一种同步处理亚硝态氮废水与剩余污泥的装置与方法

本发明涉及一种同步处理亚硝态氮废水与剩余污泥的装置与方法，属于生物脱氮与污泥发酵利用技术领域。

背景技术：

剩余污泥作为污水处理过程产生的副产物，其处理和处置费用占污水处理厂总运行成本的60％。剩余污泥中包含大量有机物(蛋白质、碳水化合物、脂质、脂肪和dna等)，经溶解-水解-酸化-乙酸化等一系列发酵步骤后，包含的有机物可释放到污泥上清液，被微生物视为优质碳源，补充脱氮过程需要的电子供体，解决污水处理过程中普遍存在的进水碳源不足问题。因此，从was中寻找有机碳源越来越受到人们的关注，从而将会解决污水厂脱氮效果差、脱氮速率慢等一系列问题。

游离亚硝酸(fna)作为高浓度亚硝态氮的质子化形式，被广泛应用于污泥发酵的预处理过程。过去的研究中fna预处理装置通常从发酵反应器和bnr系统中分离出来。总的来说，首先将was引入到fna装置中来强化污泥发酵的可塑造型，然后转移到发酵反应器中。最后，释放的有机基质作为碳源再被投入到生物脱氮系统，完成污水脱氮过程，这项工作复杂而昂贵，因此很难扩大规模推广。理论上，发酵fna预处理可同时发生反硝化作用。本发明首次提出同步处理亚硝态氮废水与剩余污泥的装置与方法，利用fna促进污泥发酵的特性完成后续污水脱氮过程，同时解决污水厂目前存在的“剩余污泥产量大”、“进水碳源不足”和“脱氮效果差”三大热点问题。

技术实现要素：

本发明提出了一种同步处理亚硝态氮废水与剩余污泥的装置与方法，属于生物脱氮与污泥发酵利用技术领域。装置设有原水水箱、储泥罐和污泥发酵耦合反硝化sbr反应器。发酵耦合反硝化系统设有搅拌装置、加热装置、在线监测装置和plc自动控制系统，反应器内主要富集反硝化菌与污泥发酵菌两种功能菌属。所述方法包括以下步骤：高浓度亚硝态氮废水与外源剩余污泥一同泵入发酵耦合反硝化反应器，作为亚硝态氮质子化形式，游离亚硝酸(hno2)促进剩余污泥发酵减量，污泥发酵过程释放的碳源进而被反硝化菌获取利用，促进反硝化过程(no2^-→n2)的进行。反硝化是产生碱度的过程，在线监测装置实时获取统计ph数据，当ph曲线停止上升或出现拐点时停止搅拌。本发明适用于高浓度亚硝态氮废水与剩余污泥的同步处理，在无外源投加条件下不仅完成了亚硝态氮废水的深度处理，同时实现外源剩余污泥的发酵减量。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种同步处理亚硝态氮废水与剩余污泥的装置，包括原水水箱(1)、储泥罐(2)、污泥发酵耦合反硝化sbr反应器(3)。污泥发酵耦合反硝化反应器设有进水蠕动泵(3.1)、进泥蠕动泵(3.2)、搅拌装置(3.3)、加热装置(3.4)、在线监测装置(3.5)和plc自动控制系统(3.6)。

原水水箱(1)设有溢流管(1.1)、第一放空阀(1.2)、第一出水口(1.3)，原水水箱(1)第一出水口(1.3)通过进水蠕动泵(3.1)与污泥发酵耦合反硝化反应器(3)第一进水口(3.6)相连接。储泥罐(2)设有第二放空阀(2.1)、第一出泥口(2.2)，储泥罐(2)第一出泥口(2.2)通过进泥蠕动泵(3.2)与污泥发酵耦合反硝化反应器(3)第一进泥口(3.7)相连接。搅拌器(3.3)设于反应器顶部便于污水与污泥的充分混合，在线监测装置(3.5)的ph/orp探头通过数据线与测定仪主机相连接，加热棒(3.4)通过导线与温控箱相连接，plc自动控制系统(3.6)分别与进水蠕动泵(3.1)、进泥蠕动泵(3.2)、搅拌器(3.3)、温控箱(3.8)和在线监测装置(3.5)相连接。

