CN102139953A - 好氧颗粒污泥快速培养系统及快速培养方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种好氧颗粒污泥快速培养系统，包括进行序列间歇式活性污泥污水处理的反应筒、与厌氧反应器连接将厌氧反应器出水输送入反应筒的供水装置、排出处理后的污水的排水装置和提供反应筒内氧气的供氧装置，其特征在于所述系统还包括时间程序控制器，所述时间程序控制器分别连接供水装置、排水装置和供氧装置控制系统运行时间。该装置可以拓宽现有好氧颗粒污泥技术的应用范围和缩短反应器启动时间，同时还能有效降低系统运行能耗，减少占地面积，并提高系统运行稳定性。
Description
技术领域
本发明属于厌氧反应器出水污水处理技术领域，具体涉及一种好氧颗粒污泥快速培养系统及快速培养方法。
背景技术
活性污泥法是当前应用最广的废水处理方法，具有简单、高效等优点，但也普遍存在着占地面积大、剩余污泥多、成本高、且容易发生污泥膨胀等问题。近年来，好氧颗粒污泥技术作为一种在活性污泥法基础上发展起来的新兴的废水处理工艺，能较好的克服活性污泥工艺中存在的以上这些问题，因此已引起了国内外广泛的关注和重视。好氧颗粒污泥是指在好氧环境条件下，微生物通过一系列复杂的自固定过程，最终形成结构紧凑、外形规则的密集生物聚合体。与常规活性污泥工艺相比，好氧颗粒污泥工艺具有占地面积小、剩余污泥产量少、建设和运行成本低等诸多优点，显示了很好的发展和应用前景。但是，好氧颗粒污泥的形成往往较为缓慢，并且对工艺条件要求比较严格。
目前，国内外研究人员在好氧颗粒污泥的培养及形成机理方面已取得了一定进展，成功利用城市生活污水和酿造、豆制品等食品工业废水培养出性能优异的好氧颗粒污泥，并建立了一系列好氧颗粒污泥机理及工艺模型。然而，这些研究大多是利用废水在好氧状态下直接培养好氧颗粒污泥，利用厌氧反应器出水培养好氧颗粒污泥方面的研究仅有少量报导。厌氧-好氧两级生物处理是当前最有效的废水处理工艺运行模式，因此利用厌氧生物反应器出水来快速培养和运行好氧颗粒污泥，具有重要的现实意义。然而，厌氧反应器出水的组成和性质不同于一般的生活或工业废水。普通的生活污水和工业废水中的碳源大多以糖类物质为主，并且废水pH呈中性；而厌氧生物反应器出水则往往含有大量挥发性有机酸(如乙酸、丙酸、丁酸等)，COD较高，废水pH偏酸性，对部分微生物存在抑制作用，因此形成成熟好氧颗粒污泥所需培养时间较长，往往需要2-3月，并且若工艺条件不当还可能引起丝状菌过度生长导致系统恶化甚至崩溃。
由于好氧颗粒污泥的形成依赖于较大的水力剪切力作用以及在运行过程中不断排出沉降性能较差的絮体污泥，因此目前普遍采用较大的反应器高径比和排水比。考虑到好氧颗粒污泥在动态形成过程过其最佳运行条件也会出现变化，采用固定的运行方式其实并不利于颗粒污泥的快速形成。最新研究表明，针对反应器的运行状态，通过逐步动态调整反应器的排水比、沉降时间等运行参数，能有效加速好氧颗粒污泥的形成并提高颗粒化过程的稳定性。这一技术已经在城市生活污水的好氧颗粒污泥体系中得到了初步证实。然而，目前尚无专门针对厌氧反应器出水的好氧污泥快速颗粒化培养技术，从而使好氧颗粒污泥技术的应用范围和程度受到了一定限制。
发明内容
本发明目的在于提供一种好氧颗粒污泥快速培养系统，解决了现有技术中针对厌氧反应器出水进行好氧污泥培养无法快速颗粒化培养等技术难题。
为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：
一种好氧颗粒污泥快速培养系统，包括进行序列间歇式活性污泥污水处理的反应筒、与厌氧反应器连接将厌氧反应器出水输送入反应筒的供水装置、排出处理后的污水的排水装置和提供反应筒内氧气的供氧装置，其特征在于所述系统还包括时间程序控制器，所述时间程序控制器分别连接供水装置、排水装置和供氧装置控制系统运行时间。
优选的，所述反应筒包括内径不同的第一反应筒和第二反应筒，所述第一反应筒和第二反应筒间通过变径筒连接。
