CN114772870B - 一种连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理装置与方法。所述污水处理装置包括依次连接的原水水箱、载体投加箱、A2/O生化池、机械分离池、沉淀分离池和出水水箱；沉淀分离池包括在水流方向上依次设置的沉淀一区和沉淀二区，污泥颗粒在所述沉淀一区收集，通过内回流泵的方式返回生化池缺氧区，活性污泥在沉淀二区收集，通过外回流泵的方式返回生化池厌氧区；所述载体投加箱用于投加粒径范围在50um‑500um之间，集中分布区间不超过100um的具有生物亲和性的供微生物生长的复合载体颗粒。在低浓度城镇污水条件下，培养出结构紧密的污泥颗粒，形成了丰富的微生物群落，尺寸均匀，沉降速度可达30‑80m/h。
Description
技术领域
本发明涉及环境技术领域，尤其涉及一种连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理装置与方法。
背景技术
随着环境容量以及水环境问题的日益突出，对环境保护的要求不断提高。现有污水处理厂均面临着将出水水质从一级B标准提升至一级A标准甚至更高标准的要求。目前常用的污水生物处理方法分为两类：
(1)一类为活性污泥方法，特点是处理污水的微生物在生物反应器中处于悬浮状态；
(2)第二类为污水处理微生物附着生长法，微生物附着于某种形式的载体表面固定化生长。
上述两类污水生物处理方法从发明至今已有超过一百年的历史，经过一系列的改进和完善给人类的用水带来了极大的保障，但目前两类方法受技术本身的限制发展已陷入瓶颈。活性污泥法受限制因素主要包括：
(1)受限于悬浮生长特性，微生物多样性不完善，影响深度处理效果；
(2)受限于污水处理工艺过程参数，部分关键微生物的生长周期受限；
(3)受限于进水的水质变化，微生物生长营养要素供给波动，影响生物活性及实际处理效果。要进一步稳步提升生物处理出水排放标准，必须进行不同生物处理技术组合，强化氮磷的脱除。
通过增加生物处理单元的功能微生物数量，是提高污水处理过程中脱氮除磷效率的有效手段，包括MBBR工艺、好氧颗粒污泥技术等。MBBR工艺通过在好氧区或缺氧区等投加密度接近水的悬浮填料，使生物质附着生长在填料内表面上，具有生物质浓度高、耐受性强、污泥龄长和占地面积小等优点。填料介质可以有效使附着生物质与悬浮生物质的污泥龄分离，建立不同的微生物种群。好氧颗粒污泥是在一定水力剪切力作用下源于微生物的一种聚集体颗粒。好氧颗粒污泥具有规则致密的生物结构、比重大、沉降速率优异等诸多优点，而且可在反应器内保持较高的污泥浓度和容积负荷，很大程度的缩小或者省去二沉池。然而，在低浓度的城镇污水进水条件下，MBBR工艺挂膜时间长，微生物量不可控，且MBBR填料本身无法实现全池流化，溶氧需控制较高水平，能耗较高；好氧颗粒污泥技术则存在启动周期长，颗粒化困难，结构易失稳。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理装置与方法，旨在解决现有技术中上述技术问题。
为实现上述目的，本发明提供的一种连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理装置，包括依次连接的原水水箱、载体投加箱、A2/O生化池、沉淀分离池和出水水箱；其中，
所述载体投加箱用于投加粒径范围在50um-500um之间，集中分布区间不超过100um的具有生物亲和性的供微生物生长的复合载体颗粒；
A2/O生化池包括厌氧区、缺氧区和好氧区，微生物在所述复合载体颗粒上富集，培养形成由功能载体为核心的污泥颗粒，所述好氧区与所述沉淀分离池相连，以将经所述A2/O生化池处理过的污水传送至所述沉淀分离池；
所述沉淀分离池包括在水流方向上依次设置的沉淀一区和沉淀二区，污污泥颗粒在所述沉淀一区收集，通过内回流泵的方式返回生化池缺氧区，活性污泥在沉淀二区收集，通过外回流泵的方式返回生化池厌氧区，沉淀分离区池的上清液通过出流堰进入出所述水水箱。
优选的，还包括机械分离池，所述好氧区通过管道与机械分离池相连，机械分离池通过导流槽和出水堰与所述沉淀分离池相连。
优选的，所述原水水箱和所述载体投加箱通过进水泵与计量泵与厌氧区相连，所述载体投加箱内还设有载体投加桶搅拌器。
优选的，所述A2/O生化池3还包括框式搅拌***、曝气机、微孔曝气盘和生化池pH和DO实时在线监测装置。
优选的，所述机械分离池还包括双曲面搅拌器，所述沉淀分离池还包括排泥管。
优选的，还包括PLC控制器，所述PLC控制器与所述载体投加桶搅拌器、计量泵、框式搅拌机、双曲面搅拌器以及pH和DO在线检测装置电连接。
