CN104828944B - 一种水解‑好氧颗粒污泥一体化污水处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境保护和污水处理技术领域，尤其涉及一种水解‑好氧颗粒污泥一体化污水处理系统及方法，包括第一进水单元、第二进水单元、排水单元、排泥单元、控制单元以及水解酸化区、调节区和好氧颗粒污泥区；第一进水单元与水解酸化区连通，水解酸化区的上部连通调节区；调节区和好氧颗粒污泥区通过第二进水单元连通，排水单元与好氧颗粒污泥区连通；曝气单元与好氧颗粒污泥区连通，曝气单元、排水单元均与控制单元连接，整个系统结构合理有效，操作简单，通过将水解酸化与好氧颗粒污泥技术有机结合，提高了污水的可生化性，实现了连续进水、间歇反应，解决了好氧颗粒污泥培养困难、难以长期稳定运行、工艺复杂及难以达到高品质出水等难题。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护和污水处理技术领域，尤其涉及一种水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理系统及方法。
背景技术
随着我国经济迅速发展，污水水量也在不断增加，而目前污水处理厂大规模占地、大量副产物的产生以及恶劣的周边环境，与城市紧张的用地现状、人民日益增长的环境需求以及技术经济社会的可持续发展存在一定矛盾。我们迫切需要一种能够实现污水处理集约化、高效化、低碳化的技术，而好氧颗粒污泥为未来污水厂发展提供了一条道路。
好氧颗粒污泥的研究始于20世纪90年代，由于在沉降性能、生物质浓度等方面有明显的优势，能够大幅缩减污水处理厂构筑物占地面积，并且能在一个反应器里实现有机污染物、氮、磷的同步脱除，其中有机污染物通过COD(化学需氧量)来表征，好氧颗粒污泥技术成为废水处理领域的研究热点。
目前，好氧颗粒污泥技术仍有很多瓶颈，限制了好氧颗粒污泥技术实现普适化、规模化运行。首先，传统活性污泥颗粒化过程时间较长，一般40-60天才能形成颗粒雏形，在国内市政污水COD负荷普遍偏低的情况下，污泥颗粒化进程更是缓慢；其次，传统的好氧颗粒污泥反应器运行方式很难实现长期稳定运行，会不时出现颗粒解体、污泥流失等现象，在供氧量不足时更会出现丝状菌大量增殖，导致处理能力急剧下降，甚至污泥体系崩溃，因此如何实现活性污泥快速颗粒化并实现反应器长期稳定运行具有重要的现实和科学意义。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理系统及方法以解决现有技术中存在的好氧颗粒污泥培养困难，系统难以长期稳定运行的问题，以有效地实现污水中有机污染物及氮、磷等元素的同步去除，保证出水品质和简化工艺流程。
(二)技术方案
为了解决上述问题，本发明提供了一种水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理系统，其包括第一进水单元、第二进水单元、排水单元、排泥单元、控制单元以及依次设置的水解酸化区、调节区和好氧颗粒污泥区；第一进水单元与水解酸化区连通，水解酸化区的上部设有第一溢流口，以连通调节区；调节区和好氧颗粒污泥区通过第二进水单元连通，排水单元与好氧颗粒污泥区连通，排泥单元设置在好氧颗粒污泥区的下部；曝气单元与好氧颗粒污泥区连通，第一进水单元、第二进水单元、曝气单元、排水单元均与控制单元连接。
其中，还包括设在所述好氧颗粒污泥区内的导流筒和设置在所述好氧颗粒污泥区上部的第二溢流口。
其中，所述水解酸化区与好氧颗粒污泥区均采用圆柱体形式的反应器。
其中，所述第一进水单元包括第一水泵和第一布水器，所述第一布水器设置在所述水解酸化区的底部，所述第一水泵连通所述第一布水器；
所述第二进水单元包括第二水泵和第二布水器，所述第二布水器设置在所述好氧颗粒污泥区的底部，所述第二水泵连通所述调节区与所述第二布水器。
其中，所述第一布水器和第二布水器均为两边对称的穿孔管网结构，穿孔管网结构的进水口位于其中央位置，布水口位于布水管的下方。
