CN107381791A - 好氧污泥快速颗粒化的装置及其方法 - Google Patents

好氧污泥快速颗粒化的装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种好氧污泥快速颗粒化的装置及其方法，属于废水生物处理技术领域。该装置包括进水单元、反应器主体、曝气单元、出水单元以及控制单元，进水单元为包括基质进水桶、清水进水桶、基质调节池，反应器有机负荷通过位于基质调节池底部的液面传感器调节进水基质体积控制，有机负荷变化通过出水桶中的水质传感器确定。本发明可实现自动化控制反应器有机负荷，保证反应器有机负荷梯度递减，形成粒径较大、沉速较快、结构稳定、菌群丰富的好氧颗粒污泥，解决了现有技术普遍存在的颗粒化周期长、运行过程易污泥膨胀、***长期运行不稳定等问题。

Description

好氧污泥快速颗粒化的装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种好氧污泥快速颗粒化的装置及其方法，属于废水生物处理技术领域。
背景技术
好氧颗粒污泥技术具有运行污染负荷高、污泥沉降性能好、抵抗冲击能力强、处理设备占地少等特点，在工业废水、城镇生活污水处理领域具有明显的应用优势。目前，国内外学者已在好氧颗粒污泥理化结构特性、微生物生态、传质模型以及形成机理等方面开展大量研究，并在国内外建立多座中试试验和示范工程，其中荷兰Delft理工大学学利用工艺在荷兰、西班牙、巴西、南非等地建立30余座污水好氧颗粒污泥污水处理工程，用于高效处理乳制品、畜禽养殖等工业废水和城镇生活污水，该工艺可有效缩减处理厂占地面积(缩小至传统的1/4)并显著降低能耗(降低20％-30％)，是一项具有前景的污水生物处理技术。
然而，目前好氧颗粒污泥工艺普遍存在低负荷进水条件下颗粒化周期长、长期运行颗粒易失稳的问题，这制约了改工艺在全球范围内的广泛应用。因此，在开发好氧污泥快速颗粒化装置，维持好氧颗粒污泥结构稳定性及污染物去除效率，具有非常重要的实际应用意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种好氧污泥快速颗粒化的装置，通过自动化控制自动调节进水负荷，在实现污泥快速颗粒化的同时，保障好氧颗粒污泥反应器长期稳定运行。
好氧污泥快速颗粒化的装置，包括进水单元、反应器主体、曝气单元、出水单元；所述的进水单元，包括基质进水桶及用于抽取基质的第一潜水泵，潜水泵通过管道连接基质调节池进水口，基质调节池的出水口通过带电磁阀的管道连接至反应器主体上方的进水口；基质调节池中设有水位传感器；反应器主体上方还通过管道连接置于清水桶中的第二潜水泵，用于向反应器中注入清水；所述的出水单元包括第二电磁阀和出水桶，反应器主体侧壁设有出水口，出水口通过带有第二电磁阀的管道连接至出水桶中，出水桶中还设有水质传感器；所述的曝气单元包括顺次相连的空气泵、转子流量计和多孔曝气头，多孔曝气头设置于反应器主体内底部。
作为优选，所述的水质传感器中包含COD、NH4 +-N和浊度测量模块。
作为优选，还设有控制单元，用于进行中央控制。进一步的，反应器的出水口前端设有微孔板，反应器内出水通过微孔板后进入出水桶。
作为优选，反应器中还设有用于感应液位高度的液位计探头。
作为优选，所述的出水口有多个，从上到下间隔设置于反应器主体侧壁上。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述任一项所述装置的好氧污泥快速颗粒化的方法，具体为：反应器采用SBR工艺运行，运行前预先接种污泥，接种MLSS为4-6g/L；进水基质为城镇污水，进水COD浓度为300-800mg/L，涵盖了一般城镇污水的COD浓度范围，反应器采用4-8的高径比(有利于颗粒化污泥筛选作用)和30％-70％的排水比；运行周期为4-6小时，分为进水、静置、曝气、沉淀、出水五个阶段，其中沉淀时间为5-15分钟，曝气时间为3-5小时；反应器启动初期的进水OLR控制在4-6kg CODm3d-1，装置运行稳定后每隔1-2天以0.05-0.2kg CODm3d-1的幅度梯度逐步降低进水OLR，最终体系OLR降至2.5-3.5kg CODm3d-1。
