CN104528946B - 一种低碳氮比生活污水条件下快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌污泥微膨胀的方法 - Google Patents

Abstract

一种低碳氮比生活污水条件下快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌污泥微膨胀的方法涉及污水生物处理领域。反应器结构如下：V_{( 缺氧区 )}：V_{( 好氧区 )}＝1:1.5～1.2.0，缺氧区均分为1～2格，好氧区均分为2～3格。生活污水首先进入缺氧区，其次进入好氧区，再由好氧区最后一格室进入二沉池进行泥水分离，最后上清液排出；存在二个循环：污泥回流(二沉池沉淀污泥回流至缺氧1格室，回流比为80％～120％)内回流(硝化液由好氧区最后一格室回流至缺氧1格室，回流比为120％～180％)。本发明以低C/N生活污水作为进水，可以快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌的污泥微膨胀，增强系统的同步硝化反硝化和短程硝化作用，提高污染物去除效果，节省曝气能耗。

Description

一种低碳氮比生活污水条件下快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌污泥微膨胀的方法

技术领域

本发明涉及污水生物处理领域，提供一种低碳氮比(C/N)生活污水条件下快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌污泥微膨胀的装置及方法，可以快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌的污泥微膨胀状态，提高系统污染物去除效果，节省曝气能耗，为各实际污水处理厂提供一种节能降耗的快速启动方案。

背景技术

污泥膨胀问题一直是运用活性污泥法处理污水的城市污水处理厂难题之一，严重时会导致系统崩溃。由于引起污泥膨胀的因素复杂多变，丝状菌污泥膨胀中丝状菌种类繁多且对其分离纯培养技术较难，导致对各种菌种的生理特性研究较少。因此，如何有效控制和预防污泥膨胀一直是国内外研究的难点。目前，许多研究一直关注于污泥膨胀的发生机理及控制方法上。

然而，丝状菌也是活性污泥中组成关键部分，对系统污泥的沉降性能也起到了关键作用。丝状菌可以作为絮体的骨架，菌胶团细菌等微生物产生的多聚糖附着在上面，形成凝聚胶基质架，提供胶体物质和其他微生物附着体。同时丝状菌通过交错缠绕，形成污泥絮体网状结构可以在污泥沉降过程中起到过滤作用,吸附和截流水中细小颗粒物和游离细菌,使出水水质提高。国内外对利用丝状菌生理特性，通过调控丝状菌菌种和数量来进行污泥膨胀治理的研究较少，尤其缺少针对利用特定优势丝状菌污泥微膨胀，结合特定优势丝状菌生理特性达到精确调控污泥微膨胀状态，从而达到节能与提高出水水质的研究。

因此，开发针对特定优势丝状菌的丝状菌污泥微膨胀的方法十分必要，可结合相关特定菌种的微生物生理特性进行更精确的调控，使对污泥微膨胀的调控更有针对性和计划性，从而实现污泥微膨胀状态的节能与提高出水水质的目的。

发明内容

针对上述研究的不足之处，本发明提供一种低碳氮比(C/N)生活污水条件下快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌污泥微膨胀的装置及方法，可以快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌的污泥微膨胀状态，提高系统污染物去除效果，节省曝气能耗，为各实际污水处理厂提供一种节能降耗的快速启动方案。

一种低碳氮比生活污水条件下快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌污泥微膨胀的方法，其特征在于：