利用所述装置进行亚硝态氮废水与剩余污泥的同步处理，包括以下过程：

1)污泥发酵耦合反硝化反应器接种污水厂剩余污泥，稳定阶段污泥浓度mlss＝13000±4123mg/l、mlvss＝9100±2886mg/l、f＝mlss/mlvss＝0.7。投加的外源剩余污泥mlss＝2200±3633mg/l，进水亚硝态氮浓度为1602±214mg/l，调整污泥投配比(投加外源剩余污泥体积与反应器有效容积的比值)为10％、16％、25％、40％，将系统分为四个不同运行阶段，且每个阶段持续时间保持30天。

2)原水水箱中的亚硝态氮废水被进水蠕动泵以1l/min流速一次性打入污泥发酵耦合反硝化反应器，与此同时储泥罐中剩余污泥被进泥蠕动泵以0.5l/min流速一次性泵入反应器，搅拌器的转速通过调节按钮控制在96-130rpm。投加的外源剩余污泥在高浓度游离亚硝酸(0.197±0.03mg/l)的促进作用下，完成裂解发酵作用，释放的有机物被反硝化细菌获取利用，作为电子供体促进反硝化的进行，完成no2^-→n2的还原过程。

3)在污泥发酵耦合反硝化sbr反应器内，污泥发酵过程优先于反硝化进行，发酵阶段消耗碱度，而反硝化是碱度产生的过程，在线监测装置实时获取统计ph数据，初始阶段ph有所下降，发酵结束进入反硝化阶段时ph曲线便开始上升，当ph曲线停止上升或出现拐点“亚硝酸盐肘”时停止搅拌。

一种同步处理亚硝态氮废水与剩余污泥的装置与方法，属于生物脱氮与污泥发酵利用技术领域。污泥发酵耦合反硝化sbr反应器内主要富集反硝化菌与污泥发酵菌两种功能菌属。所述方法包括以下步骤：高浓度亚硝态氮废水与外源剩余污泥一同泵入发酵耦合反硝化反应器，作为亚硝态氮质子化形式，游离亚硝酸(hno2)促进剩余污泥发酵减量，污泥发酵过程释放的碳源进而被反硝化菌获取利用，促进反硝化过程(no2^-→n2)的进行。反硝化是产生碱度的过程，在线监测装置实时获取统计ph数据，当ph曲线停止上升或出现拐点时停止搅拌。本发明适用于高浓度亚硝态氮废水与剩余污泥的同步处理，在无外源投加条件下不仅完成了亚硝态氮废水的深度处理，同时实现外源剩余污泥的发酵减量。

本发明涉及的同步处理亚硝态氮废水与剩余污泥的装置与方法具有以下优点：

1)以fna作为污泥原位发酵手段，打破了过去fna预处理系统、污泥发酵系统和脱氮系统相互独立的局面。通过剩余污泥发酵与反硝化的有效结合，在无外碳源投加条件下实现了高浓度亚硝态氮废水的深度去除。与传统生物脱氮工艺相比不仅节约了100％碳源，同时完成外源剩余污泥的发酵减量。

2)在污泥发酵耦合反硝化系统内，污泥发酵过程优先于反硝化进行，发酵阶段消耗碱度，而反硝化是碱度产生的过程，在线监测装置实时获取统计ph数据，初始阶段ph有所下降，发酵结束进入反硝化阶段时ph曲线便开始上升，当ph曲线停止上升或出现拐点时停止搅拌，实时控制反应时间避免不必要的能源浪费。

3)发酵过程释放的碳源充足，为反硝化提供了良好的反应环境和条件。稳定阶段反硝化速率稳定在0.6kg/m³d，远远大于传统生物脱氮的0.1-0.2kg/m³d，并且与高温热水解、好氧消化等传统污泥处置效果(1.2kg/m³d)相比，污泥发酵耦合反硝化获得的污泥减量率(53.7％)和减量速率(5.09kg/m³d)优势明显。