优选的，所述第二反应筒设置在第一反应筒的下端，所述第二反应筒的高径比在6～15范围内。
优选的，变径筒为锥形套筒。
优选的，所述第二反应筒外侧设置进水口和出水口，所述供水装置连入进水口，所述出水口连接排水装置。
优选的，所述供氧装置包括与时间程序控制器连接的气泵、设置在第二反应筒筒底内侧的砂芯曝气头，气源经气泵输送到砂芯曝气头进行曝气；所述气泵外侧设置转子流量计控制气流速度。
优选的，所述排水装置包括与时间程序控制器连接的电磁阀，所述时间程序控制器通过电磁阀控制出水速度。
优选的，所述供水装置包括与时间程序控制器连接的蠕动泵、自动加药装置，所述蠕动泵与自动加药装置间设置调节池，所述厌氧反应器出水经调节池调节pH值后由时间程序控制器控制蠕动泵输送入反应筒内；所述时间程序控制器通过蠕动泵控制进水速度。
优选的，所述第二反应筒外侧还设置若干个取样口；所述调节池内设置对调节池内液体进行搅拌的搅拌装置和监测调节池内pH值的pH电极，所述pH电极与自动加药装置电连接将调节池内pH值反馈给自动加药装置，自动加药装置根据pH电极的监测数据调整加药数量。
本发明还提供了一种利用厌氧反应器出水进行好氧颗粒污泥快速培养的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
(1)构建权利要求1所述的好氧颗粒污泥快速培养系统；以厌氧反应器的出水为原料，按照进水、曝气、沉淀、排水的步骤进行好氧颗粒污泥培养；由供水装置将厌氧反应器出水输送入反应筒中，由供气装置向反应筒中输送氧气进行曝气培养，由排水装置进行排水作业；
(2)培养过程中根据培养过程中污泥SVI参数的变化，通过时间程序控制器调节排水比、沉降时间和运行周期，其中排水比在50％-80％调节，运行周期在2-6小时内调节，沉降时间在3-30min内调节，直至好氧颗粒污泥培养完成。
优选的，所述方法步骤(2)中调节的具体步骤为：当SVI＞70mL/g时，排水比为50％，运行周期4～6h，沉降时间20～30min；SVI＝50～70mL/g时，排水比为60～70％，运行周期3～6小时，沉降时间5～20min；SVI＜50mL/g时，排水比80％，运行周期2～5小时，沉降时间3～5min。
本发明属于废水生物处理技术领域，本发明提供了一种利用厌氧生物反应器出水快速稳定培养好氧颗粒污泥的方法及配套装置，以进一步拓宽好氧颗粒污泥技术的应用范围，并解决当前好氧颗粒污泥培养时间长和稳定性较差的问题，从而提高厌氧-好氧废水生物处理系统的整体处理效果并降低运行成本。
相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：
本发明技术方案中采用厌氧生物反应器出水作为原料，通过实时逐步调整运行参数的方式，在SBR反应器或SBAR反应器内快速培养好氧颗粒污泥。本发明技术方案针对厌氧生物反应器出水，逐步提高进水COD负荷，避免对系统造成大的冲击，同时设置自动加药装置根据废水pH变化投加适量的碱，以保障系统能在较高负荷下稳定运行。
本发明与传统工艺中一般采用固定的工艺运行参数来培养颗粒污泥的方式相比，采用逐步调整运行参数的方式运行。根据培养过程中SVI的变化，相应调整排水比、沉降时间和运行周期：排水比在50％-80％变动，运行周期2-6小时，沉降时间3-20min。具体步骤为：当SVI＞70mL/g时，排水比为50％，运行周期4～6h，沉降时间20～30min；SVI＝50～70mL/g时，排水比为60～70％，运行周期3～6小时，沉降时间5～20min；SVI＜50mL/g时，排水比80％，运行周期2～5小时，沉降时间3～5min。稳定操作至成熟好氧颗粒污泥形成。这种逐步调控的策略是基于反应器运行和污泥状态的实时调整，有利于将系统运行状态维持在最佳水平，从而促进颗粒污泥的快速形成和系统稳定运行。
