CN102826713A - 利用摇蚊幼虫捕食作用强化改良分段进水污泥减量的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种利用摇蚊幼虫捕食作用强化改良分段进水污泥减量的装置和方法，属于生化法污水生物处理技术领域。近来，首次发现摇蚊幼虫具有污泥减量、改善污泥沉降性的作用，并且利用摇蚊幼虫污泥减量具有能耗少、运行费用低、对环境不产生二次污染等优点。针对现有改良分段进水工艺剩余污泥产量大的缺点，本发明在改良分段进水工艺的第三段好氧反应器中放置填料、接种摇蚊幼虫，利用摇蚊幼虫的捕食作用开发集污泥减量、脱氮除磷作用于一体的反应装置并通过工艺调整在最后一段好氧反应器中实现同步硝化反硝化，提高总氮去除率，实现节能、稳定脱氮除磷和高效污泥减量技术于一体的组合系统，为城镇污水处理厂提标改造提供理论基础和技术支持。

Description

利用摇蚊幼虫捕食作用强化改良分段进水污泥减量的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种利用摇蚊幼虫捕食作用强化改良分段进水污泥减量的装置和方法，属于生化法污水生物处理技术领域。在不新增构筑物条件下，通过在改良分段进水脱氮除磷装置第三段好氧反应器接种摇蚊幼虫并根据摇蚊幼虫生长习性对工艺参数进行适当调整使该装置具有同步硝化反硝化效果脱氮除磷同时对剩余污泥进行减量化处理。特别适用于污水处理厂的提标改造以及一体化污水处理厂的新建。

背景技术

改良分段进水脱氮除磷工艺是近年来新开发的生物脱氮除磷工艺，它将UCT工艺和分段进水工艺结合起来，具有合理利用原水碳源、不需要硝化液回流和高效脱氮除磷等优点。

在污水得到处理的同时会产生大量剩余污泥，剩余污泥处理投资运行费用高，如果不能得到及时处理还会对环境造成二次污染。因此对于污泥减容及污泥减量技术的研究一直是人们关注的热点。利用微型动物进行污泥减量更是近年来的研究重点。微型动物的捕食作用产生的污泥减量具有能耗低，不会对环境造成二次污染等优点。

摇蚊，双翅目长角亚目摇蚊科的通称，为一类十分常见，数量众多，在淡水水域生态平衡和养鱼事业方面具有重要意义的昆虫。摇蚊成虫几不取食，或摄食少量含有糖分的液体。雌虫一生一般只产一次卵，直接产于水面。摇蚊的幼虫期占据整个生活史的大部分时间，由2周至4年不等，一般为4～5月。摇蚊幼虫是微型动物的一种，俗称“红虫”，其种类多，分布广，生物量约占底栖生物总量的70-80%，是构成水生食物网的主要环节。主要以水底有机物碎屑为食，且摄食量相当可观。

国内外关于摇蚊幼虫的研究主要集中在去除水体中肆意孽生的摇蚊幼虫及将其应用于水体的指示生物。近来，首次发现摇蚊幼虫具有污泥减量、改善污泥沉降性的作用。如何在污水得到高效脱氮除磷处理基础上，同步利用摇蚊幼虫等微型动物的捕食作用对剩余污泥进行减量化处理，实现稳定脱氮除磷和节能、高效污泥减量技术于一体的组合系统，已成为现阶段污水处理领域的重大需求。

发明内容

本发明的目的是针对目前改良分段进水工艺在处理污水的同时产生大量剩余污泥的问题，结合同步硝化反硝化、节能降耗和污泥减量三个关键技术，提出一种基于改良分段进水的污水处理装置及方法，通过在第三段好氧反应器增加填料、接种摇蚊幼虫并对运行参数进行适当调整，在不影响污水脱氮除磷的同时利用微生物的捕食作用进行污泥减量化处理，扩展原有改良分段进水工艺功能，升级为集同步硝化反硝化效果的脱氮除磷和高效污泥减量技术于一体的组合系统，提高总氮去除率，强化污水处理系统的整体性能，在不新增构筑物的条件下实现污水生物脱氮除磷与剩余污泥减量同时进行，为城镇污水处理厂提标改造提供理论基础和技术支持。