优选的，所述出水堰呈锯齿型结构，垂直呈90°。
本发明还提供一种连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理方法，包括步骤：
提供根据权利要求1-6中任一项所述的连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理装置；
提供所述复合载体颗粒，所述复合载体颗粒包括基础生物载体和功能载体粉末，所述功能载体粉末通过干粉拌合工艺负载在基础生物载体上；
将所述复合载体颗粒分散于载体投加箱，通过计量泵输入生化池厌氧区与活性污泥混合，输入量为8-15g/L，为污泥颗粒的形成提供骨架，微生物在功能载体上富集，培养形成由复合载体颗粒为核心的污泥颗粒；
污泥颗粒在生化池完成反应后，进入所述机械分离池或者所述沉淀分离池优选的，所述复合载体颗粒分散于载体投加箱，通过计量泵输入生化池厌氧区与活性污泥混合，为污泥颗粒的形成提供骨架。
优选的，所述复合载体颗粒包括基础生物载体和功能载体粉末，所述功能载体粉末通过干粉拌合工艺负载在基础生物载体上；所述基础生物载体包括膨胀珍珠岩、火山岩、生物炭和生物陶粒，所述基础载体具有三维多孔结构，所述功能载体粉末包括硫粉、硫铁矿粉、葡萄糖、淀粉、纤维素、聚乳酸、聚乙烯醇、聚羟基脂肪酸酯中的一种或多种。
优选的，好氧区的溶解氧控制在2-3mg/L；进入所述沉淀二区的活性污泥通过外回流泵的方式返回生化池厌氧区，回流比为50％-100％，时间为10-20d；污泥颗粒在所述沉淀一区收集，通过内回流泵的方式返回生化池缺氧区，回流比为100％-200％。
优选的，所述载体投加箱中的框式搅拌器和A2/O生化池中框式搅拌器的速度梯度控制在10-60s-1，机械分离池中双曲面搅拌的速度梯度控制在300-600s-1。
在本发明的技术方案至少具有如下优点：
(1)本发明通过粒径分布集中的颗粒载体，在低浓度城镇污水条件下，培养出结构紧密的污泥颗粒，形成了丰富的微生物群落，可在好氧区创造微氧环境，有利于在好氧区实现同步硝化反硝化，提高城镇污水处理的出水水质。
(2)培养的污泥颗粒粒径分布集中，可实现在全池的流化，在水力作用下可保持结构完成。(3)机械分离池将污泥颗粒与活性污泥分离，同时可将污泥颗粒表层老化的微生物脱离，保持***内良好的生物活性。
(4)培养形成的污泥颗粒与活性污泥的密度和粒径分布的差异显著，沉降性能优异，沉降速度可达30～80m/h，沉淀分离池通过污泥颗粒与活性污泥的沉降性能的差异，实现污泥颗粒与活性污泥的分离。
(5)污泥颗粒形成后，可通过排泥的方式逐步淘汰***内的活性污泥，进而改善***的污泥沉降性能，提高处理能力。
(6)颗粒载体中的三维多孔结构和功能载体粉末有利于专性微生物的富集，加快低浓度城镇污水条件下污泥颗粒的培养。
附图说明
图1为本发明一实施例中的连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理装置的示意图；
图2为本发明另一实施例中的连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理装置的示意图；
图3为本发明一实施例中的出水堰的结构示意图；
图4为本发明实施例1中的经微生物附着后的污泥颗粒的放大图。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第X实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料、方法步骤或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
请参考图1，本发明提供的一种连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理装置，包括依次连接的原水水箱1、载体投加箱2、A2/O生化池3、机械分离池4、沉淀分离池5和出水水箱6。
其中，所述A2/O生化池3分为厌氧区3.1、缺氧区3.2和好氧区3.3，原水水箱1和载体投加箱2分别通过进水泵1.1与计量泵2.1与厌氧区3.1相连，按照水流方向上下交错设置过流孔连接各个格室，好氧区3.3通过管道与机械分离池4相连，机械分离池通过导流槽4.2和出水堰4.3与沉淀分离池5相连。污泥颗粒在沉淀一区5.1收集，通过内回流泵5.3返回生化池缺氧区3.2，活性污泥在沉淀二区5.2收集，通过外回流泵5.4返回生化池厌氧区3.1，沉淀分离区5的上清液通过出流堰5.5进入出水水箱6。