1)快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌污泥微膨胀的装置，该装置结构如下：V_(缺氧区)：V_(好氧区)＝1:1.5～1.2.0，缺氧区均分为1～2格，每格各配置1套搅拌装置；好氧区均分为2～3格，每格各配置1套搅拌及曝气装置；该装置中水箱(1)依次连接进水管(19)蠕动泵(2)水路控制开关(3)后与主反应器缺氧区(23)相连，相邻格室连通管(8)高低交替分布，防止返混，同时保证水流在整个反应器中呈波浪式流动各个格室中混合均匀；缺氧区与好氧区格室之间连通管(8)位置高于缺氧区格室液位，缺氧区和好氧区格室之间完全封闭，防止返混；缺氧区格室后接好氧区(24)，相邻格室连通管(8)高低交替分布，防止返混，同时保证水流在整个反应器中呈波浪式流动各个格室中混合均匀；好氧区后续连接溢流装置(9)，溢流装置(9)、水路控制开关(3)、连接管(20)依次连接，连接管(20)连接二沉池中心管(13)，中心管底部接反射板(14)，使水流向上运动，不扰动底部沉泥，二沉池溢流堰连接出水管(15)；缺氧区各格室各配置一套搅拌装置(4)；好氧区各格室各各配置一套搅拌及曝气装置(7)和一套多参数实时检测装置，由参数电极(5)连接多参数主机(6)构成，实时读取反应器中包括溶解氧和pH参数；装置同时有2个回路，硝化液回流和污泥回流；好氧区最后一格室硝化液管路(21)连接水路控制开关(3)，后接蠕动泵(2)控制流速经水路控制开关(3)连接缺氧区第一格室，为硝化液回流；二沉池污泥管路(22)经过水路控制开关(3)，由蠕动泵(2)控制流速再经水路控制开关(3)连接缺氧区第一格室，为污泥回流；二沉池剩余污泥管线连接水路控制开关(3)和剩余污泥排放管路(16)；

2)起始阶段系统的曝气池内混合悬浮固体浓度MLSS维持在2000～3500mg/L之间，采用恒温加热装置控制温度，保持系统平均温度为20～30℃，实际生活污水的C/N比为2～5，pH值7～8不进行调节，有机负荷为0.22～0.30kgCOD/(kgMLSS·d)，污泥回流比控制为80～120％，二沉池沉淀污泥回流至缺氧区第一格室；内循环比120～180％，硝化液由好氧区最后一格室回流至缺氧区第一格室；好氧区各个格室曝气量通过气体流量计控制，保持溶解氧2mg/L～4mg/L，污泥龄为25～30d；待系统SVI值和污染物去除效果稳定后，即氨氮、总氮和COD去除率波动范围小于20％起开始下一阶段；

3)在保证以上MLSS、温度、C/N、pH值、有机负荷、污泥回流比、内回流比、污泥龄运行条件不变情况下，缺氧区水力停留时间为2.8～3.2h，通过调整气体流量计，使得各格室好氧区溶解氧平均为0.3～0.8mg/L，经过13天的运行，系统发生了丝状菌污泥微膨胀。

进一步，本发明提供低碳氮比(C/N)生活污水条件下快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌污泥微膨胀的装置(图1)结构如下：V_(缺氧区)：V_(好氧区)＝1:1.5～1.2.0(优选1：1.75)，缺氧区均分为1～2格(优选2格)，每格各配置1套搅拌装置。好氧区均分为2～3格(优选3格)，每格各配置1套搅拌及曝气装置。低C/N生活污水水箱1通过进水管19经过蠕动泵2经过水路控制开关3进入缺氧区23(各个格室通过格室连通管8连接，防止返混，同时保证水流在整个反应器中呈波浪式流动各个格室中混合均匀)，混合液溢流通过格室连通管8(缺氧区和好氧区之间完全封闭，防止返混)进入好氧区24(各个格室通过格室连通管8连接，防止返混，同时保证水流在整个反应器中呈波浪式流动各个格室中混合均匀)，混合液经过溢流装置9经过水路控制开关3通过连接管20进入二沉池中心管13再经过反射板14进入二沉池12，出水经过二沉池溢流堰通过出水管15出去。缺氧区各格室各配置一套搅拌装置4；好氧区各格室各配置一套搅拌4、曝气装置7(由曝气设备、曝气管路和曝气头构成，其中气体经空气压缩机11产生通过气体流量计10控制气体流量再通过曝气头进入好氧池)和一套多参数实时检测装置(由参数电极5连接多参数主机6构成，可以实时读取反应器中溶解氧、pH等参数)。装置同时有2个回路，硝化液回流和污泥回流。好氧区最后一格室硝化液经过水路控制开关3，由蠕动泵2控制流速通过硝化液回流管路21再经水路控制开关3进入缺氧区第一格室，为硝化液回流管路；二沉池污泥经过水路控制开关3，由蠕动泵2控制流速通过污泥回流管路22再经水路控制开关3进入缺氧区第一格室，为污泥回流管路。二沉池剩余污泥经水路控制开关3由剩余污泥管路16排出。

