[发明专利]污泥发酵耦合反硝化处理污泥消化液的控制装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及消化污泥脱水液处理工艺的优化控制技术，属于高氨氮废水处理及初沉污泥生化处理技术领域。反应系统以城市污水厂初沉污泥为底物，水解酸化产生的可挥发性有机酸作为反硝化菌去除硝态氮的电子供体，在一体化装置内同时实现消化污泥脱水液的深度脱氮和初沉污泥的初步稳定。通过监控处理过程中pH和ORP的数值和变化，优化运行条件，强化处理效果。

背景技术

我国在2002年颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中要求所有排污单位出水水质为氨氮小于5mg/L，总氮小于15mg/L(一级A标准)。氮的去除已经成为当今污水处理和再生回用的主要问题。为到达日益严格的排放标准，降低运行成本，许多污水厂面临工艺的升级改造以及工艺的优化运行问题。

城市污水处理厂中的污泥厌氧消化过程中，微生物通过脱氨基作用将部分氨氮释放到上清液中，导致污泥消化上清液以及后续的污泥脱水液的氨氮浓度高达500-1000mg/L，碳氮比相对较低。消化污泥脱水液的水量虽然只占整个污水处理厂的2％，但是氨氮负荷占整个污水处理厂的25％左右。传统的方法是将消化污泥脱水液直接回流到污水处理厂前端，但是这明显增大了反应区进水的氨氮负荷，导致出水水质难以到达日益严格的污水处理厂排放标准。消化污泥脱水液氨氮浓度高，水量小，单独处理与回流到主反应区相比，节省占地面积，减少基建投资，更加经济高效。因此合理高效的消化污泥脱水液旁侧处理技术对提高污水处理厂出水水质有重要意义。

在消化污泥脱水液生物法脱氮过程中，碳源不足成为限制反硝化效果的主要因素。传统的硝化反硝化反应处理消化污泥脱水液，总氮去除率不高。为解决这一问题，提高总氮去除率，提供额外的碳源强化反硝化效果是有效的方法。将污水处理厂初沉污泥厌氧发酵并控制反应过程在水解酸化阶段，利用产生的可挥发性脂肪酸等碳源补充反硝化过程中的电子供体，提高反硝化速率和总氮去除率。与此同时，初沉污泥初步稳定，有利于后续的处理和处置。该方法相比传统脱氮工艺可以节省外加碳源，降低运行费用，并同时进行污泥的初步处理，是符合可持续发展规律的工艺，应用市场广阔。

发酵耦合反硝化处理消化污泥脱水液工艺的脱氮效果受不同方面的影响。第一，氨氮氧化效果。在后续的反硝化和发酵过程中，都只能去除硝态氮而对氨氮没有去除效果，因此在好氧区未被氧化的氨氮会直接进入出水，降低总氮去除率。第二，反硝化效果。如果反硝化碳源不足，或是反应停留时间太短，硝态氮不能被充分还原成氮气，则会产生亚硝酸盐等中间产物，造成出水总氮升高。第三，在发酵过程中，可能产生部分的氨氮。将发酵产生的氨氮回流到前段可以继续氧化成硝态氮并通过反硝化去除。三个部分的协同配合才能保证出水氨氮低于设定的水平，并且最大限度的利用初沉污泥中的碳源，避免浪费。

污水处理工艺的过程控制可大大提高工艺的运行性能、可靠性、灵活性和运行效率，降低污水厂改造或扩建所需的基建费用。国外关于污水处理厂的过程控制和运行优化研究已有相关报道，而国内对活性污泥法过程控制的研究仍然较少。研究消化污泥脱水的液处理的过程控制，可以提高出水水质，充分利用初沉污泥中的碳源。保证了运行的稳定性和抗冲击负荷能力，对整个污水处理厂的升级改造也有重要意义。

发明内容

本发明为提高污泥脱水液脱氮处理效率，提出了消化污泥脱水液处理的优化控制技术方法。通过设置在好氧反应器(A/O)和发酵耦合反硝化反应器(Sifeden)中的pH/ORP传感器，控制硝化过程进行到亚硝酸盐，并且控制初沉污泥的投加频率，避免反硝化过程中碳源不足。优化控制手段保证系统的反硝化效果，解决现有工艺处理能力存在的局限性。

本发明的具体方案为：一种污泥发酵耦合反硝化处理污泥消化液的控制装置，包括依次连接的原水水箱1、硝化反应器、沉淀池8，其中的硝化反应器由缺氧反应器3、好氧反应器4、好氧反应器5、好氧反应器6、好氧反应器7组成，沉淀池部分污泥经污泥回流泵14回流到硝化反应器首段；沉淀池8的出水全部进入发酵耦合反硝化反应器中的反应区9和静置沉淀区10；沉淀区的上清液溢流出水，通过出水管路11排出系统；部分出水通过出水回流管路12和蠕动泵13回流到反应器前端；

在硝化生物反应器末端安装ORP/pH在线传感器16，在发酵耦合反硝化反应器的反应区9安装ORP/pH在线传感器17，另外设置与计算机系统21相连的过程控制器20用以接受传感器16和17信号；经过程控制器的初沉污泥投加控制信号输出与蠕动泵18和蠕动泵13相连接；分别用以控制从污泥贮存池19向反应区9投加的污泥量和出水回流到缺氧区3的水量。