剩余污泥碱性发酵开发内碳源耦合A-A-O脱氮除磷系统的装置与方法

摘要

剩余污泥碱性发酵开发内碳源耦合A-A-O脱氮除磷系统的装置与方法属于环境保护领域。本发明接种剩余污泥到厌氧发酵一体化设备中，将碱溶液泵入并启动搅拌器，碱溶液为间断进药。发酵液从顶部排出并进入外部沉淀区，同时A-A-O系统中一定比例的硝化液在厌氧发酵一体化设备外部沉淀区进行预反硝化脱氮，沉淀区出水在中沉池进行N、P回收，发酵液泥水分离后进入A-A-O系统进行脱氮除磷处理。A-A-O系统剩余污泥回流至厌氧发酵一体化设备内部反应区。培养条件：温度20-30℃，pH=9-10，溶解氧0-0.1mg/L。本发明解决了活性污泥发酵产酸量低的问题，又解决了A-A-O脱氮除磷系统碳源不足的问题。本方法将厌氧发酵技术、厌氧/缺氧/好氧、物理沉淀、化学沉淀技术有效的结合起来。

说明书

技术领域

本发明涉及剩余污泥碱性发酵开发内碳源耦合A-A-O脱氮除磷系统的装置与方法，属 于环保技术领域。通过水解酸化菌、硝化菌、反硝化菌、聚磷菌等共同作用，实现污泥发 酵液作为碳源供给A-A-O脱氮除磷系统，弥补了系统碳源不足导致脱氮除磷效率较低的问 题，同时污泥发酵系统通过微生物之间的捕食、分解、溶解等作用实现了污泥减量的目的。

背景技术

A-A-O工艺是污水处理厂在进行脱氮除磷、去除COD的一种常用工艺，其工艺简单、 处理效果稳定，但是随着污水处理厂接收的污水性质及国家对污水排放及污泥处理政策的 改变，A-A-O工艺面临一系列问题亟待解决，如，因碳源不足脱氮和除磷不能两得，因投 加外碳源增加运行成本，因污泥产量过大，污泥处理厂不得不花费大量的人力、财力进行 污泥填埋、焚烧等处理。这些问题都会导致环境的二次污染，因此解决污水处理厂碳源不 足及污泥处理问题是现在亟待解决的难题。

剩余污泥中含有丰富的有机物质，污泥中的有机物经过厌氧发酵可以产生挥发性脂肪 酸、氢气、甲烷等物质，其中挥发性脂肪酸可用于城市污水处理系统的补充碳源，污泥厌 氧消化的同时还可有效的将污泥减量。

若将污泥厌氧发酵及A-A-O脱氮除磷处理紧密结合，不仅解决污水处理厂碳源不足 的问题，而且能够大幅度降低剩余污泥量。

发明内容

本发明针对A-A-O脱氮除磷系统碳源不足、反硝化脱氮与聚磷作用不能良好共存的问 题以及A-A-O工艺剩余污泥难处理等问题，提出了一种污泥厌氧消化也作为补充碳源进入 A-A-O系统，进行脱氮除磷处理，将A-A-O系统中的硝化液一部分回流至污泥厌氧消化装 置之沉淀区预缺氧处理，进行前期反硝化脱氮处理，不仅减小溶解氧对聚磷菌释磷的影响， 同时强化聚磷菌在缺氧区反硝化除磷作用。一部分剩余污泥回流至污泥发酵系统-反应区， 不仅为系统中水解酸化菌提供基质，同时也减少了污泥的排放量。

剩余污泥碱性发酵开发内碳源耦合A-A-O脱氮除磷系统的装置，其特征如下：

装置包括：厌氧发酵一体化设备1，A-A-O污泥脱氮除磷系统2，中沉池3，二沉池4， 发酵污泥箱5，稀释水箱6，产水箱7，污泥箱8，碱剂箱9，磷酸盐药剂箱10，镁盐药剂 箱11，发酵设备搅拌器12，A-A-O系统搅拌器13，第一pH测定仪14、ORP测定仪15， 第一DO测定仪16，第二pH测定仪17，第一气体流量计18，第二气体流量计19，第一 曝气装置20，第二曝气装置21，第二DO测定仪22；第一硝化液回流泵2.1，第二消化液 回流泵2.2，第一污泥回流泵4.1，第二污泥回流泵4.2，第一发酵污泥泵5.1，第二发酵污 泥泵5.2，稀释泵6.1，供水泵7.1，污泥泵8.1，碱剂泵9.1，磷酸盐药剂泵10.1，镁盐药 剂泵11.1；