作为优选，所述的接种污泥取自市政污水处理厂曝气池。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过对进出水单元的结构进行优化设计，能够实现反馈控制进水有机负荷；
(2)该装置能够通过改变进水负荷，实现好氧污泥快速颗粒化，大大加快污泥培养和富集进程。
由于本发明采用进水OLR梯度降低的运行方式，克服了低负荷启动条件下污泥颗粒化时间长，高负荷启动污泥易发生黏性膨胀最终导致反应器失稳的问题，可赋予反应器较高的污染物去除效率(NH4 +-N、COD和TN去除率分别维持在90％、95％、80％以上)以及长时间的稳定运行。
由于采用了进水OLR梯度降低的工艺调控方式，相比较传统SBR法污泥颗粒化时间缩短了15-20天，克服了传统启动方式污泥颗粒化时间长、反应器易失稳的问题，在实际污水处理中具有非常重要的现实意义。
本发明培养的好氧颗粒污泥为淡黄色球形颗粒，平均粒径为0.2mm，粒径呈分布正态，颗粒结构紧实、表面有沟壑保障溶解氧(DO)以及营养物质传质；相比普通活性污泥，颗粒污泥中的微生物团聚紧密，含有较高比例的菌胶团，且富集有小月菌属、陶厄氏菌和硝化螺菌属等功能菌群。
附图说明
图1为本发明的好氧污泥快速颗粒化的装置的结构示意图；
图2为本发明中微孔板的结构示意图；
图3为实施例1中的反应器不同工艺下OLR的变化曲线；其中R1：OLR梯度升高工艺；R2：OLR梯度降低工艺；R3：OLR恒定工艺；
图4为实施例1中不同工艺下颗粒粒径增长情况；其中R1：OLR梯度升高工艺；R2：OLR梯度降低工艺；R3：OLR恒定工艺；
图5为实施例1中梯度降低曝气后污染物去除性能的变化图；
图6为实施例1的颗粒污泥4X显微照片对比图，其中a.R1的污泥SEM照片；b.R2的污泥SEM照片；c.R3的污泥SEM照片。
图中：空气泵1、转子流量计2、控制单元3、第一潜水泵4、基质桶5、基质调节池6、液位传感器7、第一电磁阀8、进水口9、第二潜水泵10、清水桶11、第二电磁阀12、水质传感器13、出水桶14、微孔板15。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述
如图1所示，本发明的好氧污泥快速颗粒化的装置，其整体结构包括空气泵1、转子流量计2、控制单元3、第一潜水泵4、基质桶5、基质调节池6、液位传感器7、第一电磁阀8、进水口9、第二潜水泵10、清水桶11、第二电磁阀12、水质传感器13、出水桶14、微孔板15。
其中进水单元，包括基质进水桶5及放置于基质进水桶5中的第一潜水泵4，用于从基质进水桶5中抽取基质。潜水泵4通过管道连接基质调节池6进水口，基质调节池6的出水口通过带电磁阀8的管道连接至反应器主体上方的进水口9。基质调节池6中设有水位传感器7，用于监控池内水位高度，根据池体横截面大小即可计算出池内的基质体积，达到控制调节基质负荷的功能。反应器本体内还设有用于感应液位高度的液位计探头，当清水注入体积达到预定值时，停止注水。
反应器主体上方还设有清水入口，清水入口通过管道连接置于清水桶11中的第二潜水泵10，用于向反应器中注入清水，清水中不含基质。出水单元包括第二电磁阀12和出水桶14，反应器主体侧壁从上到下设有多个出水口，其中一个出水口通过带有第二电磁阀12的管道连接至出水桶14中，当需要调整出水口高度时可以将管道连接至对应高度的出水口，并封堵其他出水口。出水桶14中还设有水质传感器13，包含COD、NH4 +-N和浊度等测量模块,可以根据实际需要进行增删。曝气单元包括顺次相连的空气泵1、转子流量计2.1和多孔曝气头2.2，多孔曝气头2.2设置于反应器主体内底部。
