污泥发酵强化短程反硝化-厌氧氨氧化脱氮及磷的回收装置和方法与流程

1.本发明属于低c/n比高氮废水处理技术领域，尤其涉及一种污泥发酵强化短程反硝化-厌氧氨氧化脱氮及磷的回收装置和方法。


背景技术：

2.剩余污泥资源化处理和高氮废水处理对保护环境非常重要，特别是含磷低c/n比高氮工业废水对于脱氮比较困难，传统的污泥处理方式不仅对环境产生二次污染，同时剩余污泥中的蛋白质、多糖、有机氮和有机磷等物质造成资源浪费，现有的污泥厌氧发酵处理不仅能实现污泥中资源的再利用，同时通过化学方法能够将污泥中的无机资源进行回收，但含磷高氮废水处理通常需投加大量的碳源才能实现氮的脱除，这样增大运行成本，采用厌氧氨氧化技术不需要碳源即可实现高效脱氮，降低碳源和能源的需求、污泥产量低等优势而成为目前研究的热点，如何将两者进行结合使用以获得最大的效益是本发明所解决的问题。
3.目前，污泥厌氧发酵主要采用naoh型强碱发酵，具有有机物提取率高、污泥减量效果好的特点，但是该方法中发酵液中乙酸含量较低，且泥水分离效果差，不利于后期发酵液的应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种污泥发酵强化短程反硝化-厌氧氨氧化脱氮及磷的回收装置和方法，实现将污泥厌氧发酵-外源短程反硝化与厌氧氨氧化技术联合应用于含磷高废水深度脱氮处理中，同时解决剩余污泥处理处置问题。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种污泥发酵强化短程反硝化-厌氧氨氧化脱氮及磷的回收装置，包括污泥厌氧发酵反应器，厌氧发酵反应器出口与沉淀池ⅰ相连通，沉淀池ⅰ出口与磷回收系统相连通，磷回收系统出口与中间水箱ⅰ相连通，中间水箱ⅰ出口分两路，一路出口与短程反硝化系统相连通，另一路出口与硝化系统相连通，硝化系统出口通过管路与短程反硝化系统联通，反硝化系统出口与中间水箱ⅱ相连通，中间水箱ⅱ出口与厌氧氨氧化系统相连通，这样设置的目的是剩余污泥首先在污泥发酵器进行发酵产酸处理，泥水分离后与高氮废水一同在混合管内混合并投加药剂ⅱ形成蓝铁矿，在沉淀池内进行泥水分离实现磷资源的回收，上清液先进入外源短程反硝化反应器，微生物利用外碳源（主要是污泥厌氧发酵回收的碳源及原水中本身含有的碳源）进行短程反硝化no
2-‑
n积累，同时污水通过过滤器进入硝化反应器进行硝化反应，含有部分no
3-‑
n的硝化废水再回流至短程反硝化反应器进行no
2-‑
n积累，然后污水进入厌氧氨氧化反应器实现自养深度脱氮，此方法可以稳定实现高氮废水的深度脱氮，同时实现剩余污泥有机资源再利用及无机资源磷的再回收，无需外加碳源（此处外加碳源指的是额外加的碳源如甲醇、乙酸钠等），节约曝气量，运行控制简单，实现了高效低耗的
高氮废水处理。
6.进一步的，还包括剩余污泥储泥箱和药剂箱ⅰ，所述厌氧发酵反应器上设有污泥进口和加药口，剩余污泥储泥箱通过污泥泵将污泥送至厌氧发酵反应器内，药剂箱ⅰ通过药剂泵与厌氧发酵反应器相连，厌氧发酵反应器内设置搅拌器ⅰ和ph/do测定仪ⅰ。
7.进一步的，所述磷回收系统包括混合箱，所述混合箱设有发酵液进口、含磷高氮废水进口和药剂进口，发酵液通过泵与发酵液进口相连通，药剂通过药剂泵ⅱ将药剂箱ⅱ中fecl2送至混合箱形成蓝铁矿，混合箱出口与沉淀回收池ⅱ联通，沉淀回收池ⅱ上清液送往中间水箱ⅰ，沉淀回收池ⅱ的沉淀物po
