厭氧及低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了厭氧+低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置和方法。所述裝置包括：氮氣機、剩余污泥水解發(fā)酵反應器、空壓機、剩余污泥產(chǎn)酸反應器、碳源貯存池，其中剩余污泥水解發(fā)酵反應器為一密封池體，設進泥管、攪拌器和發(fā)酵液輸出管；剩余污泥產(chǎn)酸反應器為一密封池體，設發(fā)酵液輸入管、攪拌器和碳源輸出管；碳源貯存池為一敞開池體，設出水管、排泥管。所述方法為：剩余污泥首先進入水解發(fā)酵反應器發(fā)生細胞破壁并釋放出大分子有機物，在水解與發(fā)酵菌的作用下大分子有機物轉(zhuǎn)為小分子有機物；而后進入產(chǎn)酸反應器，在產(chǎn)酸菌的作用下小分子有機物轉(zhuǎn)為短鏈脂肪酸（SCFAs）；而后進入碳源貯存池；重復以上作用，最終SCFAs長期高效地產(chǎn)出。
【專利說明】厭氧及低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置與方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及厭氧+低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置和方法，屬于污泥污水處理【技術領域】。
【背景技術】
[0002]活性污泥法是目前處理城市生活污水的一種有效方式，但因污水中生物可利用的碳源不足，生物脫氮除磷效果不好，出水很難達到一級A排放標準。要想提高生物脫氮除磷效率，需投加碳源，其中的一種途徑就是加入化學合成的碳源，然而這種方法無疑增加了水廠的運行成本。另一方面活性污泥法處理過程中由于污泥的不斷增殖會產(chǎn)生大量的剩余污泥。由于剩余污泥含水率高，有惡臭，且含有毒化學物質(zhì)和病原微生物，若不加以控制，勢必造成二次污染。
[0003]短鏈脂肪酸(SCFAs)是生物脫氮除磷所需的優(yōu)質(zhì)碳源。近年來，利用有機物含量高的污泥進行厭氧水解酸化獲取SCFAs備受關注。這不僅能為生物脫氮除磷系統(tǒng)提供碳源，還能使污泥減量，降低污泥的處理處置費用。目前，促進剩余污泥厭氧水解酸化產(chǎn)酸的技術有超聲、微波、熱解、酶促、表面活性劑法等，然而這些技術存在產(chǎn)酸效率低、產(chǎn)酸所需時間長、運營成本高等問題，難以應用于實際污水處理廠。
[0004]因此，當下需要迫切解決的一個技術問題就是:如何利用微生物技術，提出一種有效的反應裝置和方法，使得剩余污泥在水解酸化過程中能長期高效的轉(zhuǎn)化為SCFAs，進而為生物脫氮除磷系統(tǒng)提供碳源，提高生物脫氮除磷效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了提高產(chǎn)酸量、縮短產(chǎn)酸時間而提出的厭氧+低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置和方法，進而將剩余污泥中的碳源應用到城市生活污水處理廠，降低運營成本，提高生物脫氮除磷效率。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下解決方案來解決的:1、厭氧+低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置，其特征在于:設有氮氣機1、剩余污泥水解發(fā)酵反應器2、空壓機3、剩余污泥產(chǎn)酸反應器4、碳源貯存池5、可編程過程控制器6 ；
[0007]所述氮氣機I聯(lián)合第一氣體流量計1.1、第一氣量調(diào)節(jié)閥1.2、第一曝氣頭1.3構(gòu)成曝氮氣系統(tǒng)，通過曝氣管路與剩余污泥發(fā)酵反應器2連接；
