CN109928500B

CN109928500B - 一种脱氮除磷处理农村生活污水的好氧颗粒污泥反应器

Info

Publication number: CN109928500B
Application number: CN201910214630.1A
Authority: CN
Inventors: 王进; 邱江平; 李旭东; 秦弋丰
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2021-10-08
Anticipated expiration: 2039-03-20
Also published as: CN109928500A

Abstract

本发明涉及一种脱氮除磷处理农村生活污水的好氧颗粒污泥反应器，包括：水箱(1)、蠕动泵(2)、AGSB装置(3)，三相分离器(4)、气体供应系统，控压水封系统，待处理污水置于水箱(1)中，并通过蠕动泵(2)输入AGSB装置(3)内，所述的AGSB装置(3)内装有好氧颗粒污泥(9)，所述的三相分离器(4)设置在AGSB装置(3)顶部，并连接控压水封系统，所述的气体供应系统连接AGSB装置(3)，向AGSB装置(3)内输入气体，待处理污水与好氧颗粒污泥(9)在曝气区混合反应后，向上流经三相分离器(4)进行分离，分离后的水排出，好氧颗粒污泥(9)返回AGSB装置(3)。与现有技术相比，本发明具有设计简单、成本低，同步脱氮除磷等优点。

Description

一种脱氮除磷处理农村生活污水的好氧颗粒污泥反应器

技术领域

本发明涉及环境工程及水处理工程领域，尤其是涉及一种脱氮除磷处理农村生活污水的好氧颗粒污泥反应器

背景技术

村镇用水和排放的污水量巨大，农村生活污水处理的根本目的是保护水环境，所针对的最主要的污染物是氮和磷及有机污染物。相对分散的小集镇和农村的生活污水处理，一大技术难点在于要在一个较简的系统同时实现氮、磷和有机物的去除，满足排放要求，并能够长期稳定运行。传统的活性污泥法由于能耗高、占地大、产生剩余污泥多，在某种程度上限制和影响了其在污水处理中的应用。好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge,AGS)是大量细菌和原后生动物等在好氧条件下，通过自凝聚作用而相互粘结、缠绕形成的高活性致密体、沉降性良好、生物量高且多菌群的生物聚集体。自1991年Mishma和Nakamura首次在好氧升流式污泥床反应器(Aerobic Upflow Sludge Blanket,AUSB)中培养出AGS，关于AGS的形成和应用的案例不断被报道，AGS技术具有剩余污泥排放量少，可在高容积负荷下降解高浓度有机废水，占地小，能实现同步硝化反硝化等特点，因而备受关注。

研究表明，AGS不仅能降解污水中COD，还具备同步脱氮除磷的功能。Zhao等采用AGS工艺处理猪场废水，COD和氨氮的去除效果较好，通过提高进水C/N比，可以避免硝化产物的积累，提高总氮和总磷去除率。

Dobbeleers等在采用AGS工艺处理合成废水(COD/N＝5)，在控制溶氧的情况下，可实现同步硝化反硝化，氮磷平均去除率分别为94.6和83.7％，当溶解氧增加1-2mg/L后，生物量浓度会增加约2g/L，氨氮和磷的去除率分别增加了33％和44％。

He等采用培养成熟的AGS作为接种污泥处理合成废水，碳氮磷去除率都相对较高。进水COD平均浓度为172mg/L，以乙酸钠与葡萄糖分别按3:1、1:1和1:3比例配置。COD平均去除率分别为91、88和81％。总无机碳的去除率分别为94、85和81％。总磷去除率分别为95、84和70％。说明较高比例的乙酸钠更有利于提高去除率。

AGS技术被研究和使用最多的反应器类型为好氧颗粒污泥序批式反应器(GSBR)，为非连续运行。1991年，Mishima和Nakamura在连续流AUSB中成功培养出了AGS，但其运行条件苛刻，必须纯氧曝气，且无脱氮除磷性能。Wan等研究了连续流反应器中短程硝化快速启动的新方法，即在序批式反应器中培养成熟的AGS接种到AUSB反应器，从第36天开始，硝化率已达到85-90％，第52天时成功培养出短程硝化颗粒污泥。

