CN108996686A - 一种快速形成以反硝化聚磷菌afb9为主的颗粒污泥的装置及方法 - Google Patents

一种快速形成以反硝化聚磷菌afb9为主的颗粒污泥的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种快速形成以反硝化聚磷菌AFB9为主的颗粒污泥的装置及方法，该装置包括DPB反应器、氮气系统、曝气系统、加药系统；DPB反应器由成一体的上部圆柱体结构和下部沉泥斗组成，圆柱体结构侧壁上设有进水管、排水管、气管和加药管连接口，圆柱体结构内设有搅拌器，搅拌器外接电机；沉泥斗底部设有排泥管连接口；DPB反应器通过气管分别与氮气系统和曝气系统连接；DPB反应器通过加药管与加药系统连接；曝气系统包括曝气盘，曝气盘位于DPB反应器内部，曝气盘与气管连接。该方法包括接种污泥、进水、通氮气、厌氧释磷、沉淀、好氧吸磷、兼性脱氧、兼性反硝化聚磷、曝气增活、沉淀、排水、排泥、重复以上步骤这几个过程既得。

Description

一种快速形成以反硝化聚磷菌AFB9为主的颗粒污泥的装置及 方法
技术领域
本发明涉及反硝化聚磷菌污泥颗粒化技术，属于废水生物处理领域，具体涉及一种快速形成以反硝化聚磷菌AFB9为主的颗粒污泥的装置及方法。
背景技术
氮和磷的超标排放是造成水体污染和富营养化的主要原因之一。常规的生化处理工艺对污水中同时存在的N、P等营养物只能去除10％—20％。反硝化聚磷菌是一类在缺氧条件下，可以利用硝酸盐作为氧化PHB的电子受体，同时完成反硝化和过量摄磷的过程。与传统脱氮除磷技术相比，反硝化聚磷菌具有在脱氮时不需要碳源，除磷时不需要氧气，且排泥量少等特点。因此，被公认为是一种极具发展潜力的可持续的污水处理工艺。
颗粒污泥具有良好沉降性能和较强的抗冲击负荷能力。但是，由于反硝化对氧气的需求量低，所以反硝化聚磷菌不宜生长在溶解氧高的环境中，而在较低溶解氧的系统中，好氧颗粒污泥内部会出现厌氧无机化，并且有助于丝状菌的过度生长，从而易导致污泥结构松散或膨胀，不利于污泥的颗粒化以及颗粒污泥的稳定运行，所以反硝化聚磷菌的培养还停留在絮状污泥的阶段，难形成颗粒状。
发明内容
为了实现反硝化聚磷菌的颗粒污泥的颗粒化，本发明提供一种快速形成以反硝化聚磷菌AFB9为主的颗粒污泥的装置及方法，不仅能发挥出反硝化聚磷菌脱氮除磷的作用，还能改善污泥的沉降性能和抗冲击负荷的能力。本发明的技术方案为：
第一个方面，本发明提供一种快速形成以反硝化聚磷菌AFB9为主的颗粒污泥的装置，包括DPB反应器、氮气系统、曝气系统、加药系统；所述DPB反应器由成一体的上部圆柱体结构和下部沉泥斗组成，所述圆柱体结构侧壁上设有进水管、排水管、气管和加药管连接口，所述圆柱体结构内设有搅拌器，所述搅拌器外接电机；所述沉泥斗底部设有排泥管连接口；所述DPB反应器通过所述气管分别与所述氮气系统和所述曝气系统连接；所述DPB反应器通过所述加药管与所述加药系统连接；所述曝气系统包括曝气盘，所述曝气盘位于所述DPB反应器内部，所述曝气盘与所述气管连接。
进一步地，所述DPB反应器为内外双层结构，所述内外层结构之间的空间用于通入恒温介质以控制所述内层结构的温度。
进一步地，所述DPB反应器上还设有恒温介质进口和恒温介质出口。
进一步地，所述曝气盘具体位于所述上部圆柱体结构和所述下部沉泥斗的交界处。
进一步地，所述装置还包括彼此相连接的监测仪器、显示仪器和控制终端，所述监测仪器设置于所述DPB反应器内，所述监测仪器包括液位计、DO测定仪、pH测定仪、温度测定仪、氧化还原电位测定仪、MLSS测定仪。
进一步地，所述进水管、所述排水管、所述气管、所述加药管和所述排泥管上均设有电磁阀门，所述电磁阀门分别与所述显示仪器和所述控制终端连接。
第二个方面，本发明提供一种快速形成以反硝化聚磷菌AFB9为主的颗粒污泥的方法，是采用上述装置，包括以下步骤：
(1)接种污泥：接种污水处理厂厌氧污泥，控制DPB反应器中MLSS为6000mg/L以上，反应器温度在30±2℃；