本发明采用大高径比(6～15)第二反应筒的SBR或SABR反应器，上部设置有变径筒。第二反应筒大的高径比有利于在SBR或SABR反应器内部产生较长的环流轨迹和较为均匀的涡流，从而加强流体对污泥的水力剪切，有利于好氧颗粒污泥的形成，同时还能降低维持高气速所需曝气能耗。此外，反应器上部的变径管段能有效避免污泥悬浮液被高气速带出反应器而流失，从而保证系统稳定运行。
综上所述，本发明提出的针对厌氧反应器出水的好氧颗粒污泥快速培养方法及反应器装置，能大大拓宽现有好氧颗粒污泥技术的应用范围和缩短反应器启动时间，同时还能有效降低系统运行能耗，减少占地面积，并提高系统运行稳定性，从而促进好氧颗粒污泥的快速稳定和规模化培养，推动好氧颗粒污泥技术走向工程化应用。此外，本发明的好氧颗粒污泥快速培养方法及其装置对于其他各类较高浓度生活污水和工业废水的处理也具有很好的参考价值。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明实施例好氧颗粒污泥快速培养系统的结构示意图；
图2为本发明实施例好氧颗粒污泥快速培养系统的另一结构示意图。
其中：11为第一反应筒；12为第二反应筒；13为变径筒；14为进水口；15为出水口；16为取样口；17为导流筒；21为蠕动泵；22为自动加药装置；23为pH电极；24为搅拌装置；25为调节池；31为电磁阀；41为气泵或充气泵；42为砂芯曝气头；43为转子流量计；5为时间程序控制器。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例1采用SBR反应器的好氧颗粒污泥快速培养系统
如图1所示，培养好氧颗粒污泥采用的好氧颗粒污泥快速培养系统为高效SBR反应器，包括进行序列间歇式活性污泥污水处理的反应筒、与厌氧反应器连接将厌氧反应器出水输送入反应筒的供水装置、排出处理后的污水的排水装置和提供反应筒内氧气的供氧装置、时间程序控制器，所述时间程序控制器分别连接供水装置、排水装置和供氧装置，控制系统运行时间。
反应筒包括内径不同的第一反应筒11和第二反应筒12，所述第一反应筒11和第二反应筒12间通过变径筒13连接。所述第二反应筒12设置在第一反应筒11的下端，所述第二反应筒12的高径比在6～15范围内。变径筒13为锥形套筒。
第二反应筒12外侧设置进水口14和出水口15，所述供水装置连入进水口14，所述出水口15连接排水装置。所述供氧装置包括与时间程序控制器连接的气泵41、设置在第二反应筒12筒底内侧的砂芯曝气头42，气源经气泵41输送到砂芯曝气头42进行曝气；所述气泵41外侧设置转子流量计43控制气流速度。所述排水装置包括与时间程序控制器连接的电磁阀31，所述时间程序控制器通过电磁阀31控制出水速度。
供水装置包括与时间程序控制器5连接的蠕动泵21、自动加药装置22，所述蠕动泵21与自动加药装置22间设置调节池25，所述厌氧反应器出水经调节池25调节pH值后由时间程序控制器5控制蠕动泵21输送入反应筒内；所述时间程序控制器5通过蠕动泵21控制进水速度。所述第二反应筒12外侧还设置若干个取样口16；所述调节池25内设置对调节池25内液体进行搅拌的搅拌装置24和监测调节池内pH值的pH电极23，所述pH电极23与自动加药装置22电连接将调节池内pH值反馈给自动加药装置22，自动加药装置22根据pH电极23的监测数据调整加药数量。
调节池放在厌氧反应器和SBR反应器中间，厌氧反应器出水在调节池中调节pH和COD负荷并添加营养元素后再泵入SBR反应器。利用厌氧反应器出水进行好氧颗粒污泥快速培养时，先构建好氧颗粒污泥快速培养系统；以厌氧反应器出水的污水为原料，通过供水装置输送入反应筒中；供气装置向反应筒中输送氧气进行曝气培养。
培养过程中根据培养过程中好氧颗粒污泥SVI的变化，通过时间程序控制器调节排水比、沉降时间和运行周期，其中排水比在50％-80％调节，运行周期在2-6小时内调节，沉降时间在15-20min内调节，直至好氧颗粒污泥培养完成。