附图说明

图1是一种同步处理亚硝态氮废水与剩余污泥的装置

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种同步处理亚硝态氮废水与剩余污泥的装置，包括原水水箱(1)、储泥罐(2)、污泥发酵耦合反硝化sbr反应器(3)。污泥发酵耦合反硝化反应器设有进水蠕动泵(3.1)、进泥蠕动泵(3.2)、搅拌装置(3.3)、加热装置(3.4)、在线监测装置(3.5)和plc自动控制系统(3.6)。

原水水箱(1)设有溢流管(1.1)、第一放空阀(1.2)、第一出水口(1.3)，原水水箱(1)第一出水口(1.3)通过进水蠕动泵(3.1)与污泥发酵耦合反硝化反应器(3)第一进水口(3.6)相连接。储泥罐(2)设有第二放空阀(2.1)、第一出泥口(2.2)，储泥罐(2)第一出泥口(2.2)通过进泥蠕动泵(3.2)与污泥发酵耦合反硝化反应器(3)第一进泥口(3.7)相连接。搅拌器(3.3)设于反应器顶部便于污水与污泥的充分混合，在线监测装置(3.5)的ph/orp探头通过数据线与测定仪主机相连接，加热棒(3.4)通过导线与温控箱相连接，plc自动控制系统(3.6)分别与进水蠕动泵(3.1)、进泥蠕动泵(3.2)、搅拌器(3.3)、温控箱(3.8)和在线监测装置(3.5)相连接。

本实施具体试验用水为晚期垃圾渗滤液短程硝化出水，其水质特点如下：1392±135mg/lcod、103±19mg/lbod5、13±6mg/lnh4⁺-n、1602±214mg/lno2^--n、42.8±13.1mg/lno3^--n。剩余污泥取自于实际污水厂二沉池污泥mlss＝21337±2145mg/l。污泥发酵耦合反硝化反应器稳定阶段排水比为41.7％、污泥投配比为40％，反应器有效容积为6l。

具体操作过程如下：

1)污泥发酵耦合反硝化反应器接种污水厂剩余污泥，稳定阶段污泥浓度mlss＝13000±4123mg/l、mlvss＝9100±2886mg/l、f＝mlss/mlvss＝0.7。投加的外源剩余污泥mlss＝2200±3633mg/l，进水亚硝态氮浓度为1602±214mg/l，调整污泥投配比(投加外源剩余污泥体积与反应器有效容积的比值)为10％、16％、25％、40％，将系统分为四个不同运行阶段，且每个阶段持续时间保持30天。

2)原水水箱中的亚硝态氮废水被进水蠕动泵以1l/min流速一次性打入污泥发酵耦合反硝化反应器，与此同时储泥罐中剩余污泥被进泥蠕动泵以0.5l/min一次性泵入反应器，搅拌器的转速通过调节按钮控制在96-130rpm。投加的外源剩余污泥在高浓度游离亚硝酸(0.197±0.03mg/l)的促进作用下，完成裂解发酵作用，释放的有机物被反硝化细菌获取利用，作为电子供体促进反硝化的进行，完成no2^-→n2的还原过程。

3)在污泥发酵耦合反硝化sbr反应器内，污泥发酵过程优先于反硝化进行，发酵阶段消耗碱度，而反硝化是碱度产生的过程，在线监测装置实时获取统计ph数据，初始阶段ph有所下降，发酵结束进入反硝化阶段时ph曲线便开始上升，当ph曲线停止上升或出现拐点“亚硝酸盐肘”时停止搅拌。

试验结果表明：

污泥发酵耦合反硝化系统实现亚硝态氮废水与外源剩余污泥的同步处理。在进水压硝态氮浓度为1602±214mg/l，投加的外源污泥浓度为mlss＝21337±2145mg/l条件下，系统能够获得95％总氮去除率、0.63kg/m³d总氮去除速率、53.7％外源污泥减量率和5.09kg/m³d污泥减量速率。