中污泥停留时间为6天，通过循环泵(14)实现UHAR中部与底部的泥水混合；为了使UHAR反应器中的污泥酸化液碳源能够连续流出，生活污水经进泥进水阀(10)由进水泵(13)连续打入并将酸化液淘洗带出，水力停留时间为8小时；3)污泥酸化液磷酸铵镁沉淀法脱氮除磷污泥酸化液经生活污水淘洗后经出水阀(12)流入污泥水解酸化液化学脱氮除磷反应池(16)，待反应池中水位达到总体积的2/3以上时，出水阀关闭，并通过pH传感器(19)、控制器及药剂投加装置将CPR中的pH调整为9.0，并按照设定的Mg∶P∶N摩尔比范围为1.2～1.5∶0.8～1.2∶1投加化学试剂去除部分NH4+-N和PO43--P；混合液经沉淀后出水由泥水出口(18)排出，用作BNR系统的补充碳源；CPR中的总反应时间为60分钟，包括投加试剂及搅拌20～30分钟、沉淀排水30～40分钟。
全文摘要
污泥碳源两级碱性水解酸化回收方法针对污水处理厂中碳源缺乏及污泥处理困难等问题，属于污泥污水处理技术领域。本发明采取了强碱性预处理方法，将污泥处理有效的控制在水解酸化阶段，SOC和VFAs产率明显提高，水解酸化时间缩短到8.5天。本发明采用生活污水淘洗出污泥水解酸化所产生的SCOD，并且可以灵活选择是否对污泥水解酸化液进行磷酸铵镁化学沉淀法脱氮除磷。本发明经两级碱性水解酸化后剩余活性污泥减量率高于30％，并且实现了对剩余活性污泥中有机碳源的循环利用。
文档编号C02F9/14GK101708932SQ20091024365
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者张晶宇, 彭永臻, 王淑莹, 高永青 申请人:北京工业大学