43-‑
p以蓝铁矿形式回收。
8.进一步的，所述硝化系统包括硝化反应器，设置于硝化反应器内的过滤器、ph/do在线测定仪ⅲ、曝气装置和高介质生物填料，硝化反应器内出水经过滤器过滤后经真空泵送入短程反硝化系统。
9.进一步的，所述短程反硝化系统包括短程反硝化反应器、搅拌器ⅱ、ph/do测定仪ⅱ、过滤器ⅰ及真空泵ⅰ，除磷污水在中间水箱ⅰ中经污水泵送至短程反硝化反应器内，出水经过滤器ⅰ及真空泵ⅰ进入中间水箱ⅱ。
10.进一步的，所述厌氧氨氧化系统包括厌氧氨氧化反应器，设置于厌氧氨氧化反应器上顶部的出水口ⅰ和底部的出水口ⅱ，出水口ⅱ通过回流泵与厌氧氨氧化反应器底部进口联通，中间水箱ⅱ出口通过污水泵ⅰ与厌氧氨氧化反应器底部进口联通。
11.进一步的，所述过滤器和过滤器ⅰ均为微滤膜过滤器，所述高介质生物填料为多孔高介质生物填料，多孔高介质生物填料遇水膨胀，经改性（主要是化学改性增加填料表面的羟基、羧基等亲水性官能团，增强微生物的亲和性，有利于微生物附着生长）的填料易于被微生物富集，在填料表面内部形成好氧区、缺氧区，富集多种硝化菌和反硝化菌，能够将水中nh
4 -n转化成no
3-‑
n，内部的反硝化菌利用水中残余的cod将no
3-‑
n短程反硝化为no
2-‑
n或n2。
12.利用污泥发酵强化短程反硝化-厌氧氨氧化脱氮及磷的回收装置进行脱氮及磷回收的方法，包括以下步骤：1）启动污泥厌氧发酵器：将剩余污泥投加至储泥箱中，污泥浓度mlss为10000-15000mg/l；将1mol/l的ca(oh)2溶液投加至药剂箱ⅰ中，通过污泥泵和药剂泵送至厌氧发酵反应器中，同时启动搅拌器，控制厌氧发酵反应器内ph为9-9.5；2）启动硝化-短程反硝化-厌氧氨氧化系统：启动污水泵将中间水箱i污水送到硝化反应器，将具有硝化和部分反硝化作用的污泥投加到硝化反应器中，硝化反应器内部污泥浓度mlss为2000-3500mg/l，将多孔高介质生物填料添加至硝化反应器中，启动曝气装置，控制曝气量和曝气时间使填料挂膜，合适溶解氧下进水中氨氮大部分硝化成no
3-‑
n，其中部分no
3-‑
n在膜内层被短程反硝化为no
2-‑
n或直接反硝化为n2排出水体，硝化反应器出水由过滤器及真空泵将含nh
4 -n、no
2-‑
n及no
3-‑
n的硝化液送至短程反硝化反应器；启动污水泵将中间水箱i污水送至短程反硝化反应器中，将具有外源短程反硝化的污泥投加短程反硝化反应器中，启动搅拌器，进行外源短程反硝化反应将no
3-‑
n转化成no
2-‑
n；反应后启动过滤器ⅰ和真空泵ⅰ将反应出水送至中间水箱ⅱ；将具有厌氧氨氧化活性的污泥投加厌氧氨氧化反应器中，再启动污水泵ⅰ将中间水箱ii污水送至厌氧氨氧化反应器，启动回流泵将回流液回流至反应器底部，反应器污泥浓度mlss为2000-5000mg/l，含no
2-‑
n和nh
4 -n的污水
在厌氧氨氧化反应器进行厌氧氨氧化脱氮反应；3）运行控制：（1）储泥箱中剩余污泥通过污泥泵进入厌氧发酵反应器，药剂箱ⅰ的ca(oh)2通过药剂泵送入厌氧发酵反应器，启动搅拌器，控制反应器内ph为9-9.5，污泥龄为7天，本发明选择ca(oh)2作为污泥处理药剂，ca(oh) 2