[0008]所述剩余污泥水解發(fā)酵反應器2為一封閉池體，設有進泥泵2.1、進泥管2.2、第一攪拌器2.3、發(fā)酵液輸出管2.4、第一電動閥2.5,內(nèi)設有pH傳感器2.6、第一溶解氧DO傳感器2.7，上述傳感器分別與pH測定儀2.8、第一 DO測定儀2.9連接，第一電動閥2.5設在發(fā)酵液輸出管2.4上；
[0009]所述空壓機3聯(lián)合第二氣體流量計3.1、第二氣量調(diào)節(jié)閥3.2和第二曝氣頭3.3構(gòu)成曝氣系統(tǒng)，通過曝氣管路與剩余污泥產(chǎn)酸反應器4連接；
[0010]所述剩余污泥產(chǎn)酸反應器4為一封閉池體，設有發(fā)酵液輸入管4.1，通過發(fā)酵液輸出管2.4、發(fā)酵液輸入管4.1與剩余污泥水解發(fā)酵反應器2連接，另設有第二攪拌器4.2、碳源輸出管4.3、第二電動閥4.4，內(nèi)設有第二溶解氧DO傳感器4.5，上述傳感器4.5與第二溶解氧DO測定儀4.6連接，第二電動閥4.4設在碳源輸出管4.3上；
[0011]所述碳源貯存池5設有出水管5.1、排泥管5.2，通過碳源輸出管4.3與剩余污泥產(chǎn)酸反應器4相連；
[0012]所述可編程過程控制器6，內(nèi)置有曝氮氣繼電器6.1、進泥泵繼電器6.2、第一攪拌器繼電器6.3、第一電動閥繼電器6.4、曝氧氣繼電器6.5、第二攪拌器繼電器6.6、第二電動閥繼電器6.7，上述繼電器經(jīng)接口分別與氮氣機1、進泥泵2.1、第一攪拌器2.3、第一電動閥
2.5、空壓機3、第二攪拌器4.2、第二電動閥連接4.4，另置有數(shù)據(jù)信號接口分別與pH測定儀
2.8、第一溶解氧測定儀2.9、第二溶解氧測定儀4.6連接。
[0013]利用所述的厭氧+低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置實現(xiàn)剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于包括以下步驟:
[0014]I)啟動系統(tǒng):
[0015]將相同體積、污泥濃度為6500-10000mg/L的剩余污泥分別投至水解發(fā)酵反應器
和產(chǎn)酸反應器；
[0016]通過可編程過程控制裝置實現(xiàn)水解發(fā)酵反應器和產(chǎn)酸反應器的攪拌器攪拌；通過可編程過程控制裝置控制水解發(fā)酵反應器的pH在9.5-10.0，溶解氧DO=O ;當00>0時，氮氣機將自動開啟，經(jīng)吹脫作用將反應器內(nèi)的DO趕出，當DO=O時，氮氣機自動關閉；通過可編程過程控制裝置、氣體流量計及氣體調(diào)節(jié)閥控制產(chǎn)酸反應器內(nèi)的溶解氧DO在0.2-0.Smg/L ;剩余污泥進入水解發(fā)酵反應器，厭氧、堿性條件下不能生存的微生物發(fā)生細胞破壁現(xiàn)象，胞內(nèi)大分子有機物釋放到細胞外，在專`性厭氧菌即水解發(fā)酵菌的水解作用下，大分子有機物被轉(zhuǎn)化為小分子有機物；而后進入產(chǎn)酸反應器，上述小分子有機物將被轉(zhuǎn)化成短鏈脂肪酸；
[0017]2)運行系統(tǒng)
[0018]控制產(chǎn)酸反應器的污泥停留時間SRT在6-8d，通過可編程過程控制裝置控制電動閥，啟動電動閥，產(chǎn)酸反應器內(nèi)富含液態(tài)碳源的混合物在重力作用下排放至碳源貯存池，當達到預先設定的輸出時間，電動閥自動關閉，貯存池的上清液經(jīng)出水管供給生物脫氮除磷系統(tǒng)，貯存池中的污泥則定期排放至脫水機房進行脫水；