本发明同时还提供一种低碳氮比(C/N)生活污水条件下快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌污泥微膨胀的方法：

(1)起始阶段系统的曝气池内混合悬浮固体浓度(MLSS)维持在2000～3500mg/L之间，采用恒温加热装置控制温度，保持系统平均温度为20～30℃(优选23℃)，实际生活污水的C/N为2～5(优选3.42)，pH值(7～8)不进行调节，有机负荷为0.22～0.30(优选0.28)kgCOD/(kgMLSS·d)，污泥回流比控制为80～120％(优选100％，二沉池沉淀污泥回流至缺氧1格室)，内循环比120～180％(优选150％，硝化液由好氧区最后一格室回流至缺氧1格室)，好氧区各个格室曝气量通过气体流量计控制，保持溶解氧2mg/L以上，优选(2mg/L)，污泥龄为25～30d(优选28d)。此阶段系统氨氮去除率几乎100％，总氮和COD平均去除率较稳定，SVI维持在150ml/g以上，经过镜检和扫描电镜(图2)发现系统中丝状菌极少，属于菌胶团粘性膨胀，二沉池出现了污泥流失现象。

(2)在保证以上运行条件情况下，缺氧区水力停留时间为2.8～3.2h(优选3.04h)，通过调整气体流量计，使得各格室好氧区溶解氧平均为0.3～0.8mg/L(优选0.5mg/L)，在此过程中密切关注系统中SVI值及污泥菌群的变化情况。此阶段系统的总氮的去除率有所上升，这一方面是由于低DO下回流的硝化液携带的DO对于反硝化的抑制作用相对小,另一方面低DO下易发生同步硝化反硝化和短程硝化提高了总氮的去除率。

(3)经过10多天的运行，镜检及扫描电镜(图3)发现系统发生了丝状菌污泥膨胀，同时低氧条件增强了系统的同步硝化反硝化和短程硝化作用，提高了系统总氮的去除效果。在系统运行的20多天里，SVI值大多都维持在250ml/g左右(图5)，二沉池污泥流失状况得到了改善，出水水质明显改善，SS大多检测不出，后经荧光原位杂交技术鉴定H.hydrosis丝状菌为优势菌(图4)，系统成功启动了以H.hydrosis丝状菌为优势菌的污泥微膨胀，使粘性污泥膨胀的污泥流失问题得到了改善，提高了系统总氮去除效果，同时节省了系统曝气能耗。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明提供的低碳氮比(C/N)实际生活污水条件下快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌污泥微膨胀的装置及方法，针对目前城市污水处理厂常见的低C/N实际生活污水(碳源严重不足)，在特定的污泥负荷、温度、pH、溶解氧等条件下可快速启动，启动周期短，节省时间，提高系统污染物去除效果同时节省曝气能耗，为各实际污水处理厂提供一种节能降耗的快速启动方案。

2)此污泥微膨胀的快速启动装置及方法是在系统前期发生了污泥粘性膨胀，出现了污泥流失的基础上进行的，H.hydrossis为优势丝状菌污泥微膨胀的快速启动改善了粘性膨胀状态下系统污泥流失现象，同时提高了系统的污染物去除效果。此发明装置及方法不仅可以作为一种节能降耗的方案，同时也可以作为污泥粘性膨胀的一种修复措施。

3)此污泥微膨胀的快速启动装置及方法是针对特定优势丝状菌(H.hydrossis)的微膨胀启动方法，具有较强针对性，便于后期结合特定优势丝状菌生理学特性进行精确的污泥微膨胀调控，以达到更好的节能与提高出水水质目的。

