CN108529742A - 基于排泥调控好氧颗粒污泥工艺f/m的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于排泥调控好氧颗粒污泥工艺F/M的运行方法，属于废水处理技术领域。本发明通过排泥调控体系F/M，建立了一种可操作性强的F/M调控方法，以维持好氧颗粒污泥工艺稳定运行，旨在解决好氧颗粒污泥工艺中F/M不易调控等问题。

Description

基于排泥调控好氧颗粒污泥工艺F/M的运行方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种好基于排泥调控好氧颗粒污泥工艺F/M的运行方法。

背景技术

好氧颗粒污泥具有规则的形状、致密的结构、优异的沉降性能、丰富的功能菌群和高浓度的生物持留量，赋予好氧颗粒污泥技术极大的应用潜力。但在长期运行中，好氧颗粒污泥易出现结构失稳等问题，限制了其在实际工程上的推广应用。影响好氧颗粒污泥工艺的主要参数有污泥沉降时间、曝气强度、OLR、SRT和HRT等，通过上述参数调控可在一定程度上实现好氧污泥颗粒化。然而，从目前实验室小试、现场中试与工程运行情况来看，颗粒结构失稳仍是颗粒污泥工艺推广应用的限制性瓶颈。

鉴于F/M是废水好氧生物处理工艺中影响污泥特性及污染物去除效率的重要设计参数之一，通过调控该参数有望实现好氧颗粒污泥工艺的稳定运行。在现有技术中，申请号为201710198919.X的发明专利公开了一种基于F/M调控的好氧颗粒污泥稳定运行工艺。该发明通过控制好氧颗粒污泥反应器中F/M比值，形成大小均匀、沉降速度优异、结构稳定、菌群丰富的好氧颗粒污泥，实现好氧颗粒污泥工艺的长期高效稳定运行。然而，该方案中是将进水负荷随着反应器中污泥浓度变化而变化，以保持F/M比值在0.4～0.5kgCOD/(kgMLSS·d)，但在实际应用过程中，进水负荷通常是大致稳定地，无法灵活地随污泥浓度进行调整。而且，该方案中受限于F/M调整策略，其F/M比值的调整灵活性较差，比值并非恒定不变，而是会在一个范围内微小波动，无法最大程度保证工艺稳定运行。

因此，本发明通过排泥调控好氧颗粒污泥工艺的F/M，建立一种易于操作的F/M调控新策略，对好氧颗粒污泥工艺运行以及污水脱氮除磷具有重要应用价值。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种基于排泥调控好氧颗粒污泥工艺F/M的运行方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

基于排泥调控好氧颗粒污泥工艺F/M的运行方法，采用序批式方式运行SBR反应器，该方法为：计算SBR反应器中好氧颗粒污泥的SRT值；再根据该SRT值与反应器中初始MLSS，计算得到使反应器中工艺F/M值保持稳定的每个运行周期排泥量，进而在每个运行周期的曝气阶段按照计算得到的排泥量定量排出完全混合状态的污泥，实现体系F/M调控与工艺稳定运行。

其中：SRT指污泥停留时间(Sludge Retention Time)，即污泥泥龄。MLSS指混合液悬浮固体浓度(mixed liquid suspended solids)。F/M指有机负荷率。

作为优选，SBR反应器的高径比5-10，体积交换率50％-70％，表面气速1.0-2.0cm·s^-1。

作为优选，序批式方式运行SBR反应器时，运行周期4-6h，每个运行周期包括进水、曝气、沉淀、出水四个阶段，其中进水5min、曝气225-345min、沉淀5min、出水5min。

作为优选，接种污泥浓度为4000-6000mg·L^-1，进水COD负荷1.0-3.0kgCOD·kgMLSS^-1·d^-1。

作为优选，所述SRT值由污泥产率计算公式得到，公式如下：

其中：Y为污泥产率；V为反应器有效体积；X为SBR反应器中的MLSS；θ_c为SBR反应器中好氧颗粒污泥的SRT值；S₀为进水COD浓度；S_e为出水COD浓度；Q为进水流量。

作为优选，所述每个运行周期排泥量V′的计算方法为：

其中：V为反应器有效体积；θ_c为SBR反应器中好氧颗粒污泥的SRT值；N为SBR反应器一天中循环的运行周期数量。

本发明相对于现有技术而言，具有以下强化性能：

1)通过计算定量排泥，调控好氧颗粒污泥工艺的F/M。该排泥策略下，排泥量可通过PLC和蠕动泵进行自动控制，方法便于操作。

2)通过定量排泥可稳定控制体系F/M，进而获得沉降性能优异的颗粒污泥，实现好氧颗粒污泥工艺稳定运行。

附图说明

图1为本发明一个实施例中反应器的结构示意图。

图2为各实施例中(a)MLSS和SRT变化，(b)平均粒径和SVI₅变化。

图3为各实施例中(a)COD和NH₄ ⁺-N进水浓度及去除率变化(图中在第1天位置从上到下的图例依次代表R1的COD去除率、R2的COD去除率、R2的NH₄ ⁺-N去除率、R1的NH₄ ⁺-N去除率、反应器进水COD浓度、反应器进水NH₄ ⁺-N浓度)，(b)TN进水浓度变化及去除率变化。