目前，AGS的研究大都集中在GSBR中，该类反应器一般更适用于小型污水处理系统，而连续流反应器的高径比一般都被设计得很高，H/D＝10-35，造价明显增加。本发明所设计的升流式好氧颗粒污泥床反应器(Aerobic Granular Sludge Bed,AGSB)，高径比在6-8以内。

要解决颗粒污泥流失和污泥回流问题，连续流升流式反应器三相分离器的设计至关重要，由于气、液、固在升流区和降流区之间循环流动，循环速度很大，颗粒污泥易被带出反应器外，效率低。

本发明是针对现有同步脱氮除磷技术及好氧颗粒污泥反应器工艺的不足，对好氧颗粒污泥床反应器构型和工艺进行了适当的改进和完善，设计了一种可同步脱氮除磷处理农村生活污水一体化连续流好氧颗粒污泥反应器。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种一体化连续流处理农村生活污水，使用方法简单，适用于处理农村生活污水的脱氮除磷处理农村生活污水的好氧颗粒污泥反应器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种脱氮除磷处理农村生活污水的好氧颗粒污泥反应器，包括：水箱、蠕动泵、AGSB装置，还包括三相分离器、气体供应系统，控压水封系统，待处理污水置于水箱中，并通过蠕动泵输入AGSB装置内，所述的AGSB装置内装有好氧颗粒污泥，所述的三相分离器设置在AGSB装置顶部，并连接控压水封系统，所述的气体供应系统连接AGSB装置，向AGSB装置内输入气体，形成曝气区，待处理污水与好氧颗粒污泥在曝气区混合反应后，向上流经三相分离器进行分离，分离后的水排出，好氧颗粒污泥返回AGSB装置。

所处理的污水为农村生活污水，进水COD浓度不高于500mg/L，可直接由进水蠕动泵泵入该装置进行处理，需避免出现因进水浓度过高时溶解氧不足，以减少好氧颗粒污泥内部缺氧甚至厌氧产气而出现颗粒污泥分解；接种污泥宜选用好氧颗粒污泥，也可使用厌氧颗粒污泥启动系统。

进一步地，所述的反应器为一体化连续流好氧颗粒污泥反应器，由于处理村镇生活污水需要同步脱氮除磷，所述的AGSB装置内设有分区挡板，该分区挡板将AGSB装置内部分成曝气区和反硝化区，其中曝气区底部设有曝气盘，该曝气盘连接气体供应系统；所述的反硝化区设有至少一个反硝化区折流板，该反硝化区折流板安装在分区挡板上。

进一步地，所述的AGSB装置内反硝化区占总体积25-35％，曝气区占总体积65-75％。

农村生活污水处理时，尤其是分散的农村生活污水处理，一般无专人维护，该反应器为连续自动运行，避免了间歇运行的序批式好氧颗粒污泥反应器需专人运行管理的问题。

进一步地，从水箱中输入的污水原水在反硝化区与曝气硝化后的混合液经反硝化区折流板混合进行反硝化脱氮，然后从分区挡板底部进入曝气区，与曝气区内的好氧颗粒污泥进行曝气反应，反应后经三相分离器分离后的好氧颗粒污泥返回反硝化区。

进一步地，所述的AGSB装置主体高径比为6-8:1，反应体系中气体与水的体积比为8-15:1，溶解氧为1.0-3.5mg/L。

进一步地，所述的气体供应系统包括鼓风机、输气管道和气体流量计，所述的鼓风机通过输气管道连接曝气盘，并在输气管道上设置气体流量计。

进一步地，所述的曝气盘为微孔曝气盘，或微孔曝气管。区别于其它好氧颗粒污泥反应器的穿孔管曝气或射流曝气，微孔曝气盘/管曝气效率更高，气孔更细小。

进一步地，所述的控压水封系统包括控压水封罐，以及设置在控压水封罐上的自来水进水阀和排气阀，所述的控压水封罐连接三相分离器顶部，通过控压水封罐控制三相分离器气室内的压力，出水悬浮物降低，反应器不需要再设二沉池，水封高度为25-30cm。