(2)进水：由进水管进水，进水达到指定液面后停止进水，调节DPB反应器内的pH值在7.0±0.2；所述进水包括NaNO3、CH3COONa、KH2PO3以及微量元素，并且其COD平均值为200—250mg/L，氨氮平均值为60—70mg/L，总磷平均值为12—15mg/L，微量元素为2ml/L；
(3)通氮气：通过氮气系统向DPB反应器中通入氮气以去除进水中氧气，并实时监测DPB反应器中的DO数值，当DO值为0时停止通气；
(4)厌氧释磷：通过加药系统向DPB反应器中添加药剂a，并开启搅拌3—4h，控制DPB反应器内的氧化还原电位低于-100mV；所述药剂a的化学组成为：NaHPO4·2H2O 20—23mg/L，K2SO4 15—18mg/L，CH3COONa·3H2O 3000—3500mg/L，CaCl2·2H2O 8—10mg/L，NH4Cl 160—180mg/L，MgSO4·7H2O 60—80mg/L，微量元素2ml/L；
(5)沉淀：停止搅拌，静置0.5h；
(6)好氧吸磷：通过加药系统向DPB反应器中添加药剂b，开启曝气系统，对DPB反应器内进行曝气3—5h，控制DPB反应器内的氧化还原点位高于200mV；所述药剂b的化学组成为：CH3COONa·3H2O 3000—3500mg/L，KHPO4 10—15mg/L，K2SO4 15—18mg/L，CaCl2·2H2O25—30mg/L，NaCl 15—20mg/L，MgSO4·7H2O 60—80mg/L，微量元素2ml/L；
(7)兼性脱氧：通过加药系统向DPB反应器中添加药剂c，停止曝气，开启搅拌器，持续搅拌0.5—1h，控制DPB反应器内的氧化还原点位低于50mV；所述药剂c的化学组成为：MgSO4·7H2O 60—80mg/L，CH3COONa·3H2O 3000—3500mg/L，NH4Cl 250—300mg/L，KNO3320—350mg/L，K2HPO5 25—30mg/L，CaCl2·2H2O 25—30mg/L，NaCl 15—20mg/L，微量元素2ml/L；
(8)兼性反硝化聚磷：通过加药系统向DPB反应器中添加药剂d，停止搅拌，静置3—4h，控制DPB反应器内的氧化还原电位范围为-100—0mV；所述药剂d的化学组成为：CH3COONa·3H2O 2000—2500mg/L，KNO3 1000—1200mg/L，CaCl2·2H2O 25—30mg/L，微量元素2ml/L；
(9)曝气增活：开启曝气系统，对DPB反应器内进行曝气，曝气持续0.1h；
(10)沉淀：停止搅拌，静置0.5—0.75h；
(11)排水：由排水管排水，当排水达到指定液面后停止排水；
(12)排泥：由排泥管排泥，当排泥达到指定液面后停止排泥，一个反应周期结束；
(13)重复步骤(2)～(12)3次以上。
进一步地，所述微量元素的化学组成为：MnCl2·4H2O 5mg/L，FeSO4·7H2O 3mg/L，NiCl2·6H2O 0.05mg/L，H3BO30.02mg/L，6Mo7O2·4H2O 0.02mg/L，CuSO4·5H2O 0.01mg/L和ZnSO4 0.003mg/L。
采用本发明方法，经3个以上周期运行后，即可形成颗粒污泥，粒径范围为0.2—1.2cm，颗粒污泥中反硝化聚磷菌的占比范围为55—90％，其中反硝化聚磷菌AFB9占反硝化聚磷菌的60％以上。AFB9为假单胞菌属，为革兰氏阴性杆菌，为公认的反硝化聚磷菌。
本发明的有益效果为：本发明的装置结构简单，只采用一个反应器就实现了反硝化聚磷菌颗粒污泥的培养富集，解决了传统方法流程长，设备多的问题，而且装置可以全部实现自动化控制，可以大大提高自控程度，并且控制过程简单；此外，发明方法培养周期短，反硝化聚磷菌占比高，颗粒污泥沉降性好，去除效果优良。
附图说明