为了达到上述设计目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用摇蚊幼虫捕食作用强化改良分段进水污泥减量装置，主要有污水水箱、厌氧反应器、第一段缺氧反应器、第一段好氧反应器、第二段缺氧反应器、第二段好氧反应器、第三段缺氧反应器、第三段好氧反应器、沉淀池和摇蚊收集器组成；所述污水水箱由进水管及进水泵分别与厌氧反应器、第二段缺氧反应器、第三段缺氧反应器连接，厌氧反应器与三个A/O反应器顺次连接，第三段好氧反应器分别连接到沉淀池和摇蚊收集器，沉淀池部分污泥经污泥回流泵连接到第一段缺氧反应器，第一段缺氧反应器中泥水混合液通过泥水混合液回流泵连接到厌氧反应器。其特征在于：所述厌氧反应器和第一段缺氧反应器、第一段好氧反应器、第二段缺氧反应器、第二段好氧反应器、第三段缺氧反应器、第三段好氧反应器间通过隔板分离为7个格室，并且隔板间设有连通管以防止混合液的返混现象；每个缺氧反应器和好氧反应器体积比为1:2，厌氧反应器和缺氧反应器体积比为1:1；所述厌氧反应器、第一段缺氧反应器、第二段缺氧反应器、第三段缺氧反应器中均设置有搅拌器；所述第一段好氧反应器、第二段好氧反应器、 第三段好氧反应器中均设有曝气装置，在第三段好氧反应器中曝气装置距底部3-5cm；所述第三段好氧反应器内部放置填料；所述第三段好氧反应器上部安装拦截筛网，并通过气泵与摇蚊收集器连接；所述第三段好氧反应器底部设粪便排放阀定期排放摇蚊幼虫排泄物；所述第三段好氧反应器泥水混合液出口、沉淀池出水口和污泥回流口均设有拦截筛网对填料、摇蚊幼虫以及摇蚊进行有效拦截，保证出水水质同时防止摇蚊幼虫进入到除第三段好氧反应器以外的反应器中；所述第三段好氧反应器安装DO仪，在线对第三段好氧反应器中曝气装置的曝气量进行控制。

一种利用摇蚊幼虫捕食作用强化改良分段进水污泥减量的方法，该方法的具体步骤为：

1）在改良分段进水启动成功进入平稳运行阶段后，在第三段好氧反应器内按摇蚊幼虫湿重与活性污泥干重比0.6-1接种摇蚊幼虫，控制较低的曝气量使DO维持在1.5-2 mg/L浓度范围内。

2）当接种摇蚊幼虫后，生活污水分为三部分经进水泵按30%：30%：40%进行流量分配后进入厌氧反应器、第二段缺氧反应器、第三段缺氧反应器。进入厌氧反应器的第一股原水与从第一段缺氧反应器经混合液回流泵回流的混合液在搅拌器作用下完成聚磷菌利用原水中的可生物降解有机物，以内碳源PHB形式贮存在聚磷菌体内，同时释放大量的溶解性正磷酸盐。在第一段缺氧反应器中，沉淀池污泥经污泥回流泵与厌氧反应器出水混合，在搅拌器作用下异养反硝化菌利用剩余有机物进行反硝化脱氮处理。在第一段好氧反应器中，第一段缺氧反应器出水混合液进入第一段好氧反应器，异养菌氧化剩余有机物，硝化菌进行氨氮的硝化反应并产生硝态氮，聚磷菌完成好氧吸磷过程，通过转子流量计对曝气量的大小进行调整，维持溶解氧DO=3-5 mg/L，并根据出水氨氮浓度对曝气量大小进行适当调整。在第二段缺氧反应器中，第二股原水与第一段好氧反应器硝化液在搅拌器作用下进行反硝化脱氮处理。在第二段好氧反应器中，同时进行氧化去除剩余有机物、氨氮好氧硝化及好氧吸磷过程，调整曝气量使DO=3-5 mg/L。在第三段缺氧反应器中，第三股原水与第二段好氧反应器硝化液进入第三段缺氧反应器进行反硝化脱氮处理。在第三段好氧反应器内放置有填料、接种有摇蚊幼虫，同时进行有机物氧化、氨氮硝化、聚磷菌好氧吸磷、同步硝化反硝化及利用摇蚊幼虫对活性污泥的捕食作用产生的污泥减量处理。

3）沉淀池中污泥通过污泥回流泵按照50%-150%的回流比回流到第一段缺氧反应器，第一段缺氧反应器的泥水混合液按照80%-120%的回流比回流到厌氧反应器。

4）经与第三段好氧反应器相连接的气泵从第三段好氧反应器抽取摇蚊以控制其产卵量从而间接控制第三段好氧反应器中摇蚊幼虫湿重与活性污泥干重比0.6-1接种摇蚊幼虫，维持稳定的污泥减量效果。

