[发明专利]初沉污泥内碳源开发强化城市污水脱氮的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及城市污水强化脱氮工艺的优化控制技术，属于城市污水处理及初沉污泥生化处理技术领域。该工艺适用于低C/N比城市污水的强化脱氮。

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优化运行或升级改造问题。

生物脱氮过程中，异养反硝化菌需要利用有机物作为电子供体还原氧化态氮，包括硝态氮和亚硝态氮。然而，城市污水处理目前普遍存在进水C/N低，碳源不充足的问题，导致出水TN难以达标。通过投加甲醇等外碳源可以达到良好出水效果，但费用颇大，同时有增大剩余污泥产量、打破污水处理厂原有碳平衡、增加CO₂等温室气体的排放等问题。另一方面，污水处理过程中产生大量污泥，包括初沉污泥和剩余污泥。如何经济有效地处理和处置污泥也是众多污水处理厂面临的难题。而进行污泥发酵，并在发酵过程中控制产甲烷作用的发生，则可以使污泥中的大分子有机颗粒向挥发性脂肪酸等小分子转化，且这部分易降解有机物可被反硝化菌所利用以提高系统脱氮效果，与此同时实现污泥的减量化和稳定化。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，有较大实际意义，应用市场广阔。因此，污泥内碳源提取技术的开发和应用日益得到重视。

传统的污泥发酵和碳源提取技术一般为发酵-淘洗工艺，即污泥在发酵池内水解酸化产生挥发性脂肪酸等可利用有机物，且利用进水淘洗发酵池内的发酵产物，随后淘洗液被打入生物反应区的缺氧区用于强化系统的反硝化效果。在实际实际工程中，如果利用发酵-淘洗工艺开发污泥内复合碳源，存在一些劣势：1) 由于污泥的吸附作用，发酵产生的 VFA 很难被淘洗出来，且要想较高的淘洗效率则需要较大的淘洗水量，且淘洗效率较低，泥水分离困难；2) 在完全厌氧的反应器中很难避免产甲烷反应发生，且颗粒物质水解是污泥厌氧发酵的限速步骤，因此发酵产物被产甲烷菌大量消耗；3) 为达到较高的淘洗效率则需要较大的淘洗水用量，必然产生较大的上升流速，带出很多颗粒物质，增加了后续处理单元的固体负荷。

初沉污泥内碳源开发强化城市污水脱氮的工艺是一种新型的碳源开发-利用工艺。具有如下优点：1) 由于NO_x^--N的存在，避免了产甲烷反应的发生，防止了发酵产物被产甲烷菌消耗；2) 发酵产物产生后随即被周围的反硝化细菌就地利用，刺激污泥发酵产生更多可利用碳源；3) 反硝化反应产生碱度，能使反应器保持在中性或偏碱性的条件下运行，随反硝化进行pH上升到8左右，避免了常规发酵中的系统酸化问题；4)省略传统工艺中的淘洗步骤，工艺主体仅需两个SBR反应器，运行简单易操作，可推广性强。

发明内容

本发明首次利用序批式反应器，将初沉污泥发酵作用与城市污水的反硝化作用耦合在同一体系中，使得污泥发酵产生的挥发性脂肪酸等可以作为电子供体及时被反硝化细菌消耗，避免了发酵过程中因产物积累而导致发酵反应速率减缓的问题，同时使得发酵产物能被最大程度地利用，强化了低C/N比城市污水的脱氮效果，同时实现初沉污泥的初步稳定。

本发明通过以下技术方案来实现：

初沉污泥内碳源开发强化城市污水脱氮的装置，其特征在于是处理低C/N比城市污水的成套装置，包括顺次连接的原水水箱1、序批式硝化反应器SBR_ND3、中间水箱4、序批式发酵耦合反硝化反应器SBR_FD6及污泥贮存箱7。