弱碱性发酵能够优化污泥产酸类型，提高发酵液中乙酸的比例，同时该种发酵能够增加污泥粒径，促进泥水分离，采用ph=9-9.5范围内的控制，能够最大程度提取污泥中有机物，同时弱碱发酵液有利于后蓝铁矿形成；（2）厌氧发酵反应器排出的泥水混合物在沉淀池ⅰ中进行泥水分离，通过泵与含磷高氮废水一起送至混合箱，同时通过药剂泵ⅰ将fecl2送至混合箱进行反应生成fe3(po4)2∙
(h2o)8沉淀，本发明选用fecl2与po
43-‑
p反应生成蓝铁矿fe3(po4)2∙
(h2o)8，高效回收发酵液与高氮废水中的磷酸盐，一方面实现磷酸盐的有效回收，另一方面降低后续处理短程反硝化过程中有机物的消耗；（3）除磷后的混合污水进入中间水箱ⅰ，通过泵送至外源短程反硝化反应器中，启动外源短程反硝化反应器厌氧搅拌及排水系统，水力停留时间0.5-2h，排水通过过滤器ⅰ和真空泵ⅰ进入中间水箱ⅱ中，本发明采用过滤器和真空泵作为排水手段，解决设置沉淀池环节，同时实现污泥定向驯化；（4）污水泵将部分污水通过硝化反应器进行好氧曝气，do浓度1.5-3mg/l，启动外源短程反硝化反应器厌氧搅拌及排水系统，水力停留时间3-6h，排水通过过滤器和真空泵进入短程反硝化反应器，高介质生物填料作为硝化池内反应介质，不仅能实现nh
4 -n的硝化，同时在该反应器内实现部分短程反硝化，回流污水中不含有污泥，降低对短程反硝化反应器中微生物种类的干扰。
13.进一步的，所述污泥厌氧发酵反应器内发酵以后的发酵液ph为8.5-9.0，发酵液中po
43-‑
p浓度为100-200mg/l，fecl2的投加量以po
43-与fe
2
比例为3：2进行投加，该添加量能够将发酵液中po
43-‑
p全部回收。
14.本发明的工艺原理：首先进行污泥厌氧发酵处理提取内碳源，发酵液与高氮废水经过磷回收后分别进入到硝化反应器和短程反硝化反应器，由于仅有一部分的氨氮随出水进入到硝化反应器中发生硝化反应，产生硝态氮，大大降低了氧气的需求；然后硝化液再出水至外源短程反硝化反应器中，利用外碳源将硝态氮还原为亚硝态氮，此过程所需碳源相对较少；由于短程反硝化反应器中有残留的未经硝化的氨氮，控制合适硝化液进水比，内源短程反硝化的出水可以很好地为厌氧氨氧化提供底物，进而实现高氮废水经济高效的脱氮。
15.本发明具有的优点是：1.将污泥厌氧发酵-外源短程反硝化与厌氧氨氧化技术联合应用于含磷高废水深度脱氮处理中，同时解决剩余污泥处理处置问题，具体是将剩余污泥进行微碱发酵，通过采用ca(oh) 2
弱碱发酵，不仅有效解决乙酸含量低、泥水分离难的问题，同时能够降低发酵液中nh
4 -n含量，降低后续发酵液使用过程中有机负荷，弱碱发酵系统产生的发酵液ph适合于fecl2与po
43-‑
p反应生成蓝铁矿fe3(po4)2∙
(h2o)8的反应条件（ph=6.0-9.0）；2.本发明将污泥发酵液和含磷高氮废水首先进行磷资源的高效回收，降低后续脱氮除磷过程中除磷微生物的碳源争夺；3.本发明将生长环境要求有很大差别的硝化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌分别位
于不同的污泥系统，利于各系统的协调和高效运行，外源短程反硝化可以为厌氧氨氧化提供稳定的亚硝来源，运行控制简单；4.通过调整硝化液回流比及反应时间，可以灵活控制短程反硝化反应器出水中硝酸盐与氨氮的比例，易于保证厌氧氨氧化反应器的稳定运行；5.本发明采用过滤器形式出水，减少沉淀池设计，从而降低企业成本。
附图说明