所述厌氧发酵一体化设备1是由变型SBR及沉淀池组合设备，SBR设置在内部为内部 反应区，沉淀池设置在外部为外部沉淀区；内部沉淀区内设置第一曝气装置20，发酵设备 搅拌器12，第一pH测定仪14、ORP测定仪15、第一DO测定仪16；外部沉淀区内设置 第二pH测定仪17；其中发酵污泥箱5通过第一污泥回流泵5.1与厌氧发酵一体化设备1 外部沉淀区相连，发酵污泥箱5通过第二污泥回流泵5.2与厌氧发酵一体化设备1内部反 应区相连；稀释水箱6通过稀释泵6.1与厌氧发酵一体化设备1外部沉淀区相连；污泥箱 8通过污泥泵8.1与厌氧发酵一体化设备1内部反应区相连，污泥箱8通过第二污泥泵4.2 与二沉池4相连；碱剂箱9通过碱剂泵9.1与厌氧发酵一体化设备1内部反应区相连；厌 氧发酵一体化设备1外部沉淀区出水自流入中沉池3相连；磷酸盐药剂箱10通过磷酸盐 药剂泵10.1与中沉池3相连；镁盐药剂箱11通过镁盐药剂泵11.1与中沉池3相连；中沉 池3通过管道与产水箱7相连；产水箱7通过供水泵7.1与A-A-O污泥脱氮除磷系统2相 连；厌氧发酵一体化设备1外部沉淀区设置第一出水口1.1，第二出水口1.3，第三出水口 1.4；厌氧发酵一体化设备1内部反应区设置出水口1.2；

所述A-A-O污泥脱氮除磷系统2分为3部分，第一格为厌氧段，第二格、第三格、第 四格为缺氧段，第五格、第六格、第七格、第八格为好氧段；第一格，第二格、第三格、 第四格内设置A-A-O系统搅拌器13，第五格内设置第二DO测定仪22，第五格、第六格、 第七格、第八格内设置填料，填料比为40%；其中第八格通过第一硝化液回流泵2.1与A-A-O 污泥脱氮除磷系统2第二格相连，第八格通过第二硝化液回流泵2.2与厌氧发酵一体化设 备1外部沉淀区相连；第八格出水口与二沉池4相连；二沉池4通过第一污泥回流泵4.1 与A-A-O污泥脱氮除磷系统2第一格相连，二沉池4通过第二污泥回流泵4.2与污泥箱8 相连。

应用所述剩余污泥碱性发酵开发内碳源耦合A-A-O脱氮除磷系统的方法，其特征如 下，包括以下步骤：

1）取SBR中试污泥为污泥发酵装置和A-A-O污泥脱氮除磷系统2初期启动污泥，首先 清洗SBR中试污泥，以去除污泥中无机颗粒、SCOD、NH₄-N、NO₃-N物质；清洗后发酵装 置污泥浓度MLSS=9000-10000mg/L、SCOD=30-40mg/L，反应器温度为20-30℃，pH=9-10； A-A-O污泥脱氮除磷系统2污泥浓度MLSS=2000-3000mg/L、SCOD=30-40mg/L，反应器温 度为20-30℃，pH=6.5-7.5，A-A-O系统厌氧段、缺氧段和好氧段体积比，即V_厌:V_缺:V_好=1.5:4.5:4，控制系统内的C/N质量比，即C/N=4-5，好氧段DO=2-3mg/L；