本发明所述的利用摇蚊幼虫捕食作用强化改良分段进水污泥减量的装置和方法的有益效果是：经过对改良分段进水装置的升级改造并简单改变工艺运行方式，实现节能、稳定脱氮除磷和高效污泥减量技术于一体的组合系统。摇蚊幼虫摄食量大，利用其对活性污泥的捕食作用进行污泥减量处理具有效果稳定、能耗低、不会对环境造成二次污染等优点。由于摇蚊幼虫“筑巢”的生活习性，使活性污泥更密实的包裹在其身体周围，外部呈好氧环境而内部呈缺氧环境，形成同步硝化反硝化的脱氮方式，而低曝气量更是为其同步硝化反硝化提供有利条件，提高总氮去除率，并且由于摇蚊幼虫分泌粘性物质使活性污泥絮体变得更加密实，有效改善活性污泥沉降性。

附图说明

图1为本发明所述利用摇蚊幼虫捕食作用强化改良分段进水污泥减量装置的结构示意图；

其中：1-污水水箱；2-进水泵；3-厌氧反应器；4，6，8-缺氧反应器；5，7，9-好氧反应器；10-沉淀池；11-污泥回流阀门；12-污泥回流泵；13-混合液回流泵；14-搅拌器；15-鼓风机；16-空气调节阀；17-气体流量计；18-曝气装置；19，24-拦截筛网；20气泵；21-摇蚊收集器；22-填料；23-DO仪；25-粪便排放阀。

图2中A为本发明所述具有污泥减量能力的摇蚊幼虫图片（40倍显微镜）；B为摇蚊幼虫在污泥减量过程中分泌粘性物质，将活性污泥包裹在其体外，形成的管状泥块；C为第三段好氧反应器中摇蚊幼虫和活性污泥混合液与不接种摇蚊幼虫污泥浓度相同的活性污泥沉降30分钟后的对比照片；D为在活性污泥中接种摇蚊幼虫后的照片。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明的最佳实施方案作进一步的详细的描述。

如图1所示，本发明实施例所述利用摇蚊幼虫捕食作用强化改良分段进水污泥减量的装置，主要由顺次连接的污水水箱1、进水泵2、厌氧反应器3、第一段缺氧反应器4、第一段好氧反应器5、第二段缺氧反应器6、第二段好氧反应器7、第三段缺氧反应器8、第三段好氧反应器9、沉淀池10、从沉淀池10回流到第一段缺氧反应器4的污泥外回流管路、从第一段缺氧反应器4回流到厌氧反应器3的泥水混合液回流管路、以及通过气泵19和第三段好氧反应器相连的摇蚊收集器21组成。污水水箱1的有效容积为340L，试验所选用的模型反应器为双廊道式矩形反应器，有效容积为340L，共分7个格室运行：第一格室为厌氧反应器3（34L）；第二格室为第一段缺氧反应器4（34L）；第三格室为第一段好氧反应器5（68L）；之后紧接着的四个格室依次为第二段缺氧反应器6（34L）；第二段好氧反应器7（68L）；第三段缺氧反应器8（34L）；第三段好氧反应器9（68L）。沉淀池10有效容积为40L。在厌氧反应器3、第一段缺氧反应器4、第二段缺氧反应器6和第三段缺氧反应器8中设有搅拌器14以保持污泥处于悬浮状态，在第一段好氧反应器5和第二段好氧反应器7的底部和第三段好氧反应器9距底部3-5cm处设置曝气装置18，曝气装置18通过气体流量计17、空气调节阀16与鼓风机15相连。其中，第三段好氧反应器9中溶解氧浓度用DO仪表23进行在线监测。第三段好氧反应区内部放置填料22，便于摇蚊幼虫附着生长。第三段好氧反应器上部安装拦截筛网19，并通过气泵20与摇蚊收集器21连接，通过控制摇蚊成虫量来间接控制第三段好氧反应器9中摇蚊幼虫湿重与活性污泥干重比为0.6-1。沉淀池10底部通过回流污泥控制阀11和污泥回流泵12与第一段缺氧反应器4连接，第一段缺氧反应器4通过混合液回流泵13与厌氧反应器3连接。第三段好氧反应器9泥水混合液出口、沉淀池10出水口和污泥回流口均设有拦截筛网，以防止摇蚊幼虫进入管线造成堵塞。

利用该装置进行污水处理具体过程如下：

1）在改良分段进水启动成功进入平稳运行阶段后，在第三段好氧反应器9内按摇蚊幼虫湿重与活性污泥干重比0.6-1接种摇蚊幼虫，控制较低的曝气量使DO维持在1.5-2 mg/L浓度范围内。