图中：1、曝气机，2、流量计，3、PLC自动控制装置，4、潜水泵，5、进水桶，6、蠕动泵，7、出水桶，8、曝气头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

实施例1：

本实施例记为R2反应器，如图1所示，为本发明实施例所采用的反应装置结构示意图。除SBR反应器本体之外，主要包括曝气机1，流量计2，PLC自动控制装置3，潜水泵4，进水桶5，蠕动泵6，出水桶7，曝气头8。出水口位于反应器中部，当反应器处于曝气阶段时，由蠕动泵6排出定量的完全混合状态的污泥，蠕动泵开闭由PLC自动控制装置3控制。反应器本体呈直筒状，高径比(H/D)5:1，体积交换率50％，表面气速控制在2.0cm·s^-1。采用序批式方式运行SBR反应器，一个运行周期内包括进水(兼氧)、曝气、沉淀和出水四个阶段。一个运行周期为4小时，运行周期内各阶段的运行时间为进水5min、曝气225min、沉淀5min、出水5min。反应器接种好氧颗粒污泥浓度4000mg·L^-1，进水COD负荷为1.6kgCOD·m^-3·d^-1。

在整个运行过程中，始终通过排泥调控体系的F/M在0.4kgCOD·kgMLSS^-1·d^-1左右。具体的调控方法为：

首先，利用污泥产率计算公式得到SBR反应器中好氧颗粒污泥的SRT值，泥产率计算公式如下：

其中：Y—污泥产率(gSS/gCOD)；V—反应器有效体积(L)；X—SBR反应器中的初始MLSS(mg/L)；θ_c—SBR反应器中好氧颗粒污泥的SRT值(d)；S₀—进水COD浓度(mg/L)；S_e—出水COD浓度(mg/L)；Q—进水流量(L/d)。

其中，对于特定的污泥，污泥产率Y也为定值，可根据相关标准或者试验获得。因此，将上式变换后可计算得到SRT值θ_c：

然后，再根据该SRT值与反应器中初始MLSS，计算得到使反应器中工艺F/M值保持稳定的每个运行周期排泥量。本实施例中，每个运行周期排泥量可先根据SRT值和反应器有效体积计算得到每天需要排出的泥量，然后再将其分配至每个运行周期。此时，排泥量实际是排出的泥水混合物体积。

每个运行周期排泥量V′的具体计算方法为：

其中：V为反应器有效体积(L)；θ_c为SBR反应器中好氧颗粒污泥的SRT值(d)；N为SBR反应器一天中循环的运行周期数量，即N＝24/运行周期时长＝6。

最后，得到每个运行周期排泥量后，即可在每个运行周期的曝气阶段(此时整个反应区中具有强烈的曝气搅动，因此泥水混合均匀)，通过PLC控制蠕动泵按照排泥量V′定量排出完全混合状态的泥水混合物，实现体系F/M调控与工艺稳定运行。

实施例2

本实施例记为R1反应器，反应器装置结构与实施例1相同。本实施例与实施例1相比，区别在于在整个运行过程中，不通过排泥调控体系F/M，即在反应器处于曝气阶段时，不通过蠕动泵排泥。反应器仅具有自然排泥，即在出水阶段排水过程中携带出部分污泥，此时出水已经过澄清，仅有少量悬浮污泥。反应器的其他运行参数和工艺做法均与实施例1保持一致。

对上述两个实施例中的反应器从运行起第1天开始，持续进行60天的监测，下面对实施例1-2的监测结果进行对比说明。

1.污泥浓度及SRT

如图2(a)所示，R1反应器中由于没有采用排泥调控，因此MLSS由4000mg·L^-1迅速增至15d时7900mg·L^-1，之后稳定在7600mg·L^-1。由于体系MLSS升高，其F/M由初始的0.4kgCOD·kgMLSS^-1·d^-1降至0.2kgCOD·kgMLSS^-1·d^-1。R1反应器的SRT维持在13d，SRT偏高。

而R2反应器通过排泥调控F/M，在该排泥策略下，最终反应器中污泥体系的F/M值被始终控制在0.4kgCOD·kgMLSS^-1·d^-1，其波动极小；反应器中的MLSS稳定在4000mg·L^-1，表明本发明的排泥调控F/M新策略可以更好地实现污泥浓度和F/M稳定。R2反应器计算得到的SRT理论值为10.2d，实际测量SRT为9.9d，能够维持在较为合适的水平。