整个装置由控制单元3进行中央控制，控制单元3可采用为PLC控制器、单片机等方式实现，其与空气泵1、转子流量计2、第一潜水泵4、液位传感器7、第一电磁阀8、第二潜水泵10、第二电磁阀12、水质传感器13分别连接。根据各感应装置，自动控制其他阀门、泵等设备，实现闭环控制。
另外，如图2所示，由于需要根据出水桶14中的水质自动反馈控制进水负荷因此必须保证出水水样具有代表性。因此可在出水口前端设有微孔板15，反应器内出水通过微孔板15后进入出水桶14，通过紊流实现出水的混合均匀。
本装置的工作过程如下：预先将反应器的目标有机负荷输入PLC控制器中，计算出基质和清水的各自混合体积。然后控制第一潜水泵4开启，将基质注入基质调节池6，当液位传感器7感应到基质体积达到对应的高度时，关闭第一潜水泵4，然后开启第一电磁阀8将基质注入反应器中。然后开启第二潜水泵10将清水注入反应器，当液位计探头感应到反应器内总液体体积达到预定值时，关闭第二潜水泵10。而反应器出水从出水桶底部通过微孔板15进入出水桶14，由水质传感器13测定出水COD、NH4 +-N、浊度等指标，当水质指标达到相关条件时改变进水负荷。例如当水质指标低于***设定指标时，可以改变进水负荷，具体规则视实际使用情况而定。
好氧污泥颗粒化过程中存在根据出水水质不断调整进水负荷的需求，而该***能够满足该使用需求。使用时只需将不同时间的进水OLR(organic loading rate，有机负载率)预先输入PLC，即可实现自动调整。
例如，在一实施例中设置反应器运行初期进水OLR为5.0kg COD·m-3·d-1,最终维持进水OLR为3.0kg COD·m-3·d-1，OLR降幅为0.2-0.5kg COD·m-3·d-1，根据出水水质指标变化自动调节进水OLR。反应器出水从出水桶底部通过微孔板进入出水桶以保证出水不溶物充分混匀，由水质传感器测定出水COD、NH4 +-N、浊度等指标，当水质指标均低于***设定指标时，则改变进水负荷。
实施例1
本实施例中，处理城镇污水的好氧颗粒污泥工艺采用一个有效容积为3.5L的圆柱形序批式反应器(SBR)。反应器的主体为圆柱形的有机玻璃筒，筒高55cm，内径9cm。其结构如图1和2及前述描述所示，不再赘述。
本实施例中，接种污泥取自市政污水处理厂曝气池，香农指数为4.79，意味着颗粒中有较高的菌群丰度，门水平菌群结构分析发现，变形菌门以及拟杆菌门占到了65％以上，这些细菌都是好氧颗粒污泥中的重要菌群，能帮助装置实现好氧颗粒污泥的快速颗粒化。进水基质为城镇生活污水。
采用上述反应器处理城镇污水培养好氧颗粒污泥的操作过程如下：在PLC控制器的控制下，反应器按照进水—静置—曝气—沉淀—出水的顺序运行。反应器初始的运行条件为：周期3小时，其中进水10分钟，静置25分钟，曝气137分钟，沉降5分钟，排水3分钟。反应器底部安装的多孔曝气头2.2提供的表面气速为2.0cm·s-1,体积交换比为50％。反应器启动初期，将污泥浓度为4.0±0.5g/L的普通活性絮体污泥接种到上述反应器中，反应器OLR为5kg COD城镇污水由潜水泵4抽入，按照上述方式运行一段时间后，水质传感器13检测到的反应器各项指标稳定，污泥量有所上升，污染物去除效果恒定在稳定区间，则2天后按照0.5kg CODm-3d-1的速度降低进水OLR，之后按照上述模式将反应器OLR由5kg CODm3d-1逐渐降低至3.5kg CODm3d-1，逐渐运行至反应器内好氧颗粒污泥各项指标稳定。为了后续叙述方便，将该工艺记为R2。
为了对比本发明的效果，同步设置对比试验R1和R3，其中R1与R2的区别在于进水OLR始终维持在3.5kg CODm3d-1，R3与R2的区别在于反应器的初始OLR为1.5kg COD。反应器各项指标稳定后，则2天后按照0.5kg CODm-3d-1的速度升高进水OLR，之后按照上述模式将反应器OLR由1.5kg CODm3d-1逐渐降低至3.5kg CODm3d-1。