图1为本发明的DPB反应器的结构示意图，其中A、反应器区，B、恒温水浴区，1、圆柱体结构，2、进水管，3、进水管电磁阀门，4、排水管，5、排水管电磁阀门，6、排泥管，7、排泥管电磁阀门，8、沉泥斗，9、双桨叶搅拌器，10、氮气系统，11、氮气管，12、氮气管电磁阀门，13、曝气系统，14、曝气管，15、曝气管电磁阀门，16、气管，17、曝气盘，18、加药总管道，19、药剂a的加药管电磁阀门，20、药剂a的加药管，21、药剂a加药装置，22、药剂b的加药管电磁阀门，23、药剂b的加药管，24、药剂b加药装置，25、药剂c的加药管电磁阀门，26、药剂c的加药管，27、药剂c加药装置，28、药剂d的加药管电磁阀门，29、药剂d的加药管，30、药剂d加药装置。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语‘上’、‘下’、‘内’、‘外’等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，除非另有明确的规定和限定，术语‘相连’、‘连接’应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明具体实施例提供一种快速形成以反硝化聚磷菌AFB9为主的颗粒污泥的装置，包括DPB反应器、氮气系统10、曝气系统13、加药系统(其结构如图1所示)；该装置还包括彼此相连接的监测仪器、显示仪器和控制终端，所述监测仪器设置于所述DPB反应器内，所述监测仪器包括液位计、DO测定仪、pH测定仪、温度测定仪、氧化还原电位测定仪、MLSS测定仪；所述控制终端包括计算机、PAD、手机。
所述DPB反应器由成一体的上部圆柱体结构1和下部沉泥斗8组成，所述圆柱体结构1侧壁上设有进水管2、排水管4、气管16和加药总管道18连接口，圆柱体结构1内设有双桨叶搅拌器9，该双桨叶搅拌器9外接电机；所述沉泥斗8底部设有排泥管6连接口。所述DPB反应器为内外双层结构，内层结构为反应器区A，该内外层结构之间的空间为恒温水浴区B，用于通入恒温介质以控制所述内层结构的温度，所述DPB反应器上还设有恒温介质进口和恒温介质出口。所述DPB反应器通过气管16、氮气管11和曝气管14分别与氮气系统10和曝气系统13连接；所述DPB反应器通过加药管18、20、23、26、29与加药系统连接；所述曝气系统13包括曝气盘17，曝气盘17位于DPB反应器内部，曝气盘17与气管16连接。所述曝气盘17具体位于所述上部圆柱体结构1和所述下部沉泥斗8的交界处。
所述加药系统包括药剂a加药装置21、药剂b加药装置24、药剂c加药装置27和药剂d加药装置30，每个加药装置的加药管(20、23、26、29)均和加药总管道18连接。
所述进水管2、所述排水管4、所述氮气管11、所述曝气管14、所述加药管20、23、26、29和所述排泥管6上均设有电磁阀门(3、5、12、15、19、22、25、28、7)，并且这些电磁阀门分别与显示仪器和控制终端连接。
实施例1
通过采用上述装置，本实施例提供一种快速形成以反硝化聚磷菌AFB9为主的颗粒污泥的方法，包括以下步骤：
(1)接种污泥：接种污水处理厂厌氧污泥，污泥呈黑色，控制DPB反应器中MLSS为6000mg/L以上，DPB反应器温度在30±2℃；
(2)进水：由进水管进水，进水达到控制液面后，由液位计发出停止信号，控制终端接收信号后自动控制关闭进水管上的电磁阀门，停止进水，通过加入0.5mol/L的HCl或0.5mol/L的NaOH来调节pH值在7.0±0.2；所述进水包括NaNO3、CH3COONa、KH2PO3以及微量元素，并且其COD平均值为200—250mg/L，氨氮平均值为60—70mg/L，总磷平均值为12—15mg/L，微量元素为2ml/L；
(3)通氮气：向DPB反应器中通入氮气去除进水中氧气，并实时监测DPB反应器中的DO数值，当DO值为0时停止通气；
(4)厌氧释磷：由控制终端自动控制药剂a的加药管电磁阀门，向反应区内添加药剂a，开始搅拌，持续3—4h，控制DPB反应器中的氧化还原点位低于-100mV；药剂a的化学组成为：NaHPO4·2H2O 20—23mg/L，K2SO4 15—18mg/L，CH3COONa·3H2O 3000—3500mg/L，CaCl2·2H2O 8—10mg/L，NH4Cl 160—180mg/L，MgSO4·7H2O 60—80mg/L，微量元素2ml/L；
(5)沉淀：停止搅拌，静置0.5h；