其中，所述排水单元包括第一排水阀和第二排水阀，所述第一排水阀设在所述好氧颗粒污泥区的1/2高处，所述第二排水阀设在所述好氧颗粒污泥区的1/4高处。
其中，所述曝气单元包括曝气器、鼓风机以及气体流量计，所述曝气器采用微孔曝气头，若干所述微孔曝气头均布设在所述导流筒内的下方，鼓风机与所述曝气器连通，气体流量计设置在鼓风机与所述曝气器连通的通路上，控制单元与鼓风机连接，以控制鼓风机的鼓风量。
其中，所述控制单元包括控制箱以及设置在控制箱内的双循环时间继电器和中间继电器，所述双循环时间继电器通过所述中间继电器分别连接所述第一水泵、第二水泵、第一排水阀和第二排水阀。
本发明另一方面提供了一种好氧颗粒污泥培养方法，其包括以下操作步骤：
S1、在水解酸化区中接种厌氧消化污泥，在好氧颗粒污泥区接种普通活性污泥；
S2、接通控制单元，污水在第一进水单元作用下，从水解酸化区的底部流入，经水解酸化处理后，由第一溢流口流入到调节区，其中，水解酸化区开启连续进水模式；
S3、调节区的水位至好氧颗粒污泥区高度的50％以上时，通过控制单元控制第二进水单元，水解酸化处理后的污水经由调节区、第二进水单元进入好氧颗粒污泥区，通过调节控制单元，保证反应器内厌氧推流式进水，控制进水时间为45～60min；
S4、进水完毕后，关闭第二进水单元，同时开启曝气单元，使空气进入好氧颗粒污泥区，通过调节控制单元，控制好氧曝气时间与厌氧推流进水时间之比在1.5：1～2：1之间；
S5、曝气阶段完成后，关闭曝气单元，污泥开始沉降，通过调节控制单元，控制沉淀时间为3～5min；
S6、沉淀结束后，开启排水单元，排出上部的清水与少量污泥絮体，静置3～5min，至此完成一个周期，之后从步骤S3开始，重复运行。
其中，所述步骤S1中，好氧颗粒污泥区接种污泥后其内污泥浓度达到3～5g/L；所述步骤S3中，好氧颗粒污泥区内进水升流速度控制在0.8-1.2cm/min之间，曝气升流速度控制在1.2～1.6cm/s。
其中，所述步骤S6中，排水单元包括第一排水阀和第二排水阀，当所处理污水COD＞150mg/L时，开启第一排水阀；当所处理污水COD≤150mg/L时，开启第二排水阀。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的一种水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理系统及方法中，将水解酸化、好氧颗粒污泥技术有机结合，设置调节池，实现了连续进水、间歇反应，同时结合控制单元的高效控制，保证了系统的长期稳定运行；前置水解酸化提高了污水的可生化性，将大分子有机物转化为短链VFA(挥发性脂肪酸)等易于微生物转化的小分子物质；好氧颗粒污泥区采用厌氧推流的进水策略，在反应池底部形成局部高负荷区，促进VFA扩散入颗粒内部，形成PHB(聚-β-羟丁酸)储存在细胞内部，从而使微生物的生长从扩张型转化为内簇型，加速颗粒形成；由于快速形成的颗粒污泥具有分层特性，外层好氧，中间缺氧、内层厌氧，所以本发明所述的系统不仅能够有效去除有机污染物，还能够同步对氮、磷进行深度脱除，保证较高的出水水质；与传统活性污泥相比，好氧颗粒污泥沉降速度极快，可以缩短沉降时间，提高反应器的容积利用率，并且不需要再设置二沉池，颗粒污泥脱水性能极好，大大简化了后续的污泥处理单元，从而极大的减少占地面积，解决了现有系统中好氧颗粒污泥培养困难、难以长期稳定运行、现有活性污泥处理工艺复杂，难以达到高品质出水等难题。
附图说明
图1是本发明一种水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理系统实施例示意图；
图2是图1的俯视图。
