[发明专利]消化污泥脱水液生物膜全程自养脱氮的装置和方法

权利要求书

1.一种消化污泥脱水液生物膜全程自养脱氮的装置，其特征在于：设有消化污泥脱水液水池(1)、预缺氧反硝化池(2)、生物膜短程硝化池(3)、沉淀池(4)、中间水池(5)、生物膜厌氧氨氧化池(6)；

消化污泥脱水液水池为一开口水箱，设有溢流管(1.1)和排水管(1.2)；预缺氧反硝化池为一圆柱形管状体，自下而上设置取样阀门(2.2)，预缺氧反硝化池内填充有立方体海绵填料(2.1)，该海绵填料规格为10×10×10mm，比表面积400m²/m³，填料的投配比为80％，在预缺氧反硝化池上端设有三相分离器(2.3)，通过气阀(2.4)、气体收集管(2.5)与一碱液瓶(2.8)连通，该碱液瓶上部设有出气管(2.6)，出气管与湿式气体流量计(2.7)连接；所述生物膜短程硝化池为一开口池体，其内腔分成数个格室(3.8)，按照水流方向上下交错设置孔径为10mm的过流孔，格室内按照有效容积的40％～50％填充立方体海绵填料(3.2)，并设有气泵(3.9)、气体流量计(3.1)和曝气管(3.3)，在格室底部设有穿孔曝气管(3.5)，通向每个格室的曝气管上设有调节阀(3.4)；所述沉淀池为一竖筒形，自下而上设有取样口(4.1)，池中间设有中心管(4.2)；所述中间水池为一个开口箱体，设有溢水口(5.1)、排污口(5.2)；

所述生物膜厌氧氨氧化池(6)，该池设有圆柱体形水浴套(6.11)和圆筒形海绵填料床(6.10)，海绵填料床设在水浴套中间，其上部设有三相分离器(6.7)和顶部密封板(6.6)，该分离器的上部与碱液瓶(6.2)、气体流量计(6.1)和排气管连通；所述水浴套上部设有穿孔吸水管(6.3)，该吸水管通过水浴循环泵(6.12)与设在下部的穿孔布水管(6.15)连通，水浴套上部还设有电加热器(6.4)、温度控制器(6.5)，水浴套底部设有放水阀(6.14)；厌氧氨氧化池外部设有连通污泥床的数个取样阀(6.8)；

消化污泥脱水液水池通过进水泵(2.10)与预缺氧反硝化池底部的进水阀(2.11)相连接；中间水池通过生物膜短程硝化池出水回流泵(3.7)与预缺氧反硝化池底部连接；预缺氧反硝化池出水通过回流管路(2.14)、循环泵(2.13)、循环阀门(2.12)与预缺氧反硝化池底部连接；预缺氧反硝化池出水管(2.9)与生物膜短程硝化池的首端连接；生物膜短程硝化池出水通过其出水管(3.10)与沉淀池的中心管连接；沉淀池中的沉积污泥通过污泥回流泵(3.6)与生物膜短程硝化池的首端连接；沉淀池上清液通过出水管(4.3)与中间水池相连接，中间水池通过生物膜厌氧氨氧化池的进水泵(6.17)与生物膜厌氧氨氧化池底部连通，生物膜厌氧氨氧化池顶部上清液通过生物膜厌氧氨氧化池出水回流泵(6.16)进入到生物膜厌氧氨氧化池底部，生物膜厌氧氨氧化池溢出水通过出水管(6.18)排放。