此外，所述A2/O生化池3还包括框式搅拌***3.4，曝气机3.6，微孔曝气盘3.7和生化池pH和DO实时在线监测装置3.5；所述机械分离池4还包括双曲面搅拌器4.4和搅拌叶片4.1；所述沉淀分离池5还包括排泥管5.6；所述载体投加箱2内还设有载体投加桶搅拌器。
PLC控制器7电连接以及控制载体投加桶搅拌器2.1、计量泵2.2、框式搅拌机3.4、双曲面搅拌器4.4以及pH和DO在线检测装置。
优选的，所述复合载体颗粒包括基础生物载体和功能载体粉末，所述功能载体粉末通过干粉拌合工艺负载在基础生物载体上；所述基础生物载体包括膨胀珍珠岩、火山岩、生物炭和生物陶粒，所述基础载体具有三维多孔结构，所述功能载体粉末包括硫粉、硫铁矿粉、葡萄糖、淀粉、纤维素、聚乳酸、聚乙烯醇、聚羟基脂肪酸酯中的一种或多种。
优选的，所述复合载体颗粒分散于载体投加箱，通过计量泵输入生化池厌氧区与活性污泥混合，输入量为8-15g/L，为污泥颗粒的形成提供骨架。
优选的，好氧区的溶解氧控制在2-3mg/L；进入所述沉淀二区的活性污泥通过外回流泵的方式返回生化池厌氧区，回流比为50％-100％，时间为10-20d；污泥颗粒在所述沉淀一区收集，通过内回流泵的方式返回生化池缺氧区，回流比为100％-200％。
优选的，所述载体投加箱中的框式搅拌器和A2/O生化池中框式搅拌器的速度梯度控制在10-60s-1，机械分离池中双曲面搅拌的速度梯度控制在300-600s-1。
优选的，所述出水堰呈锯齿型结构，垂直呈90°。
具体的，将所述复合载体颗粒分散于载体投加箱2，通过计量泵2.2输入生化池厌氧区3.1与活性污泥混合，输入量为8-15g/L，为污泥颗粒的形成提供骨架。
阶段I：A2/O生化池3接种污泥取自城镇污水处理厂好氧池末端，污泥浓度3000-6000mg/L，功能载体与接种污泥形成混合液，微生物在功能载体上富集，期间不进行排泥，进入沉淀二区的活性污泥通过外回流泵5.4返回生化池厌氧区3.1，回流比为50％-100％，时间为10-20d，培养形成由功能载体为核心的污泥颗粒。
阶段II：污泥颗粒在生化池完成反应后，通过机械分离池将污泥颗粒与活性污泥分离，通过导流槽4.2和出流堰4.3使混合液以一定的初速度在沿水平方向进入沉淀分离池5，污泥颗粒首先沉降在沉淀一区5.1被收集，通过内回流泵5.3返回生化池缺氧区3.2，回流比为100％-200％；活性污泥进入沉淀二区，排出***。优选的，所述沉淀分离池5的中部设置有斜板，所述斜板沿水流放下放下倾斜。
请参考图2，本发明提供另一种实施例中的连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理装置，其与图1中的实施例相似，其不同仅在于，A2/O生化池3与沉淀分离池5之间没有设置所述机械分离池，A2/O生化池3处理后的污水直接进入所述沉淀分离池5进行水平流沉淀。其他结构均相同，在此不再赘述。
通过以上技术方案，可以知道，本发明至少具有如下优势：
(1)本发明通过粒径分布集中的颗粒载体，在低浓度城镇污水条件下，培养出结构紧密的污泥颗粒，形成了丰富的微生物群落，可在好氧区创造微氧环境，有利于在好氧区实现同步硝化反硝化，提高城镇污水处理的出水水质。
(2)培养的污泥颗粒粒径分布集中，可实现在全池的流化，在水力作用下可保持结构完成。
(3)机械分离池将污泥颗粒与活性污泥分离，同时可将污泥颗粒表层老化的微生物脱离，保持***内良好的生物活性。
(4)培养形成的污泥颗粒与活性污泥的密度和粒径分布的差异显著，沉降性能优异，沉降速度可达30～80m/h，沉淀分离池通过污泥颗粒与活性污泥的沉降性能的差异，实现污泥颗粒与活性污泥的分离。
(5)污泥颗粒形成后，可通过排泥的方式逐步淘汰***内的活性污泥，进而改善***的污泥沉降性能，提高处理能力。
(6)颗粒载体中的三维多孔结构和功能载体粉末有利于专性微生物的富集，加快低浓度城镇污水条件下污泥颗粒的培养。
以下以具体实施例来说明本申请的技术方案。
实施例1：进水取自城镇污水处理厂细格栅出水，水质特征如下：COD为200～466mg/L；氨氮(NH4 +-N)浓度为25.3～43.5mg/L；总氮(TN)浓度为30.3～52.7mg/L；总磷(TP)浓度为3.39～6.43mg/L；pH为6.8～7.7；接种污泥取自好氧池末端的活性污泥，接种污泥浓度为5000mg/L，功能载体由膨胀珍珠岩和硫铁矿粉复合而成，粒径分布在50～150um之间，投加量为8g/L；接种污泥、功能载体和污水在生化池内充分混合，水力停留时间控制5h，好氧区溶解氧控制在2mg/L，培养驯化15d后，微生物在功能载体上完成挂膜，形成粒径分布集中的污泥颗粒，粒径分布在60～300um，密度分布在1.09～1.16g/cm3。