SBR反应器主体部分为圆柱状有机玻璃反应筒，分为上下两个不同管径的部分，中间用变径连接。反应筒体总高度110cm，上部和下部圆筒内径分别为7cm和11cm，有效容积为4.0L。在筒身不同高度处设有用于出水和取样的出口。进水口设在另一侧，离底部距离50cm。反应器通过时间程序控制器5进行自动控制和运行时间。进水采用蠕动泵21泵入，反应器的出水由电磁阀31控制，气泵41为反应器供氧并保障充分的搅拌和水力剪切力。反应器底部装有砂芯曝气头42使反应器内曝气和流态更加均匀。用转子流量计42将曝气量控制在约2cm/s(表观气体流速)。
采用污水处理厂的絮体活性污泥为接种污泥并进行驯化培养。驯化过程中采用SBR操作，每天换2次水，每次换水后水中COD控制在1500mg/L左右。驯化一周后将污泥接入并正式启动反应器，接种MLSS浓度约3g/L。将厌氧产氢反应器的出水适当稀释后并添加一定量的常量及微量元素后泵入SBR反应器中。运行过程中进水COD浓度逐步从500mg/L提高到2000mg/L。
本实施例中上述SBR反应器的运行操作过程如下：反应器按进水-曝气-沉淀-排水的方式自动运行。初始运行条件为运行周期360min，其中进水时间10min，曝气310min，沉降30min，排水静置10min。按上述方式运行约1周后，根据污泥SVI变化情况逐步缩短曝气和沉降时间。经过约30天后，运行周期缩短为240min，其中曝气215min，沉降5min，进水和排水时间不变。SBR反应器内的污泥主要由好氧颗粒污泥组成，平均粒径达到约3mm，此时SVI降到约30mL/g，MLSS浓度达到约8g/L，标志着性能良好的好氧颗粒污泥形成。此后污泥浓度稳定在8g/L左右，系统的COD去除率稳定在95％左右。
实施例2采用SABR反应器的好氧颗粒污泥快速培养系统
如图2所示，培养好氧颗粒污泥采用的好氧颗粒污泥快速培养系统为SABR反应器，包括进行序列间歇式活性污泥污水处理的反应筒、与厌氧反应器连接将厌氧反应器出水输送入反应筒的供水装置、排出处理后的污水的排水装置和提供反应筒内氧气的供氧装置、时间程序控制器，所述时间程序控制器分别连接供水装置、排水装置和供氧装置，控制系统运行时间。
反应筒包括内径不同的第一反应筒11和第二反应筒12，所述第一反应筒11和第二反应筒12间通过变径筒13连接。所述第二反应筒12设置在第一反应筒11的下端，所述第二反应筒12的高径比在6～15范围内。变径筒13为锥形套筒；所述第二反应筒12内设置导流筒17，所述导流筒为圆柱形，高度60cm。
第二反应筒12外侧设置进水口14和出水口15，所述供水装置连入进水口14，所述出水口15连接排水装置。所述供氧装置包括与时间程序控制器连接的气泵41、设置在第二反应筒12筒底内侧的砂芯曝气头42，气源经气泵41输送到砂芯曝气头42进行曝气；所述气泵41外侧设置转子流量计43控制气流速度。所述排水装置包括与时间程序控制器连接的电磁阀31，所述时间程序控制器通过电磁阀31控制出水速度。
供水装置包括与时间程序控制器5连接的蠕动泵21、自动加药装置22，所述蠕动泵21与自动加药装置22间设置调节池25，所述厌氧反应器出水经调节池25调节pH值后由时间程序控制器5控制蠕动泵21输送入反应筒内；所述时间程序控制器5通过蠕动泵21控制进水速度。所述第二反应筒12外侧还设置若干个取样口16；所述调节池25内设置对调节池25内液体进行搅拌的搅拌装置24和监测调节池内pH值的pH电极23，所述pH电极23与自动加药装置22电连接将调节池内pH值反馈给自动加药装置22，自动加药装置22根据pH电极23的监测数据调整加药数量。
调节池放在厌氧反应器和SBR反应器中间，厌氧反应器出水在调节池中调节pH和COD负荷并添加营养元素后再泵SBR反应器。利用厌氧反应器出水进行好氧颗粒污泥快速培养时，先构建好氧颗粒污泥快速培养系统；以厌氧反应器出水的污水为原料，通过供水装置输送入反应筒中；供气装置向反应筒中输送氧气进行曝气培养。
应用例好氧颗粒污泥快速培养系统的培养应用