附图说明

图1为本发明装置部分的结构图；

图2为本发明污泥粘性膨胀扫描电镜图；

图3为本发明丝状菌污泥微膨胀扫描电镜图；

图4为本发明污泥微膨胀H.hydrossis优势丝状菌FISH检测图片(1000倍)；

图5为本发明污泥丝状菌微膨胀启动前后SVI值变化图；

图1中主要符号说明如下：

1-原水箱2-蠕动泵3-水路控制开关

4-搅拌装置5-DO、pH及温度探头6-多参数检测仪

7-曝气装置8-格室连通管9-溢流装置

10-气体流量计11-空气压缩机12-二沉池

13-二沉池中心管14-出反射板15出水管

16-剩余污泥排出管17缺氧区液位18好氧区液位

19-进水管20-二沉池进水管21硝化液回流管

22污泥回流管

具体实施方式

下面结合附图和具体快速启动实施方法对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供一种低碳氮比(C/N)生活污水条件下快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌污泥微膨胀的装置及方法，可以快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌的污泥微膨胀状态，提高系统污染物去除效果，达到提高出水水质且节能降耗的目的。该装置包括：进水箱(污水取自实际家属小区生活污水)、A/O主体反应器、二沉池(23L，采用中心管进水，周边溢流出水)三大部分。其中核心部分为A/O主体反应器，反应器总体积为57L(可按比例扩大或缩小),V_(缺氧区)：V_(好氧区)＝1:1.5～1.2(优选1：1.75)，缺氧区均分为1～2格(优选2格)，每格各配置1套搅拌装置。好氧区均分为2～3格(优选3格)，每格各配置1套搅拌及曝气装置。其运行过程如下：

(1)低C/N生活污水从水箱1通过进水管19经过蠕动泵2控制流速经过水路控制开关3进入缺氧区23(各个格室通过格室连通管8连接，防止返混，同时保证水流在整个反应器中呈波浪式流动各个格室中混合均匀)，缺氧区各格室各配置一套搅拌装置4使混合液混合均匀。

(2)缺氧区混合液溢流(防止返混，缺氧区和好氧区之间完全封闭，缺氧区液位高于好氧区液位2cm)通过格室连通管8进入好氧区24(各个格室通过格室连通管8连接，防止返混，同时保证水流在整个反应器中呈波浪式流动各个格室中混合均匀)，好氧区各配置一套搅拌4、曝气装置7(由曝气设备、曝气管路和曝气头构成，其中气体经空气压缩机11产生通过气体流量计10控制气体流量再通过曝气头进入好氧池)和一套多参数实时检测装置(由参数电极5连接多参数主机6构成，可以实时读取反应器中溶解氧、pH等参数)。

(3)好氧区末端混合液经过溢流装置9经过水路控制开关3通过连接管20进入二沉池中心13管经过反射板14进入二沉池12，出水再经过二沉池溢流堰通过出水管15出去。

(4)装置同时有2个回路，硝化液回流和污泥回流。好氧区最后一格室硝化液经过水路控制开关3，由蠕动泵2控制流速(内回流比为150％)通过硝化液回流管路21再经水路控制开关3进入缺氧区第一格室，为硝化液回流管路，使氨氮经过好氧区充分的硝化作用转变为硝态氮，由好氧区回流至缺氧区进行反硝化，达到脱氮的效果；二沉池污泥经过水路控制开关3，由蠕动泵2控制流速(污泥回流比为100％)通过污泥回流管路22再经水路控制开关3进入缺氧区第一格室，为污泥回流管路，补充系统污泥量，维持系统中恒定的污泥浓度。二沉池剩余污泥经水路控制开关3由剩余污泥管路16排出。

本发明的低C/N生活污水条件快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌污泥微膨胀方法包括以下步骤：

(1)起始阶段系统的曝气池内混合悬浮固体浓度(MLSS)维持在2000～3500mg/L之间，采用恒温加热装置控制温度，保持系统平均温度为23℃，实际生活污水的C/N为3.42，pH值7～7.8，有机负荷为0.28kgCOD/(kgMLSS·d)，污泥回流比控制为100％，内循环比为150％，好氧区各个格室曝气量通过气体流量计控制，保持溶解氧2mg/L，污泥龄为28d。此阶段系统氨氮去除率几乎100％，总氮和COD平均去除率较稳定，SVI维持在250ml/g左右，经过镜检和扫描电镜(图2)发现系统中丝状菌极少，属于菌胶团粘性膨胀，二沉池出现了部分污泥流失现象。

(2)在保证以上运行条件情况下，缺氧区水力停留时间为3.04h，通过调整气体流量计，使得各格室好氧区溶解氧平均为0.5mg/L，在此过程中密切关注系统中SVI值及污泥菌群的变化情况。此阶段系统的氨氮平均去除率为73.62％，较前期100％有所下降，随着溶解氧的降低，导致硝化反应速率变慢，使得在原有的水力停留时间内硝化反应不能完全进行，故使得氨氮的去除率有所下降。总氮的去除率上升为57.23％，这一方面是由于低DO下回流的硝化液携带的DO对于反硝化的抑制作用相对小,另一方面低DO下易发生同步硝化反硝化和短程硝化提高了总氮的去除率。