(6)好氧吸磷：由控制终端自动控制药剂b的加药管电磁阀门，向反应区内添加药剂b，开始曝气，由控制终端开启曝气系统及曝气管上的电磁阀门，对DPB反应器内进行曝气，曝气持续3—5h，控制DPB反应器中的氧化还原点位高于200mV；所述药剂b的化学组成为：CH3COONa·3H2O 3000—3500mg/L，KHPO4 10—15mg/L，K2SO4 15—18mg/L，CaCl2·2H2O25—30mg/L，NaCl 15—20mg/L，MgSO4·7H2O 60—80mg/L，微量元素2ml/L；
(7)兼性脱氧：由控制终端自动控制药剂c的加药管电磁阀门，向反应区内添加药剂c，停止曝气，由控制终端关闭曝气系统及曝气管上的电磁阀门，开启搅拌器，持续搅拌0.5—1h，控制DPB反应器中的氧化还原点位低于50mV；所述药剂c的化学组成为：MgSO4·7H2O 60—80mg/L，CH3COONa·3H2O 3000—3500mg/L，NH4Cl 250—300mg/L，KNO3 320—350mg/L，K2HPO5 25—30mg/L，CaCl2·2H2O 25—30mg/L，NaCl 15—20mg/L，微量元素2ml/L；
(8)兼性反硝化聚磷：由控制终端自动控制药剂d的加药管电磁阀门，向反应区内添加药剂d，停止搅拌，静置3—4h，控制DPB反应器中的氧化还原点位范围为-100—0mV内；所述药剂d的化学组成为：CH3COONa·3H2O 2000—2500mg/L，KNO3 1000—1200mg/L，CaCl2·2H2O 25—30mg/L，微量元素2ml/L；
(9)曝气增活：由控制终端开启曝气系统及曝气管上的电磁阀门，对DPB反应器内进行曝气，曝气持续0.1h；
(10)沉淀：停止搅拌，静置0.5—0.75h；
(11)排水：由控制终端开启排水管上的电磁阀门，开始排水，当排水达到控制液面后，由液位计发出停止信号，控制终端接收信号后关闭排水管上的电磁阀门，停止排水；
(12)排泥：由控制终端开启排泥管上的电磁阀门，开始排泥，当排泥达到控制液面后，由液位计发出停止信号，控制终端接收信号后关闭排泥管上的电磁阀门，停止排泥，一个反应周期结束；
(13)重复步骤(2)～(12)5次。
上述过程中，所述微量元素的化学组成为：MnCl2·4H2O 5mg/L，FeSO4·7H2O 3mg/L，NiCl2·6H2O 0.05mg/L，H3BO30.02mg/L，6Mo7O2·4H2O 0.02mg/L，CuSO4·5H2O 0.01mg/L和ZnSO4 0.003mg/L。
经试验测定，实施例1中经6个周期运行后，提取的颗粒污泥，粒径为0.6—0.7cm，颗粒污泥中反硝化聚磷菌的占比达到85％，其中反硝化聚磷菌AFB9占反硝化聚磷菌的65％以上，该颗粒污泥对氮的去除率达到90％以上，对磷的去除率达到92％以上。此外，本发明装置全部实现自动化控制，大大提高自控程度，并且控制过程简单，工艺流程短。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种快速形成以反硝化聚磷菌AFB9为主的颗粒污泥的装置，其特征在于，包括DPB反应器、氮气系统、曝气系统、加药系统；所述DPB反应器由成一体的上部圆柱体结构和下部沉泥斗组成，所述圆柱体结构侧壁上设有进水管、排水管、气管和加药管连接口，所述圆柱体结构内设有搅拌器，所述搅拌器外接电机；所述沉泥斗底部设有排泥管连接口；所述DPB反应器通过所述气管分别与所述氮气系统和所述曝气系统连接；所述DPB反应器通过所述加药管与所述加药系统连接；所述曝气系统包括曝气盘，所述曝气盘位于所述DPB反应器内部，所述曝气盘与所述气管连接。
2.根据权利要求1所述的一种快速形成以反硝化聚磷菌AFB9为主的颗粒污泥的装置，其特征在于，所述DPB反应器为内外双层结构，所述内外层结构之间的空间用于通入恒温介质以控制所述内层结构的温度。
3.根据权利要求2所述的一种快速形成以反硝化聚磷菌AFB9为主的颗粒污泥的装置，其特征在于，所述DPB反应器上还设有恒温介质进口和恒温介质出口。
4.根据权利要求1所述的一种快速形成以反硝化聚磷菌AFB9为主的颗粒污泥的装置，其特征在于，所述曝气盘具体位于所述上部圆柱体结构和所述下部沉泥斗的交界处。