图中，1：反应器主体；2：第一水泵；3：第一布水器；4：第二布水器；5：曝气器；6：导流筒；7：电控箱；8：第二水泵；9：鼓风机；10：气体流量计；11：第一排水阀；12：第二排水阀；13：侧面出水口；14：第一溢流口；15：排泥阀；16：第二溢流口；A：水解酸化区；B：调节区；C：好氧颗粒污泥区。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，为本发明的一种水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理系统，包括导流筒6、排泥阀15、进水单元(第一进水单元和第二进水单元)、排水单元、曝气单元和控制单元以及依次连通的水解酸化区A、调节区B、好氧颗粒污泥区C，导流筒6设在好氧颗粒污泥区C内，排泥阀15设在好氧颗粒污泥区C的底部，水解酸化区A、第一进水单元与水解酸化区连通，水解酸化区的上部设有第一溢流口14，以连通调节区；调节区和好氧颗粒污泥区通过第二进水单元连通，排水单元与好氧颗粒污泥区连通；进水单元、排水单元、曝气单元均分别与控制单元连接；通过将水解酸化、好氧颗粒污泥技术有机结合，设置调节池，实现了连续进水、间歇反应，同时结合控制单元的高效控制，保证了系统的长期稳定运行；前置水解酸化提高了污水的可生化性，将大分子有机物转化为短链VFA等易于微生物转化的小分子物质，氧颗粒污泥区采用厌氧推流的进水，使微生物的生长从扩张型转化为内簇型，加速颗粒形成，颗粒污泥具有分层特性，外层好氧，中间缺氧、内层厌氧，采用该装置不仅能够有效去除COD，还能够同步对氮、磷进行深度脱除，保证较高的出水水质。
本实施例中，导流筒6设于好氧颗粒污泥区C中央位置，与反应池的内径比为0.7，占整个反应池高度的75％，水解酸化区A的体积为好氧颗粒污泥区C的50％，好氧颗粒污泥区C高径比为8。
当然，本申请中，上述各区的高度及体积的具体尺寸根据实际的工艺要求可作相应的调整；导流筒与好氧颗粒污泥区的相对位置也可作具体的调整。
如图1和图2所示，水解酸化区A与好氧颗粒污泥区C均采用圆柱体形式的反应器，其中，水解酸化区A、调节区B和好氧颗粒污泥区C的反应器构成本装置的反应器主体1，可进行相应的反应处理。
如图1所示，进水单元包括第一水泵2、第二水泵8、第一布水器3和第二布水器4，第一布水器3设置在水解酸化区A的底部，第一水泵2连通第一布水器3，第二布水器4设置在好氧颗粒污泥区C的底部，第二水泵8连通调节区B与第二布水器4。
其中，第二布水器4采用穿孔管网格式布置，该第二布水器4的入水口设在其中央位置，该入水口与第二水泵8连通，该第二布水器4的两侧45°方向对称布置有布水口，该布水口朝向好氧颗粒污泥区C的底部。
如图1所示，排水单元包括第一排水阀11和第二排水阀12，第一溢流口14设在水解酸化区A的上部通向调节区B，好氧颗粒污泥区C的上部设置有第二溢流口16，其上设置有溢流阀，以排出高品质清水，第一排水阀11设在好氧颗粒污泥区C的1/2高处，第二排水阀12设在好氧颗粒污泥区C的1/4高处。
如图1所示，曝气单元包括连通的鼓风机9和曝气器5以及气体流量计10，气体流量计10设在曝气器5与鼓风机9之间的通路上，曝气器5采用微孔曝气头，若干微孔曝气头均布设在导流筒6内的底部。
如图1所示，控制单元包括控制箱7以及设置在控制箱7内的双循环时间继电器和中间继电器，双循环时间继电器通过中间继电器分别连接第一水泵2、第二水泵8、鼓风机、第一排水阀11和第二排水阀12，通过调节继电器，实现对好氧颗粒污泥区的时序控制及运行时间调整。需要说明的是，整个控制系统分自动手动两部分，既能够实现无人值守的全自动运行，也能够调整为手动模式进行检测、修正。
一种采用上述的水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理系统的操作方法，包括以下操作步骤：
S1、在水解酸化区C中接种厌氧消化污泥，好氧颗粒污泥区接种普通活性污泥；
S2、接通控制单元，污水在第一水泵2作用下，从水解酸化区A的底部流入，经水解酸化处理后，由第一溢流口14流入到调节区B，其中，水解酸化区A开启连续进水模式，本实施例在试验验证时采用了人工模拟废水，其中COD为400mg/L，氨氮为30mg/L，磷酸盐为5mg/L，反应器内pH为7.0～8.0，温度为20±2℃，实验时，保持连续进水，进水流量为0.5L/h；
S3、调节区B的水位至好氧颗粒污泥区C体积的50％时，开启第二水泵8，水解酸化处理后的污水经由调节区A、第二水泵8、第二布水器4进入好氧颗粒污泥区C，通过调节控制单元，保证好氧颗粒污泥反应器内厌氧推流式进水，控制进水时间为45～60min；