16.图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
17.如图1所示，一种污泥发酵强化短程反硝化-厌氧氨氧化脱氮及磷的回收装置，包括污泥厌氧发酵反应器3，厌氧发酵反应器3出口与沉淀池ⅰ4相连通，沉淀池ⅰ4出口与磷回收系统相连通，磷回收系统出口与中间水箱ⅰ7相连通，中间水箱ⅰ7出口分两路，一路出口与短程反硝化系统相连通，另一路出口与硝化系统相连通，硝化系统出口通过管路与短程反硝化系统联通，反硝化系统出口与中间水箱ⅱ10相连通，中间水箱ⅱ10出口与厌氧氨氧化系统相连通，这样设置的目的是剩余污泥首先在污泥发酵器进行发酵产酸处理，泥水分离后与高氮废水一同在混合管内混合并投加药剂ⅱ形成蓝铁矿，在沉淀池内进行泥水分离实现磷资源的回收，上清液先进入外源短程反硝化反应器，微生物利用外碳源（主要是污泥厌氧发酵回收的碳源及原水中本身含有的碳源）进行短程反硝化no
2-‑
n积累，同时污水通过过滤器进入硝化反应器进行硝化反应，含有部分no
3-‑
n的硝化废水再回流至短程反硝化反应器进行no
2-‑
n积累，然后污水进入厌氧氨氧化反应器实现自养深度脱氮，此方法可以稳定实现高氮废水的深度脱氮，同时实现剩余污泥有机资源再利用及无机资源磷的再回收，无需外加碳源（此处外加碳源指的是额外加的碳源如甲醇、乙酸钠等），节约曝气量，运行控制简单，实现了高效低耗的高氮废水处理；还包括剩余污泥储泥箱1和药剂箱ⅰ2，所述厌氧发酵反应器3上设有污泥进口和加药口，剩余污泥储泥箱通过污泥泵1-1将污泥送至厌氧发酵反应器3内，药剂箱ⅰ2通过药剂泵2-1与厌氧发酵反应器3相连，厌氧发酵反应器3内设置搅拌器ⅰ3-1和ph/do测定仪ⅰ3-2，所述磷回收系统包括混合箱5，所述混合箱5设有发酵液进口、含磷高氮废水进口和药剂进口，发酵液通过泵4-2与发酵液进口相连通，药剂通过药剂泵ⅱ5-2将药剂箱ⅱ5-1中fecl2送至混合箱5形成蓝铁矿，混合箱5出口与沉淀回收池ⅱ6连通，沉淀回收池ⅱ6上清液送往中间水箱ⅰ7，沉淀回收池ⅱ6的沉淀物po
43-‑
p以蓝铁矿形式回收，所述硝化系统包括硝化反应器9、过滤器9-1、真空泵9-2、ph/do在线测定仪ⅲ9-3、曝气装置9-4、高介质生物填料9-5，中间水箱ⅰ7内的水按照一定比例经污水泵送至硝化反应器9同时启动曝气装置9-4和ph/do在线测定仪ⅲ9-3，出水经过过滤器9-1及真空泵9-2进入短程反硝化反应器8；所述短程反硝化系统包括短程反硝化反应器8、搅拌器ⅱ8-1、ph/do测定仪ⅱ8-2、过滤器ⅰ8-3及真空泵ⅰ8-4，除磷污水在中间水箱ⅰ7中经污水泵送至短程反硝化反应器8内同时启动搅拌器8-1和ph/do测定仪ⅱ8-2，出水经过滤器ⅰ8-3及真空泵ⅰ8-4进入中间水箱ⅱ10；所述厌氧氨氧化系统包括厌氧氨氧化反应器11，设置于厌氧氨氧化反应器11上顶部的出水口ⅰ11-2和底部的出水口ⅱ11-1，出水口ⅱ11-1通过回流泵11-3与厌氧氨氧化反应器底部进口连通，中间水箱ⅱ10出口通过污水泵ⅰ10-1与厌氧氨氧化反应器底部进
口连通，短程反硝化出水经污水泵ⅰ10-1送至厌氧氨氧化反应器11，同时启动回流泵11-3将污泥水混合液在出水口ⅱ11-1处回流处理，出水经过出水口ⅰ11-2排水；本发明中所用到的过滤器8-3和过滤器ⅰ9-1均为微滤膜过滤器，高介质生物填料为多孔高介质生物填料，多孔高介质生物填料遇水膨胀，经改性（主要是化学改性增加填料表面的羟基、羧基等亲水性官能团，增强微生物的亲和性，有利于微生物附着生长）的填料易于被微生物富集，在填料表面内部形成好氧区、缺氧区，富集多种硝化菌和反硝化菌，能够将水中nh