2）用于发酵装置污泥存储污泥箱8中；配制1mol/L-2mol/LNaOH溶液于碱剂箱9中， 启动污泥泵8.1将污泥箱8中的剩余污泥打入厌氧发酵一体化设备1反应区内，同时启动 碱泵9.1将NaOH溶液泵入厌氧发酵一体化设备反应区中，启动发酵设备搅拌器12以 30rmp/min的速度搅拌，使碱液与污泥混合均匀，同时进行SCOD、TVFA、NH₄-N、PO₄^3-指 标测定，当发酵7-9天时反应器内SCOD=3000-3500mg/L、TVFA=1000-1500mgSCOD/L、 NH₄-N=200-250mg/L、PO₄^3-=50-55mg/L且维持5-6天，反应器内污泥龄SRT=5-10天，定 期从排泥口1.2排泥，厌氧发酵一体化设备1排泥比为10:1即内部反应区体积：排泥体积 =10:1；启动污泥泵8.1，泵入等量的新鲜污泥于厌氧发酵一体化设备1内部反应区，排出 的发酵污泥置入外部沉淀区，启动稀释泵6.1从稀释水箱6将生活污水送至外部沉淀区进 行稀释，稀释液自流进入中沉池3，同时启动磷酸盐药剂泵10.1将1mol/L的NaHPO₄从磷 酸盐药剂箱10通过磷酸盐药剂泵10.1与中沉池连接，启动镁盐药剂泵11.1将1mol/LMgCl₂从镁盐药剂箱11通过镁盐药剂泵11.1与中沉池连接，使MgCl₂、NH₄-N和PO₄^3-在中心管 内形成鸟粪石沉淀，并在中沉池底部进行回收；中沉池产水自流入产水箱7，产水箱7通 过供水泵7.1与A-A-O污泥脱氮除磷系统2连接；启动第一消化液回流泵2.1，将硝化液回 流至A-A-O有缺氧段第一格，其回流比为100%；启动第二硝化液回流泵2.2，将硝化液回 流至厌氧发酵一体化设备1外部沉淀区，其回流比为250%；启动第一污泥回流泵4.1，将 污泥回流至A-A-O污泥脱氮除磷系统，其厌氧段回流比为80%；启动第二污泥水流泵4.2， 将污泥回流至污泥箱8，其回流比为20%，并通过污泥泵8.1将污泥泵入厌氧发酵一体化 设备1内部反应区；启动第一发酵污泥泵5.1将外部沉淀区发酵污泥回流至发酵污泥箱5 再经第二发酵污泥回流泵5.2将发酵污泥回流至一体化设备内部反应区。