进一步地，所述的AGSB装置底部设有排泥管，采用自动阀控制，处理农村生活污水时，因进水浓度波动范围较小，需氧量变化范围较小，颗粒污泥所承受的气体上升流速和水力上升流速相对稳定，好氧颗粒污泥状态较完整，每5-10天自动开启阀门排放剩余颗粒污泥至污泥储槽。

进一步地，所述反应器的容积负荷率可达1-3kgCOD/m³·d。

进一步地，所述的水箱中还投加有聚合氯化铝(PAC)，通过化学加药去除部分总磷。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明为一体式连续流好氧颗粒污泥反应器，区别于其它处理农村生活污水的好氧颗粒污泥反应器，尤其是明显异于序批式好氧颗粒污泥反应器。

(2)本发明处理农村生活污水时可进行同步硝化反硝化脱氮，且满足同步脱氮除磷，在好氧颗粒污泥反应器AGSB装置中分区挡板，好氧颗粒污泥从三相分离器分离后回落至缺氧区进行缺氧反硝化，即可以实现同步硝化反硝化，设计简单。

(3)本发明在设计反应器时三相分离器配套水封，且设计相对简单，无需压力传感器等精密控制元件。本发明高径比为6-8:1，明显比其它连续流好氧颗粒污泥反应器高径比(10-30:1)小，建造成本可减少。

(4)处理农村污水的技术普遍使用的活性污泥法等，均有剩余污泥处理的问题，本发明所产生的剩余污泥以颗粒污泥形式排出，可以变废为宝，用做其它好氧颗粒污泥反应器难得的接种污泥。

(5)本发明在处理较高浓度含磷生活污水时，可以适当投加少量的聚合氯化铝(PAC)，以通过化学加药去除部分总磷。产生的磷酸铝会被逐步吸附或沉淀到好氧颗粒污泥中，通过排放剩余污泥的形式排出。不需要另外设置絮凝沉淀池除磷。

附图说明

图1为一体化连续流好氧颗粒污泥反应器装置的示意图；

图中标号所示：水箱1，蠕动泵2，AGSB装置3，三相分离器4，控压水封罐5，气体流量计6，鼓风机7，曝气盘8，好氧颗粒污泥9，气泡10，取样口11，出水口12，排泥管13，自来水进水阀14，排气阀15，反硝化区折流板16，分区挡板17。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种脱氮除磷处理农村生活污水的好氧颗粒污泥反应器，包括：水箱1、蠕动泵2、AGSB装置3、三相分离器4、控压水封罐5、气体流量计6、鼓风机7、曝气盘8、好氧颗粒污泥9、气泡10、取样口11、出水口12、排泥管13、自来水进水阀14、排气阀15、反硝化区折流板16、分区挡板17，所述的AGSB装置3内设分区挡板17，该分区挡板17将AGSB装置3内部分成曝气区和反硝化区，其中曝气区占总体积65-75％，曝气区底部设有曝气盘8，该曝气盘8连接气体供应系统；所述的反硝化区占总体积25-35％，反硝化区设有至少一个反硝化区折流板16，该反硝化区折流板16安装在分区挡板17上。AGSB装置3侧壁还设有多个取样口11，可在不同位置取样并检测该处污水处理情况。所述的AGSB装置3底部设有排泥管13。

所述的AGSB装置3主体高径比为6-8:1，反应体系中气体与水的体积比为8-15：1，溶解氧为1.0-3.5mg/L。所述的鼓风机7通过输气管道连接曝气盘8，并在输气管道上设置气体流量计6。所述的控压水封罐5连接三相分离器4顶部，控压水封罐5上设有自来水进水阀14和排气阀15，通过控压水封罐5控制三相分离器4气室内的压力，水封高度为25-30cm。