沉降速度可到30～60m/h。完成生化反应后的污泥颗粒，进入机械分离池，速度梯度控制500S-1，实现污泥颗粒与活性污泥的分离以及老化生物膜的脱落。通过导流槽4.2以水平流的方式进入沉淀分离池，在重力作用下，实现污泥颗粒与活性污泥的分离。其中，内回流比100％，外回流比为50％。每周向***内补充1次功能载体，补充量为0.5mg/L。稳定运行过程中，连续跟踪检测45d出水水质，其中COD为9～21mg/L；氨氮(NH4 +-N)量浓度为0.15～0.45mg/L；总氮(TN)质量浓度为6.5～9.1mg/L；总磷(TP)质量浓度为0.1～0.4mg/L，可满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准甚至更严格的排放要求。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理装置，其特征在于，包括依次连接的原水水箱、载体投加箱、A2/O生化池、沉淀分离池和出水水箱；其中，
所述载体投加箱用于投加粒径范围在50 um-500 um之间，集中分布区间不超过100 um的具有生物亲和性的供微生物生长的复合载体颗粒；
所述A2/O生化池包括厌氧区、缺氧区和好氧区，微生物在所述复合载体颗粒上富集，培养形成由复合载体颗粒为核心的污泥颗粒，所述好氧区与所述沉淀分离池相连，以将经所述A2/O生化池处理过的污水传送至所述沉淀分离池；
所述沉淀分离池包括在水流方向上依次设置的沉淀一区和沉淀二区，所述污泥颗粒在所述沉淀一区收集，通过内回流泵的方式返回生化池缺氧区，活性污泥在沉淀二区收集，通过外回流泵的方式返回生化池厌氧区，沉淀分离区池的上清液通过出流堰进入所述出水水箱；
所述污水处理装置还包括机械分离池，所述好氧区通过管道与机械分离池相连，机械分离池通过导流槽和出水堰与所述沉淀分离池相连；所述机械分离池中双曲面搅拌的速度梯度控制在300-600 s-1；所述A2/O生化池还包括框式搅拌***、曝气机、微孔曝气盘和生化池pH和DO实时在线监测装置；所述机械分离池还包括双曲面搅拌器，所述沉淀分离池还包括排泥管；所述载体投加箱中的框式搅拌器和A2/O生化池中框式搅拌器的速度梯度控制在10-60 s-1。
2.根据权利要求1所述的连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理装置，其特征在于，还包括PLC控制器，所述PLC控制器与所述载体投加箱搅拌器、计量泵、框式搅拌机、双曲面搅拌器以及pH和DO在线检测装置电连接。
3.根据权利要求1所述的连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理装置，其特征在于，所述出水堰呈锯齿型结构，垂直呈90°。
4.一种连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理方法，其特征在于，包括步骤：
提供根据权利要求1-3中任一项所述的连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理装置；
提供所述复合载体颗粒，所述复合载体颗粒包括基础生物载体和功能载体粉末，所述功能载体粉末通过干粉拌合工艺负载在基础生物载体上；
将所述复合载体颗粒分散于载体投加箱，通过计量泵输入生化池厌氧区与活性污泥混合，输入量为8-15 g/L，为污泥颗粒的形成提供骨架，微生物在功能载体上富集，培养形成由复合载体颗粒为核心的污泥颗粒；所述功能载体粉末包括硫粉、硫铁矿粉、葡萄糖、淀粉、纤维素、聚乳酸、聚乙烯醇、聚羟基脂肪酸酯中的一种或多种；
污泥颗粒在生化池完成反应后，进入所述机械分离池和所述沉淀分离池。
5.根据权利要求4所述的连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理方法，其特征在于，所述基础生物载体包括膨胀珍珠岩、火山岩、生物炭和生物陶粒，所述基础生物载体具有三维多孔结构。
6.根据权利要求5所述的连续流粒径可控污泥颗粒的污水处理方法，其特征在于，在所述污泥颗粒在生化池稳定形成之前，好氧区的溶解氧控制在2-3 mg/L，沉淀分离池溶解氧控制在1-2 mg/L；进入所述沉淀二区的活性污泥通过外回流泵的方式返回生化池厌氧区，回流比为50%-100%，时间为10-20 d；污泥颗粒在所述沉淀一区收集，通过内回流泵的方式返回生化池缺氧区，回流比为100%-200%。
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