如图4、5所示，梯度降低OLR工艺污泥颗粒化效果显著，粒径200μm颗粒占30％以上颗粒化效果显著，出水水质良好NH4 +-N、COD和TN去除率分别维持在90％、95％、80％以上，污染物去除效率高、长期运行性能稳定。
由于采用了梯度降低OLR的培养方式(如图3所示)，解决了低负荷启动条件下污泥颗粒化时间长，高负荷启动污泥易发生黏性膨胀最终导致反应器失稳，克服了传统启动方式颗粒化时间长、反应器易崩溃的问题，在保证污染物去除的前提下颗粒化时间缩短了15-20天，在实际污水处理中具有非常重要的现实意义。
而且如图6所示，本实施例中培养的好氧颗粒污泥为平均粒径较大(平均粒径为0.2mm)、粒径分布正态的淡黄色球形颗粒，颗粒结构紧实、表面有较细沟壑保障溶解氧(DO)以及营养物质传质；相比普通活性污泥，颗粒污泥中的微生物团聚紧密，含有较高比例的菌胶团，且富集有小月菌属、陶厄氏菌和硝化螺菌属等功能菌群。
本发明可实现自动化控制反应器有机负荷，保证反应器有机负荷梯度递减，形成粒径较大、沉速较快、结构稳定、菌群丰富的好氧颗粒污泥，解决了现有技术普遍存在的颗粒化周期长、运行过程易污泥膨胀、***长期运行不稳定等问题。

Claims (9)

1.一种好氧污泥快速颗粒化的装置，其特征在于：包括进水单元、反应器主体、曝气单元、出水单元；所述的进水单元，包括基质进水桶(5)及用于抽取基质的第一潜水泵(4)，潜水泵(4)通过管道连接基质调节池(6)进水口，基质调节池(6)的出水口通过带电磁阀(8)的管道连接至反应器主体上方的进水口(9)；基质调节池(6)中设有水位传感器(7)；反应器主体上方还通过管道连接置于清水桶(11)中的第二潜水泵(10)，用于向反应器中注入清水；所述的出水单元包括第二电磁阀(12)和出水桶(14)，反应器主体侧壁设有出水口，出水口通过带有第二电磁阀(12)的管道连接至出水桶(14)中，出水桶(14)中还设有水质传感器(13)；所述的曝气单元包括顺次相连的空气泵(1)、转子流量计(2.1)和多孔曝气头(2.2)，多孔曝气头(2.2)设置于反应器主体内底部。
2.如权利要求1所述的好氧污泥快速颗粒化的装置，其特征在于，所述的水质传感器(13)中包含COD、NH4 +-N和浊度测量模块。
3.如权利要求1所述的好氧污泥快速颗粒化的装置，其特征在于，还设有控制单元(3)，用于进行中央控制。
4.如权利要求3所述的好氧污泥快速颗粒化的装置，其特征在于，所述的控制单元(3)为PLC控制器。
5.如权利要求1所述的好氧污泥快速颗粒化的装置，其特征在于，反应器的出水口前端设有微孔板(15)，反应器内出水通过微孔板(15)后进入出水桶(14)。
6.如权利要求1所述的好氧污泥快速颗粒化的装置，其特征在于，反应器中还设有用于感应液位高度的液位计探头。
7.如权利要求1所述的好氧污泥快速颗粒化的装置，其特征在于，所述的出水口有多个，从上到下间隔设置于反应器主体侧壁上。
8.一种利用权利要求1-7任一项所述装置的好氧污泥快速颗粒化的方法，其特征在于，反应器采用SBR工艺运行，运行前预先接种污泥，接种MLSS为4-6g/L；进水基质为城镇污水，进水COD浓度为300-800mg/L，反应器采用4-8的高径比和30％-70％的排水比；运行周期为4-6小时，分为进水、静置、曝气、沉淀、出水五个阶段，其中沉淀时间为5-15分钟，曝气时间为3-5小时；反应器启动初期的进水OLR控制在4-6kg CODm3d-1，装置运行稳定后每隔1-2天以0.05-0.2kg CODm3d-1的幅度梯度逐步降低进水OLR，最终体系OLR降至2.5-3.5kg CODm3d-1。
9.根据权利要求8所述的好氧污泥快速颗粒化的方法，其特征在于：所述的接种污泥取自市政污水处理厂曝气池。
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