[0019]控制水解發(fā)酵反應器的SRT在6-8d，通過可編程過程控制裝置控制電動閥，啟動電動閥，發(fā)酵液在重力作用下經(jīng)過發(fā)酵液輸入管進入產(chǎn)酸反應器，當達到預先設定的輸出時間，電動閥自動關閉；
[0020]通過可編程過程控制裝置控制進泥泵，啟動進泥泵將城市污水處理廠二沉池或濃縮池的剩余污泥引入水解發(fā)酵反應器，進入反應器的剩余污泥濃度在6500-10000mg/L。
[0021]本發(fā)明厭氧+低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置和方法，具有以下優(yōu)點:
[0022]I)本裝置可實現(xiàn)過程自動控制，操作簡便；
[0023]2)本裝置與方法中剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的SRT短；
[0024]3)產(chǎn)甲烷菌是絕對的厭氧菌，產(chǎn)酸菌是兼性厭氧菌，本方法中產(chǎn)酸反應器溶解氧在0.2-0.8mg/L，抑制了產(chǎn)甲烷菌，產(chǎn)酸菌依然可生存。這樣，經(jīng)過長期運行反應器，最終的微生物主要為水解酸化菌，進而強化污泥水解發(fā)酵作用，提高產(chǎn)酸量。[0025]4)大多數(shù)甲烷細菌的最適pH值范圍約在6.8-7.2之間，本方法中水解發(fā)酵反應器的pH在9.5-10.0，隨著發(fā)酵液進入產(chǎn)酸反應器，其pH也保持堿性，顯然抑制了產(chǎn)甲烷菌，阻止酸化產(chǎn)物甲烷化；
[0026]5)本裝置與方法無溫度控制，通過富集特異性微生物菌群強化水解、發(fā)酵和酸化過程，有很高的實際應用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明厭氧+低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖中I為氮氣機、2為剩余污泥水解發(fā)酵反應器、3為空壓機、4為剩余污泥產(chǎn)酸反應器、5為碳源貯存池、6為可編程過程控制器；1.1為第一氣體流量計、1.2為第一氣量調(diào)節(jié)閥、1.3為第一曝氣頭；2.1為進泥泵、2.2為進泥管、2.3為第一攪拌器、2.4為發(fā)酵液輸出管、2.5為第一電動閥，2.6為pH傳感器、2.7為第一溶解氧DO傳感器、2.8為pH測定儀(2.8),2.9為第一DO測定儀；3.1為第二氣體流量計、3.2為第二氣量調(diào)節(jié)閥、3.3為第二曝氣頭；4.1為發(fā)酵液輸入管、4.2為第二攪拌器、4.3為碳源輸出管、4.4為第二電動閥，4.5為第二溶解氧DO傳感器、4.6為第二溶解氧DO測定儀；5.1為出水管、5.2為排泥管；6.1為曝氮氣繼電器、6.2為進泥泵繼電器、6.3為第一攪拌器繼電器、6.4為第一電動閥繼電器、
6.5為曝氧氣繼電器、 6.6為第二攪拌器繼電器、6.7為第二電動閥繼電器。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明:
[0030]試驗采用北京工業(yè)大學中試SBR的剩余污泥，污泥濃度MLSS=7500±50mg/L，試驗系統(tǒng)如圖1所示，剩余污泥水解發(fā)酵反應器和產(chǎn)酸反應器均采用有機玻璃制成，有效體積均為為5L。
[0031]具體操作如下:
[0032]I)啟動系統(tǒng):
[0033]將5L污泥濃度為7500 土 50mg/L的剩余污泥分別投至水解發(fā)酵反應器和產(chǎn)酸反應器；
[0034]通過可編程過程控制裝置實現(xiàn)剩余污泥水解發(fā)酵反應器和產(chǎn)酸反應器的攪拌器攪拌；通過可編程過程控制裝置控制水解發(fā)酵反應器的PH在9.5-10.0，溶解氧DO=O ;當D0>0時，氮氣機將自動開啟，經(jīng)吹脫作用將反應器內(nèi)的DO趕出，當DO=O時，氮氣機自動關閉；通過可編程過程控制裝置、氣體流量計及氣體調(diào)節(jié)閥控制產(chǎn)酸反應器內(nèi)的溶解氧DO在