本发明优点：

1、发酵设备外侧的预缺氧处理，使部分硝化液在发酵装置沉淀区内利用碳源提前反 硝化脱氮，缓解了缺氧段内反硝化脱氮及反硝化吸磷碳源不足问题。

2、设置中沉池，并在中沉池中心管处投加MgCl₂、NaHPO₄形成高纯度鸟粪石，并在 中沉池底沉淀回收，进行NH₄-N、PO₄^3-的去除。

3、发酵设备外侧的预缺氧处理，提前反硝化脱氮，去除进水中少量的氧气，保证了 厌氧段的厌氧环境，使聚磷菌在厌氧段充分释磷，储存大量的PHB，为后续吸磷提供能量。

4、将剩余污泥回流至厌氧发酵装置，一方面解决了发酵装置菌种及发酵基质问题， 同时解决剩余污泥排放问题。

5、以发酵液为碳源，解决脱氮除磷系统碳源短缺问题。

附图说明

图1为本发明剩余污泥碱性发酵开发内碳源耦合A-A-O脱氮除磷系统的装置结构示意 图

图中厌氧发酵一体化设备-1，A-A-O污泥脱氮除磷系统-2，第一硝化液回流泵-2.1，第 二硝化液回流泵-2.2，中沉池-3，二沉池-4，第一污泥回流泵-4.1，第二污泥回流泵-4.2，发 酵污泥箱-5，第一发酵污泥泵-5.1，第二发酵污泥泵-5.2，稀释水箱-6，稀释泵-6.1，产水箱 -7，供水泵-7.1，污泥箱-8，污泥泵-8.1，碱剂箱-9，碱剂泵-9.1，磷酸盐药剂箱-10，磷酸 盐药剂泵-10.1，镁盐药剂箱-11，镁盐药剂泵-11.1，发酵设备搅拌器-12，A-A-O系统搅拌 器-13，第一pH测定仪14、ORP测定仪-15，第一DO测定仪-16，第二pH测定仪-17，第 一气体流量计-18，第二气体流量计-19，第一曝气装置-20，第二曝气装置-21，第二DO测 定仪-22。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：图1为本发明剩余污泥碱性发酵开 发内碳源耦合A-A-O脱氮除磷系统的装置，包括厌氧发酵一体化设备1，A-A-O污泥脱氮 除磷系统2，第一硝化液回流泵2.1，第二硝化液回流泵2.2，中沉池3，二沉池4，第一污 泥回流泵4.1，第二污泥回流泵4.2，发酵污泥箱5，第一发酵污泥泵5.1，第二发酵污泥泵 5.2，稀释水箱6，稀释泵6.1，产水箱7，供水泵7.1，污泥箱8，污泥泵8.1，碱剂箱9， 碱剂泵9.1，磷酸盐药剂箱10，磷酸盐药剂泵10.1，镁盐药剂箱11，镁盐药剂泵11.1，发 酵设备搅拌器12，A-A-O系统搅拌器13，第一pH测定仪14、ORP测定仪15，第一DO 测定仪16，第二pH测定仪17，第一气体流量计18，第二气体流量计19，第一曝气装置 20，第二曝气装置21，第二DO测定仪22。

其中厌氧发酵一体化设备1分两部分，分别为内部反应区、内部沉淀区。内部沉淀区 设置第一曝气装置20，发酵设备搅拌器12，第一pH测定仪14、ORP测定仪15与第一 DO测定仪16。外部沉淀区设置第二pH测定仪17。其中发酵污泥箱5通过第一污泥回流 泵5.1与厌氧发酵一体化设备1外部沉淀区相连，发酵污泥箱5通过第二污泥回流泵5.2 与厌氧发酵一体化设备1内部反应区相连。稀释水箱6通过稀释泵6.1与厌氧发酵一体化 设备1外部沉淀区相连。污泥箱8通过污泥泵8.1与厌氧发酵一体化设备1内部反应区相 连，污泥箱8通过污泥泵4.2与二沉池4相连。碱剂箱9通过碱剂泵9.1与厌氧发酵一体 化设备1内部反应区相连。厌氧发酵一体化设备1外部沉淀区出水通过水管与中沉池3相 连。磷酸盐药剂箱10通过磷酸盐药剂泵10.1与中沉池3相连。镁盐药剂箱11通过镁盐药 剂泵11.1与中沉池3相连。中沉池3通过管道与产水箱7相连。产水箱7通过供水泵7.1 与A-A-O污泥脱氮除磷系统2相连。厌氧发酵一体化设备1外部沉淀区设置第一出水口 1.1，第二出水口1.3，第三出水口1.4，厌氧发酵一体化设备1内部反应区设置出水口1.2。

其中A-A-O污泥脱氮除磷系统2分为3部分，第一格为厌氧区，第二格、第三格、第 四格为缺氧段，第五格、第六格、第七格、第八格为好氧段。第一格，第二格、第三格、 第四格内设置A-A-O系统搅拌器13，第五格内设置第二DO测定仪22，第五格、第六格、 第七格、第八格内设置聚乙烯圆环填料。第八格通过第一硝化液回流泵2.1与A-A-O污泥 脱氮除磷系统2第二格相连，第八格通过第二硝化液回流泵2.2与厌氧发酵一体化设备1 外部沉淀区相连。第八格出水自流进入二沉池4。二沉池4通过第一污泥回流泵4.1与A-A-O 污泥脱氮除磷系统2第一格相连，二沉池4通过第二污泥回流泵4.2与污泥箱8相连。

实施案例

厌氧发酵一体化设备内部反应区体积为20L，外部沉淀区体积为75L。

A-A-O脱氮除磷系统体积为40L，HRT=10h，SRT=15d，A-A-O脱氮除磷系统进水为 北京工业大学家属区化粪池污水，其指标为SCOD=200-300mg/L、NH₄-N=55-60mg/L、 NO₃-N=0mg/L、NO₂-N=0mg/L、PO₄^3-=5-7mg/L。