待处理污水置于水箱1中，并通过蠕动泵2输入AGSB装置3内，所述的AGSB装置3内装有好氧颗粒污泥9，从水箱1中输入的污水原水在反硝化区与曝气硝化后的混合液经反硝化区折流板16混合进行反硝化脱氮，然后从分区挡板17底部进入曝气区，与曝气区内的好氧颗粒污泥9进行曝气反应，向上流经三相分离器4进行分离，分离后的水从出水口12排出，反应后经三相分离器4分离后的好氧颗粒污泥9返回反硝化区。

采用上述反应器处理COD为400-480mg/L的农村生活污水，该装置运行方法和主要控制参数如下：

1、所处理的污水进水COD浓度低于500mg/L，直接由蠕动泵2泵入该装置进行处理。接种污泥为好氧颗粒污泥9，粒径1-2.5mm。AGSB装置3主体高径比为8；

2、曝气气水比约为12-15。在曝气、水流及污泥间互相搅拌等产生的水力剪切作用下，泥水反应充分。曝气区溶解氧为1.0-3.1mg/L，缺氧反硝化区溶解氧为0-0.6mg/L；

3、三相分离器4连接有控压水封罐5，以控制三相分离器4气室内的压力，水封压力为水压30cm，使三相分离器4处理效率最高。向水箱1中投加聚合氯化铝PAC 10mg/L，以通过化学加药去除部分总磷，排泥管13采用自动阀控制，每5天自动开启阀门排放剩余颗粒污泥至污泥储槽，出水悬浮物小于10mg/L，反应器不需要再设二沉池；

4、维持反应器内污泥浓度为8000mg/L，稳定运行时容积负荷率可达1.5-2.5kgCOD/m³·d，出水口12出水的COD维持在48mg/L以下，氨氮小于4mg/L，总磷小于0.4mg/L。

实施例2

采用如实施例相同的处理农村生活污水的一体化连续流好氧颗粒污泥反应器，处理COD为300-390mg/L的农村生活污水，该反应器运行方法和主要控制参数如下：

1、所处理的污水进水COD浓度为300-390mg/L，直接由蠕动泵2泵入该装置进行处理。接种污泥为好氧颗粒污泥，粒径1-1.5mm。AGSB装置3主体高径比为7；

2、曝气气水比约为10-12。在曝气、水流及污泥间互相搅拌等产生的水力剪切作用下，泥水反应充分。曝气区溶解氧为1.2-3.3mg/L，缺氧反硝化区溶解氧为0-0.7mg/L；

3、三相分离器4连接有控压水封罐5，以控制三相分离器4气室内的压力，水封压力为水压25cm，使三相分离器4处理效率最高。向水箱1中投加聚合氯化铝PAC 10mg/L，以通过化学加药去除部分总磷，排泥管13采用自动阀控制，每6天自动开启阀门排放剩余颗粒污泥至污泥储槽，出水悬浮物小于10mg/L，系统不需要再设二沉池；

4、维持反应器内污泥浓度为7000mg/L，稳定运行时容积负荷率可达1.5-2.0kgCOD/m³·d，出水口12出水的COD维持在46mg/L以下，氨氮小于3mg/L，总磷小于0.5mg/L。

实施例3

采用如实施例相同的处理农村生活污水的一体化连续流好氧颗粒污泥反应器，处理COD为200-295mg/L的农村生活污水，该装置运行方法和主要控制参数如下：

1、所处理的污水进水COD浓度低于为200-295mg/L，直接由蠕动泵2泵入该装置进行处理。接种污泥为好氧颗粒污泥，粒径0.5-1.5mm。AGSB装置3主体高径比为6；

2、曝气气水比约为8-10。在曝气、水流及污泥间互相搅拌等产生的水力剪切作用下，泥水反应充分。曝气区溶解氧为1.5-3.4mg/L，缺氧反硝化区溶解氧为0-0.8mg/L；

3、三相分离器4连接有控压水封罐5，以控制三相分离器4气室内的压力，水封压力为水压23cm，使三相分离器4处理效率最高。向进水箱1中投加聚合氯化铝PAC 8mg/L，以通过化学加药去除部分总磷除磷，排泥管13采用自动阀控制，每10天自动开启阀门排放剩余颗粒污泥至污泥储槽，出水悬浮物小于8mg/L，系统不需要再设二沉池；