S4、进水完毕后，关闭第二水泵8，同时开启鼓风机9，空气经由微孔曝气器5进入好氧颗粒污泥区C，形成好氧环境，通过调节控制单元，控制好氧曝气时间与厌氧推流进水时间之比在1.5：1～2：1之间，此过程为通过水力筛选方式，完成内部功能微生物的培养和富集，同时在气体的作用下所有微生物随污水在导流筒内外做上下循环运动；
S5、曝气阶段完成后，关闭鼓风机9，污泥开始沉降，通过调节控制单元，控制沉淀时间为3～5min，较短的沉降时间能够提供更大的选择压力，淘汰掉不易沉降的微生物，保留沉降速度快的颗粒絮体；
S6、沉淀结束后，开启设置在好氧好氧颗粒污泥区C的中间位置的第一排水阀11，排出上部的清水与少量污泥絮体，静置3～5min，至此完成一个周期，之后从步骤三开始，重复运行。
其中，所述步骤S1中，好氧颗粒污泥区C接种污泥后反应器内污泥浓度达到3～5g/L；所述步骤S3中，好氧颗粒污泥区C内进水升流速度控制在0.8-1.2cm/min之间，曝气升流速度控制在1.2～1.6cm/s。
其中，实施例所述步骤S6中，COD为400＞150，所以采用50％的排水比，因而需开启第一排水阀11排水，类似的，当所处理污水COD≤150mg/L时，所以采用75％的排水比，需开启第二排水阀12排水。
经验证，采用本实例的技术方案，可以达到以下效果：平均进水COD浓度为400mg/L，出水COD浓度小于30mg/L，进水平均氨氮浓度30mg/L，出水氨氮浓度小于1mg/L，出水TN浓度小于3mg/L，平均进水TP浓度5mg/L，出水TP浓度小于0.2mg/L，出水SS小于10mg/L，污泥沉速约为28m/h，沉淀时间小于3min，排水时间小于5min。
对比传统好氧颗粒污泥培养技术，本发明的实施例运行3天后污泥沉速明显加快，15天后出现颗粒雏形，30天时反应器内污泥基本实现全部颗粒化，平均粒径0.5～1mm，远远快于采用现有技术设备的60天～80天，在颗粒污泥培养上具有显著优势。
综上所述，本发明提供的一种水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理系统，其结构完整可靠，布局合理，操作方法简单方便，可控性高，通过将水解酸化、好氧颗粒污泥技术有机结合，提高了污水的可生化性，使微生物的生长从扩张型转化为内簇型，加速污泥颗粒形成，还能够同步对COD、氮、磷进行深度脱除，保证较高的出水水质，与传统活性污泥相比，好氧颗粒污泥沉降速度极快，可有效缩短沉降时间，大大简化了后续的污泥处理单元，有利于经济效益和环境保护的和谐关系，本发明具有很好的市场应用前景。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理系统，其特征在于，包括第一进水单元、第二进水单元、排水单元、排泥单元、控制单元以及依次设置的水解酸化区、调节区和好氧颗粒污泥区；第一进水单元与水解酸化区连通，水解酸化区的上部设有第一溢流口，以连通调节区；调节区和好氧颗粒污泥区通过第二进水单元连通，排水单元与好氧颗粒污泥区连通，排泥单元设置在好氧颗粒污泥区的下部；曝气单元与好氧颗粒污泥区连通，第一进水单元、第二进水单元、曝气单元、排水单元均与控制单元连接；
其中，所述好氧颗粒污泥区接种污泥后其内污泥浓度达到3～5g/L，好氧颗粒污泥区内进水升流速度控制在0.8-1.2cm/min之间，曝气升流速度控制在1.2～1.6cm/s。
2.根据权利要求1所述的水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理系统，其特征在于，还包括设在所述好氧颗粒污泥区内的导流筒和设置在所述好氧颗粒污泥区上部的第二溢流口。
3.根据权利要求1所述的水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理系统，其特征在于，所述水解酸化区与好氧颗粒污泥区均采用圆柱体形式的反应器。