1）取SBR中试污泥为污泥发酵装置及A-A-O初期启动污泥，首先清洗SBR中试污泥， 以去除污泥中无机颗粒、SCOD、NH₄-N、NO₃-N物质。清洗后发酵装置污泥浓度 MLSS=9000-10000mg/L、SCOD=30-40mg/L，反应器温度为20-30℃，pH=9-10。A-A-O反 应器污泥浓度MLSS=2000-3000mg/L、SCOD=30-40mg/L。A-A-O反应器温度控制在 20-30℃，pH控制在6.5-7.5。系统厌氧段、缺氧段和好氧段体积，V_厌:V_缺:V_好=1.5:4.5:4，控 制系统内的C/N质量比，C/N为4-5，好氧段DO=2-3mg/L。

2）用于发酵装置污泥存储污泥箱8中。配制1mol/LNaOH溶液于碱剂箱9中，启动污 泥泵8.1将污泥箱8中的剩余污泥打入厌氧发酵一体化设备1反应区内，同时启动碱泵9.1 将NaOH溶液泵入厌氧发酵一体化设备反应区中，启动发酵设备搅拌器12以30rmp/min的 速度慢速搅拌，使碱液与污泥混合均匀，同时进行SCOD、TVFA、NH₄-N、PO₄^3-指标测 定，当发酵7-9天时反应器内SCOD=3000-3500mg/L、TVFA=1000-1500mgSCOD/L、 NH₄-N=200-250mg/L、PO₄^3-=50-55mg/L且可维持5-6天，反应器内污泥龄SRT=8天，定期 从排泥口1.2排泥，厌氧发酵一体化设备1排泥比为10:1即内部反应区体积：排泥体积 =10:1。启动污泥泵8.1，泵入等量的新鲜污泥于厌氧发酵一体化设备1内部反应区，排出 的发酵污泥置入外部沉淀区，启动稀释泵6.1从稀释水箱6将生活污水送至外部沉淀区进 行稀释，稀释液自流进入中沉池3，同时启动磷酸盐药剂泵10.1将1mol/L的NaHPO₄从磷 酸盐药剂箱10通过磷酸盐药剂泵10.1与中沉池连接，启动镁盐药剂泵11.1将1mol/LMgCl₂从镁盐药剂箱11通过镁盐药剂泵11.1与中沉池连接，使MgCl₂、NH₄-N和PO₄^3-在中心管 内形成鸟粪石沉淀，并在中沉池底部进行回收。中沉池产水自流进入产水箱7，产水箱7 通过供水泵7.1与A-A-O污泥脱氮除磷系统2连接。启动第一消化液回流泵2.1，将硝化液 回流至A-A-O有缺氧段第一格，其回流比为100%。启动第二硝化液回流泵2.2，将硝化液 回流至厌氧发酵一体化设备1外部沉淀区，其回流比为250%。启动第一污泥回流泵4.1， 将污泥回流至A-A-O污泥脱氮除磷系统，其厌氧段回流比为80%。启动第二污泥水流泵4.2， 将污泥回流至污泥箱8，其回流比为20%，并通过污泥泵8.1将污泥泵入厌氧发酵一体化 设备1内部反应区。启动第一发酵污泥泵5.1将外部沉淀区发酵污泥回流至发酵污泥箱5 再经第二发酵污泥回流泵5.2将发酵污泥回流至一体化设备内部反应区。

厌氧发酵一体化设备1发酵后污泥发酵液水质如下：SCOD=3000-3500mg/L、 TVFA=1000-1500mgSCOD/L、NH₄-N=200-250mg/L、PO₄^3-=50-55mg/L。

整套系统运行30天厌氧发酵一体化设备1出水投加NaHPO₄、MgCl₂，其出水水质： SCOD=250-300mg/L、NH₄-N=55-60mg/L，PO₄^3-=5-7mg/L、NO₂-N=0-0.5mg/L、NO₃-N =0.1-0.5mg/L.

A-A-O污泥脱氮除磷系统2出水水质：SCOD=30-40mg/L、NH₄-N=0.1-1mg/L、 NO₃-N=5-10mg/L、NO₂-N=0-0.5mg/L、PO₄^3-=0.1-0.5mg/L。