2）当接种摇蚊幼虫后，生活污水分为三部分经进水泵2按30%：30%：40%进行流量分配后进入厌氧反应器3、第二段缺氧反应器6、第三段缺氧反应器8。进入厌氧反应器3的第一股原水与从第一段缺氧反应器4经混合液回流泵13回流的混合液在搅拌器14作用下完成聚磷菌利用原水中的可生物降解有机物，以内碳源PHB形式贮存在聚磷菌体内，同时释放大量的溶解性正磷酸盐。在第一段缺氧反应器4中，沉淀池10污泥经污泥回流泵12与厌氧反应器3出水混合，在搅拌器14作用下异养反硝化菌利用剩余有机物进行反硝化脱氮处理。在第一段好氧反应器5中，第一段缺氧反应器4出水混合液进入第一段好氧反应器5，异养菌氧化剩余有机物，硝化菌进行氨氮的硝化反应并产生硝态氮，聚磷菌完成好氧吸磷过程，通过转子流量计17对曝气量的大小进行调整，维持溶解氧DO=3-5 mg/L，并根据出水氨氮浓度对曝气量大小进行适当调整。在第二段缺氧反应器6中，第二股原水与第一段好氧反应器5硝化液在搅拌器14作用下进行反硝化脱氮处理。在第二段好氧反应器7中，同时进行氧化去除剩余有机物、氨氮好氧硝化及好氧吸磷过程，调整曝气量使DO=3-5 mg/L。在第三段缺氧反应器8中，第三股原水与第二段好氧反应器7硝化液进入第三段缺氧反应器8进行反硝化脱氮处理。在第三段好氧反应器9内放置有填料22、接种有摇蚊幼虫，同时进行有机物氧化、氨氮硝化、聚磷菌好氧吸磷、同步硝化反硝化及利用摇蚊幼虫对活性污泥的捕食作用产生的污泥减量处理。

3）沉淀池10中污泥通过污泥回流泵12按照50%-150%的回流比回流到第一段缺氧反应器4，第一段缺氧反应器4的泥水混合液按照80%-120%的回流比回流到厌氧反应器3。

4）经与第三段好氧反应器9相连接的气泵20从第三段好氧反应器9抽取摇蚊以控制其产卵量从而间接控制第三段好氧反应器9中摇蚊幼虫密度，维持稳定的污泥减量效果。

为了保证系统整体稳定、高效运行，达到氮、磷高效去除的同时减少系统剩余污泥产量的目的，本发明充分考虑摇蚊幼虫的生活习性，开创性的将摇蚊幼虫“筑巢”及捕食污泥的特点耦合到分段进水工艺中，提出了改良分段进水系统中的两个关键技术：原位污泥减量和连续流工艺类颗粒污泥。原位污泥减量技术，即在反应器第三段好氧反应器中接种摇蚊幼虫，利用摇蚊幼虫的捕食作用，在不影响出水水质的情况下，减少剩余污泥的排放，从而达到污泥原位减量的目的；连续流工艺类颗粒污泥技术，即利用摇蚊幼虫的“筑巢”习性，使得第三段好氧反应器中的活性污泥在摇蚊幼虫的作用下形成类似颗粒污泥的管状泥块，该管状泥块具有很好的沉降性，且易于形成外面好氧、中间缺氧的反应环境，有利于形成同步硝化反硝化，从而节省碳源，减少曝气。