4 -n转化成no
3-‑
n，内部的反硝化菌利用水中残余的cod将no
3-‑
n短程反硝化为no
2-‑
n或氮气。
18.利用污泥发酵强化短程反硝化-厌氧氨氧化脱氮及磷的回收装置进行脱氮及磷回收的方法，包括以下步骤：（1）启动系统：将污泥厌氧产酸的污泥投加中污泥厌氧发酵反应器3中，反应器内污泥浓度为10000-15000mg/l，将新鲜剩余污泥投加至储泥箱1中，污泥浓度10000-15000mg/l，将ca(oh)2溶液投加至药剂箱ⅰ2中，药剂浓度为1mol/l，将具有短程反硝化污泥投加至短程反硝化反应器8中，使反应器内污泥浓度mlss＝2000-4000mg/l；将具有硝化功能的高介质生物填料投加至硝化反应器9中，体积比为2:4；将具有厌氧氨氧化活性的污泥投加至厌氧氨氧化反应器11中，使反应器内污泥浓度mlss＝2000-4000mg/l。
19.（2）运行时调节操作如下：1）污泥厌氧发酵反应器为间歇运行，污泥龄为7天，储泥箱1中的剩余污泥通过污泥泵1-1泵入厌氧发酵反应器3中，同时启动搅拌器ⅰ3-1和药剂泵2-1，药剂泵2-1将药剂箱ⅰ2中ca(oh)2送入厌氧发酵反应器，根据ph计控制药剂投加量；2）含磷高氮废水与发酵液同时进入混合箱5，启动药剂泵ⅱ5-2将药剂箱ⅱ5-1中药剂送至混合箱5，根据混合污水po
43-‑
p浓度控制fecl2投加量，污水在沉淀回收池ⅱ6进行泥水分离，出水进入中间水箱ⅰ7；3）中间水箱ⅰ7中的污水通过污水泵7-1进入短程反硝化反应器中，启动外源短程反硝化反应器厌氧搅8-1及排水系统，水力停留时间0.5-2h，排水通过过滤器ⅰ8-3和真空泵ⅰ8-4进入中间水箱ⅱ10中；4）中间水箱ⅰ7中的污水通过污水泵7-2进入硝化反应器9，好氧曝气，do浓度1.5-3mg/l，水力停留时间3-6h，启动硝化反应器排水系统，排水通过过滤器9-1和真空泵9-2进入短程反硝化反应器8中；短程反硝化反应器8缺氧搅拌60-120min；沉淀排水30min，排水比40～60％，排水进入中间水箱ⅱ10中；中间水箱ⅱ10中的污水通过污水泵ⅰ10-1连续进入厌氧氨氧化反应器11中，水力停留时间hrt＝1～5h，回流比100～500％，出水实现深度脱氮并排放；综上，本发明提供的一种污泥厌氧发酵-短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现含磷高氮废水深度脱氮及磷回收的装置和方法，其处理城市污水的流程为：剩余污泥首先在污泥发酵装置进行发酵产酸处理，泥水分离后与高氮废水一同在混合管内混合并投加药剂ⅱ形成蓝铁矿，在沉淀池内进行泥水分离实现磷资源的回收，上清液先进入外源短程反硝化反应器，微生物利用利用外碳源进行短程反硝化no
2-‑
n积累，同时污水通过硝化反应器进行全程硝化反应，含有部分no
3-‑
n的硝化废水再回流至短程反硝化反应器进行no
2-‑
n积累，然后污水进入厌氧氨氧化反应器实现自养深度脱氮，此方法可以稳定实现高氮废水的深度脱氮，同时实现剩余污泥有机资源再利用及无机资源磷的再回收，无需外加碳源，节约曝气
量，运行控制简单，实现了高效低耗的高氮废水处理。