(3)经过10多天的运行，镜检及扫描电镜(图3)发现系统发生了丝状菌污泥膨胀，同时低氧条件增强了系统的同步硝化反硝化和短程硝化作用，提高系统总氮的去除效果。在系统运行的20多天里，SVI值大多都维持在250ml/g左右(图5)，二沉池污泥流失状况得到了改善，出水水质明显改善，SS大多检测不出，后经荧光原位杂交技术鉴定H.hydrosis丝状菌为优势菌(图4)，系统成功启动了以H.hydrosis丝状菌为优势菌的污泥微膨胀，使粘性污泥膨胀的污泥流失问题得到了改善，提高了系统总氮去除效果，同时节省了系统曝气能耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种低碳氮比生活污水条件下快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌污泥微膨胀的方法，其特征在于：

1)快速启动以H.hydrossis为优势丝状菌污泥微膨胀的装置，该装置结构如下：V_(缺氧区)∶V_(好氧区)，＝1∶1.75，缺氧区均分为1～2格，每格各配置1套搅拌装置；好氧区均分为2～3格，每格各配置1套搅拌及曝气装置；该装置中水箱(1)依次连接进水管(19)蠕动泵(2)水路控制开关(3)后与主反应器缺氧区(23)相连，相邻格室连通管(8)高低交替分布，防止返混，同时保证水流在整个反应器中呈波浪式流动各个格室中混合均匀；缺氧区与好氧区格室之间连通管(8)位置高于缺氧区格室液位，缺氧区和好氧区格室之间完全封闭，防止返混；缺氧区格室后接好氧区(24)，相邻格室连通管(8)高低交替分布，防止返混，同时保证水流在整个反应器中呈波浪式流动各个格室中混合均匀；好氧区后续连接溢流装置(9)，溢流装置(9)、水路控制开关(3)、连接管(20)依次连接，连接管(20)连接二沉池中心管(13)，中心管底部接反射板(14)，使水流向上运动，不扰动底部沉泥，二沉池溢流堰连接出水管(15)；缺氧区各格室各配置一套搅拌装置(4)；好氧区各格室各配置一套揽拌及曝气装置和一套多参数实时检测装置，由参数电极(5)连接多参数主机(6)构成，实时读取反应器中包括溶解氧和pH参数；装置同时有2个回路，硝化液回流和污泥回流；好氧区最后一格室硝化液管路(21)连接水路控制开关(3)，后接蠕动泵(2)控制流速经水路控制开关(3)连接缺氧区第一格室，为硝化液回流；二沉池污泥管路(22)经过水路控制开关(3)，由蠕动泵(2)控制流速再经水路控制开关(3)连接缺氧区第一格室，为污泥回流；二沉池剩余污泥管线连接水路控制开关(3)和剩余污泥排放管路(16)；

2)起始阶段系统的曝气池内混合悬浮固体浓度MLSS维持在2000～3500mg/L之间，采用恒温加热装置控制温度，保持系统平均温度为20～30℃，实际生活污水的C/N比为2～5，pH值7～8不进行调节，有机负荷为0.22～0.30kgCOD/(kgMLSS·d)，污泥回流比控制为80～120％，二沉池沉淀污泥回流至缺氧区第一格室；内循环比120～180％，硝化液由好氧区最后一格室回流至缺氧区第一格室；好氧区各个格室曝气量通过气体流量计控制，保持溶解氧2mg/L～4mg/L，污泥龄为25～30d；待系统SVI值和污染物去除效果稳定后，即氨氮、总氮和COD去除率波动范围小于20％起开始下一阶段；

3)在保证以上MLSS、温度、C/N、pH值、有机负荷、污泥回流比、内回流比、污泥龄运行条件不变情况下，缺氧区水力停留时间为2.8～3.2h，通过调整气体流量计，使得各格室好氧区溶解氧平均为0.3～0.8mg/L，经过13天的运行，系统发生了丝状菌污泥微膨胀。