采用实施例1所述反应器和污泥接种方式。将厌氧产氢反应器的出水适当稀释后并添加一定量的常量及微量元素后泵入SBR反应器中。运行过程中进水COD浓度逐步从500mg/L提高到1200mg/L。反应器采用恒定的6h运行周期，初始运行条件为：进水5min，曝气330min，沉降20min，排水5min。运行过程中逐步缩短每周期的沉降时间，相应延长曝气时间。约60天后，运行条件调整为：进水5min，曝气249min，沉降3min，排水5min。此时得到成熟的好氧颗粒污泥，颗粒平均粒径约3mm，污泥沉降速度为20.1m/h。系统COD去除率稳定在95％左右。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种好氧颗粒污泥快速培养系统，包括进行序列间歇式活性污泥污水处理的反应筒、与厌氧反应器连接将厌氧反应器出水输送入反应筒的供水装置、排出处理后的污水的排水装置和提供反应筒内氧气的供氧装置，其特征在于所述系统还包括时间程序控制器（5），所述时间程序控制器（5）分别连接供水装置、排水装置和供氧装置用于控制系统运行时间。
2.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥快速培养系统，其特征在于所述反应筒包括内径不同的第一反应筒（11）和第二反应筒（12），所述第一反应筒（11）和第二反应筒（12）间通过变径筒（13）连接。
3.根据权利要求2所述的好氧颗粒污泥快速培养系统，其特征在于所述第二反应筒（12）设置在第一反应筒（11）的下端，所述第二反应筒（12）的高径比在6～15范围内。
4.根据权利要求2所述的好氧颗粒污泥快速培养系统，其特征在于变径筒（13）为锥形套筒。
5.根据权利要求2所述的好氧颗粒污泥快速培养系统，其特征在于所述第二反应筒（12）外侧设置进水口（14）和出水口（15），所述供水装置连入进水口（14），所述出水口（15）连接排水装置。
6.根据权利要求2所述的好氧颗粒污泥快速培养系统，其特征在于所述供氧装置包括与时间程序控制器（5）连接的气泵（41）、设置在第二反应筒（12）筒底内侧的砂芯曝气头（42），气源经气泵（41）输送到砂芯曝气头（42）进行曝气；所述气泵（41）外侧设置转子流量计（43）控制气流速度。
7.根据权利要求2所述的好氧颗粒污泥快速培养系统，其特征在于所述排水装置包括与时间程序控制器（5）连接的电磁阀（31），所述时间程序控制器（5）通过电磁阀（31）控制出水速度。
8.根据权利要求2所述的好氧颗粒污泥快速培养系统，其特征在于所述供水装置包括与时间程序控制器（5）连接的蠕动泵（21）、自动加药装置（22），所述蠕动泵（21）与自动加药装置（22）间设置调节池（25），所述厌氧反应器出水经调节池（25）调节pH值后由时间程序控制器（5）控制蠕动泵（21）输送入反应筒内；所述时间程序控制器（5）通过蠕动泵（21）控制进水速度。
9.根据权利要求8所述的好氧颗粒污泥快速培养系统，其特征在于所述第二反应筒（12）外侧还设置若干个取样口（16）；所述调节池（25）内设置对调节池（25）内液体进行搅拌的搅拌装置（24）和监测调节池内pH值的pH电极（23），所述pH电极（23）与自动加药装置（22）电连接将调节池内pH值反馈给自动加药装置（22），自动加药装置（22）根据pH电极（23）的监测数据调整加药数量。
10.一种利用厌氧反应器出水快速培养好氧颗粒污泥的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
（1）构建权利要求1所述的好氧颗粒污泥快速培养系统；以厌氧反应器的出水为原料，按照进水、曝气、沉淀、排水的步骤进行好氧颗粒污泥培养；
（2）培养过程中根据污泥SVI的变化，通过时间程序控制器（5）调节排水比、沉降时间和运行周期，其中排水比在50%-80%调节，运行周期在2-6小时内调节，沉降时间在3-30 min内调节。
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