4、维持反应器内污泥浓度为6500mg/L，稳定运行时容积负荷率可达1.0-1.5kgCOD/m³·d，出水口12出水的COD维持在45mg/L以下，氨氮小于3.5mg/L，总磷小于0.3mg/L。

以上实施例仅用于说明本发明技术方案，并非是对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做的改变、替代、修饰、简化均为等效的变换，都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims

1.一种脱氮除磷处理农村生活污水的好氧颗粒污泥反应器，包括：水箱(1)、蠕动泵(2)、AGSB装置(3)，其特征在于，还包括三相分离器(4)、气体供应系统，控压水封系统，待处理污水置于水箱(1)中，并通过蠕动泵(2)输入AGSB装置(3)内，所述的AGSB装置(3)内装有好氧颗粒污泥(9)，所述的三相分离器(4)设置在AGSB装置(3)顶部，并连接控压水封系统，所述的气体供应系统连接AGSB装置(3)，向AGSB装置(3)内输入气体，形成曝气区，待处理污水与好氧颗粒污泥(9)在曝气区混合反应后，向上流经三相分离器(4)进行分离，分离后的水排出，好氧颗粒污泥(9)返回AGSB装置(3)；

所述的AGSB装置(3)内设有分区挡板(17)，该分区挡板(17)将AGSB装置(3)内部分成曝气区和反硝化区，其中曝气区底部设有曝气盘(8)，该曝气盘(8)连接气体供应系统；所述的反硝化区设有至少一个反硝化区折流板(16)，该反硝化区折流板(16)安装在分区挡板(17)上。

2.根据权利要求1所述的一种脱氮除磷处理农村生活污水的好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，所述的AGSB装置(3)内反硝化区占总体积25-35％，曝气区占总体积65-75％。

3.根据权利要求1所述的一种脱氮除磷处理农村生活污水的好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，从水箱(1)中输入的污水原水在反硝化区与曝气硝化后的混合液经反硝化区折流板(16)混合进行反硝化脱氮，然后从分区挡板(17)底部进入曝气区，与曝气区内的好氧颗粒污泥(9)进行曝气反应，反应后经三相分离器(4)分离后的好氧颗粒污泥(9)返回反硝化区。

4.根据权利要求1所述的一种脱氮除磷处理农村生活污水的好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，所述的AGSB装置(3)主体高径比为6-8:1，反应体系中气体与水的体积比为8-15：1，溶解氧为1.0-3.5mg/L。

5.根据权利要求1所述的一种脱氮除磷处理农村生活污水的好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，所述的气体供应系统包括鼓风机(7)、输气管道和气体流量计(6)，所述的鼓风机(7)通过输气管道连接曝气盘(8)，并在输气管道上设置气体流量计(6)。

6.根据权利要求1或5所述的一种脱氮除磷处理农村生活污水的好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，所述的曝气盘(8)为微孔曝气盘，或微孔曝气管。

7.根据权利要求1所述的一种脱氮除磷处理农村生活污水的好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，所述的控压水封系统包括控压水封罐(5)，以及设置在控压水封罐(5)上的自来水进水阀(14)和排气阀(15)，所述的控压水封罐(5)连接三相分离器(4)顶部，通过控压水封罐(5)控制三相分离器(4)气室内的压力，水封高度为25-30cm。

8.根据权利要求1所述的一种脱氮除磷处理农村生活污水的好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，所述的AGSB装置(3)底部设有排泥管(13)，采用自动阀控制，每5-10天自动开启阀门排放剩余颗粒污泥至污泥储槽。

9.根据权利要求1所述的一种脱氮除磷处理农村生活污水的好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，所述反应器的容积负荷率可达1-3kgCOD/m³·d；

所述的水箱(1)中还投加有聚合氯化铝(PAC)，通过化学加药去除部分总磷。