2.颗粒粒径及SVI₅

如图2(b)所示，在F/M为0.4kgCOD·kgMLSS^-1·d^-1左右的条件下，R2反应器的颗粒污泥平均粒径逐渐由500μm增至682μm，SVI₅也由接种时的68mL/g降至45mL/g。相比而言，R1反应器的颗粒污泥平均粒径增幅不明显，SVI₅也相对较高。

3.污泥EPS 3D-EEM分析

用3D-EEM技术分析R1和R2不同运行阶段(分别为从运行开始的第30d和第60d)的颗粒污泥EPS中荧光类物质组成，荧光光谱的具体参数如表1所示。

表1污泥EPS的3D-EEM光谱具体参数

结果表明，各阶段污泥样品EPS中均存在3个特征峰，包括：(1)峰A，Ex/Em＝235/305-310nm，代表芳香族类蛋白物质；(2)峰B，Ex/Em＝290-295/350-355nm，代表色氨酸类蛋白物质；(3)峰C，Ex/Em＝340-360/435-445nm，代表腐殖酸类物质。其中，代表色氨酸类蛋白物质的峰B，其响应值远高于峰A和峰C，表明其在微生物聚集过程中具有重要作用。此外，随着反应器的运行，R2污泥中代表类蛋白物质的峰A和峰B以及代表腐殖酸类物质的峰C响应值逐渐增大，分别从128、6283、867增至148、6983、1004，而R1污泥中峰A、峰B响应值则有所降低。在颗粒化进程中EPS内芳香族类蛋白含量增加，有利于颗粒稳定性增强。当R2反应器的F/M维持在0.4±0.03gCOD/(gSS·d)时，污泥EPS中的芳香族类蛋白、色氨酸类蛋白含量增加并占优势，疏水性蛋白能够影响污泥表面电荷与疏水性，进而有利于颗粒污泥结构稳定。另外还发现，R2污泥中代表腐殖酸类物质的峰C发生了红移(向长波方向移动)，主要是由于腐殖酸分子通过能量传递形成激发态分子/激态复合物，分子缩合概率提高，进而使得腐殖酸分子中多个荧光团的聚合作用增强。

4.污染物去除率

如图3(a)所示，R1和R2反应器的COD平均去除率分别为98.6％和98.8％，NH₄ ⁺-N平均去除率分别为94.5％和96.0％。

如图3(b)所示，随着R2反应器内颗粒粒径逐渐增大，体系TN去除率由55％增至74％，明显高于R1反应器的64％。

综上所述，基于排泥调控F/M的方法可操作性强。应用此方法能够将体系F/M长期控制在合适的范围内，且实施例1的F/M条件下疏水性蛋白适度分泌有利于颗粒污泥结构稳定。因此，本发明能够维持工艺的稳定运行，培养得到沉降性良好且具有优异污染物去除能力的好氧颗粒污泥。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。例如，SRT值的计算可以采用现有技术中的其他计算公式，排泥时机也可以进行调整，只要能够通过定量排泥保持F/M稳定即可。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于排泥调控好氧颗粒污泥工艺F/M的运行方法，采用序批式方式运行SBR反应器，其特征在于，计算SBR反应器中好氧颗粒污泥的SRT值；再根据该SRT值与反应器中初始MLSS，计算得到使反应器中工艺F/M值保持稳定的每个运行周期排泥量，进而在每个运行周期的曝气阶段按照计算得到的排泥量定量排出完全混合状态的污泥，实现体系F/M调控与工艺稳定运行。

2.如权利要求1所述的基于排泥调控好氧颗粒污泥工艺F/M的运行方法，其特征在于，SBR反应器的高径比5-10，体积交换率50％-70％，表面气速1.0-2.0cm·s^-1。

3.如权利要求1所述的基于排泥调控好氧颗粒污泥工艺F/M的运行方法，其特征在于，序批式方式运行SBR反应器时，运行周期4-6h，每个运行周期包括进水、曝气、沉淀、出水四个阶段，其中进水5min、曝气225-345min、沉淀5min、出水5min。

4.如权利要求1所述的基于排泥调控好氧颗粒污泥工艺F/M的运行方法，其特征在于，接种污泥浓度为4000-6000mg·L^-1，进水COD负荷1.0-3.0kgCOD·kgMLSS^-1·d^-1。

5.如权利要求1所述的基于排泥调控好氧颗粒污泥工艺F/M的运行方法，其特征在于，所述SRT值由污泥产率计算公式得到，公式如下：

其中：Y为污泥产率；V为反应器有效体积；X为SBR反应器中的MLSS；θ_c为SBR反应器中好氧颗粒污泥的SRT值；S₀为进水COD浓度；S_e为出水COD浓度；Q为进水流量。

6.如权利要求1所述的基于排泥调控好氧颗粒污泥工艺F/M的运行方法，其特征在于，所述每个运行周期排泥量V′的计算方法为：

其中：V为反应器有效体积；θ_c为SBR反应器中好氧颗粒污泥的SRT值；N为SBR反应器一天中循环的运行周期数量。