0.2-0.8mg/L。
[0035]剩余污泥進入水解發(fā)酵反應器，厭氧、堿性條件下不能生存的微生物發(fā)生細胞破壁現(xiàn)象，胞內(nèi)的大分子有機物釋放到細胞外，在專性厭氧菌即水解發(fā)酵菌的水解作用下，大分子有機物被轉(zhuǎn)化為小分子有機物。而后進入產(chǎn)酸反應器，在兼性厭氧菌即產(chǎn)酸菌的作用下，上述小分子有機物將被轉(zhuǎn)化成短鏈脂肪酸。
[0036]2)運行系統(tǒng)
[0037]根據(jù)產(chǎn)酸反應器有效體積(V=5L)及SRT=6d確定碳源輸出管的位置，控制SRT=6d，即每天輸出含液態(tài)碳源的混合液的體積Vl=833mL，通過可編程過程控制裝置控制電動閥，啟動電動閥，產(chǎn)酸反應器內(nèi)富含液態(tài)碳源的混合物在重力作用下排放至碳源貯存池，當達到預先設定的排放時間2min后，電動閥自動關閉，貯存池的上清液經(jīng)出水管供給生物脫氮除磷系統(tǒng)，貯存池中減量后的污泥則定期排放至脫水機房進行脫水；
[0038]根據(jù)水解發(fā)酵反應器有效體積(V)及SRT確定發(fā)酵液輸出管的位置，控制水解發(fā)酵反應器的SRT=6d，即每天輸出發(fā)酵液的體積V2=833mL，通過可編程過程控制裝置控制電動閥，啟動電動閥，在重力作用下，發(fā)酵液經(jīng)過發(fā)酵液輸入管進入產(chǎn)酸反應器，當達到預先設定的輸出時間2min后，電動閥自動關閉；
[0039]通過可編程過程控制裝置控制進泥泵，啟動進泥泵將城市污水處理廠二沉池或濃縮池的剩余污泥引入水解發(fā)酵反應器，進入反應器的剩余污泥濃度在7500±50mg/L，當達到預先設定的進泥時間5min后，進泥泵自動關閉；
[0040]試驗結(jié)果表明:將MLSS=7500±50mg/L的剩余污泥投至本發(fā)明裝置中發(fā)酵并控制SRT=6d,最終的SCFAs產(chǎn)量為1900± 100mgC0D/L，占總SCOD的59%，污泥減量40%左右。因此本發(fā)明利用微生物技術可長期高效地產(chǎn)SCFAs，進而為生物脫氮除磷系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)碳源，提高生物脫氮除磷效率并使污泥減量。
【權利要求】
1.厭氧+低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置，其特征在于:設有氮氣機(I)、剩余污泥水解發(fā)酵反應器(2)、空壓機(3)、剩余污泥產(chǎn)酸反應器(4)、碳源貯存池(5)、可編程過程控制器(6); 所述氮氣機(I)聯(lián)合第一氣體流量計(1.1)、第一氣量調(diào)節(jié)閥(1.2)、第一曝氣頭(1.3)構(gòu)成曝氮氣系統(tǒng)，通過曝氣管路與剩余污泥發(fā)酵反應器(2)連接； 所述剩余污泥水解發(fā)酵反應器(2)為一封閉池體，設有進泥泵(2.1)、進泥管(2.2)、第一攪拌器(2.3)、發(fā)酵液輸出管(2.4)、第一電動閥(2.5),內(nèi)設有pH傳感器(2.6)、第一溶解氧DO傳感器(2.7)，上述傳感器分別與pH測定儀(2.8)、第一 DO測定儀(2.9)連接，第一電動閥(2.5)設在發(fā)酵液輸出管(2.4)上； 所述空壓機(3)聯(lián)合第二氣體流量計(3.1)、第二氣量調(diào)節(jié)閥(3.2)和第二曝氣頭(3.3)構(gòu)成曝氣系統(tǒng)，通過曝氣管路與剩余污泥產(chǎn)酸反應器(4)連接； 