5.根据权利要求1～4任意一项权利要求所述的一种快速形成以反硝化聚磷菌AFB9为主的颗粒污泥的装置，其特征在于，所述装置还包括彼此相连接的监测仪器、显示仪器和控制终端，所述监测仪器设置于所述DPB反应器内，所述监测仪器包括液位计、DO测定仪、pH测定仪、温度测定仪、氧化还原电位测定仪、MLSS测定仪。
6.根据权利要求5所述的一种快速形成以反硝化聚磷菌AFB9为主的颗粒污泥的装置，其特征在于，所述进水管、所述排水管、所述气管、所述加药管和所述排泥管上均设有电磁阀门，所述电磁阀门分别与所述显示仪器和所述控制终端连接。
7.一种快速形成以反硝化聚磷菌AFB9为主的颗粒污泥的方法，是采用权利要求1所述装置，其特征在于，包括以下步骤：
(1)接种污泥：接种污水处理厂厌氧污泥，控制DPB反应器中MLSS为6000mg/L以上，反应器温度在30±2℃；
(2)进水：由进水管进水，进水达到指定液面后停止进水，调节DPB反应器内的pH值在7.0±0.2；所述进水包括NaNO3、CH3COONa、KH2PO3以及微量元素，并且其COD平均值为200—250mg/L，氨氮平均值为60—70mg/L，总磷平均值为12—15mg/L，微量元素为2ml/L；
(3)通氮气：通过氮气系统向DPB反应器中通入氮气以去除进水中氧气，并实时监测DPB反应器中的DO数值，当DO值为0时停止通气；
(4)厌氧释磷：通过加药系统向DPB反应器中添加药剂a，并开启搅拌3—4h，控制DPB反应器内的氧化还原电位低于-100mV；所述药剂a的化学组成为：NaHPO4·2H2O 20—23mg/L，K2SO4 15—18mg/L，CH3COONa·3H2O 3000—3500mg/L，CaCl2·2H2O 8—10mg/L，NH4Cl160—180mg/L，MgSO4·7H2O 60—80mg/L，微量元素2ml/L；
(5)沉淀：停止搅拌，静置0.5h；
(6)好氧吸磷：通过加药系统向DPB反应器中添加药剂b，开启曝气系统，对DPB反应器内进行曝气3—5h，控制DPB反应器内的氧化还原点位高于200mV；所述药剂b的化学组成为：CH3COONa·3H2O 3000—3500mg/L，KHPO4 10—15mg/L，K2SO4 15—18mg/L，CaCl2·2H2O25—30mg/L，NaCl 15—20mg/L，MgSO4·7H2O 60—80mg/L，微量元素2ml/L；
(7)兼性脱氧：通过加药系统向DPB反应器中添加药剂c，停止曝气，开启搅拌器，持续搅拌0.5—1h，控制DPB反应器内的氧化还原点位低于50mV；所述药剂c的化学组成为：MgSO4·7H2O 60—80mg/L，CH3COONa·3H2O 3000—3500mg/L，NH4Cl 250—300mg/L，KNO3 320—350mg/L，K2HPO5 25—30mg/L，CaCl2·2H2O 25—30mg/L，NaCl 15—20mg/L，微量元素2ml/L；
(8)兼性反硝化聚磷：通过加药系统向DPB反应器中添加药剂d，停止搅拌，静置3—4h，控制DPB反应器内的氧化还原电位范围为-100—0mV；所述药剂d的化学组成为：CH3COONa·3H2O 2000—2500mg/L，KNO3 1000—1200mg/L，CaCl2·2H2O 25—30mg/L，微量元素2ml/L；
(9)曝气增活：开启曝气系统，对DPB反应器内进行曝气，曝气持续0.1h；
(10)沉淀：停止搅拌，静置0.5—0.75h；
(11)排水：由排水管排水，当排水达到指定液面后停止排水；
(12)排泥：由排泥管排泥，当排泥达到指定液面后停止排泥，一个反应周期结束；
(13)重复步骤(2)～(12)3次以上。
8.根据权利要求7所述的一种快速形成以反硝化聚磷菌AFB9为主的颗粒污泥的方法，其特征在于，所述微量元素的化学组成为：MnCl2·4H2O 5mg/L，FeSO4·7H2O 3mg/L，NiCl2·6H2O 0.05mg/L，H3BO30.02mg/L，6Mo7O2·4H2O 0.02mg/L，CuSO4·5H2O 0.01mg/L和ZnSO40.003mg/L。
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