4.根据权利要求1所述的水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理系统，其特征在于，
所述第一进水单元包括第一水泵和第一布水器，所述第一布水器设置在所述水解酸化区的底部，所述第一水泵连通所述第一布水器；
所述第二进水单元包括第二水泵和第二布水器，所述第二布水器设置在所述好氧颗粒污泥区的底部，所述第二水泵连通所述调节区与所述第二布水器。
5.根据权利要求4所述的水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理系统，其特征在于，所述第一布水器和第二布水器均为两边对称的穿孔 管网结构，穿孔管网结构的进水口位于其中央位置，布水口位于布水管的下方。
6.根据权利要求4所述的水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理系统，其特征在于，所述排水单元包括第一排水阀和第二排水阀，所述第一排水阀设在所述好氧颗粒污泥区的1/2高处，所述第二排水阀设在所述好氧颗粒污泥区的1/4高处。
7.根据权利要求2所述的水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理系统，其特征在于，所述曝气单元包括曝气器、鼓风机以及气体流量计，所述曝气器采用微孔曝气头，若干所述微孔曝气头均布设在所述导流筒内的下方，鼓风机与所述曝气器连通，气体流量计设置在鼓风机与所述曝气器连通的通路上，控制单元与鼓风机连接，以控制鼓风机的鼓风量。
8.根据权利要求6所述的水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理系统，其特征在于，所述控制单元包括控制箱以及设置在控制箱内的双循环时间继电器和中间继电器，所述双循环时间继电器通过所述中间继电器分别连接所述第一水泵、第二水泵、第一排水阀和第二排水阀。
9.一种水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理方法，其特征在于，所述污水处理方法针对如权利要求1-8任一项所述的水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理系统，所述污水处理方法包括以下操作步骤：
S1、在水解酸化区中接种厌氧消化污泥，在好氧颗粒污泥区接种普通活性污泥；
S2、接通控制单元，污水在第一进水单元作用下，从水解酸化区的底部流入，经水解酸化处理后，由第一溢流口流入到调节区，其中，水解酸化区开启连续进水模式；
S3、调节区的水位至好氧颗粒污泥区高度的50％以上时，通过控制单元控制第二进水单元，水解酸化处理后的污水经由调节区、第二进水单元进入好氧颗粒污泥区，通过调节控制单元，保证反应器内厌氧推流式进水，控制进水时间为45～60min；
S4、进水完毕后，关闭第二进水单元，同时开启曝气单元，使空气进入好氧颗粒污泥区，通过调节控制单元，控制好氧曝气时间与厌氧推流进水时间之比在1.5：1～2：1之间；
S5、曝气阶段完成后，关闭曝气单元，污泥开始沉降，通过调节控制单元，控制沉淀时间为3～5min；
S6、沉淀结束后，开启排水单元，排出上部的清水与少量污泥絮体，静置3～5min，至此完成一个周期，之后从步骤S3开始，重复运行。
10.根据权利要求9所述的水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理方法，其特征在于，所述步骤S1中，好氧颗粒污泥区接种污泥后其内污泥浓度达到3～5g/L；所述步骤S3中，好氧颗粒污泥区内进水升流速度控制在0.8-1.2cm/min之间，曝气升流速度控制在1.2～1.6cm/s。
11.根据权利要求9所述的水解-好氧颗粒污泥一体化污水处理方法，其特征在于，所述步骤S6中，排水单元包括第一排水阀和第二排水阀，当所处理污水COD＞150mg/L时，开启第一排水阀；当所处理污水COD≤150mg/L时，开启第二排水阀。
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