运行实例

以北京某高校家属区实际生活污水为处理对象（COD=150-280mg/L，TN=42-78mg/L，TP=4-8mg/L）。污泥浓度2500-3500mg/L，水力停留时间8-10h，在第三段好氧反应器内接种170-240g摇蚊幼虫，实验结果表面COD去除率80%，TN和TP平均去除率分别为75%和80%，连续运行2个多月系统未排泥，污泥浓度始终维持在2300-3200mg/L之间。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，便于该技术领域的技术人员能理解和应用本发明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下还可以做出若干简单推演或替换，而不必经过创造性的劳动。因此，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的简单改进都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种利用摇蚊幼虫捕食作用强化改良分段进水污泥减量装置，其特征在于：包括污水水箱(1)、厌氧反应器(3)、第一段缺氧反应器（4）、第一段好氧反应器（5）、第二段缺氧反应器（6）、第二段好氧反应器（7）、第三段缺氧反应器（8）、第三段好氧反应器（9）、沉淀池（10）和摇蚊收集器（21）；所述污水水箱（1）由进水管及进水泵（2）分别与厌氧反应器（3）、第二段缺氧反应器（6）、第三段缺氧反应器（8）连接，厌氧反应器（3）与三个A/O反应器顺次连接，第三段好氧反应器（9）分别连接到沉淀池（10）和摇蚊收集器（21），沉淀池部分污泥经污泥回流泵（12）连接到第一段缺氧反应器（4），第一段缺氧反应器中泥水混合液通过泥水混合液回流泵（13）连接到厌氧反应器（3）。其特征在于：所述厌氧反应器（3）和第一段缺氧反应器（4）、第一段好氧反应器（5）、第二段缺氧反应器（6）、第二段好氧反应器（7）、第三段缺氧反应器（8）、第三段好氧反应器（9）间通过隔板分离为7个格室，并且隔板间设有连通管以防止混合液的返混现象；每个缺氧反应器和好氧反应器体积比为1:2，厌氧反应器和缺氧反应器体积比为1:1；所述厌氧反应器（3）、第一段缺氧反应器(4)、第二段缺氧反应器(6)、第三段缺氧反应器(8)中均设置有搅拌器(14)；所述第一段好氧反应器(5)、第二段好氧反应器(7)、 第三段好氧反应器(9)中均设有曝气装置（18），在第三段好氧反应器中曝气装置（18）距底部3-5cm；所述第三段好氧反应器（9）内部放置填料（22）；所述第三段好氧反应器（9）上部安装拦截筛网（19），并通过气泵（20）与摇蚊收集器（21）连接；所述第三段好氧反应器（9）底部设粪便排放阀（25）定期排放摇蚊幼虫排泄物；所述第三段好氧反应器（9）泥水混合液出口、沉淀池出水口和污泥回流口均设有对填料、摇蚊幼虫以及摇蚊进行拦截的拦截筛网（24）；所述第三段好氧反应器（9）安装DO仪（23），在线对第三段好氧反应器中曝气装置（18）的曝气量进行控制。

2.应用权利要求1所述装置用摇蚊幼虫的捕食作用进行剩余污泥减量的方法，其特征在于：该方法的具体步骤为：

1）在改良分段进水启动成功后，在第三段好氧反应器（9）内按摇蚊幼虫湿重与活性污泥干重比0.6-1接种摇蚊幼虫，控制曝气量使溶解氧DO维持在1.5-2 mg/L浓度范围内。

2）当接种摇蚊幼虫后，生活污水分为三部分经进水泵（2）按30%：30%：40%进行流量分配后进入厌氧反应器（3）、第二段缺氧反应器（6）、第三段缺氧反应器（8）。进入厌氧反应器（3）的第一股原水与从第一段缺氧反应器（4）经混合液回流泵（13）回流的混合液在搅拌器（14）作用下完成聚磷菌利用原水中的可生物降解有机物，以内碳源PHB形式贮存在聚磷菌体内，同时释放大量的溶解性正磷酸盐。在第一段缺氧反应器（4）中，沉淀池（10）污泥经污泥回流泵（12）与厌氧反应器（3）出水混合，在搅拌器（14）作用下异养反硝化菌利用剩余有机物进行反硝化脱氮处理。在第一段好氧反应器（5）中，第一段缺氧反应器（4）出水混合液进入第一段好氧反应器（5），异养菌氧化剩余有机物，硝化菌进行氨氮的硝化反应并产生硝态氮，聚磷菌完成好氧吸磷过程，通过转子流量计（17）对曝气量的大小进行调整，维持溶解氧DO=3-5 mg/L；在第二段缺氧反应器（6）中，第二股原水与第一段好氧反应器（5）硝化液在搅拌器（14）作用下进行反硝化脱氮处理。在第二段好氧反应器（7）中，同时进行氧化去除剩余有机物、氨氮好氧硝化及好氧吸磷过程，调整曝气量使DO=3-5 mg/L。在第三段缺氧反应器（8）中，第三股原水与第二段好氧反应器（7）硝化液进入第三段缺氧反应器（8）进行反硝化脱氮处理。在第三段好氧反应器（9）内放置有填料（22）、接种有摇蚊幼虫，同时进行有机物氧化、氨氮硝化、聚磷菌好氧吸磷、同步硝化反硝化及利用摇蚊幼虫对活性污泥的捕食作用产生的污泥减量处理。

3）沉淀池（10）中污泥通过污泥回流泵（12）按照50%-150%的回流比回流到第一段缺氧反应器（4），第一段缺氧反应器（4）的泥水混合液按照80%-120%的回流比回流到厌氧反应器（3）。

4）经与第三段好氧反应器（9）相连接的气泵（20）从第三段好氧反应器（9）抽取摇蚊以控制其产卵量从而间接控制第三段好氧反应器（9）中摇蚊幼虫湿重与活性污泥干重比0.6-1接种摇蚊幼虫，维持稳定的污泥减量效果。

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