所述剩余污泥產(chǎn)酸反應器(4)為一封閉池體，設有發(fā)酵液輸入管(4.1)，通過發(fā)酵液輸出管(2.4 )、發(fā)酵液輸入管(4.1)與剩余污泥水解發(fā)酵反應器(2 )連接，另設有第二攪拌器(4.2)、碳源輸出管(4.3)、第二電動閥(4.4)，內(nèi)設有第二溶解氧DO傳感器(4.5)，上述傳感器(4.5 )與第二溶解氧DO測定儀(4.6 )連接，第二電動閥(4.4)設在碳源輸出管(4.3 )上； 所述碳源貯存池(5)設有出水管(5.1)、排泥管(5.2)，通過碳源輸出管(4.3)與剩余污泥產(chǎn)酸反應器(4)相連； 所述可編程過程控制器(6)，內(nèi)置有曝氮氣繼電器(6.1)、進泥泵繼電器(6.2)、第一攪拌器繼電器(6.3)、第一電動閥繼電器(6.4)、曝氧氣繼電器(6.5)、第二攪拌器繼電器(6.6)、第二電動閥繼電器(6.7)，上述繼電器經(jīng)接口分別與氮氣機(I)、進泥泵(2.1)、第一攪拌器(2.3)、第一電動閥(2.5)、空壓機(3)、第二攪拌器(4.2)、第二電動閥連接(4.4)，另置有數(shù)據(jù)信號接口分別與PH 測定儀(2.8)、第一溶解氧測定儀(2.9)、第二溶解氧測定儀(4.6)連接。
2.利用權利要求1所述的厭氧+低溶解氧剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)酸的裝置實現(xiàn)剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于包括以下步驟: 1)啟動系統(tǒng): 將相同體積、污泥濃度為6500-10000mg/L的剩余污泥分別投至水解發(fā)酵反應器和產(chǎn)酸反應器； 通過可編程過程控制裝置實現(xiàn)水解發(fā)酵反應器和產(chǎn)酸反應器的攪拌器攪拌；通過可編程過程控制裝置控制水解發(fā)酵反應器的pH在9.5-10.0，溶解氧DO=O ;當D0>0時，氮氣機將自動開啟，經(jīng)吹脫作用將反應器內(nèi)的DO趕出，當DO=O時，氮氣機自動關閉；通過可編程過程控制裝置、氣體流量計及氣體調(diào)節(jié)閥控制產(chǎn)酸反應器內(nèi)的溶解氧DO在0.2-0.8mg/L ;剩余污泥進入水解發(fā)酵反應器，厭氧、堿性條件下不能生存的微生物發(fā)生細胞破壁現(xiàn)象，胞內(nèi)大分子有機物釋放到細胞外，在專性厭氧菌即水解發(fā)酵菌的水解作用下，大分子有機物被轉(zhuǎn)化為小分子有機物；而后進入產(chǎn)酸反應器，上述小分子有機物將被轉(zhuǎn)化成短鏈脂肪酸； 2)運行系統(tǒng) 控制產(chǎn)酸反應器的污泥停留時間SRT在6-8d，通過可編程過程控制裝置控制電動閥，啟動電動閥，產(chǎn)酸反應器內(nèi)富含液態(tài)碳源的混合物在重力作用下排放至碳源貯存池，當達到預先設定的輸出時間，電動閥自動關閉，貯存池的上清液經(jīng)出水管供給生物脫氮除磷系統(tǒng)，貯存池中的污泥則定期排放至脫水機房進行脫水； 控制水解發(fā)酵反應器的SRT在6-8d，通過可編程過程控制裝置控制電動閥，啟動電動閥，發(fā)酵液在重力作用下經(jīng)過發(fā)酵液輸入管進入產(chǎn)酸反應器，當達到預先設定的輸出時間，電動閥自動關閉； 通過可編程過程控制裝置控制進泥泵，啟動進泥泵將城市污水處理廠二沉池或濃縮池的剩余污泥引入水解發(fā)酵反應器，進入反應器的剩余污泥濃度在6500-10000mg/L。
【文檔編號】C02F3/00GK103626372SQ201310477498
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權日:2013年10月14日
【發(fā)明者】彭永臻, 袁悅, 王淑瑩, 張為堂, 金寶丹, 王博 申請人:北京工業(yè)大學