2.利用权利要求1所述的装置实现消化污泥脱水液生物膜全程自养脱氮的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)预缺氧反硝化池与生物膜短程硝化池的启动运行：首先将海绵填料分别填加到预缺氧反硝化池与生物膜短程硝化池中，填充率分别为有效容积的80％与40％，将从城市污水厂曝气池取得的活性污泥分别投加到预缺氧反硝化池与生物膜短程硝化池中，投加后两池的污泥浓度MLSS分别为2000mg/L与4000mg/L；用城市污水厂的消化污泥脱水液贮满消化污泥脱水液水池，而后启动进水泵，消化污泥脱水液依次流经预缺氧反硝化池和生物膜短程硝化池，同时启动生物膜短程硝化池出水回流泵与污泥回流泵，其回流量分别为50％～100％与100％；启动生物膜短程硝化池的曝气系统进行消化污泥脱水液中高氨氮NH₄⁺-N的短程硝化反应，维持溶解氧DO＝2.0～5.0mg/L；进水pH值应在7.0～7.8之间，如果pH＜7.0，则投加NaHCO₃使pH值在上述范围内，同时维持进水NH₄⁺-N负荷ALR＝0.5～1.2kg NH₄⁺-N/m³d，通过保持pH值和ALR在上述范围内变化，使生物膜短程硝化池中的平均游离氨FA浓度＞6mg/L，同时NH₄⁺-N的硝化率大于50％，当氨氮硝化率小于50％时，降低进水NH₄⁺-N负荷；在上述条件下运行预缺氧反硝化池与生物膜短程硝化池，当预缺氧反硝化池出水亚硝酸氮NO₂^--N＜5mg/L时，确认其启动结束，进入平稳运行阶段，当生物膜短程硝化池出水NO₂^--N累积率大于50％，并且出水NH₄⁺-N∶NO₂^--N比值在1∶1左右时，生物膜短程硝化得以实现和维持，具备了生物膜厌氧氨氧化池的进水水质要求；

2)生物膜厌氧氨氧化池的启动运行：将生物膜短程硝化池的剩余污泥和处理城市污水的氧化沟工艺中的活性污泥，按照3∶1的质量比投加到生物膜厌氧氨氧化池，接种后的污泥浓度MLSS＝5～8kg MLSS/m³；将生物膜厌氧氨氧化池水浴套的温度设定并控制在35℃，生物膜厌氧氨氧化池进水pH值维持在7.0～9.0之间，不在此范围时加入HCl或NaOH调节，将生物膜短程硝化池出水NH₄⁺-N与NO₂^--N浓度用自来水稀释到60～100mg/L之间，将稀释后的上述混合水按照40L/d的流量泵入到生物膜厌氧氨氧化池，同时开启生物膜厌氧氨氧化池出水回流泵，回流比为2∶1；当生物膜厌氧氨氧化池出水NH₄⁺-N与NO₂^--N浓度均小于10mg/L，厌氧氨氧化反应得以实现和维持；

3)消化污泥脱水液生物膜全程自养脱氮系统串联运行：预缺氧反硝化池、生物膜短程硝化池与生物膜厌氧氨氧化池分别启动运行后，该消化污泥脱水液生物膜全程自养脱氮系统串联运行；消化污泥脱水液水池中的消化污泥脱水液经进水泵依次进入到预缺氧反硝化池、生物膜短程硝化池，同时沉淀池中的污泥通过污泥回流泵按照50％的回流比回流到生物膜短程硝化池首端，中间水池的生物膜短程硝化池出水按照50％～100％的回流比回流到预缺氧反硝化池；生物膜短程硝化池中混合液进入到沉淀池中进行泥水分离，上清液进入到中间水池中；中间水池中的生物膜短程硝化池出水含有NH₄⁺-N与NO₂^--N，其浓度比应控制在1∶1左右，为达到上述比例要求，当NH₄⁺-N/NO₂^--N＞1.1时，适当降低生物膜短程硝化池的进水氨氮负荷直到该比例达到1∶1左右，而当NH₄⁺-N/NO₂^--N＜0.8时，适当提高生物膜短程硝化池的进水氨氮负荷直到该比例达到1∶1左右；在温度维持在35℃时，NH₄⁺-N/NO₂^--N比值约为1∶1的硝化液经厌氧氨氧化池进水泵进入到厌氧氨氧化池完成厌氧氨氧化反应；当厌氧氨氧化池总氮负荷达到1.5kg TN/m³d以上，而且系统出水中NH₄⁺-N与NO₂^--N去除率均大于80％，系统完成了消化污泥脱水液的生物膜全程自养脱氮过程。